こんにちはドルフィンシステムの笹生です。
今日は 前編で整理した「同期レベル」を基準に、各シリーズを用途別に比較する後編です。
※本記事は2026年8月時点の公開情報を基にしています。UHDのバージョンやハードウェアリビジョンによって動作条件が異なる場合があるため、導入時には最新の公式資料と可能であれば実機を借りるなどして事前にご確認することを強く推奨します。
前編では、一般的な通信MIMOと、ビームフォーミングや到来方向推定（AoA）では、必要となる同期レベルが異なることを整理しました。
前編はこちら：
前編の重要なポイントは、次の一文に集約できます。
MIMO対応は、位相コヒーレント動作を意味しない。
一般的な空間多重MIMOでは、RFチェーン間の位相差を伝搬路とともにチャネル行列として推定できます。
一方、
送信ビームフォーミング
受信デジタルビームフォーミング
AoA
MUSIC
ESPRIT
フェーズドアレイ
などでは、アンテナ間の相対位相そのものを利用します。
そのためUSRPを選定するときには、単に「2×2」「4×4」「8チャネル」という数字を見るだけではなく、
サンプル同期
周波数同期
LO構成
位相再現性
校正方法
多台数への拡張性
まで確認する必要があります。
今回は、USRPの代表的なシリーズを、
B2xx → E3xx → X3xx → N3xx → X4xx
の順に解説します。
USRP選定でまず確認したい4つの軸
1. 必要なTX／RXチャネル数
最初に確認するのは、必要な送受信チャネル数です。
例えば同じ「4チャネル」といっても、
4 TX／4 RX
4 RXのみ
2 TX／2 RXを2台使用
8チャネル機のうち4チャネルだけ使用
では、システム構成が異なります。
特に、
送信ビームフォーミング → TXチャネル間位相
AoA／方向推定 → RXチャネル間位相
が重要になります。
2. 周波数範囲と瞬時帯域幅
MIMOではチャネル数だけでなく、各チャネルをどの帯域幅で同時に処理するかも重要です。
例えば、
2×2 × 20 MHz
4×4 × 100 MHz
4×4 × 400 MHz
では、必要なデータ処理量が大きく異なります。
USRP内部のRF・FPGA性能だけでなく、ホストインターフェースまで含めて考える必要があります。
3. 同期方式
複数台を使用する場合は、少なくとも、
周波数基準
時間基準
をどのように共有するか確認します。
一般的には、
10 MHz：周波数基準
PPS：時間基準
として使用します。
ただし、前編でも説明した通り、
10 MHzとPPSを共有しただけでは、RFチャネル間の位相が自動的に一致するわけではありません。
N3xxの公式マニュアルでも、外部クロックと外部PPSを使用することで複数装置を周波数・時間同期できることと、RF位相の整列は別の問題として扱われています。(Ettus Files)
4. FPGA処理とデータ転送
MIMOではチャネル数が増えるほどデータ量も急増します。
例えば16 bit I + 16 bit Qの複素データを4チャネル、100 MSpsで扱うと、プロトコルオーバーヘッドを無視しても、
12.8 Gbit/s
になります。
したがって、
USB 3.0
1 GbE
10 GbE
100 GbE
PCIe
といったホストI/Fだけでなく、
DDC
FFT
フィルタ
相関
ビームフォーミング
チャネライザ
などをFPGA側へ移すことも重要な検討課題になります。
シリーズ全体を整理すると
MIMO用途から見た各シリーズの位置付けは、おおよそ次のようになります。
X4xxの現行公式マニュアルでは、X410は4チャネル・最大400 MHz、X420は2チャネル・最大1 GHzで外部LO／LO共有対応、X440は8チャネル直接サンプリングとして整理されています。(Ettus Files)
それでは個々のシリーズの対応状況を見ていきましょう。
B2xxシリーズ
B210――低コストで始める2×2通信MIMO
B2xxシリーズの中で、B210は2 TX／2 RXを備えています。
B210では、
2つのRXチャネルが同じRX LOを共有
2つのTXチャネルが同じTX LOを共有
します。(Ettus Files)
したがって、
2×2空間多重
Alamouti
受信ダイバーシティ
OFDM MIMO
MIMOアルゴリズムの学習
などには非常に扱いやすいUSRPです。
最大アナログ帯域幅は56 MHzで、USB接続だけで比較的小規模なMIMO実験環境を構築できます。(Ettus Files)
注意点
同一装置内でLOを共有していることは有利ですが、
LO共有＝位相校正不要
ではありません。
アンプ、フィルタ、基板配線、ケーブルなどによるチャネル間振幅差・位相差は残ります。
通常の通信MIMOではチャネル推定によって吸収できますが、AoAやビームフォーミングに使用する場合は、実機で位相特性を評価する必要があります。
また、多数のB210をUSBで接続して4チャネル、8チャネル,,,と拡張していくと、USB帯域、ホスト構成、装置間同期の管理が難しくなります。
したがってB210は、
1台で完結する低コストな2×2通信MIMO
という位置付けが最も分かりやすいでしょう。
E3xxシリーズ
E3xxは今回の比較では非常に特徴的なシリーズです。
B210が「PCにつないで使用する2×2 MIMO」だとすれば、E3xxは、
PCを接続せず、USRP単体で動作できる組み込み2×2 MIMO
と考えることができます。
現行のE3xxシリーズは、
E310／E312／E313
E320
の2系統に大きく分類できます。
どちらもAD9361を1個搭載した2チャネル送受信機で、56 MHzの瞬時帯域幅を備えています。(Ettus Files)
E310／E312／E313――フィールド向け2×2 MIMO
E310は70 MHz～6 GHz、最大56 MHz帯域の2×2 MIMO SDRです。
Zynq-7020にARM Cortex-A9とFPGAを搭載しているため、Linux、UHD、RFNoC対応アプリケーションをUSRP本体上で実行できます。ARMへのサンプル転送は最大10 MS/sです。(Ettus Knowledge Base)
そのため、
ドローン搭載
車載
フィールド計測
無人観測装置
ポータブルな2×2 MIMO受信機
エッジ側で信号処理するSDR
などに適しています。
E312はE310系をベースにバッテリー動作へ対応したモデルで、E313はE310をIP67筐体に収めた屋外設置向けシステムです。(Ettus Knowledge Base)
E31x内部の2チャネルはLOを共有
E310系ではB210と同様、
2つのRXチャネルがRX LOを共有
2つのTXチャネルがTX LOを共有
します。(Ettus Files)
つまり、1台内部で2×2 MIMOを行う構成には向いています。
一方で、2チャネルが同じLOを共有するため、大きく離れた2つのRF周波数を完全に独立してチューニングすることはできません。その場合はデジタルチューニングを組み合わせる必要があります。(Ettus Files)
E31xを複数台同期する場合の注意
ここはE310系の重要な特徴です。
E310／E312／E313には外部PPS入力がありますが、E320のような独立した外部10 MHz入力はありません。現行のE3xx比較仕様でも、E31xはExternal PPS、E320はExternal PPS + External 10 MHzという構成になっています。(Ettus Files)
したがってE31xは、
1台内部の2×2 MIMO
→ 得意
複数台を並べた大規模同期MIMO
→ 第一候補ではない
という位置付けになります。
特にDBF、AoA、フェーズドアレイのような多台数構成では、N321やX420などの方が同期システムを設計しやすくなります。
E320――高性能な組み込み2×2 MIMO
E320もAD9361を使用した、
2 TX／2 RX
70 MHz～6 GHz
最大56 MHz
のMIMO SDRです。(Ettus Knowledge Base)
ただし、E310系と比較してハードウェアが大幅に強化されています。
Ettus ResearchはE320について、E31x比で約4倍のFPGAリソースを備えると説明しています。さらにSFP+を備え、10 GbEではホストに最大61.44 MS/sでサンプル転送できます。(Ettus Knowledge Base)
E320は、
スタンドアロン動作もでき、必要に応じて高速ネットワークUSRPとしても使える2×2 MIMO機
と考えると分かりやすいでしょう。
E320では外部10 MHzとPPSを個別に入力可能
E320ではE31xと異なり、
External 10 MHz
External PPS
GPSDO
に対応しています。(Ettus Files)
そのため複数台のE320に共通の10 MHzとPPSを分配すれば、
周波数同期
時間同期
を構成できます。
これはE31xに対する大きなメリットです。
ただし、10 MHz＋PPS同期と、RF LOそのものの共有は別物です。
N321やX420では外部LO／LO共有機能が公式に用意されていますが、E3xxの公式機能一覧ではそのようなRF LO共有機能は示されていません。したがって、多台数で高精度な位相コヒーレントシステムを構築する用途では、N321やX420の方が明確な選択肢になります。これは各シリーズの公式同期機能を比較した上での整理です。(Ettus Files)
E320が向いている用途
組み込み2×2 MIMO
フィールド設置
ドローン・車載
スタンドアロンRF処理
RFNoCによるFPGA前処理
必要に応じて10 GbEでホストへ転送
複数台の時間・周波数同期
E310とE320を比較すると、
可搬性やシンプルさを優先するならE310、FPGA性能・高速ネットワーク・外部同期まで必要ならE320
という選び方ができます。
X300／X310シリーズ
ドーターボードを選べる柔軟なMIMOプラットフォーム
X300／X310の特徴は、RFドーターボードを交換できることです。
そのため、
X310だからこのMIMO特性
と一意には決まりません。
使用するドーターボードによって、
周波数範囲
帯域幅
LO構成
チャネル数
位相特性
が変わります。
一般的なトランシーバ系ドーターボードを2枚搭載すれば、2チャネルの通信MIMOシステムを構成できます。
ホスト接続には1/10 GbEやPCIeを使用できます。Ettusの現行試験手順でも、X300/X310では1 GbE、10 GbE、PCIeによる接続が使用されています。(Ettus Files)
X310＋TwinRX――AoA・方向推定向け
X3xxシリーズの中でも特に位相を重視する用途に適しているのがTwinRXです。
TwinRXは、
2チャネル受信
10 MHz～6 GHz
最大80 MHz／ch
LO共有対応
の受信専用ドーターボードです。
同一TwinRX内だけでなく、複数のTwinRX間でもLOを共有でき、公式マニュアルではスケーラブルなマルチチャネル・フェーズドアレイに必要なphase-aligned動作を実現できると説明されています。(Ettus Files)
X310にTwinRXを2枚搭載すれば、4チャネルの同期受信構成を作ることができます。
適した用途は、
AoA
MUSIC
ESPRIT
電波方向探知
受信DBF
スペクトラム監視
などです。
ただしTwinRXは受信専用です。
N300／N310
N310――1台で4×4通信MIMO
N310はAD9371を2個搭載し、4 TX／4 RXを1台で実現しています。
N300はその2チャネル版です。N310では初期化時にMulti-Chip Synchronizationを実行し、2つのRFICを共通の時間・クロック基準へ整列します。(Ettus Files)
したがって、
4×4通信MIMO
5G NR
マルチアンテナ基地局
チャネルサウンディング
RFNoC処理
などに適しています。
N310は4チャネルでもRF位相は自動的に揃わない
ここは非常に重要です。
公式マニュアルでは、
N310自身にはチャネル間の位相を整列する方法がなく、内部LOでは実行ごとに位相がランダムになる
と明記されています。(Ettus Files)
外部LOを使用すると位相曖昧性を減らせますが、AD9371内部の÷2分周器による180度の曖昧性が残ります。(Ettus Files)
したがってN310は、
4×4通信MIMOには非常に適しているが、無校正の4チャネル位相コヒーレント機ではない
と理解するのが適切です。
N320／N321
位相コヒーレントな多台数構成を意識したシリーズ
N320／N321は、
2 TX／2 RX
3 MHz～6 GHz
最大200 MHz／ch
のネットワーク型USRPです。(Ettus Files)
N310とは異なりディスクリートRF構成を採用し、TX／RXそれぞれに外部LOを入力できます。
さらにN321にはLO分配回路が搭載されています。
公式マニュアルでは、N321のLO分配と等長ケーブルを使用することで、最大16台・32×32チャネルで単一LOを共有でき、外部LO分配を組み合わせることでさらに大規模な構成も可能とされています。(Ettus Files)
そのため、
多台数DBF
ビームフォーミング
AoA
多チャネルレーダー
電子戦
大規模チャネルサウンディング
では非常に有力な選択肢です。
注意点
共通LOを使用してもRF経路の位相差は残ります。
したがって、
10 MHz／PPS同期
LO共有
同期ストリーム開始
RF経路校正
校正係数の適用
必要に応じた再校正
まで含めて設計する必要があります。
X4xxシリーズ
X410――最大400 MHzの4×4通信MIMO
X410は、
4 TX／4 RX
1 MHz～7.2 GHz
最大400 MHz／ch
の高性能SDRです。(Ettus Files)
次の用途には非常に強力です。
4×4広帯域MIMO
5G NR
6G候補波形
広帯域OFDM
大規模なRFNoC処理
FPGA PHY実装
特に、
1台で4チャネル × 数百MHz級
を扱いたい場合は有力な候補です。
ただし、4 TX／4 RXという仕様そのものが、RF位相コヒーレンスを意味するわけではありません。
通信MIMO用途と、AoA／DBF用途は分けて検討する必要があります。
X420――20 GHz・1 GHz帯域・LO共有
X420は、
2 TX／2 RX
10 MHz～20 GHz
最大1 GHz／ch
External LO
LO sharing
に対応しています。(Ettus Files)
そのためX420は、
X帯
Ku帯
衛星通信
NTN
高周波レーダー
高周波ビームフォーミング
位相コヒーレント計測
などに向いています。
チャネル数は2ですが、
高周波＋超広帯域＋位相コヒーレント構成
という点では、他のUSRPとはかなり異なるポジションです。
X440――最大8チャネルの直接サンプリング
X440は、
最大8 TX／8 RX
30 MHz～4 GHz
直接サンプリング
最大2.048 GSps
という特徴を持ちます。(Ettus Files)
多チャネル性を重視する場合は非常に魅力的です。
多チャネル同時観測
スペクトラム監視
多チャネルレーダー
チャネライザ
Massive MIMO研究
広帯域センシング
などが考えられます。
一方、
直接サンプリング＝8チャネルphase coherent保証
ではありません。
AoAやビームフォーミングに使用する場合は、コンバータ間同期、デジタルNCO、ストリーム開始、RF経路差、温度ドリフトなどを含めて実測・校正する必要があります。
用途別に選ぶなら
低コストで2×2通信MIMO
B210
まずMIMOを試したい場合に最も手軽です。
PCなしで2×2 MIMOを動かしたい
E310／E320
ドローン、車載、屋外、フィールド設置などではEシリーズが有力です。
特に、
小型・スタンドアロン重視 → E310
FPGA性能・10 GbE・外部10 MHz同期も必要 → E320
と分けると分かりやすいでしょう。(Ettus Knowledge Base)
4×4通信MIMOを1台で行いたい
N310 または X410
100 MHz級まで → N310
400 MHz級まで → X410
という帯域幅も大きな判断材料になります。
4チャネルAoA・方向探知
X310＋TwinRX×2
LO共有を前提とした受信構成を作りやすいことが大きなメリットです。(Ettus Files)
多台数の位相コヒーレントシステム
N320／N321
特にLO分配機能を持つN321が有力です。(Ettus Files)
20 GHzまでの高周波・広帯域・LO共有
X420
最大1 GHz／chと20 GHzまでの周波数範囲が大きな特徴です。(Ettus Files)
5～8チャネルの同時I/O
X440
ただし、位相を利用する場合は別途同期・校正条件を確認します。
まとめ――チャネル数だけで選ばない
今回比較したシリーズは、箇条書きでまとめると次のようになります。
B210：低コストなUSB接続2×2 MIMO
E310／E320：スタンドアロン・組み込み2×2 MIMO
X300／X310：ドーターボードを選べる柔軟なMIMOプラットフォーム
X310＋TwinRX：位相同期を重視した多チャネル受信
N310：高密度な4×4通信MIMO
N320／N321：多台数の位相コヒーレント構成
X410：最大400 MHz／chの広帯域4×4通信MIMO
X420：20 GHz・最大1 GHz帯域・LO共有対応
X440：最大8チャネルの直接サンプリング
当たり前ではありますが、どのシリーズを選ぶ場合でも最も重要なのは、
「自分のアルゴリズムがどの同期レベルを必要とするか」を先に決めることです。
最後にもう一度、本記事は2026年8月時点の公開情報を基にしています。UHDのバージョンやハードウェアリビジョンによって動作条件が異なる場合があるため、導入時には最新の公式資料と可能であれば実機を借りるなど事前にご確認することを強く推奨します。
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