周波数・セキュリティ・規制
どの無線機がどこで送信してよいかを誰が決めるのか、免許帯域・免許不要帯域・共用帯域の仕組み、電波ばく露の制限値が実務上何を対象とするか、無線リンクのセキュリティ上の弱点を解説します。
概要
構築・展開する無線機はすべて、規則の下で動作します。規則は、使用できる周波数、送信電力、帯域の共用方法、近くにいる人が吸収してよいRFエネルギーの量を定めています。セキュリティもこれに関連する責務です。無線リンクは受信機を持つ誰にでも開かれているため、機密性と認証はプロトコルで確保しなければなりません。このハブでは、この3つについて、現場のエンジニア向けの見取り図を示します。これは法的助言ではありません。規則は国ごとに異なるため、機器を使用する国の規制当局の規則を必ず確認してください。
重要な考え方
誰が規則を決めるのか
国際レベルでは、ITU-Rが無線通信規則（Radio Regulations）を維持しています。これは周波数帯を各無線業務に分配し、衛星軌道を管理する条約です。ITUによれば、世界無線通信会議（WRC）が3〜4年ごとに無線通信規則を見直し、改正します。WRC-23は2023年11月20日から12月15日までドバイで開催されました。WRC-27は2027年10月18日から11月12日まで上海で開催される予定です。各国の規制当局は、国際的な分配を免許制度と機器の規則に落とし込みます。例として、米国のFCC、英国のOfcomがあります。欧州では、ETSIが整合規格を作成しています。製造者は、機器が必須要件を満たすことをこの規格を使って示します。短距離デバイス向けのETSI EN 300 220-2はその一例で、LPWAN・IoTハブで取り上げています。
免許帯域・免許不要帯域・共用帯域
免許帯域では、ある地域の帯域を1者が排他的に使用できます。移動体通信事業者はこうした免許を購入するか付与され、その代わりに干渉からの保護を受けます。免許不要帯域では、技術的な規則を満たせばどの機器でも送信できますが、他の利用者からの保護はありません。Wi-Fi、Bluetooth、LoRaWANはここで動作します。FCCのニュースリリースによれば、2020年4月23日のFCCの決定により、米国では5.925〜7.125 GHzが免許不要で使えるようになりました。
共用帯域はその中間に位置します。米国のCitizens Broadband Radio Service（CBRS）が具体例です。47 CFR Part 96の下で、CBRSは3550〜3700 MHzを使用します。Priority Accessの利用者は3550〜3650 MHzで、General Authorized Accessの利用者は帯域全体で運用できます。どちらの階層も既存利用者を保護しなければなりません。General Authorized Accessは、さらにPriority Accessからの干渉を受け入れなければなりません。1つ以上のSpectrum Access Systemが、すべての基地局を調整します。
実務で押さえる電波ばく露の制限値
エンジニアにとって特に重要な制限値は2系統あります。国際非電離放射線防護委員会（ICNIRP）は、Guidelines for Limiting Exposure to Electromagnetic Fields (100 kHz to 300 GHz)（Health Physics、2020年）を公表しています。ICNIRPの無線周波数のページは、健康に関係する電波ばく露の影響のうち「立証された唯一の影響」は組織の加熱であり、制限値は過度の加熱を防ぐように設定されていると述べています。米国では、47 CFR 1.1310が100 kHz〜6 GHzの比吸収率（SAR）の制限値を定めています。一般公衆に対しては、全身平均で0.08 W/kg、任意の組織1 gで平均したピーク値で1.6 W/kgです。四肢では10 gあたり4 W/kgです。職業ばく露の制限値はこれより高く設定されています。
設計エンジニアにとって、これは適合性確認の作業になります。携帯型機器はSARで評価します。基地局や固定送信機は、電界強度または電力密度の制限値と、アンテナ周囲の立入制限区域で評価します。試験方法と計算方法は、規制当局と参照される規格で定められています。規制当局または査読付きレビューが述べている範囲を超えて、健康影響を記述しないでください。
無線セキュリティ
無線はケーブルという物理的な境界をなくすため、攻撃はいくつかの類型に分かれます。盗聴、なりすまし、追跡、ジャミングです。セルラーシステムは加入者とネットワークの双方を認証し、無線リンクを暗号化します。5GのセキュリティアーキテクチャはTS 33.501で規定され、Release 15で初めて導入されました。この仕様は、IMSIキャッチャーから永続的な加入者識別子を隠すために、Subscription Concealed Identifier（SUCI）を導入しました。MattssonとNakarmiはNori（arXiv、2021年）で、可変長の識別子はパディングがなければ依然として識別情報を漏らしうることを示しています。Wi-Fiでは、VanhoefとPiessensがKey Reinstallation Attacks: Forcing Nonce Reuse in WPA2（ACM CCS、2017年）で、攻撃者がWPA2のハンドシェイクを操作してnonceを再利用させられることを示しました。Wi-Fi Allianceのセキュリティのページは、Wi-Fi CERTIFIED機器ではWPA3が必須であると述べています。ジャミングはセキュリティの問題であると同時に、規制の問題でもあります。米国では、47 U.S.C. § 333が、免許または認可を受けた無線通信への故意または悪意のある干渉を禁止しています。
どこから始めるか
リンクバジェットと雑音のハブとデシベルとリンクバジェットでは、多くの電力制限値の基準となる量である等価等方輻射電力（EIRP）を説明しています。Wi-Fiハブでは、6 GHz帯の規則を実務の観点から扱っています。キャリアと業界のハブでは、規制や標準化に関わる職種を紹介しています。ソフトウェア無線（SDR）で送信する前に、ソフトウェア無線のハブにある送信時の警告を読んでください。
ツールとプラットフォーム
| リソース | 用途 | 発行元 |
|---|---|---|
| ITU無線通信規則とWRCのページ | 国際的な周波数分配と会議の結果 | ITU |
| eCFR Title 47 | 米国の規則（Part 1のばく露制限、Part 15の免許不要機器、Part 96のCBRSを含む） | 米国政府 |
| ICNIRPガイドライン | 国際的なばく露ガイドライン | ICNIRP |
| 3GPP TS 33.501 | 5Gのセキュリティアーキテクチャと手順 | 3GPP |
よくある間違い
- ある国で免許不要の帯域が、どの国でも免許不要だと思い込む。
- 制限値がEIRPで規定されているのに、伝導電力を引用する。アンテナ利得も算入される。
- 免許不要帯域には義務がないと考える。送信電力、デューティサイクル、LBT（listen-before-talk）に関する機器の規則は適用される。
- 免許や試験の許可を得ずに、SDR送信機から実際に電波を発射して試験する。
- 無線リンク上の暗号化をエンドツーエンドの保護とみなす。
- 規制当局や査読付きレビューが裏付けていない健康影響を述べる、またはほのめかす。
さらに深く
- ITU、World Radiocommunication Conferences。
- ICNIRP、Guidelines for Limiting Exposure to Electromagnetic Fields (100 kHz to 300 GHz)、Health Physics 118(5)、2020年。
- 米国eCFR、47 CFR 1.1310、47 CFR Part 96。
- Vanhoef・Piessens、Key Reinstallation Attacks: Forcing Nonce Reuse in WPA2、ACM CCS、2017年。
- Mattsson・Nakarmi、Nori: Concealing the Concealed Identifier in 5G、arXiv、2021年。