Embedded Test 12 · サブGHz・独自無線と SDR — 規格外の電波を捕まえる

Chapter 12

サブGHz・独自無線と SDR — 規格外の電波を捕まえる

この章のゴール.

BLE や Wi-Fi のような「道具が揃った」無線ではなく、サブ GHz 帯（315/433/868/915 MHz など）の 独自プロトコルや、リモコン・センサの生の電波を、SDR（ソフトウェア無線）で観測・解析する 入口をつかむこと。合法性の枠（受信は基本自由、送信は規制）も押さえる。

この章で使う既出の用語（定義は各リンク先）. USB（01 章 2 節）、アナログ（01 章 2 節）、オラクル（01 章 8 節）、仕様書（01 章 3 節）、差分（01 章 3 節）、規格（01 章 3 節）、SDR（02 章 4 節）、サンプリング（04 章 2 節）、ファジング（10 章）

1. 「規格がない」無線をどう見るか

産業機器・リモコン・気象センサ・独自メッシュなどは、BLE でも Wi-Fi でもないサブ GHz の独自方式を使うことが多い。仕様書がなく、道具も特化していない。ここで武器になるのが SDR（Software Defined Radio、ソフトウェア無線）——電波を可能な限り生のデジタルデータとして取り込み、変調の解読をソフトウェア側で行う受信機である。「アナログの世界（04 章・07 章）を無線に広げたもの」と考えるとよい。

サブ GHz とは、おおむね 1 GHz 未満の周波数帯（例: 433 MHz、868 MHz、915 MHz）を指す。障害物に強く到達距離が長いので、低速・長距離の IoT でよく使われる。国ごとに使える周波数と出力が法律で決まっている。

SDR は電波を「生のデータ」で取り込み、ソフトで解読するSDR ハードRTL-SDR / HackRFPC ソフトGQRX / GNU Radio解析URH / rtl_433受信は RTL-SDR（数千円）で入門。送信できる HackRF は強力だが規制対象（後述）
図12-1　SDR の信号処理の流れ。

2. SDR の道具立て

まずは RTL-SDR ＋ rtl_433 で「身の回りのセンサが何を垂れ流しているか」を体験するのが分かりやすい。

rtl_433 -F json           # 対応済みの温湿度計・タイヤ空気圧計などを自動デコードして表示

3. 電波を「見る」— スペクトラムとウォーターフォール

無線観測の基本表示は二つ。

ウォーターフォール——いつ・どの周波数で・どれだけ出たか周波数時間↓433 MHz 帯別の送信ボタンを押した瞬間に「どこが光るか」を探し、周波数と送信タイミングを特定する
図12-2　スペクトラム／ウォーターフォール表示。

対象の周波数（多くは 315/433/868/915 MHz のどれか、機器の技適・FCC 表示や基板の水晶で当たりをつける）にチューニングし、動作させてどこが光るかを探すのが第一歩。

4. 変調を解く — 生の電波から意味へ

信号を見つけたら、それを「意味のあるビット列」に落とす。手順はおおむね:

  1. 変調方式を見分ける: ON/OFF（OOK/ASK、振幅を切る）か、周波数を振る（FSK）か。ウォーターフォールの形で見当がつく
  2. シンボル速度（1 ビットの長さ）を測る: 波形の最短パルス幅から。ロジアナのサンプリング（04 章）と同じ発想
  3. 符号化を解く: マンチェスタ符号、プリアンブル、同期語、長さ、チェックサム
  4. 再現して確かめる: 同じ操作を繰り返し、ビット列のどこが変わるか（ボタン番号、カウンタ、CRC）を差分で突き止める

URH はこの 1〜4 を GUI で支援してくれる（自動でパルス幅を推定し、ビット列を並べ、繰り返し送信を比較できる）。

5. 送信は「規制」— 合法性の線引き

観測（受信）は基本的に自由だが、送信には強い法規制がある。日本では技適、多くの国で同様の認証・帯域・出力の制限がある。テストで能動的に電波を出す（リプレイ、ファジング）場合は:

本書は観測・受動解析を中心に据える。能動送信テストは、環境と権限が整った場でのみ行うこと。

6. 何をオラクルにするか

7. 手を動かす

スペクトラムと変調を読む

この章のポイント