ソフトウエアベースの測定器メーカーNational Instrumentsが、マイクロ波のCAD/CAEベンダーのAWRを買収して3年。通信技術が4Gから5Gへ向かうにつれ、両者のシナジー効果(参考資料1)が明確に表れてきた。複雑な5G技術をソフトウエア無線（Software defined radio）で対応し、マイクロ波･ミリ波回路をAWRのAnalyst/AXIEMシミュレータで設計する。

4G（LTE）から5Gへと高速データレートへ移るのにつれ、世界各国ごとに異なる周波数の違いや変調方式の微妙な違いによる多様性だけではなく、開発そのものの難しさから設計し直し、作り直しが増えそうな勢いである。少なくとも設計し直しを減らすことができれば作り直しも減る。

ソフトウエア無線（SDR）技術はソフトウエアでモデム回路を設計する技術である。各国のモデム通信規格が異なれば、それに合わせたソフトウエアを作り込みフラッシュメモリなどにストアし、国ごとに呼び出して使えばよい。5Gの規格はまだ定着していない。NTTドコモの提案では10Gbpsというデータレートの目標値はあるが、それを実現するために手段が決まっていない。データレートをキャリア周波数よりも高くできるのか、ミリ波を使うのか、マッシブMIMOからの受信データをどこに実装するのか、キャリアアグリゲーションのサブキャリア周波数帯域をいくつにするか、フェーズドアレイアンテナなど実現方法を模索し、実証していく必要がある。

図1　National Instrumentsが発表したLabVIEW Communications　出典： National Instruments

モデムのアルゴリズムをそのようなハードウエアで実現するのかがわかっていない現状で5G開発をいち早く進めるためには、SDRはピッタリの技術である。それをサポートするツールが、このほどNIが発表したLabVIEW Communications System Design Suite(図1)である。この新しい開発ツールにNIのUSRP RIOというハードウエアと組み合わせて使う。USRP RIOはプログラム可能なFPGAを搭載しており、リアルタイム処理の実装が可能である。LabVIEW Communicationsは、従来のC言語やMATLABで記述したアルゴリズムをFPGAにマッピングできる。これによって設計から、試作の検証が完了するまでの時間を半分に短縮できるという。

5GやIoT（Internet of things）などこれからの通信を使うシステムではモデムだけではなく、電波を直接扱うアンテナからRF回路までは、AWRのソフトウエアツールを使う。AWRはマイクロ波回路設計のMicrowave Officeという定評のあるツールを持っているが、電磁界解析シミュレータとして、一様な基板をモデルとするモーメント法のAXIEMと、メッシュを構成する有限要素法のAnalystを提供している。モーメント法は精度が粗いが計算速度は速く、有限要素法は精度が細かいが速度は遅い。

このほどパシフィコ横浜で開催されたマイクロウェーブ展2014においてAWRは、二つのシミュレータを搭載したコンピュータを使って、二つのシミュレータを切り替えることで、マイクロ波半導体を搭載した基板モジュールや半導体パッケージの設計をデモンストレーションした。例えば、半導体チップや回路のエッジではモーメント法は解析できないため、エッジ部分ではAnalystを使う。これによって、例えばICパッケージの共振によって、マイクロ波パワーが伝達しない場合（電磁バンドギャップなど）を見出すことができる。グランドビアの数を変えることで最適な形状を見つけることができる。これにより、開発期間を減らすことができる。

参考資料
1. 相補的な製品の関係の企業買収なら、どちらもハッピー (2014/01/15)