【ITニュース解説】Things you can do with a Software Defined Radio (2024)

ソフトウェア定義ラジオ（SDR）は、従来のラジオや無線機とは異なり、その名の通りソフトウェアによって多くの機能を定義・制御できる画期的な無線通信技術である。一般的なラジオは、特定の周波数帯を受信するため、あるいは特定の変調方式に対応するために、専用のハードウェア回路を必要とする。しかしSDRは、アナログ信号をデジタルデータに変換し、その後の信号処理のほとんどをコンピュータ上で動くソフトウェアで行うことで、一台のデバイスで多種多様な無線信号に対応することを可能にする。これは、物理的な回路の変更なしに、ソフトウェアの更新だけで新しい機能や異なる周波数帯に対応できる柔軟性を持つことを意味する。

システムエンジニアを目指す初心者にとって、SDRは物理的な世界とデジタルの世界が交差する興味深い領域だ。SDRの基本的な構成は、アンテナで受信した電波を電気信号に変換し、それをアナログ-デジタル変換器（ADC）でデジタルデータに変換するハードウェアと、そのデジタルデータを解析・処理・復調・変調するソフトウェアからなる。このソフトウェア処理の部分こそが、システムエンジニアのスキルと知識が活かされる核心であり、プログラミングによってSDRの能力を無限に拡張できる可能性を秘めている。

SDRを使ってできることは非常に多岐にわたる。最も基本的な用途としては、AMやFMラジオの受信が挙げられる。一般的なラジオと同じように音声を聞くだけでなく、デジタルデータとして信号を記録し、後から解析することも可能だ。さらに、航空管制官とパイロットの交信を聞くことができる航空無線（ATC）や、船舶の位置情報や航行データをやり取りするAIS（自動船舶識別装置）の信号を受信して、リアルタイムで船の動きを地図上に表示するといった応用もできる。気象衛星が送信する画像データを受信して、自分で天気図を作成するといった、科学的な興味を刺激する活動もSDRで実現できるのだ。

アマチュア無線はSDRにとって非常に重要な分野であり、SDRを活用することで、世界中のアマチュア無線家との交信を聞いたり、電波伝播の研究を行ったりできる。デジタル変調方式のアマチュア無線や、業務用に使われることの多いデジタル移動無線（DMR）などの高度なデジタル通信も、対応するソフトウェアを導入すれば受信・復調が可能になる。

また、私たちの身の回りにある様々なワイヤレス通信の電波を受信することもSDRの得意とするところだ。例えば、自動車のキーレスエントリーのリモコンや、ガレージのドア開閉リモコンがどのような信号を発しているのかを解析したり、ワイヤレスマイクやコードレス電話の周波数帯をモニタリングしたりできる。スマートメーターや天気予報用のセンサー、ワイヤレス温度計などが発信するデータをキャッチして、そのプロトコルを解析するといった、IoTデバイスの研究にもSDRは非常に有用だ。BluetoothやWi-Fiの電波をモニタリングして、その通信状況を可視化するといった使い方もできる。GPS衛星からの信号を受信して、位置情報を取得する実験なども可能だ。

SDRは単なる受信機にとどまらない。その真価は、電波の「耳」として機能するだけでなく、電波の「目」や「解析装置」としても利用できる点にある。例えば、スペクトラムアナライザの機能を持たせることで、特定の周波数帯に存在する電波の強度や種類を視覚的に確認できる。これは、電波干渉の原因を特定したり、目に見えない電波環境を把握したりする上で非常に役立つ。電波の伝搬特性を研究したり、アンテナの性能を測定したり、電磁界の強度を測定して電磁波環境を評価したりすることも可能だ。ノイズキャンセリング技術の開発や、新しい変調方式の実験にもSDRは活用できる。

一部のSDRデバイスは送信機能も備えており、低電力での信号送信実験や、アマチュア無線での合法的な交信などに利用できる。ただし、電波の送信には法律による規制があるため、免許の取得や法規の遵守が不可欠である。この点は、SDRを扱う上で常に意識すべき重要な側面だ。

さらに、SDRの応用範囲は私たちの想像を超えるユニークな領域にも及ぶ。例えば、宇宙からの電波を受信するラジオ天文学の分野では、巨大な電波望遠鏡ほどではないにせよ、太陽からの電波や木星の電波、磁気嵐による電磁波を検出するといった個人的な実験が可能だ。非常に低い周波数帯（VLF）の電波を観測することで、落雷や地震活動に伴う電磁波の異常を検出する研究も行われている。テスラコイルのような実験装置が発する電磁波を測定したり、電子レンジの電磁波漏れをチェックしたり、さらには隠しカメラや盗聴器が発する微弱な電波を検出する試みもある。コンピュータ自身が発する電磁波ノイズを解析するといった、より技術的な探求も可能だ。

システムエンジニアを目指す初心者にとって、SDRはソフトウェアがハードウェアを制御し、物理的な現象を解明する強力なツールであることを実感できる絶好の機会を提供する。プログラミングによってSDRの機能を拡張し、独自の信号処理アルゴリズムを実装することで、データ処理、通信プロトコル、デジタル信号処理といった、システムエンジニアに必須の知識を実践的に学ぶことができる。目に見えない電波の世界をソフトウェアの力で可視化し、解析し、そして制御する経験は、問題解決能力や探求心を大きく育むことになるだろう。SDRは、技術的な好奇心を刺激し、広大な無線通信の世界への扉を開く、まさに未来のエンジニアのための強力な学習ツールと言える。