はじめに
現代の電子戦（EW）システムは、幅広い周波数範囲にわたり大量のRF信号を処理することが求められます。機敏なレーダーパルスの検知やバースト通信の傍受など、広帯域幅のデータをリアルタイムでキャプチャし処理する能力が不可欠です。今日の電子戦における最も困難な課題の一つは、高速A/Dコンバータ（ADC）を用いて高周波・広帯域の信号をキャプチャし迅速に処理することです。一瞬の周波数ホッピングや短いレーダーパルスを見逃せば、脅威を見逃す可能性があります。
RFSoCデバイス
高速RFサンプリングコンバータとFPGAを単一のRFシステムオンチップ（RFSoC）に統合するといった近年の技術革新により、EW受信機は広範囲のスペクトルを直接サンプリングできるようになりました。しかし、これらのRFSoCデバイスは数百ギガビット/秒規模のデータストリームを生成できるため、従来の記録・保存方法の限界を超えています。そこで登場するのが高速イーサネットベースのレコーダです。レコーダは膨大な量のデジタルRFデータをパケットロスなくリアルタイムでストリーミング・保存し、ミッション直後またはミッション後の分析に活用できます。
つまり、高速なデータキャプチャと処理は、現代の電子戦においては高度な脅威に対抗するために不可欠なものとなっています。
アプリケーション例
高速レコーダの必要性を説明するために、レーダー脅威分析アプリケーションを考えてみましょう。
このアプリケーションでは、電子戦システムが敵のレーダー信号（例えば、航空機搭載の早期警戒レーダーや敵のプラットフォームに設置された火器管制レーダー）を傍受・分析する役割を担っています。現代のレーダーは、広帯域で機敏な波形を採用することが多く、パルスは数百MHzに渡って周波数ホッピングしたり、広いチャープ帯域幅を使用したりすることがあります。
EW受信機は、レーダーの特性を特定するためにこれらのパルスを広いスペクトルにわたってリアルタイムで捕捉する必要があります。そのためには、受信機に広い瞬時帯域幅と高いダイナミックレンジが求められます。非常に広い周波数範囲にわたってパルスRF信号をリアルタイムで生成・捕捉することは本質的に困難であり広帯域幅の機器が必要です。
このアプリケーションの100GbEレコーダは、入力される広帯域信号ストリームを継続的に記録できます。単なるスナップショットの観察ではなく、エンジニアはレーダー帯域幅全体をカバーする数分または数時間にわたる生のI/Qデータを記録できます。これはミッション後の分析に非常に役立ちます。パルスタイミング、変調パターン、周波数ホッピング、その他の脅威レーダーの情報を抽出できます。
つまり、イーサネットレコーダを使用した広帯域信号キャプチャにより、重要な信号が見逃されることがなくなり徹底的なレーダー脅威分析と堅牢な電子支援手段 (ESM) が可能になります。
RFSoCと100GbEレコーダの統合
このEWシステムに適したハードウェアアーキテクチャの概要を説明します。このアーキテクチャは、RFSoCベースのデータ収集ボードと、データの保存と分析のための100Gb Ethernet（100GbE）レコーダという2つの主要な要素で構成されています。
▮ RFSoC 4×2 評価ボード
AMD製 RFSoC 4×2評価ボードは、4つのRF ADC入力（写真左側のSMAコネクタ）とQSFP28 100GbEポート（写真右側の銀色のケージ）を備えており高速EWデータ取得に最適です。（Figure1参照）
▮ 信号取得および処理のためのRFSoC
RFSoCボードは、RFフロントエンドおよびアンテナからの信号と直接インターフェースするフロントエンドです。例えば、RFSoC 4×2ボード（Zynq UltraScale+ RFSoCをベースとしています）は、4つの5GS/s ADC（最大2.5GHz帯域幅）と2つの9.85GS/s DACを同一チップ上に統合し、大規模なFPGAファブリックとマルチコアARMプロセッサを搭載しています。
このモノリシック設計により、個別のADCカードとFPGAボードが不要になり、RFSoCがデジタル化と前処理の両方の機能を実行します。
注目すべきは、RFSoC 4×2にはQSFP28高速ネットワークポートが搭載されており、4×25Gbps、2×50Gbps、または1×100Gbpsイーサネットとして構成できることです。当社のシステムでは、このポートはRFSoCボードからデジタル化されたデータをストリーミングするために使用されます。
RFSoC上のFPGAは、ADCサンプルをパケット化（例えば、Raw I/Q UDPパケットやVITA-49などの規格）し、この100GbEリンクを介してリアルタイムに送信するようにプログラムされています。RFSoCは、デジタルダウンコンバージョン、フィルタリング、チャネライゼーションなどのリアルタイムDSP処理も実行できるため、データ量を削減したりストリーミング前に必要な信号を分離したりできますが、それでも非常に高いデータレートを出力します。
データキャプチャ用 100GbEイーサネットレコーダ
2つ目の主要コンポーネントはイーサネットレコーダです。これは基本的に高速ストリーミングストレージシステムです。これは通常、100GbEネットワークインターフェース（多くの場合、RFSoCに対応するQSFP28ポート）と高速ストレージドライブアレイを備えたラックマウントサーバーまたは専用のレコーダ機器です。
レコーダは、100GbE光ファイバーまたは銅線ケーブル（光トランシーバーを使用する場合はMPO光ケーブルなど）を介してRFSoCボードに接続します。100Gbpsのデータストリームをリアルタイムで取り込み、フルラインレートでディスクに書き込むように設計されています。
最新の記録システムは、多くの場合RAID0構成のNVMe SSDを使用することで、ディスクへの書き込み速度を約12.5GB/秒（100ギガビット/秒）に維持できます。例えば、Daqscribe製 MDR Carbon100レコーダは6台のNVMeドライブを並列に使用し、AMD CPUを搭載することで、最大75TBのストレージで100Gbpsの記録を実現します。この容量は、小型フォームファクターで数時間分のマルチチャンネル広帯域記録に相当します。より高い帯域幅が必要な場合は、DDR Hyperion400が最大720TBのストレージで最大400Gbpsをサポートできます。
私たちのアーキテクチャでは、レコーダは100GbEインターフェース上のRFSoCのUDPストリームをリッスンするように構成されています。レコーダは複数のチャネルを同時にキャプチャでき、例えば単一の100GbEリンク上で最大4つの独立したADCストリームをキャプチャできます。そして、各ストリームをリアルタイムで専用のファイルに保存します。記録されるデータは通常、イーサネットパケットの「ペイロード」（I/Qサンプル）であり、多くの場合、後で解析できる標準形式で保存されます。一方、レコーダのソフトウェアである「nStudio」は、データフロー（パケットカウンター、スループットなど）に関するフィードバックを提供し、データ損失がないようにします。
XSR Removable Data Module (RDM) は、すべての Galleon製データレコーダ・NAS・サーバに卓越した柔軟性を提供します。 現場で工具を必要とせず、簡単に設置できるように設計されており、100,000回の挿抜サイクルに耐えます。 RDMは業界標準の 2.5インチソリッドステートストレージ (SSD) モジュールを使用し、モジュールごとに最大 4つの異なる SSDをサポートします。これにより、ユーザは特定のニーズに最適なミリタリーグレードの超高耐久性または商用グレードの SSDを選択してストレージ機能を最適化し、最大 80TB の使用合計容量を実現できます。 XSR-RDMの迅速な交換は、時間と信頼性が不可欠なミッションクリティカルなアプリケーションに最適です。
全体的なデータフローは次のようになります。
RF信号→RFSoC ADC→FPGA DSP→100GbEパケットストリーム→レコーダ100GbE NIC→ディスクストレージ
このアーキテクチャは、RFSoCに統合されたRFキャプチャ機能とレコーダの高速ストレージを活用し、EWシナリオの膨大なデータレートに対応します。広帯域信号をリアルタイムでキャプチャできるだけでなく、エンジニアは強力なソフトウェアツールを使用して記録を再生または分析できるため、RF環境の「デジタルリワインド」を効果的に作成できます。
～～～ ここからはPDFをご確認ください ～～～
原文ドキュメント：Daqscribe社
Designing a High-Speed EW System with RFSoC and 100GbE Recording
関連製品
DDR HYPERION400：400Gbps イーサネットレコーダ（ラックマウント）
MDR PLATINUM100：100Gbps 小型・軽量イーサネットレコーダ（ボックスタイプ）
RDR THEMIS50：MIL規格対応 耐環境仕様イーサネットレコーダ（ボックスタイプ）
Daqscribe社について
Daqscribe社は、2001年に米コロラドにて設立したイーサネットレコーダの専業メーカーです。Daqscribeのネットワーク記録ソリューションは、航空宇宙、防衛、通信、その他業界向けに製造される最先端のリアルタイム情報システムの研究・開発・運用において強力な機能を提供します。屋内仕様のラックマウントタイプからMILスペックの耐環境仕様までさまざまな用途に適合します。ソフトウェアツールも提供しており、極めて高度なイーサネットパケット記録・再生製品において世界中で非常に高い評価を得ています。Daqscribe社の詳細については、daqscribe.comを参照してください。