低消費電力と長距離相互接続をサポートする必要があるウェアラブル デバイスやモノのインターネット (IoT) デバイスは数多くあります。したがって、接続には低電力広域ネットワーク (LPWAN) 技術を選択することが望ましいです。主流の技術にはLTE-MとNB-IoTがあり、LTE-Mはデータ レートが高く、モビリティとVoice on the Net (VON) をサポートします。この記事では、村田製作所が発表したLTE-M、NB-IoT、Type 1SCモジュールの開発状況を紹介し、その技術開発と製品の特徴を理解します。
4Gネットワークに直接接続して迅速かつ簡単に導入可能
LPWANテクノロジーは長年にわたって開発されてきました。LoRaとSigfoxは、初期のLPWANの主流テクノロジーでした。しかし、2016年に第三世代パートナーシッププロジェクト（3GPP）によって策定されたリリース13 IoT標準、すなわちLTE-MとNB-IoTと、世界中の通信事業者の積極的な配置により、LPWANは既存のLTE基地局をベースとしたインバンドによるNB-IoTとLTE-Mネットワークにアップグレードされ、LPWANの主流技術の地位を獲得しました。
上記のLTE-Mは、LTE Cat-M1またはLong Term Evolution (4G) Category M1の略称です。この技術は主にIoTデバイスに使用され、ゲートウェイなしで4Gネットワークに直接接続でき、通常は動作にバッテリーのみが必要です。LTE-Mは、さまざまなセルラー デバイスとサービス (特にマシン間)、およびIoTアプリケーションをサポートするために使用できます。現在、世界中で100社を超える通信事業者がNB-IoTまたはLTE-Mネットワークを導入/開始しています。その中で、LTE-Mはデータレートが高く、モビリティ、ローミング、VONサービスをサポートします。ただし、NB-IoTと比較すると、LTE-Mはより多くの帯域幅を必要とし、NB-IoTなどの保護帯域に配置することはできません。
LTE-Mはデバイスの複雑さが少なく、カバレッジが拡張され、既存のLTE基地局の再利用が可能になります。この技術により、接続されたデバイスのバッテリー寿命はさまざまな使用条件下で少なくとも10年になり、モデムのコストは現在のEGPRSモデムに比べて20 ～ 25% 削減されます。
すべての主要なモバイル デバイス、チップセット、モジュール メーカーのサポートにより、LTE-Mネットワークは2G、3G、4Gモバイル ネットワークと共存し、ユーザーIDの機密性、エンティティ認証、データの整合性、モバイル デバイスの識別などのモバイル ネットワークのすべてのセキュリティとプライバシー機能のメリットを享受できます。LTE-Mネットワークの商用展開が急速に進んでいます。LTE-Mテクノロジーは、ウェアラブル デバイスで個人の位置情報やバイタル サインを監視するほか、スマート シェルフ、資産管理、物流、車両管理、低コストのモバイル接続を必要とするその他のアプリケーション ケースでも使用できます。
超小型で長寿命の高集積モデム
村田製作所は、LTE-MおよびNB-IoTの技術とアプリケーションに対する市場の切迫した需要を鑑み、セルラーモデムと統合され、LTE-MおよびNB-IoTネットワークプロトコルをサポートする、超小型で長寿命、コンパクトで低コストの新しいLTE-Mモジュールであるタイプ1SCモジュールを発表しました。新しいスタンドアロン モジュールのサイズは、わずか11.1 x 11.4 x 1.5 mmです。銀色の樹脂でシールドされたパッケージに組み込まれており、FEMモジュールと外部16 MBフラッシュを備えたSony ALT1250トランシーバーが含まれています。堅牢で低ドリフトの熱特性を特徴とする統合型TCXOは、RFトランシーバーに正確なクロック ソースを提供できます。
LTE-MおよびNB-IoTテクノロジーをサポートするタイプ1SCモジュールは、GPSフリー、低電力の定期追跡アプリケーションをサポートします。小型サイズのため、これまでセルラー方式で接続できなかったウェアラブルデバイスにも適用できます。グローバル標準をサポートし、PTCRB/GCF認証に合格し、IoTアプリケーションにおける世界中のワイヤレス ネットワーク オペレーターとのグローバルな相互運用性が向上しています。また、低消費電流向けに特別に設計されたeDRXおよびPSMプロトコルもサポートしており、スリープ電流はわずか1.5µAで、バッテリー寿命は10年以上と長くなります。コストが低く、ユニバーサルな接続と展開に便利です。HTTPSおよびMQTTSセキュリティ プロトコルをサポートし、セルラー ネットワークを採用してセル エッジやハンドオーバー シナリオでスムーズに動作するため、小型のバッテリー駆動型IoTデバイスやアプリケーションに最適です。
タイプ1SCモジュールは世界のほとんどの地域をカバーし、正確な測位のためのGPS/GNSS、統合SIM (オプション)、LTE-M経由のVoLTE直接音声通話をサポートします。外部アンテナ構成のLGAパッケージを採用し、UARTホスト インターフェイス、OTAファームウェア アップグレード、+23dBmまでのTXパワーアップ、2.2～4.35 Vの入力電圧、-40℃～85℃の動作温度、B5、B8、B12、B13、B14、B17、B18、B19、B20、B26、B28低帯域、B1、B2、B3、B4、B25、B66中帯域を含むマルチバンド (低帯域および中帯域) をサポートし、JATE/TELEC、FCC/IC、CE、GCF/PTCRB認証に合格しています。タイプ1SCモジュールはAWS IoT Coreでも認定されており、AWSクラウド内の175以上のサービスに簡単にアクセスできます。
評価ボードが製品開発をスピードアップ
メーカーの製品開発をスピードアップするために、村田製作所はType1SCモジュールの評価およびアプリケーション開発キットとして利用できるLBAD0XX1SC-EVK-TEMP評価ボードも提供しています。Arduinoシールド インターフェイスを搭載しており、さまざまなArduinoベースのMCU開発プラットフォーム (STM32 Nucleo-64ボードなど) で使用できます。2つのミニUSBポート、NB-IoTプレート アンテナ、1つのマイクロSIMスロット、1つのリセット ボタン、RFテスト用の1つのSMAコネクタ、およびType1SC IOピンにアクセスするためのパッドが含まれています。内蔵のArduinoヘッダー コネクタ、3.3 V/5V IOをサポートするUARTモデム制御インターフェイス、および拡張ヘッダーにより、モジュール ピンとCN11ジャンパーにアクセスして電流測定を行うことができます。
結論
村田製作所のタイプ1SCモジュールは、小型で高度に統合されたLTE Cat M1およびNB-IoTモデムです。最も近い競合製品よりも約21% 小型で、世界のほとんどの地域をカバーするマルチバンド (低帯域および中帯域) をサポートできます。単一のモデムにオプションが備わっているため、2つのモードをサポートする予定のオペレータにとって特に便利であり、エンド カスタマーは世界中で柔軟にモードを切り替えることができます。タイプ1SCモジュールは市場で非常に競争力があり、LTE-MおよびNB-IoTテクノロジーをサポートするIoTアプリケーションの実装に最適です。