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IoT通信の本命 LPWA

実証実験進むLoRaWAN、登山者の位置把握も

北郷 達郎=日経NETWORK 2017/06/15 日経NETWORK
出典:日経NETWORK 2017年1月号pp.49-52
(記事は執筆時の情報に基づいており、現在では異なる場合があります)
目次一覧

 SIGFOXと同じサブGHz帯を使うLoRaWANは、2015年末あたりから話題に上るようになった。

 LoRaWANで規定しているのは、LoRaデバイスからLoRaゲートウエイにデータを伝える手順と、LoRaゲートウエイを通じてネットワークサーバーにデータを伝達するまでだ。原則としてLoRaデバイスは、どのLoRaゲートウエイに対しても接続できる。この仕組みを通じて、小規模なキャリア型LPWA事業者が連携するといった構成も可能になる。

LoRaWANの規定する範囲
LoRaWANは単純にノードとゲートウエイをつなぐプロトコルだけでなく、背後にあるネットワークサーバーまでデータを届けるプロトコルを定めている。このためLoRaWANはキャリア型モデルとプライベートモデルのどちらも実現可能だ。ネットワークサーバーはキャリアまたはIoTサービス事業者が用意する。
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 ただし、LoRaWANを提供すると表明したLPWA事業者が今後、キャリア型とプライベート型のどちらを採用するかは明確ではない。LoRaWANはあくまでオープンな通信の規約だからだ。

 例えば携帯電話事業者ならば、基地局の設置も含めてサービスとして提供するキャリア型のモデルでサービスを提供しそうだ。しかしそれだと自社で展開するNB-IoTとの競合が発生してしまうため、プライベート型でサービスを提供する可能性もある。

スペクトラム拡散を採用

 LoRaWANではレイヤー2(L2)のプロトコルを定めて、物理層に「LoRa変調」を利用する。

LoRaWANとLoRa変調
基本的にはLoRaWANはMAC層、LoRa変調は物理層を規定している。このうち、LoRaアライアンスで管理しているのはMACの部分だけだ。LoRa変調は米セムテックの技術である。LoRaWANは最も距離が出せるモードでも980ビット/秒まで出せるが、一度に送れるデータ数は11バイトの制限がある。また日本の電波法の制限から、400ミリ秒送信した後は、4秒間の待ちが入る。
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 LoRa変調はスペクトラム拡散技術の一つで、直接拡散方式と呼ばれるもの。より正確には「チャープ拡散」という技術を用いている。

 直接拡散方式のスペクトラム拡散を使うと、ノイズの影響を低減できる。スペクトラム拡散により、元の信号を広い帯域に薄めて伸ばす。そこに仮にノイズが乗っても、信号を元に戻す操作をするときにノイズが逆に薄く広められて、影響が低減するというのが基本的な仕組みである。「元々はレーダーの技術として開発されていた。時系列の動きを見ていくことによって、利得を上げていくイメージだ」(M2Bコミュニケーションズ 代表取締役の田中 雅人氏)。M2Bコミュニケーションズとエイビットが東京都八王子市内の10カ所で水道の水量計の検針データの送信に使ったところ、「IoTデバイスが鋳物の中に入っていたが、1kmは十分使えた」(同)という。

LoRa変調はスペクトラム拡散で耐ノイズ性を高める
LoRa変調では、「チャープ拡散」という手法を使って、周波数方向に情報を拡散させる(2)。相手に到達した電波にノイズが乗っても(3)、逆拡散させたときにノイズが拡散され、信号に比べ無視できるようになる(5)。
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▼LoRa変調
米セムテックが開発した。自社の半導体製品で使っているほか、米マイクロチップなどの半導体ベンダーにもライセンス供与している。
▼スペクトラム拡散
信号を元々利用していた帯域よりも広い帯域に広げて通信する方式。直接拡散方式のほかに、周波数ホッピング方式もある。

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