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パソコンで携帯基地局を見てみよう！「LTE-Cell-Scanner」インストールから実行まで

2024/11/09に公開

アマチュア無線や航空無線受信、ADS-B受信など様々な形で活用されている汎用SDRドングル RTL-SDR、音声を聞く以外にさらに面白いことに使うことができるんです。

有志のソフトウェアを使って身近な場所にある携帯基地局(LTE基地局)を探すことができます。

今回は「LTE-Cell-Scanner」というソフトウェアを使用して実際に試してみます。

 想定環境





OS
Ubuntu 22.04 LTS

SDRレシーバー
RTL-SDR Blog V4

!Windowsをお使いの方は、Windows Subsystem for Linuxの用意が必要です。

こちらの方法を使ってWSLにSDRレシーバーを認識させてください。

または、VMware Workstation等の仮想マシンを使用することもできます。
!macOSをお使いの方は仮想マシンを使ってLinux環境を用意する必要があります。
・Git, CMake, GCC等必要なビルドツール群が用意されていること。

 ビルドとインストール
 下準備まず、必要なライブラリをインストールします。
sudo apt install pkg-config libusb-1.0-0-dev libpthread-stubs0-dev libopenblas-pthread-dev libboost-dev libboost-thread-dev libitpp-dev libopenblas-dev libfftw3-dev opencl-headers libncurses-dev
そして、このパッケージはRTL-SDR Blog V3までをお使いの方、その他RTL-SDR互換ドングルをお使いの方のみインストールしてください。
sudo apt install librtlsdr-dev

 RTL-SDR Blog V4用ドライバーの準備 (該当する方のみ)RTL-SDR Blog V4を使う方は、RTL-SDR Blog公式の最新ドライバーを適用する必要があります。

V3までのハードウェアとV4のハードウェアにはほとんど互換性がなく、V4非対応のドライバーを使うと正しく受信できません。

Ubuntu公式リポジトリで配布されているのもはV3までのものなので、自前でビルドしてあげる必要があります。
https://github.com/rtlsdrblog/rtl-sdr-blog をクローンします。
git clone https://github.com/rtlsdrblog/rtl-sdr-blog
cd rtl-sdr-blog
ビルドを行います。
mkdir build
cd build
cmake ../ -DINSTALL_UDEV_RULES=ON
make
ドライバーのインストールと、関係ないドライバが当たらないよう設定を行います。
sudo make install
sudo cp ../rtl-sdr.rules /etc/udev/rules.d/
sudo ldconfig
echo 'blacklist dvb_usb_rtl28xxu' | sudo tee --append /etc/modprobe.d/blacklist-dvb_usb_rtl28xxu.conf
ここまでできたら、一旦OSを再起動してください。

 LTE-Cell-Scannerのビルドhttps://github.com/JiaoXianjun/LTE-Cell-Scanner をクローンします。
git clone https://github.com/JiaoXianjun/LTE-Cell-Scanner
cd LTE-Cell-Scanner
ビルドを行います。
mkdir build
cd build
cmake -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release ..
make
src/ 以下にバイナリができます。

いちいちバイナリがある場所に移動して使いたくない！という場合は sudo make install でインストールできます。
これで準備完了です！

 LTE-Cell-Scannerの使い方このソフトウェアは、「CellSearch」というコマンドと「LTE-Tracker」というコマンドがあります。それぞれの使い方を解説します。

 CellSearchCellSearch はシンプルなコマンドで、指定した周波数にあるセルを検索します。

--freq-start という引数に周波数を指定します。

Hz単位で指定するため変換する必要がありますが、指数表記が使えるため、MHz単位の値にe6を書き加えれば見やすく指定できます。

--freq-end に終わりの周波数を指定するとセルが見つかるまで0.1MHzずつずらして検索してくれますがとんでもなく時間がかかるので自分でやったほうがいいです。
867.5MHzにあるセルを探す場合
CellSearch --freq-start 867.5e6
セルが見つかった場合、次のように表示されます。
Detected a FDD cell! At freqeuncy 867.5MHz, try 0
    cell ID: [セルID]
     PSS ID: 1
    RX power level: -32.2652 dB
    residual frequency offset: 3704.97 Hz
    k_factor: 0.999996
cell IDがPCIです。RX power levelが受信強度です。値が0に近いほど強度があるということになります。
検出終了後、簡易的なスキャン結果が表示されます。
Detected the following cells:
DPX:TDD/FDD; A: #antenna ports C: CP type ; P: PHICH duration ; PR: PHICH resource type
DPX CID A      fc   freq-offset RXPWR C nRB P  PR CrystalCorrectionFactor
FDD 000 2    867.5M        3.7k -32.2 N  50 N one 1.0000041820743676979


単語
説明


DPX
無線通信方式の違い。FDD[1] または TDD[2]。

CID
セルID。PCI[3]とも。

A
アンテナポート数。2 = 2MIMO。

fc
検出されたセルの周波数

RXPWR
受信強度。0dBに近いほど強度が高い

C
CP (Cyclic Prefix)[4]。通常N (Normal CP)ですが、Starlink Direct To Cellなどのサービスでは今後E (Extended CP)を使用する可能性があります[5]。

nRB
Number of RBs。セルに割り当てられているリソースブロックの数。詳細は後述。

P
PHICH[6]


PR
PHICH resource type

CrystalCorrectionFactor
不明。この数値はSDRドングルの補正に利用されることがよくある。

nRBの値は帯域幅に変換することができます。


nRB
BW


15
3MHz

25
5MHz

50
10MHz

75
15MHz

100
20MHz


 LTE-TrackerLTE-Trackerは、指定した周波数にあるセルを継続的に検索し、品質などを測定できるコマンドです。

-f に検索したい周波数を指定します。
885MHzにあるセルを検索したい場合

LTE-Tracker -f 885e6
なお、最低でも1セル見つからないと起動前の補正ができずLTE-Trackerが使えません。
測定中このような画面が出ます。

青文字のHealthはセルの情報をデコードできている割合を示しています。セルが遠くなったり掴めなくなったりしてデコードできなくなると数字がだんだん減少していってリストから消えます。

十字キー上下でセルごとの項目を選んでEnterキーか十字キー右を押すと、次のようにグラフが表示されます。
私自身この画面は理解していないため、参考程度に...。

十字キー左で最初のリスト画面に戻ることができます。

 おまけ
 各キャリアの周波数一覧※RTL-SDRドングルで受信できる範囲のものを掲載しています。

 docomo

周波数
帯域幅


788MHz
10M

882.5MHz
15M

885MHz
10M

1503.4MHz
15M


 au

周波数
帯域幅


778MHz
10M

865MHz
10M

867.5MHz
15M

1490.9MHz
10M


 Softbank

周波数
帯域幅


798MHz
10M

947.8MHz
5M

955MHz
10M

1480.9MHz
10M


 楽天モバイル

周波数
帯域幅


771.5MHz
3M


 よくある質問
 RTL-SDRドングルが対応している周波数は？24〜1750MHz程度です。携帯通信のバンドであればBand 3(上りの一部), Band 8, Band 11, Band 18, Band 19, Band 21, Band 28に相当します。

 周波数は合っているのにセルが表示されないSDRドングルの性能が低いか、アンテナの性能が低くノイズが多い可能性があります。RTL-SDR Blog公式のドングルを使うか、より性能が高いものに変えてみてください。

 さいごにPCで基地局を探せるLTE-Cell-Scannerを紹介しました。

このソフトウェアはHackRFやBladeRFにも対応しており、RTL-SDRドングルが対応している周波数以上にいるバンドの検索もできますので、興味があれば試してみてください。
JiaoXianjun/LTE-Cell-Scanner

https://github.com/JiaoXianjun/LTE-Cell-Scanner
rtlsdrblog/rtl-sdr-blog

https://github.com/rtlsdrblog/rtl-sdr-blog

脚注
Frequency Division Duplex。 上りと下りに異なる周波数を利用する。https://ja.wikipedia.org/wiki/周波数分割複信 ↩︎
Time Division Duplex。上りと下りは同じ周波数を利用し、時分割で共用する。https://ja.wikipedia.org/wiki/時分割複信 ↩︎
Physical Cell ID ↩︎
https://www.sharetechnote.com/html/5G/5G_FrameStructure.html#RadioFrame_Structure ↩︎
https://x.com/scott23192/status/1746623500196917739 ↩︎
https://www.sharetechnote.com/html/Handbook_LTE_PHICH_PHICHGroup.html ↩︎

単語	説明
DPX	無線通信方式の違い。FDD^[1] または TDD^[2]。
CID	セルID。PCI^[3]とも。
A	アンテナポート数。2 = 2MIMO。
fc	検出されたセルの周波数
RXPWR	受信強度。0dBに近いほど強度が高い
C	CP (Cyclic Prefix)^[4]。通常N (Normal CP)ですが、Starlink Direct To Cellなどのサービスでは今後E (Extended CP)を使用する可能性があります^[5]。
nRB	Number of RBs。セルに割り当てられているリソースブロックの数。詳細は後述。
P	PHICH^[6]
PR	PHICH resource type
CrystalCorrectionFactor	不明。この数値はSDRドングルの補正に利用されることがよくある。

想定環境

ビルドとインストール

下準備

RTL-SDR Blog V4用ドライバーの準備 (該当する方のみ)

LTE-Cell-Scannerのビルド

LTE-Cell-Scannerの使い方

CellSearch

LTE-Tracker

おまけ

各キャリアの周波数一覧

docomo

au

Softbank

楽天モバイル

よくある質問

RTL-SDRドングルが対応している周波数は？

周波数は合っているのにセルが表示されない

さいごに

Discussion