あなたのデバイスに最適なワイヤレス技術とは？

本記事をお読みいただいているということは、接続、測位、タイミング、あるいはそのすべてを実現するためにワイヤレス技術を必要とするデバイスを設計しているということでしょう。同時に、お客様固有の性能、信頼性、セキュリティ、カバレッジ、コスト要件を満たすワイヤレス技術をどのように選定すべきかを検討している段階でもあるはずです。

選択肢の多さ、そして6Gセルラーや新たなGNSS信号など今後登場予定の技術も含めると、経験豊富なデバイスOEMやシステムインテグレーターにとっても判断は容易ではありません。さらに、製品が複数の大陸で販売または使用される場合、ネットワーク対応状況や規制要件の違いが選定をより複雑にします。

例えば：

• LPWAN技術は、その名の通り低消費電力かつ広域通信を提供します。
• 5G RedCapは、コスト重視のIoT用途向けにセルラーをより手頃にすることを目的としています。
• Wi-Fiはオフィスやショッピングモール、空港などで広く利用可能です。
• 短距離通信では、Bluetooth、Zigbee、Threadがスマートホームやオフィス用途に有力な選択肢であり、特にメッシュネットワーク構成に適しています。
• RFID、NFC、UWBは、近距離通信に加えて測位やセキュアアクセス機能を必要とする用途で人気があります。

これらすべての技術に共通する点は、5Gや6Gにおける3GPP、ZigbeeにおけるCSA、特定のLPWANにおけるLoRa Allianceなど、標準化団体や業界団体によって支えられていることです。これらの動向を追うことで、各技術の機能進化、規制対応、市場導入状況を把握できます。

もう一つ重要なポイントは、搭載するワイヤレス技術の数を最小限に抑えることです。内蔵アンテナを採用するデバイスでは、PCBがグラウンドプレーンとして機能します。セルラー、GNSS、Bluetooth、Wi-Fiなど、選択するRF技術によって必要な対応周波数帯が決まり、それに応じてグラウンドプレーンのサイズ要件も決まります。技術数が増えるほど、十分なグラウンドプレーンを確保しつつフォームファクタに収めることが難しくなります。特にウェアラブルやアセットトラッカーのような小型デバイスでは顕著です。

Cellular（セルラー）

セルラー通信は、すべてのワイヤレス技術の中で最も広範な地理的カバレッジを提供します。また、ライセンス帯域を使用するため、安定したサービス品質を確保できます。その代わりにデータプランのコストが発生し、価格重視の用途では課題となる場合があります。

5Gの展開は、データレートと低遅延において大きな進歩をもたらします。今後の3GPPリリースでは、セルラーIoT機能がさらに強化され、より多様なIoT用途を単一ネットワークでサポート可能になります。

LPWAN

LPWANは、長距離通信かつ低消費電力を実現するネットワークの総称です。スマートメーター、アセットトラッキング、スマート農業、環境モニタリングなど、少量かつ非リアルタイムデータ送信に最適です。

LPWANには、ライセンス帯域を使用するものと非ライセンス帯域を使用するものがあります。LoRaWANとSigfoxは非ライセンスLPWANの代表例です。LoRaWANはオープン標準に基づき、ゲートウェイ経由で中央ネットワークサーバーと通信します。プライベートネットワークとしても、公共ネットワークとしても展開可能です。Sigfoxはフランス企業が所有・運営し、独自の特許技術とサブスクリプションモデルに基づいています。

ライセンスLPWANはセルラーネットワークを利用し、干渉が少なく安定した接続品質を提供します。IoT向け主要規格はNB-IoT（LTE Cat-NB）、LTE-M（LTE Cat-M）、LTE Cat 1bisです。それぞれコスト、データレート、消費電力に特長があり、NB-IoTとLTE-MはCat 1bisよりもカバレッジが断片的です。

Short-Range Wireless（短距離無線）

短距離無線は最も多様かつ複雑な分野です。用途ごとに最適化された多数の技術が存在し、機能が重複することもあります。

• Bluetooth：ヘッドフォン、スピーカー、スマートウォッチなどに広く使用。BLEは低消費電力用途向け。
• NFCおよびRFID：非接触決済、資産管理、アクセス制御向け。13.56 MHz帯で動作。
• Thread：低消費電力メッシュプロトコル。IPv6対応。
• UWB：高精度（センチメートル級）測距が可能な広帯域技術。屋内ナビ、精密測位、セキュアアクセス向け。
• Wi-Fi：家庭・オフィス・公共空間で主流。高速だがセルラーより短距離。
• Zigbee：スマートホームや産業用途向け低消費電力通信。

選定のヒント

5G、LTE、NB-IoTなどのライセンス帯域技術は、保証されたカバレッジと高データレートを提供しますが、コストと規制対応が伴います。Sigfox、Wi-Fi、Bluetooth、Zigbeeは低コストですが、混雑環境では干渉を受けやすくなります。

技術ロードマップは製品寿命に大きく影響します。LTE-MおよびNB-IoTは今後も4Gで運用が続く見込みであり、RedCapは市場導入初期段階です。成熟ネットワークを選択するか、新興エコシステムの成長を見越すかの判断が重要です。

将来的な帯域幅需要も考慮してください。また、単一技術で複数機能をカバーできるかを検討することで、PCBグラウンドプレーンやBOMコストの過剰増加を防げます。

GNSS

用途によっては複数技術が必要です。例えばアセットトラッカーでは、GNSSで測位し、セルラーでその情報を送信します。同一PCB上で両者を共存させる設計は、小型化するほど難しくなります。

LTEがGNSS LNAをデセンシタイジングする場合、LTE Band 13など特定周波数を遮断するノッチフィルタ内蔵GNSSアンテナが有効です。

高緯度（55度以上）で高精度が必要な場合、GPS単独では衛星仰角制限により不十分な可能性があります。GLONASSやGalileoを追加することで、高緯度での可視性と精度を向上できます。