BluetoothやZigbeeなどの通信プロトコルは低消費電力により広く短距離のIoT通信に応用されますが、スマートシティーとテレマティックスのような大きなシーンをカバするのに、これらの短距離通信技術は、明確に需要を満たすことができません。そして、IoTの急激な発展は無線通信技術により高い要求を提出し、低帯域幅、低消費電力、長距離、多数の接続のIoTアプリケーションのために設計されたLPWAN(Low-power Wide-Area Network)も急速に興てきます。
前の記事に、LPWAの重要性を十分に説明しましたが、今回技術の詳細に焦点を合わせます。
SIGFOX 、WiFi HaLow、Wi-SUN 、RPMA 、Flexnet、 IM920 、LoRa 、NB-IoTなどといった通信技術はLPWAに所属します。また、近年では、産業チェーンにおける関連メーカーは、省電力広域のIoT市場のシャアを占めるために連合を積極的に創立します。NB-IoTとLoRaは、LPWAの代表として、最も有望な省電力広域の通信規格だと言えます。
LoRa:構築·展開しやすい省電力広域IoT技術
NB-IoTより早く登場したLoRaは2013年8月にSemtech会社が新型の1GHz以下の超長距離で低消費電力のデータ転送技術(Long Rage)のチップについて発表した際に人の前にベールを脱ぎました。このチップの受信感度は最高で驚くほど-148dbmに至るまでであり、他の産業の高度なレベルのSub-GHzのチップと比較して、20db以上に改善され、ネットワーク接続の信頼性を成功裏に保証します。
これは、チャープスペクトル拡散変調技術を経由し、FSK変調と同じの低消費電力特性を維持する同時に、大幅に通信距離を増大させ、ネットワーク効率を向上させながら干渉を排除します(すなわち、同じ周波数を用いて異なる拡散シーケンス端子が同時に送信されていても干渉することはありません)。したがって、これに基づき研究開発されるコンセントレーター/ゲートウェイ(Concentrator/Gateway)は複数ノードのデータをコンカレントに受信し処理することが可能になっており、大幅にシステム容量を拡張します。
LoRaの導入により、組み込み無線通信領域の状況は一変しました。この技術は、伝送距離と消費電力との間の妥協点で考えるという従来の方法を変え、長距離、長いバッテリ寿命、高容量、低コストを実現できる、単純な通信システムを提供します。LoRaは、エネルギー、自動車、物流、農業、商業、製造業を含む、多くの業種で使用することができます。また、LoRa連合は2015年の3月のモバイル・ワールド・コングレスに確立し、連合のメンバーには、多国籍通信事業者、機器メーカー、システムインテグレータ、センサーメーカー、半導体メーカーと革新的な新興企業などが挙げられます。そして、LoRa連合の忠実なファンとしてのフランスオペレーターOrangeは、去年の9月に、LoRaにより省電力広域IoTを構築しており、まずパリ、ボルドーなどの17都市をカバーすることについて発表しました。
LoRaは主に世界の無料周波数帯域で(即ち未認可バンド、433、868、915を含む)実行します。LoRaネットワークは主に端末(内蔵LoRaモジュール)、ゲートウェイ(または基地局)、サーバーとクラウドの4つの部分からなり、アプリケーションデータを双方向に伝送することができます。
テーブル:主たる特徴及びメリット
NB-IoT:LoRaに比べて、どう?
NB-IoTは、既存のセルラーネットワーク技術に基づいており、Huawei社に「セルラーIoT」と呼ばれます。Huawei社が言った通り、移動セルラー通信市場に対しては、4Gは成功裏に商業化された後に、5Gの標準化と商業化には時間がかかりますが、2020年までにIoTアプリケーションが適用されないので、5Gの前にある技術はオペレータがIoT市場を開拓することをサポートする必要があります。一方、通信事業者はにとって、IoTアプリケーションのARPU値が比較的に低くなるので、技術的に言えば、オペレータが簡単に既存の基準でアップグレードしサポートするということを必要とさせます。このような場合に、Huawei社は、NB-IoT(Narrow Band-IoT、狭帯域IoT)を開始しました。
NB-IoT技術は4Gより百倍の接続規模、2Gより百倍の感度、寿命10年までのデバイスバッテリを提供することができ、セルラーネットワークのアプリケーションを大幅に拡張させるようになります。NB-IoTはLicenseバンドを介して、既存の移動セルラーネットワークと共存することができます。
そして、NB-IoT技術の起源をたずねると、主に二つの部分が含まれることを明らかにします。Nokia、EricssonとIntel等の会社により提案されたNB-LTE(Narrowband-LTE)技術と、HuaweiとVodafone により提案されたNB-CIoT(Narrowband Cellular IoT)技術です。前者はLTE技術ベースの単純化であり、既存のLTE規格と互換性がありますが、後者はほとんどの再設計であり、完全にIoTに基づく仕立てのものです。2015年9月の討論会では、NB-CIoTとNB-LTEの2つの技術については、統一を達成した結果は今日のNB-IoTになってきました。
また、去年の6月にNB-IoT規格が凍結されるにつれて、焦点となるNB-IoTの規模化ビジネスの基盤は、最終的に実装されていました。Huawei社と多くの事業者が推奨するLPWA技術としては、NB-IoTが打ち上げられると、業界の幅広い注目を集めてき、そしてLoRaとNB-IoTの間の議論が停止されていません。
テーブル:NB-IoTとLoRaの技術的なパラメータの比較
どちらがいいか、一言で言えません。そしてどちらが最終的により発達するのは、それぞれの所属キャンプの原動力だけでなく、国の政策も重要な役割を果たしています。未来には、すべては可能です。
また、LPWAN技術には、3GPP(Third 3GeneraTIonPartnership Project)に認可されたスペクトルは3種類のみあり、すなわちeMTC、NB-IoT及びEC-GSM-IoTです。下記のテーブルをご参考ください(ここでは、いちいち説明しません)。
【ソース、画像提供】:3GPP