MATLABを使用することで、エンジニアは、より高い帯域幅、決定論的な低遅延処理、およびリアルタイム信号解析を必要とする最新のRFシステム向けに、高精度なRF信号解析を簡素化できます。レーダー、無線通信、航空宇宙、防衛、衛星通信、電子戦などのアプリケーションでは、開発時間と設計の複雑さを軽減しながら、ますます高度なRF処理が求められています。
これらの課題に対処するため、iWaveは、MATLAB®、Simulink®、Fixed-Point Designer™、Communications Toolbox™、DSP System Toolbox™、DSP System Toolbox™ Blockset、MATLAB Report Generator™、およびKeysight IOライブラリ用Instrument Control Toolbox™サポートパッケージを含む、MathWorks®の包括的なツールスイートを使用して、Agilex® 9 R17BダイレクトRFシステムオンモジュール（SoM）を評価しました。
これらのツールを組み合わせることで、RFアルゴリズム開発、FPGA実装、信号処理、ハードウェア検証、RF性能解析、自動レポート作成といった一連の作業を、モデルベースの効率的なワークフローで実現できます。この統合開発環境により、エンジニアはRFシステムを効率的に開発、検証、最適化できるだけでなく、開発サイクルを短縮し、市場投入までの時間を短縮できます。
Agilex® 9 R17BダイレクトRFシステムオンモジュールを選ぶ理由：
Agilex® 9 R17B ダイレクトRFシステムオンモジュール（SoM）は、次世代RFおよび高速信号処理アプリケーション向けに設計された高性能プラットフォームです。Altera Agilex® 9 ダイレクトRF SoC FPGA（R17Bパッケージ）をベースとし、統合型RFデータコンバータ、高速トランシーバ、およびヘテロジニアス処理を組み合わせることで、要求の厳しいリアルタイムRFワークロードをサポートします。
ミッションクリティカルなアプリケーション向けに設計されたこのプラットフォームは、RFシステムアーキテクチャを簡素化しながら、コンパクトな量産対応フォームファクタで、高帯域幅、決定論的な遅延、および正確な同期を実現します。
他社とのちがい
- Altera® Agilex® 9 ダイレクトRF SoC FPGA（AGRW014、R17Bパッケージ）
- 最大1.43万個のロジックエレメント
- 最大58GbpsのPAM4をサポートする16個の高速トランシーバー
- 最大64 GSPSで動作する4つの統合ADCおよび4つのDACチャンネル
- 0.1GHzから36GHzまでの広いRF帯域幅
- 最大1.4GHzで動作するクアッドコア64ビットArm® Cortex®-A53プロセッサ
- コンパクトな形状：82mm×111mm
MATLAB®とSimulink®によるRF開発の加速
Agilex® 9 R17B Direct RF SoMは、高性能なRF信号の取得、処理、生成のための拡張性の高いハードウェアプラットフォームを提供します。このアーキテクチャは、専用の受信（RX）および送信（TX）信号パス、高速ADCおよびDACインターフェース、そしてDMAベースのデータ転送機能を組み込んでおり、取得および生成されたRFデータを効率的に転送します。
ハードウェア制御は、JTAGベースの通信フレームワークを使用したAvalon®メモリマップドインターフェースを介して実装され、FPGAレジスタ、DMAエンジン、およびシステム構成への直接アクセスを提供します。
ホストコンピュータ上では、MATLAB®がハードウェア制御、波形生成、データ取得、信号可視化、RF解析、自動レポート作成のための統合ソフトウェア環境を提供します。これらの機能を単一の環境に統合することで、エンジニアはRF検証ワークフローを大幅に簡素化し、開発全体の労力を削減できます。
アーキテクチャの概要
図1：MATLAB®とAgilex® 9 R17BダイレクトRFシステムオンモジュールを使用したRF信号生成、取得、FPGA制御、および性能解析のための完全なソフトウェアおよびハードウェアアーキテクチャを示します。
検証済みのMathWorks®ツールボックス
iWaveは、 Agilex® 9 R17B Direct RF SoMのRF機能を評価するために、RFアルゴリズム開発、FPGA通信、信号処理、可視化、デバッグ、自動レポート作成を網羅するMathWorks®の複数の製品を検証しました。
MATLAB®
FPGAハードウェア制御、波形生成、RFデータ取得、可視化、および性能分析機能を提供します。
Simulink®
FPGA実装に先立ち、RF、DSP、および通信アルゴリズムのモデルベース設計、シミュレーション、および検証をサポートします。
Fixed-Point Designer™
浮動小数点アルゴリズムを、FPGAへの展開に最適化された、ハードウェア効率の高い固定小数点実装に変換します。
コミュニケーションツールボックス™
変調、復調、同期、チャネルモデリング、および通信アルゴリズム開発をサポートします。
DSPシステムツールボックス™
FFT処理、デジタルフィルタリング、スペクトル解析、信号測定、およびDSPアルゴリズム開発を提供します。
DSPシステムツールボックス™ブロックセット
Simulink®内でDSP処理パイプラインのグラフィカルな構築と検証を可能にします。
MATLABレポートジェネレータ™
RF測定値、波形図、および性能概要を含むエンジニアリングレポートを自動的に生成します。
Keysight IOライブラリ用Instrument Control Toolbox™サポートパッケージ
システム検証および測定のために、外部RF試験機器との自動通信機能を提供します。
簡略化されたFPGA制御とRF解析
MATLAB®は、統一されたソフトウェアインターフェースを介してFPGAリソースに直接アクセスできるようにすることで、Agilex® 9 R17B Direct RF SoMとの連携を簡素化します。エンジニアは、複数の開発ツールを切り替えることなく、ハードウェアの構成、RF信号経路の制御、データの取得、システム性能の分析を行うことができます。
MATLAB®は、システムコンソールAPIとJTAGベースのAvalon®メモリマップド（Avalon-MM）インターフェースを組み合わせることで、複数の独立したソフトウェアアプリケーションを必要とせずに、FPGAのリアルタイム構成、監視、およびハードウェアとの相互作用を可能にします。
ハードウェア制御とRF解析を単一のワークフローに統合することで、エンジニアは開発作業を削減し、デバッグを迅速化し、RFシステム全体の検証サイクルを短縮できます。
高度なデータ視覚化
MATLAB®は、RF信号に関する包括的な可視化機能を提供します。これには以下が含まれます。
- 時間領域波形解析
- 周波数領域スペクトル解析
- FFT可視化
- IQコンステレーション分析
- マルチチャネル信号比較
これらの可視化ツールは、迅速なデバッグ、効率的な信号解釈、および包括的なシステム検証を可能にします。
図1. 時間領域波形可視化
図2. 周波数領域スペクトル解析
自動RF性能分析
MATLAB®は、業界標準の指標を計算することで、RF性能評価を自動化します。これには以下が含まれます。
- 信号対雑音比（SNR）
- 信号対雑音比および歪み比（SINAD）
- 有効ビット数 (ENOB)
- スプリアスフリーダイナミックレンジ（SFDR）
- 高調波歪み
- スペクトル測定
これらの機能により、RF特性評価が簡素化されるとともに、検証および文書化のための自動レポート生成が可能になります。
MATLAB®とSimulink®を使用したエンドツーエンドのRF開発
MATLAB®とSimulink®は、アルゴリズムのモデリングからAgilex® 9 R17BダイレクトRFシステムオンモジュール上での検証済みFPGA実装まで、RFシステム開発のあらゆる段階を網羅する包括的なワークフローを提供します。
主な機能
- アルゴリズム開発: ハードウェア実装前に、RF、DSP、AI、および通信アルゴリズムの設計、モデリング、および検証を行う。
- システムシミュレーション: ビット精度シミュレーションを用いてアルゴリズムの動作を検証し、設計上の問題を早期に特定する。
- 固定点最適化： 浮動小数点アルゴリズムをハードウェア対応の固定小数点実装に変換し、FPGAのリソース効率を最大化する。
- 自動HDL生成： 検証済みのSimulink®モデルから合成可能なVerilog®およびVHDLを直接生成することで、手動によるRTL開発を削減します。
- IPコア世代： Intel® Quartus® Primeプロジェクトへの迅速な統合を可能にする、再利用可能なAXIおよびストリーミングIPコアを作成します。
- ハードウェアの検証: 展開前に、FPGAインザループ（FIL）およびハードウェア協調シミュレーションを使用してFPGAの機能を検証します。
- パフォーマンスの最適化： アプリケーションの要件を満たすために、レイテンシー、スループット、およびFPGAリソースの使用率を微調整します。
- AIとDSPの導入： 決定論的なリアルタイムRF信号処理のために、AI推論アルゴリズムとDSPアルゴリズムを実装する。
次世代RFアプリケーションの実現
MATLAB®、Simulink®、およびAgilex® 9 R17BダイレクトRFシステムオンモジュールの組み合わせにより、幅広い高性能RFアプリケーションがサポートされます。
ソフトウェア無線 (SDR)
ソフトウェア無線、スペクトル監視、無線テスト、および衛星通信システム向けに、QPSK、QAM、OFDM、LTE、および5Gの物理層アルゴリズムを開発、シミュレーション、および展開する。
レーダー信号処理
高度なレーダーシステム向けに、パルス圧縮、FFT処理、デジタルフィルタリング、ビームフォーミング、目標検出、および目標追跡を実装する。
電子戦（EW）
広帯域信号取得、スペクトル監視、脅威検出、およびリアルタイム信号情報アプリケーションを開発する。
5Gおよび6G無線インフラ
Massive MIMO処理、RFフロントエンド機能、デジタルビームフォーミング、および高帯域幅ベースバンド処理を高速化します。
ワイヤレステストおよび計測
自動信号生成、RF特性評価、変調解析、および生産テストを実行する。
航空宇宙および防衛
決定論的な低遅延性能と高い信頼性を必要とする、ミッションクリティカルな組み込みRFコンピューティングソリューションを導入します。
RFシステムがより高い帯域幅、決定論的な低遅延処理、およびAIを活用した信号インテリジェンスへと進化し続けるにつれて、開発プラットフォームはハードウェア性能とソフトウェア生産性の両方を提供する必要がある。
Agilex® 9 R17B ダイレクトRFシステムオンモジュールは、 MATLAB®、Simulink®、およびより広範なMathWorks®エコシステムと組み合わせることで、エンジニアがアルゴリズム設計とシミュレーションから検証済みのFPGA実装まで効率的に移行できる包括的な開発プラットフォームを提供します。この統合されたワークフローにより、RF開発が簡素化され、システム検証が改善され、デバッグ作業が削減され、レーダー、無線通信、衛星通信、航空宇宙・防衛、ソフトウェア無線、その他の高性能RFアプリケーションへの展開が加速されます。
iWave Agilex® 9 R17B ダイレクトRFシステムオンモジュール（SoM）に関する詳細情報、またはRFアプリケーションの要件についてのご相談は、mktg@iwave-global.comまでお問い合わせください。
