オシロスコープをSDR(ソフトウェア定義無線)として活用するというのは、エンジニアや無線マニアにとって非常にエキサイティングな試みについて。
最近のデジタル・オシロスコープ(DSO)は、高速なADC(アナログ-デジタル変換器)とフロントエンドを搭載しているため、適切なPythonライブラリを使えば、強力な信号解析ツールに変貌します。
🚀 実現するための基本コンセプト
通常のSDR(RTL-SDRなど)が「特定の周波数をチューニングして落とす」のに対し、オシロスコープは「広い帯域をそのままデジタル化する」という違いがあります。
1. 接続方法
ほとんどの近代的なオシロスコープは LXI (LAN eXtensions for Instrumentation) や USB-TMC 規格に対応しています。Pythonからは PyVISA というライブラリを使って制御するのが一般的です。
2. 処理のフロー
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制御: Pythonからオシロのサンプリングレート、電圧レンジ、トリガーを設定。
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取得: 波形データ(Raw Data)をバイナリ形式でPCへ転送。
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解析:
NumPyでデータ整形、SciPyでフィルタリングやFFT(高速フーリエ変換)、Matplotlibで可視化。
🛠️ 必要なライブラリとコードのイメージ
まずは以下のライブラリをインストールする必要があります。
pip install pyvisa numpy scipy matplotlib
Pythonコードの骨組み
import pyvisa
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
# リソースマネージャーの初期化
rm = pyvisa.ResourceManager()
# オシロスコープに接続(アドレスは機器に合わせて変更)
scope = rm.open_resource('TCPIP0::192.168.1.100::inst0::INSTR')
# 波形データの取得設定
scope.write(':STOP')
scope.write(':WAV:DATA? CHAN1')
raw_data = scope.read_raw()
# データを数値配列に変換(デコード処理が必要)
# ※メーカー(Rigol, Keysight, Tektronix等)によってフォーマットが異なります
data = np.frombuffer(raw_data, dtype=np.int8)
# FFTによる周波数解析(SDRの基本)
fft_data = np.abs(np.fft.fft(data))
plt.plot(fft_data)
plt.show()
⚠️ 重要なポイントと限界
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ダイナミックレンジ: オシロスコープのADCは最近は 低価格機でも12-bitが普通です。(SIGLENT SDS800X HDシリーズ は約5万円~)一般的なSDR(12-16bit)に比べるてもノイズフロアは遜色なく、微弱な無線信号の受信も可能です。
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エイリアシング: オシロのサンプリングレートの半分(ナイキスト周波数)以上の信号を入力すると、偽の信号が見えてしまいます。適切なローパスフィルタが必要です。
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データ転送速度: LAN経由でのデータ転送は、リアルタイムの「無線機」として使うには遅延(レイテンシ)が大きすぎる場合があります。
💡 次のステップとしての提案
もし本格的に「無線」として動かしたい場合、GNU Radio というツールとPythonを組み合わせるのが王道です。
下記資料では「オシロスコープでSDR!AM/FMラジオ受信に挑戦」」について詳しく解説されています。
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