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2017年04月27日

独自の低消費電力広域(LPWA)ネットワーク技術を開発

高感度により遠距離や高速移動中でも安定した無線通信を実現


ソニー株式会社
ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社
ソニーは、高感度であることから遠距離や高速移動中でも安定的な無線通信を実現できる新たな低消費電力広域(以下、LPWA:Low Power Wide Area)ネットワーク技術を開発しました。

一般的にLPWAネットワーク技術とは、伝送するデータ量が少ないIoT用途で大きな需要が見込まれる、低消費電力かつ広域で利用可能な無線通信技術です。今回ソニーが開発したLPWAネットワーク技術は、光ディスクに使われている誤り訂正などのデジタル信号処理技術のほか、テレビチューナーなどに搭載の高周波アナログ回路技術および低消費電力のLSI回路技術など、ソニーが長年コンスーマーエレクトロニクスの分野で培ってきたノウハウを応用しています。これまで実施した本技術を使った通信実験においては、山の上や海上など障害物が無い場合には100km以上の遠距離通信に成功したほか、時速100km/hの高速移動中でも安定的に通信できることを確認しました。

本技術の送信モジュールは、わずか0.4秒という短時間に、新開発の高性能誤り訂正符号と伝送路を推定するために必要なパイロット信号が埋め込まれたパケットを複数回送信します。受信機は複数回にわたり送信されたパケットを合成し、感度を高める信号処理を行うことにより、電波同士の干渉(マルチパス※1他)の軽減などが可能です。さらに遠距離通信における信号レベルの低下や、混信などの影響による情報の一部分の欠落に対しても、受信機側で高性能誤り訂正信号処理を用いてデータを復元することで通信の成功確率を高めています。これらに加え、本技術の通信帯域における複数のチャンネル同士の妨害による混信(相互変調歪みなど)に強いチューナーLSIを受信機に採用することにより、遠距離や高速移動中の通信に加えて、混信の起きやすい都市部でも良好な通信を実現しました。
さらに、ソニーが提供予定の送信モジュールと受信機は、GPS LSIを標準搭載しています。GPS対応エリアにおいては送信地点の位置情報を伝送できるだけでなく、GPS衛星から得られる高精度な時刻情報を使って送信・受信の周波数とタイミングを補正することで、通信の信頼性をより高めることを可能にします。
また本技術は、パケットの複数回送信に要する時間がわずか0.4秒と短いことに加えて、新開発の低消費電力送信LSIの搭載などにより送信モジュールの消費電力を低減し、コイン電池での動作を可能にしています。

これらの特性を活かし、登山や乗船時などに携帯した送信機から、受信基地局を経由して得るデータを活用することで、携帯者の位置情報をリアルタイムに把握する見守り用途や、車などのレンタル事業におけるアセット監視、ドローンの位置情報追跡など、本技術が多様なサービスへ活用されることを想定しています。
また本技術は、ARIB STD T-108※2の規定に準拠するとともに、セキュリティ面も考慮して国際標準暗号に対応しています。

ソニーは、本技術を採用した製品の商品化およびサービスの商用化を目指しており、日本の各地において通信実験を行っています。今後、実証実験に向けた協力事業者を広く求めていきます。本技術は、2017年5月10日(水)より東京ビッグサイトで開催される展示会「IoT/M2M展【春】」※3で参考展示を行います。

  • ※1 マルチパス:建造物や地形などの影響で電波が反射や屈折、散乱することにより、複数の経路を通って受信機に到達してしまう現象。
  • ※2 ARIB STD T-108:ARIB STDは一般社団法人電波産業会で策定された通信・放送分野における電波利用システムに関する標準規格であり、その中でT-108は「920MHz帯テレメータ用、テレコントロール用及びデータ伝送用無線設備」についての規格。
  • ※3 「IoT/M2M展【春】」は、近年大きな注目を集めるIoT/M2Mに特化した日本初の専門の展示会です。
    会期:2017年5月10日(水)~12日(金)10:00~18:00(最終日のみ17:00終了)
    展示会の詳細について

本技術の主な特徴

1)遠距離通信や高速移動通信を実現する高感度なデータ受信性能

波形合成信号処理技術
わずか0.4秒という短時間にパケットとして複数回送られた情報を、受信機で波形合成することで高感度を実現しています。特に移動時などには、電波強度の変動や周波数変化により、通信が不安定になる傾向がありますが、この波形合成信号処理技術により、通信の安定性も向上しています。
新開発の高性能誤り訂正技術
遠距離通信では信号レベルの低下だけでなく、信号の一部分が欠落する場合があります。このような場合でも通信の成功確率を高めるために、誤り訂正符号を新たに開発しました。送信時のパケットに誤り訂正符号と伝送路を推定するために必要なパイロット信号を埋め込み、受信機が高性能誤り訂正信号処理を施し、データを復元することで、通信の成功確率を高めています。
π/2 シフトBPSK変調(二位相偏移変調)技術
限られた通信帯域において良好なSN比が得られる変調方式を採用しています。
GPS信号による補正
送信モジュールと受信機は、GPS LSIを標準搭載しています。GPS対応エリアにおいては送信側と受信側の両方でGPS衛星から得られる高精度な時刻情報を受信し、送信・受信の周波数とタイミングを補正することにより、通信の信頼性をより高めることを可能にしています。

2)混信などの通信障害に対する高い耐性

本技術の受信機には他の電波との干渉や多チャンネル信号妨害、マルチパス※1などの通信障害への耐性を高めるため、テレビチューナーなどで使われている高ダイナミックレンジで相互変調歪みに強いチューナーLSIを搭載。飛び交う電波が多く混信が起きやすい都市部などでも良好な通信が可能です。

3)低消費電力

パケットの複数回送信に要する時間がわずか0.4秒と短いことに加えて、低消費電力な送信LSIの新規開発とGPS LSIの採用により、現時点においては1日1回の位置データ送信の場合、コイン電池1個で10年間※4の動作が可能であることを確認しています。今後、さらなる低消費電力化に向けて開発を継続します。
  • ※4 送信モジュールに、1000mAhのコイン電池(CR2477相当)を用い、GPS位置検出と送信動作を3分間隔で繰り返した実験結果からの推定値。

<本技術の概要>

空中線電力 20mW
通信方向 一方向通信(双方向通信は検討中)
送信周波数 920.6MHz~928.0MHz
(38チャンネルのうちの1チャネルを使用)
主変調方式 π/2 Shift BPSK
副変調方式(オプション) 線形チャープ変調
送信方式 0.4秒以下のパケットを繰り返し送信
他システムへ与える妨害の軽減 キャリアセンスによる空きチャネル確認
誤り訂正符号 LDPC(Low Density Parity Check)符号
実転送レート(送信ビット数÷総送信時間) 80bps(標準フォーマットの場合)
受信感度 -142dBm(標準フォーマットの場合)
セキュリティ機能 搭載
詳細に関しては、次のURLからご確認ください。
オフィシャルサイト
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