Download as PDF, PPTX
Uploaded byTaisuke Yamada
Getting Started with SDR in Python
Introduction to SDR and how Python is used in various major frameworks and applications.
![[DL輪読会]画像を使ったSim2Realの現況](https://cdn.slidesharecdn.com/ss_thumbnails/imagesim2real-201030025320-thumbnail.jpg?width=640&height=640&fit=bounds)
Getting Started with SDR in Python
- 1.
- 2. 今日の内容 ● ソフトウェア無線って何？ ● どんなことができるの？ ●ちょっとだけ電波や通信の話 ● フレームワークやライブラリ ● 沼への始めてみたい人への案内
- 3. ソフトウェア無線って？ ● 従来はハードウェアで実現されていた要素が ● ソフトウェアによって実現されたもので ●技術の発展により理論上でのみ可能とされていたことが 現実に可能になった
- 4.
- 5.
- 6.
- 7.
- 8.
- 9.
- 10.
- 11.
- 12.
- 13.
- 14.
- 15. Python: どう活用されてる？ ● GNURadio(+ GNURadio Companion) – C++/Pythonが主力言語 – DSPや制御ブロックをPythonで書いて拡張できる – 機能ブロックを接続してPythonアプリを生成 ● PothosFlow – C++/Pythonが主力言語 – ほぼGNURadio（GRC作者がGRに不満で作った） ● Universal Radio Hacker – Pythonで書かれた解析用SDRアプリケーション DSPコアはさすがにC++が強いものの、それでもNumPyやらCythonが 色々なところに登場して活用されている
- 16. GNURadio Companion ● 2001年：GNURadioプロジェクト開始 –信号処理フレームワーク – 豊富なDSPブロックのライブラリ – それらDSPブロックを実行するスケジューラ – 多数の各種SDRデバイスのIOドライバ ● 2009年：GRCでビジュアル開発が可能に – シグナルフロー図で機能ブロックを連結 – 図からPythonコードを生成して実行・検証
- 17.
- 18.
- 19. やってみよう 一番簡単な「Lチカ」、「Hello, world」的なフローグラフ。 Signal Sourceで1KHzの信号を生成して、可視化用のQTGUI Time Sinkで それを受けている。間のThrottleはCPU過剰消費防止用。
- 20. やってみよう 一番簡単な「Lチカ」、「Hello, world」的なフローグラフ。 Signal Sourceで1KHzの信号を生成して、可視化用のQTGUI Time Sinkで それを受けている。間のThrottleはCPU過剰消費防止用。
- 21.
- 22.
- 23.
- 24.
- 25.
- 26.
- 27.
- 28.
- 29.
- 30.
- 31.
- 32.
- 33.
- 34.
- 35. GNURadioブロックの入出力構造 Dataは文字通りで信号データ、Tagは信号データの各所にマークを 付け後続ブロックの目印とするメタデータ、そしてMessageは ブロックに対する制御メッセージを送るためのもの。 これら3つをブロックで生成したり受け渡しつつ、ブロック パラメータに応じた処理をしてゆく形となる。 Message In MessageOut Data In Data Out 010101110000000001010101010 Tag(name: value) Data
- 36.
- 37.
- 38.
- 39.
- 40.
- 41.
- 42.
- 43.
- 44.
- 45. Pothos ● GNURadio/GRCの代替として開発 – GRC作者がGRの機能に不満があり着手したらしい… ●おおむねGR/GRCと同じ – シグナルフロー図で機能ブロックを連結 – APIでC++/Pythonでアプリや拡張開発可能 ● 特徴的な違い – Pythonコードジェネレータは未実装 – 画面操作性はGRCよりもこなれている ● 変更がライブで反映、実行結果が止めても残るなど – 統一的なSDR機器のIOドライバがある（SoapySDR） ● ネットワーク透過なIOもできる
- 46.
- 47.
- 48. PothosアプリをPythonで コードジェネレータは ないため自分で書く。 GRと同様の 1. ブロックを設定 2. ブロックを接続 3.実行開始 の構成。API自体はかなり クリーンで読みやすい。
- 49.
- 51.
- 52.
- 53.
- 54.
- 55. もちろんPython $ pip installurh URHもやはりプラグイン拡張が可能で、当然Pythonが開発言語。 しかしその詳細は力が及ばなかったので今回は報告は見送りです・・・
- 56. まとめます ● 従来は「ラジオ用」等の専用機器を介したアクセス ● SDRで無線へのアクセス性が質的に変わった –振幅・位相といったレベルで任意の計測が可能に – 商用機材（H/W）がなくてもアクセス可能に ● GNURadio/GRCはビジュアルPython開発環境 – フローグラフ＝Pythonアプリケーション ● PothosWareも強力な信号処理開発環境 – SoapySDRを使えば未来のSDR機材まで含めて対応 ● Universal Radio Hackerは夢のリバエン環境 この分野、あらゆる所にPythonが使われています。 あなたもPythonでソフトウェア無線をはじめてみませんか？
- 57.
- 58.
- 59. 周波数帯の呼び名 周波数 波長 呼称補足 ～3KHz 100km～ 極超短波(ULF, SLF, ELF) Ultra, Super, Extremely Low 3～30KHz 10～100km VLF、超長波 Very Low 30～300KHz 1～10km LF、長波 Low 0.3～3MHz 0.1～1km MF、中波 Medium 3～30MHz 10～100m HF、短波 High 30～300MHz 1～10m VHF、超短波、メートル波 Very High 0.3GHz～ 3GHz 0.1～1m UHF、極超短波 マイクロ波 L, S, C, X, Ku, K, Ka, V, W, G などのバンド名での 分類も使われる 3～30GHz 1～10cm SHF、センチメートル波 30～300GHz 1～10mm EHF、ミリ波 0.3～3THz 0.1～1mm THF、テラヘルツ波 3THzまでが電波という扱い。ここから先は赤外線、可視光、紫外線、X線、ガンマ線と続く
- 60.
- 61. SDR：物理の制約はやっぱりある 実信号 Q成分 I成分 アンテナ フィルタ 増幅器 フィルタ Local Oscillator 局発/局部発振器 IF /中間周波数 RF ADC増幅器 LO - RF = IF ここまで アナログ ここから デジタル ※どこが境界になるか（ADCがどこに置かれるか）は機材の設計による ※ADC性能やバス帯域との綱引きでそれぞれ結構違う構成で出ている
- 62.
- 63.
- 64.
- 65.
- 66. パケットデータの生成 ダミーデータの生成 01 01 0101 01 01 01 01 00 00 00 00 00 00 01 01 という16byteの反復
- 67.
- 68. パケットデータの生成 入ってきたタグからペイロード長を得て、 それを含むフレームヘッダを生成する AA00100010 AA00100010 Tag(packet_len: 16)Tag(packet_len: 16) 01010101010101010000000000000101 0101010101010101... Tag(packet_len: 16) Tag(packet_len: 16) = AA
- 69.
- 70.
- 71.
- 72.
- 73.
- 74.
- 75.
- 76.
- 77. シンボル同期とフレーム検出 先頭8192byteだけ取り出して ファイルに保存 受 信 完了 元々送出したバイト列と同じものが8KB続いている
- 78.