USRPでAMラジオをキャプチャしてプレイバックしてみる(1) 結論と構成編

ドルフィンシステムには、LTE, 5Gの研究開発のお話も来ますが、AMなどのレガシーなお話も来ます。

そうです。廃止が取り沙汰されているAM放送です。

枯れている技術とは言っても自動車を初め色々なところで使われており、受信評価などの需要があります。

USRPでもAMの受信をしたいという話が出ますが、実がこれが厄介者なのです。

USRPに搭載されている主なドーターボードの周波数帯は10MHz～がほとんど。500KHz～のAM放送は受信できません。HackRF(1M～)、Lime SDR(100KHz～)等なら出来るんですが、残念です。

ですが、LFRX、LFTXというドーターボードに載せ替えれば、DC-30MHzの送受信が可能になります。

結論

今回は結論から行きます。
USRP NシリーズにLFTX, LFRXを搭載し、AMを収録し再生することでAMラジオを聞くことが出来ました！

• アンテナはとても重要。AM用ループアンテナかAM帯対応のアンテナを屋外に設置する必要あり(ドルフィンシステムの環境では)。
• アンテナからUSRPまでの間にアンプが必要(今回は25dB程上げた)。
• USRPでのAMチャネル受信レベルが-40dBm程無いと、再生しAMラジオで聞いたときのノイズがひどい。
• 別途用意したRTLSDRにアンテナとアンプを接続しSDRSharpでAMラジオを聞くとノイズがひどい。これはアンテナが受信したFM帯などAM帯以外の信号がAM帯に乗ってしまい、ノイズとして聞こえるからだ（と思われる）。
• 通常のラジオなどであればAMアンテナ直下にローパスフィルタがついており、AM帯以外のノイズをカットするが、RTLSDRはそのまま受信してしまう。
• USRP LFRXで収録する場合AM帯だけをサンプリングするので、LFTXで再生した信号をRTLSDRで受信してもAM帯信号だけを受信するので、ノイズはあまりない。(USRPで収録することでローパスフィルタと同じ作用が働く)
• 受信レベル-59dBm程度でノイズの中にかすかに、音のようなものが聞こえる。

受信レベルと聞こえ具合

以下がドルフィンシステムでの結果です。

　赤 = ノイズだけもしくはノイズが支配的
　黄 = 声は聞こえるがノイズが大きい
　緑 = クリアに聞こえる(多少のノイズは許容)

コンディションは常に変動しているので、一概には言えませんが-40dBmは超えて-35dBm程の受信レベルであればクリアに聞こえました。

上記の受信レベルはRTLSDRで受信した信号をSDRSharp上で確認した数値です。

収録・再生の構成

収録に使用する受信アンテナは「AM用ループアンテナ」や「AM対応を謳っているアンテナ」を用意しました。またAMに対応しているアンプ(40dBのアンプだが1MHzは25dB程しか上がらない)も購入しアンテナとUSRPの間につないでいます。
弊社手持ちのUSRP-2922のドーターボードを外して、LFTXとLFRXを取り付けます。
これでUSRPのAM収録・再生のハードウェアが準備完了。

再生音声の確認用に、RTLSDR(ドングル)を用意しました。
確認のためにAMラジオに向けて電波を出すわけにはいきませんので、SMAケーブルで直結できるRTLSDRを用意しました。AM対応の広帯域受信機を用意すればベストなのでしょうが、今回は簡易的にします。

以下が使用機材の一覧です。

機材名	型番	数量	備考
RFモジュール	NI USRP-2922	1	ドーターボードは、LFTX, LFRXに載せ替える
ドーターボード	LFTX	1	NI USRP-2922のTX/RX(RF1)側に搭載する。
ドーターボード	LFRX	1	NI USRP-2922のRX(RF2)側に搭載する。
アンプ	LNA 100 kHz - 2000 MHz RF LNA Gain 30dB	1	GPIO Labs。1M帯では25dB増幅。
PC	Lenovo ThinkPad P51	1	収録再生に使用する
RTLSDR	RTLSDR	1	サインソニック　UV HF RTL-SDR 対応 USB チューナー R820T+2383 100KHz-1.7GHz オーバンド受信用 AMラジオの聴取に使用する。

ちょっと長くなりそうなので、今回はここまで。
来週は構成や収録再生をなどを紹介します。

まとめ

• アンテナはとても重要。AM用ループアンテナかAM帯対応のアンテナを屋外に設置する必要あり(ドルフィンシステムの環境では)。
• アンテナからUSRPまでの間にアンプが必要(今回は25dB程上げた)。
• USRPでのAMチャネル受信レベルが-40dBm程無いと、再生しAMラジオで聞いたときのノイズがひどい。
• 別途用意したRTLSDRにアンテナとアンプを接続しSDRSharpでAMラジオを聞くとノイズがひどい。これはアンテナが受信したFM帯などAM帯以外の信号がAM帯に乗ってしまい、ノイズとして聞こえるからだ（と思われる）。
• 通常のラジオなどであればAMアンテナ直下にローパスフィルタがついており、AM帯以外のノイズをカットするが、RTLSDRはそのまま受信してしまう。
• USRP LFRXで収録する場合AM帯だけをサンプリングするので、LFTXで再生した信号をRTLSDRで受信してもAM帯信号だけを受信するので、ノイズはあまりない。(USRPで収録することでローパスフィルタと同じ作用が働く)
• 受信レベル-59dBm程度でノイズの中にかすかに、音のようなものが聞こえる。

私たちドルフィンシステムは、お客様の様々な要望に答えられるように色々と実験をしています。LTE, 5Gのお話も来ますが、AMなどのレガシーなお話も来ます。最適な無線システムを提案していけるよう努力しております。

SDRを用いた無線システムのご要望はドルフィンシステムへ。

以上、ドルフィンシステム福島でした。