소니의 LPWA ELTARES의 장거리 안정 통신 기술~ 수신대 제작 기술편~

ELLRES는 IoT 네트워크를 위한 LPWA의 무선 통신 표준입니다.
ELLRES의 특기 중 하나인'장거리·안정 통신'에 따르면 송신 단말기에서 오는 전파 출력은 20mW에 불과하지만, 도쿄스카이트리를 비롯한 여러 방송사의 수신대가 도쿄 지역 전체를 커버할 수 있다.ELLRES 개발팀 블로그는 두 번째로 소니의 수신대 특유의 기술을 소개했다.
수신소 설립의 난이도

ELLRES는 송신 단말기에서 수신소로 상행 단방향 통신을 한다.한 방향이기 때문에 단말기는 대기 전력이 필요 없고 전력 소모가 적으며 하행 방향의 전파 자원을 사용하지 않기 때문에 많은 단말기를 연결할 수 있어 회선 원가를 낮출 수 있다는 장점이 있다.이번에는 한 수신소에서 여러 단말기를 연결하는 어려움과 기술적 대응 전략을 소개하고 싶습니다.
ELLRES는 장거리 안정 통신으로 전파가 장거리를 비행하는데 위의 그림에서 옅은 파란색의 원이 매우 넓다는 것을 나타낸다. 한 수신대에 대해 전파가 여러 송신 단말기에서 날아온다.전파라는 것은 거리가 멀어지면 쇠퇴하기 때문에 수신대 부근의 단말기와 먼 곳의 단말기에서 수신대의 전파의 수신 전력은 매우 큰 차이가 있다.이 전력의 다른 전파를 받아들이는 것은 매우 어렵다.
일상의 음파에 비유하자면 다음과 같은 느낌이다.

야구 9회 동점 1점을 다투는 극한 공방 속에 주변에서 응원단의 목소리와 금관밴드 응원곡이 울려 퍼진 가운데 옆 친구와의 대화를 듣는 경우

야외 콘서트 행사장, 밴드가 눈앞에서 연주할 때 옆 콘서트장에서 들려오는 음악을 들어야 한다

이렇게 작은 음량과 큰 음량이 동시에 존재하면 큰 음량과 작은 음량은 사라진다.작은 소리를 들을 수 있다고 상상해 보세요.어렵지 않아요?
수신소에서는 통신 거리가 길어지면서 작아진 수신 신호와 최근 거리가 큰 수신 신호를 동시에 받는다.소니는 이러한 수신 환경에 대응하기 위해 TV 튜너를 활용해 육성한 기술을 ELLRES 수신대에 적용할 예정이다.
텔레비전 조정기 배양 기술
실험실 등 이상적인 환경에서 텔레비전 방송국의 전파를 수신하는 것은 매우 간단하다.다만 현실에서는 TV 방송 외에도 스마트폰과 라디오 등 다양한 전파가 엇갈리고 있다.그리고 텔레비전 프로그램만 해도 한 가족이 주변의 전파탑에서 여러 개의 전파를 날아와 보고 싶은 방송국을 골라야 한다.
소니는 아날로그 방송 시대부터 TV 튜너를 지속적으로 제작해 왔다.위에서 말한 전파 환경에서 아름다운 이미지를 방영하기 위해 방송국이 선택하고자 하는 방송 이외의 전파(간섭파라고 부른다)를 제거하고 파형을 최대한 잃지 않고 지속적으로 수신하는 기술 개발에 주력해 왔다.
비뚤어진 제거기 기능
그중의 한 예는 비뚤어진 제거기 기술이다.
텔레비전 조정기는 텔레비전의 안테나 입력 단자를 연결하고 안테나에서 입력하는 전파 = 수신 신호는 아날로그 신호이기 때문에 아날로그 신호를 처리하는 아날로그 모듈이 있다.아날로그 블록에는 방해 신호를 제거하는 필터, 기대 신호를 증폭하는 증폭기, 신호 주파수를 변환하는 혼합기 등도 포함된다.소니의 TV 튜너에는 강한 간섭 신호가 왜곡돼도 취소되는 왜곡 제거기 기능이 탑재돼 있다.

실진 제거기는 안테나보다 큰 출력 신호를 수신할 때 발생하는 실진과 같은 수신 신호에서 생성된 역상위 신호를 더해서 취소하는 기술이다.

증폭기로 출력된 신호파형에 대해 말하자면 만약에 실진제거기 기능이 실현되지 않으면 왼쪽 그림과 같은 붕괴파형이 형성되고 실진제거기 기능을 설치함으로써 오른쪽 그림과 같은 무실진파형을 출력할 수 있다.
이 기술을 통해 대공률의 간섭파와 미약한 기대 신호를 동시에 수신해도 진실성을 잃지 않고 지속적으로 수신할 수 있다.
TV 튜너와 ELTERS의 관계
TV 튜너는 전파탑에서 각 가정으로 전파를 받지만, ELLRES는 반대로 각 단말기에서 수신대로 전파를 받는다.
다음은 ELRES 수신소의 수신 전력 다이어그램입니다.수신소 수신구역 내 ELRES 단말기 1개에서 다양한 크기의 전기를 수신하는 전파를 받아 정보를 꺼낸다.

ELRES 수신소에서 수신하는 전파의 전력도
앞의 예에서 큰 소리부터 작은 소리까지 모두 동시에 듣고 내용을 이해해야 한다.
ELLRES의 수신대는 소니제 TV 튜너용 LSI를 사용했다.이곳에는 세계 TV 방송을 받아 축적한 기술이 탑재됐다.소리의 크기를 막론하고 내용을 동시에 알아듣는 기술을 사용한다.
총결산
앞으로 IoT 장비 수는 늘어날 것입니다.IoT 장비가 전파를 보내기 때문에 전파 환경이 혼란스러워질 수 있다.IoT 네트워크를 위한 수신소는 붐비는 전파 환경에서 정보를 정확하게 얻도록 요구한다.바로 그때, 나는 엘레스 수신국이 탑재한 텔레비전 조정기 기술이 위력을 발휘할 것이라고 믿었다.