ビーコンのパラメーター最適化ガイド | Marvelmind

0:02 こんにちは。ここでは、右側のメニュー、つまり無線インターフェースのパラメーターについて詳しく説明します。例にするのはモデムではなく、ビーコンです。無線の設定はビーコンとモデムでほぼ同じですが、ビーコンには超音波の設定もあるからです。では、ビーコンを例に説明します。このプラスを押すと、項目が展開されます。まずBase frequency（基本周波数）です。基本周波数は、チャンネルを切り替えるときの基準となる周波数です。チャンネルを切り替えると、ご覧のとおり基本周波数は変わりませんが、キャリア、つまり実際に使われる周波数が変わります。もう一つの重要な項目が無線プロファイルです。無線プロファイルは、

1:01 現在、3つのプリセットから選べます。覚えておいていただきたいのは、500 kbpsでは更新レートが最も速くなる一方、帯域幅が最も広くなり、感度は最も低くなるということです。つまり、外部からの干渉がある場合、この無線プロファイルではシステムが最も影響を受けやすくなります。その代わり、更新レートは最も高くなります。たとえばコプターを使う場合には、これが重要です。一方、無線の通信距離をできるだけ長くしたい場合は、当然38 kbpsをお勧めします。さて、今、典型的なミスをしてしまいました。無線プロファイルを変更したので、システムをウェイクアップするのがとても難しくなります。ここでは、

1:59 ビーコンとモデムの両方で無線プロファイルを変更する必要があります。では、ここに移動して、すべて書き込みます。次に、こちらに戻ってウェイクアップを試みます。はい、見えました。ご覧のとおり、こちらは38 kbpsですが、ほかはすべて500のままです。では、ここを変更して、すべて書き込みます。これで再び500 kbpsになりましたが、すぐにまた見失ってしまいます。ビーコン、いやモデムが38 kbpsで通信しているからです。では、すべてを500 kbpsに戻します。これでシステムは動作するはずです。読み込んでみます。少なくとも、これで動くはずです。ご覧のとおり、

2:59 状態を確認しています。はい、システムが戻りました。リセットからの経過時間で確認しています。時間が進んでいれば、システムは動作しているということです。こちらも同様です。時間が進んでいるので、このビーコンも動作しています。これで問題ありません。ただ、私が何をしたかおわかりでしょうか。無線プロファイルを切り替えただけです。切り替えた直後にすぐ戻して書き込まれなければ、まだ大丈夫です。しかし数秒待つと、新しい無線プロファイルの設定がビーコン6に自動的に書き込まれます。そうなるとビーコン6は、もうモデムと通信できなくなります。モデムは500 kbpsの無線プロファイルでビーコンに話しかけるのに、ビーコンは

3:56 38 kbpsで聞いているため、両者はまったく互換性がなくなるのです。ですから注意してください。とはいえ、無線や何らかの操作が原因でビーコンを見失っても、心配はいりません。ビーコンを1台ずつUSBで接続してDefaultを押せば、すべてデフォルト設定に戻り、必ず見つけられるようになります。ですから心配はいりません。ただし、設定には注意してください。クリックしてから数秒そのままにすると、モデムとは異なる新しい無線プロファイルが書き込まれ、モデムはそのビーコンを見失ってしまいます。よくわかるまでは、自分が何をして何をしていないかを意識してください。次はデバイスアドレスです。これはすでに説明しました。デバイスアドレスは、いわばアドレスの名前、つまりアドレス番号です。これがわからないと、そのビーコンとは通信できません。ウェイクアップもできませんし、

4:54 そのビーコンに対して何もできません。ですから、デバイスアドレスは必ず把握しておいてください。次はChannel（チャンネル）です。チャンネルは複数あり、現在は4つですが、今後増える予定です。チャンネルを使えば複数のシステムを構築でき、各システムは互いの存在を知らないまま共存します。それぞれまったく別の周波数で動作するからです。つまり、2つのシステムがあれば2台のモデムでそれぞれを運用できますが、無線の上では互いを認識しないことを覚えておいてください。ただし超音波については、同じ部屋にあると干渉します。注意してください。超音波が部屋から部屋へ伝わらない、別々の部屋に設置すれば、2つ、3つ、4つのシステムでも簡単に共存できます。これも重要ですが、ある周波数で干渉があり、その干渉源を取り除けない場合は、自分の側を動かせばよいのです。チャンネルを変えて、

5:53 干渉のない別の周波数に移ってください。次はModulation（変調）です。繰り返しになりますが、無線プロファイルはさまざまな設定の組み合わせです。この変調は、出力が最大になるものを選んでいます。Spacingは、まったく触る必要がありません。内部的な設定なので不要です。もちろん変更することもできますが、ビーコンとモデムで同じ設定にしないと通信できなくなります。そこで、シンプルにするためにこれらを無線プロファイルにまとめ、無線プロファイルがすべてを自動で選ぶようにしています。無線インターフェースを本当に深く掘り下げたい場合以外は、触らないでください。もう一つ、とても重要なのが超音波です。超音波にもかなり多くの設定があります。

6:52 まず、動作モードです。TX normalは、ビーコンの通常の設定です。ほかに内部用の設定もあります。TX onlyでは、ビーコンが5周期のパルスを毎秒8回発信します。要するに、毎秒8回カチカチと鳴らしている状態です。RX onlyは何も制限せず、受信するだけです。これも主に内部のデバッグ用です。Channels 8 Hzについては、正直なところ覚えていません。もっと深い設定で、たしかこれを切り替えるものだったと思います。気にしなくて大丈夫です。モードはTX RX normalにしておきます。この項目はスリープモードです。現在はデフォルトで有効になっていますが、そのため消費電力の点ではシステムがあまり最適になっていません。無効にすると、

7:48 スリープ時やディープスリープ時の消費電力が大きく変わります。ただし注意してください。この機能はかなり試行錯誤してきたので、今は無効になっているかもしれません。はっきり覚えていません。送信関連の一部の項目も、やはり内部用です。知っておいていただきたいのはここです。ここはこのモードにしておく必要があります。いじらないでください。内部用です。こちらは周波数、つまり超音波の中心周波数です。当社は特別仕様の超音波センサーを使用しており、その中心周波数は31 kHzです。異なる場合もありますが、現在のBeacon HW v4.9では31 kHzです。Duty（デューティ比）は、要するに矩形波で、1と0の長さが等しいので50になっています。ただし、別の値に設定することもできます。その場合、送信の振幅を間接的に調整できます。通常はあまり影響しませんが、試してみることはできます。

8:47 デューティサイクルは変更できます。次はNumber of periods（周期数）で、これは重要です。小さな部屋で反響をできるだけ抑えたい場合は、1〜5程度の少ない周期数にしてください。たとえば5 m × 10 mほどの小さな部屋が目安です。一方、距離が長い場合や、30 m、40 mの広い部屋や長い廊下では、30、40、50といった値を入力してください。50を超えても通常はあまり効果がありませんが、5から30に上げれば、信号がずっと強くなるのがはっきりわかります。10 m程度なら、5でも十分すぎるくらいで、5より少なくても足ります。しかし、

9:45 30 m、40 mといった長い距離がある場合は、30〜40に上げることをお勧めします。こちらのNumber of periodsは、自己キャリブレーション用です。増幅はAGC（自動利得制御）に設定でき、これが推奨ですが、手動で設定することもできます。これは特殊な条件、あるいは非常に特殊な条件のときに重要になります。たとえば、センサーの上をとても騒音の大きいコプターが飛んでいる場合です。こうした場合はAGCがうまく働かないことがあるので、手動に切り替えてから、受信アンプを手動で何らかの値に設定することをお勧めします。いろいろ試してみてください。非常に非線形なので、100から200、あるいは1,000から2,000に変えても、ゲインが2倍になるわけではありません。本当に強い非線形性があります。ある値まではほとんど変わらず、そこから急激に変化し、その先はまた

10:42 ほぼ平坦になります。ですから、いろいろ試してみてください。信号はオシロスコープで確認できます。そのうえで値を選んでください。このAGCの設定は、どちらかといえば内部向けで、かなり複雑です。自分が何をしているかよくわかっている場合以外は、いじる必要はありません。設定の内部的な項目は、デフォルトのままにしておいてください。AGC設定やしきい値モードに関するものです。ですから、皆さんにとってここで関係があるのは、このAGCか手動かの選択くらいです。デフォルトではAGCが推奨ですが、特殊なケースでは手動設定を試すこともできます。いや、実際には手動設定を試すことを強くお勧めします。ちなみに、ここではこれらの値を個別に手動で設定することもできます。これは重要で、特殊な

11:40 条件のときに役立ちます。繰り返しますが、特殊な条件とは、コプターや外部の騒音によってノイズが非常に多い環境のことです。S/N比（信号対雑音比）が最も高くなるようにゲインを下げることができます。ゲインが高すぎると、ノイズは増幅される一方で信号は飽和してしまい、S/N比が悪くなるからです。ですから、それぞれのゲインを200程度、あるいは2,000未満のどこかまで下げてください。信号はオシロスコープで確認します。これでもうまくいくかもしれません。試してみましょう。うまくいくかもしれません。はい、この例のようになります。これは良い信号です。ノイズはほとんどなく、信号はかなり強いのがわかります。このような状態なら、システムは正常に動作します。しかし、

12:40 ノイズが大きすぎると、ノイズが増幅される一方、信号は強くなりすぎて飽和し、S/N比が悪くなります。解決策はゲインを下げることです。そうすると信号もノイズも小さくなりますが、ノイズは減り、信号はもう飽和しないので、S/N比は改善します。つまり、S/N比が良くなるのです。ですから、いろいろ試してみてください。では、無線の設定に戻ります。超音波は不要です。ゲインは重要です。ほかには何があるでしょうか。これも内部用で、AGC設定に関するかなり内部的な項目です。必要ありません。本当に必要なのは、このRX1の設定だけです。マニュアルを確認してください。ビーコンには5つのセンサーがあります。RX1、2、3、4、

13:39 5です。4が正面を向いた中央のセンサーで、こちらが上向き、というようになっています。では、どのように働くのでしょうか。仕組みはこうです。これを選び、いくつかを無効にして確認します。信号をご覧ください。するとAGCが働き、再びゲインを下げます。しかし、最初に何が見えたでしょうか。まず、ゲインが急激に上がったのがわかります。正確には、信号が急激に大きくなりました。なぜでしょうか。RX1、RX2、RX3は必ずしも良い信号を受信しているわけではないのに、良い信号を受信しているRX4に負荷をかけているからです。要するに、それらがRX4の負荷になっているのです。つまり、

14:34 RX4がモバイルビーコンのほうを向いていて、RX3がモバイルビーコンの来ない、あるいは来るはずのない別の方向を向いているなら、RX3は無効にしてください。それが最適な設定です。これは重要なポイントです。また、RX normalとRX frozenには違いがあります。RX normalでの設定が重要になる場合もあります。RX normalモードはマップを構築するときのモードで、RX frozenはマップがすでに固定されているときのモードです。たとえばビーコン10を見てみましょう。ビーコン10は、他のすべてのビーコンのほうを向いています。ビーコンをこのように設置し、4番がこの方向を向くなら、約90°の角度をもつ4番だけで、このエリア全体をカバーできます。

15:33 このような向きになるからです。ほかのセンサーを有効にする必要はありません。こちらの方向には何もありませんし、こちらにも、下にも、上にも何もないからです。ですから、このシステムでは基本的に4番で十分です。一方、こちらのビーコンでは4番では足りないかもしれません。失礼、センサー4では足りません。ビーコン13はこの方向を向いていますが、こちらは左側、こちらは右側にあるからです。つまり、RX1とRX3がこれらの方向を向いているなら、それらも有効にする必要があります。そうしないと、これらのビーコンを捉えられません。ただし、これはマップ構築中の話です。一方、コプターがこのエリアだけを飛び、こちらのエリアには飛ばないのであれば、RX

16:32 Frozenモードでは、ここのセンサーは必要ありません。つまりこの場合、ビーコン13では、おそらく次のように設定します。センサー5は不要で、センサー2もおそらく不要です。5は上向き、2は下向きだからです。センサー4は正面、こちらは左、こちらは右を向いています。そこで、このように戻しますが、Frozenモードの設定としてです。コプターがこの方向だけを飛ぶなら、このセンサーとこのセンサーは不要なので無効にし、このセンサーだけを残します。かなり高度な設定ですが、これで最適な設定になります。つまり、マップを構築するときにノイズがなければ、この方向、この方向、この方向を向いた3つのセンサーを使います。

17:31 しかし、マップを固定したら、中央のセンサーだけを使います。ただし、その場合はこのエリアとこのエリアがカバーされなくなることに注意してください。コプターがこちらを飛ぶ、あるいはロボットがこちらを移動する見込みがあるなら、それらのセンサーも必要です。ビーコンですべてのエリアをカバーするつもりなら、当然すべてを有効にしてください。デフォルトでは、すべて有効になっています。感度が最も高いわけではありませんが、少なくとも超音波で最も広い範囲をカバーできます。ただしその反面、あらゆる方向からノイズを拾ってしまいます。たとえばこの方向に広帯域ノイズの発生源がある場合は、この方向を向いたセンサーを無効にするだけで、S/N比を大きく改善できます。以上が超音波の

18:29 設定です。皆さんにとって最も重要なのはこのモードです。ここは触らないでください。ここは重要です。ゲインが重要な場合もありますし、ここも重要です。インターフェースについても同様です。SPIの速度とプロトコル、そして生データです。生データは、固定ビーコンではなくモバイルビーコンから取得できます。IMUを搭載したモバイルビーコンもあり、そこから生データを取り出せます。Dashboardの設定については以上です。ほかにご質問があれば、フォーラムでお気軽にお尋ねください。