ミリ波のデータは、なぜリアルタイムでPCに届かないのか？

ミリ波レーダーの基本原理や自社製品への組み込みについては、これまでの記事でご紹介してきました。今回は一歩踏み込み、実際にミリ波を評価・開発し始めた方が最初に直面する「データ転送速度」という壁と、その乗り越え方をご紹介します。

こんな壁にぶつかっていませんか？

ミリ波レーダーの評価を始め、「距離・速度・角度は測れた。次はリアルタイムで動かしたい」という段階で、多くの方が同じ壁にぶつかります。

生データの取りこぼし

評価ボードから生データを出そうとすると、転送が追いつかずフレームを落としてしまう。

“後処理”しかできない

リアルタイムに描画したいのに、一度ファイルに保存してからでないと処理が始められない。

速くすると壊れる

転送を速くしようとすると、今度はパケットが欠落してデータそのものが壊れてしまう。

「センサーの性能は十分なのに、そのデータをPCまで届ける部分が足かせになる」
ミリ波を “見る” 段階から “使う” 段階へ進むとき、必ずと言っていいほど現れる課題です。

なぜミリ波は「データ転送」で詰まるのか

ミリ波レーダーは、複数の送信・受信アンテナが高速にチャープ信号を繰り返し、その 生データ（RAWデータ） を大量に吐き出します。

多チャンネル構成では、センサー〜処理系の間に 約9.6Gbps規模（例：2.4Gbps × 4ch）のデータが流れることもあります。この生データを 欠損なく・高速に PCへ届けられるかが、リアルタイム処理の成否を分けます。

多チャンネル・ミリ波の生データ帯域　約 9.6 Gbps
これを1G Ethernetで送ろうとすると、帯域が全く足りません。

つまり、センサーが速くても、“運ぶ道” が細ければリアルタイムは成立しません。

評価ボードの転送速度、その実力

汎用の評価ボードで生データを転送する場合、標準的な手段の実効帯域は次のとおりでした。検証では単体で実効288Mbps程度が上限です。

表：評価ボード単体でのプロトコル別 実効転送帯域

速度を求めてUDPに寄せると再送がないためパケット損失が増え、安定を求めると速度が出ない。

「速度」と「信頼性」がトレードオフ ― これが評価ボード単体構成の限界です。

FPGA ＋ USB でボトルネックを解消する

当社では、FPGAとUSB（高速転送）を組み合わせた構成を実際に設計・検証しました。生データを FPGAが受信してバッファし、USB経由でPCへ運びます。

図：従来（Ethernet経由）と 当社の構成（FPGA ＋ USB経由）の比較

• 従来：FPGA→MCU間はLVDSで接続されるものの、MCU→PC間の1G Ether（Max 0.48G）がボトルネックとなり、リアルタイム転送ができず、SSDに保存してからの後処理が必要でした。

• 当社の構成：帯域が MIPI ＜ USB となるため、DDRでのバッファのみでリアルタイム転送が成立します。

「速度」と「安定性」のトレードオフから抜け出し、取りこぼしのないリアルタイム転送を実現。

実測で確認 ― 帯域は十分に確保できる

実機で FPGA → USB → PC の経路の帯域を測定しました。

実測スループット　14.49 Gbps
理論値（〜20Gbps）に対して約72%の実行レート。測定条件：4K@150fps / YUV422（〜20Gbps相当）のデータで評価。

図2：実測帯域とミリ波生データ帯域（最大）の比較

多チャンネルのミリ波データ（最大約9.6Gbps）に対して帯域は十分。リアルタイム転送の実現性が裏づけられました。

センサー選定のその先まで、一気通貫で

ミリ波を “製品” として動かすには、デバイス選定だけでなく、FPGA設計・高速データ転送・信号処理まで一気通貫の技術が必要です。

• 評価環境の保有 ― ミリ波モジュールの評価・解析環境を保有
• FPGA連携設計 ― データの高速転送・リアルタイム化を実機で実現
• 信号処理のカスタム ― 距離・速度・角度推定のFFT処理を実装・最適化
• 量産までワンストップ ― 評価ボードから製品化まで一貫支援

「センサーは選べたが、その先で開発が止まってしまった」
― そんな段階からでも、お気軽にご相談ください。