ISAC 評価環境構築ガイド

USRP × TMYTEK ソリューション
～ Sub-6GHz からミリ波帯まで対応した 6G 研究プラットフォーム ～

1. はじめに

5G が社会インフラとして普及しつつある現在、次世代移動通信規格「6G」の研究開発が世界各地で急速に進んでいます。6G の主要技術テーマのひとつが ISAC（Integrated Sensing andCommunication：統合センシング・通信）です。

ISAC は、データ通信に使用する無線信号をそのままセンシングにも活用する技術です。従来は別々のシステムで担っていた「通信」と「環境認識」を単一インフラで同時に実現できるため、インフラの効率化・コスト削減・リアルタイム性の向上において画期的な技術として注目されています。

本資料では、ISAC の研究・評価環境として有力な組み合わせである NI USRP（ソフトウェア無線機）と TMYTEK ミリ波ビームフォーミング製品を活用したシステム構成を解説し、大学・研究機関・企業の 6G 研究開発を支援するプラットフォームとしての活用方法をご紹介します。

2. ISAC（統合センシング・通信）とは

ISAC は、通信波形と同じ無線リソース（周波数・時間・空間）を使い、以下の機能を同時に実現する技術です。

• データ通信（高速・大容量・低遅延）
• 距離測定（ターゲットまでの距離推定）
• 速度推定（ドップラー効果による移動速度計算）
• 位置推定（到来方向推定 AoA）
• 環境認識（デジタルツイン生成、物体検知）

6G 時代のユースケースでは、スマートファクトリー・自動運転・ドローン管制・航空宇宙・防衛など、リアルタイムの環境認識と高信頼通信が同時に求められる分野において ISAC の実用化が強く期待されています。

3. ISAC 評価システム構成

3.1 システム概要

下図は USRP と TMYTEK 製品を組み合わせた ISAC 評価システムの全体構成です。ソフトウェア制御層・SDR・ビームフォーマ・ミリ波フロントエンド・アンテナアレイの各レイヤーと、受信側の信号処理フロー・評価項目・想定ユースケースを一枚で示しています。

3.2 信号フローの概要

本システムでの信号の流れは以下の通りです。

1. LabVIEW / MATLAB / Python がベースバンド波形を生成し、USRP TX へ送出
2. USRP TX は IF/Baseband 信号を TMYTEK BBox ビームフォーマへ出力
3. BBox はフェーズドアレイを制御し、ミリ波帯への変換・ビームステアリングを実施
4. mmWave フロントエンド（PA / LNA / Up/Down Converter）を経てアンテナアレイから放射
5. ターゲット（人・車両・ドローン・AGV 等）からの反射波を USRP RX で受信・IQ データ収集
6. 受信 IQ データを Range FFT → Doppler FFT → CFAR 検出 → AoA 推定の順に処理

4. USRP の役割

4.1 概要

USRP（Universal Software Radio Peripheral）は NI が提供するソフトウェア無線機（SDR）プラットフォームです。柔軟な波形生成・処理能力を持ち、以下の変調・波形に対応します。

4.2 代表的な機種

5. TMYTEK 製品の活用

5.1 ビームフォーミングの重要性

ミリ波帯（28 GHz / 39 GHz）は 6G 研究における主要周波数帯であり、伝搬損失の大きさを補うためにフェーズドアレイによる電子ビームフォーミングが不可欠です。TMYTEK はミリ波研究・評価向けに SDR と接続しやすいビームフォーミングモジュールを提供しています。

5.2 製品ラインナップ

製品名	周波数帯	主な特長	主な用途
BBox One	28 GHz	16ch フェーズドアレイ、電子ビームステアリング、GUI 制御、SDR 接続対応	5G/6G 研究・ISAC評価
BBox Lite	28 GHz	コンパクト設計、USB 制 御、実験室向け小型モデル	小規模 PoC・教育用途
UD Box 5G	28 / 39 GHz	Sub-6GHz SDR とミリ波 帯の周波数変換 （Up/Down Converter）	USRP 等との組み合わせ

BBox One

BBox Lite

UD Box 5G

6. ISAC 信号処理フロー

受信側の USRP で取得した IQ データは、以下の処理パイプラインで ISAC 評価に活用します。

• Range FFT：送受信信号の相関から距離スペクトルを生成し、ターゲットまでの距離を分解
• Doppler FFT：スロータイムの位相変化を FFT 処理し、速度分解能を実現
• CFAR 検出：一定虚警報率（Constant False Alarm Rate）に基づいてターゲットを自動検出
• AoA 推定（MUSIC / ESPRIT）：アレイ受信信号から高分解能の到来方向推定を実施

これらの処理を LabVIEW / MATLAB / Python 上で実装し、リアルタイムで可視化することにより、通信性能（スループット・BER・レイテンシ）とレーダー性能（距離分解能・速度分解能）を同一プラットフォーム上で同時評価できます。

7. 実施可能な ISAC 評価項目

評価項目	使用技術・アルゴリズム	代表的な応用先
距離推定	Range FFT / ToA 計測	AGV 追跡・人体検知・ドローン検知
速度推定	Doppler FFT	速度推定・人流解析・自動運転 ADAS
ターゲット検出	CFAR（一定虚警報率）検出	スマートファクトリー・防衛
到来方向推定	MUSIC / ESPRIT アルゴリズム	ロボット制御・航空宇宙
ビームフォーミング	Narrow / Multi-Beam・ Beam Tracking	6G基地局評価・防衛システム
通信性能評価	スループット / BER / レイテンシ計測	5G/6G NR 基地局開発・ISAC 統合検証

8. 想定ユースケース

分野	想定ユースケース
スマートファクトリー	AGV 追跡・人流解析・設備監視
自動運転・ADAS	物体検知・追跡・衝突回避支援
ドローン検知・管制	UAV 検知・識別・追尾
航空宇宙・防衛	レーダー・通信統合システム開発
スマートシティ	交通監視・環境モニタリング・インフラ管理

9. ISAC と 6G 研究のトレンド

現在の 6G 標準化議論（ITU-R・3GPP Study Item 等）では、ISAC は「新たな基本機能」として位置付けられています。主要な研究テーマとして以下が挙げられています。

• FR3 帯（7～24 GHz）・ミリ波帯でのセンシング性能評価
• AI ネイティブネットワークとの連携（AI-native RAN）
• デジタルツイン生成への応用（Joint Communication and Sensing による環境地図生成）
• Joint Communication and Sensing（JCS）波形設計

ISAC は「通信インフラをそのままセンサーとして利用する」という発想から、スマートファクトリー・自動運転・ドローン・航空宇宙・防衛分野での活用が期待されており、6G の差別化技術として国際的な研究投資が加速しています。

10. まとめ

USRP をベースバンドプラットフォームとして利用し、TMYTEK の BBox One・BBox Lite・UDBox 5G を組み合わせることで、Sub-6GHz からミリ波帯（28 / 39 GHz）まで対応した ISAC 研究・評価環境を構築できます。

この構成の主な特長は以下の通りです。

• 通信とセンシングを単一プラットフォームで同時評価
• Sub-6GHz からミリ波帯まで柔軟に対応
• ビームフォーミング / MIMO / 高分解能レーダー評価が可能
• LabVIEW・MATLAB・Python によるオープンな信号処理実装
• 研究開発から PoC・製品検証まで幅広く活用可能

お問い合わせ

株式会社ペリテックでは、USRP・TMYTEK・LabVIEW・PXI 計測システムを組み合わせたISAC 評価環境の構築支援を行っています。システムの仕様検討から機材選定・インテグレーション・ソフトウェア開発まで、ワンストップでご対応いたします。6G 研究や無線システム評価についてのご相談は、ペリテックまでお気軽にお問い合わせください。

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