소니의 LPWA ELLTERES의 장거리 안정 통신 기술~ELLRES와 발단과 요소 기술편~

장거리 안정적인 통신은 ELRES의 특징입니다.20mW의 전파 출력만으로도 도쿄 스카이트리를 포함한 여러 방송사가 도쿄 지역 전체를 덮을 수 있다.ELLRES 개발팀 블로그의 첫 번째 회에서는 이 기술의 발단과 요소 기술을 먼저 소개한다.
기술의 시초
이것은 10여 년 전의 일이다.많은 센서를 네트워크에 연결함으로써 새로운 시대를 개척함으로써 센서 네트워크는 미래의 기술로 여겨진다.당시 상황을 상징하는 강연을 소개하다
"무선은 신뢰성이 낮아 사용할 수 없다. 미래의 자세는 모든 센서가 전선을 통해 연결된 유선 센서 네트워크다."
보스턴에서 배운 강연은 현장의 목소리를 더욱 잘 반영한다
이어 "무선장치는 전파의 강도를 약·중·강으로 조절할 수 있는 기능을 갖고 있다"며 "이런 장치를 장착한 현장 직원들은 전파의 상태가 좋든 나쁘든 간에 전파의 강도를'강'으로 설정하는 것은 상식이다.여유가'강'으로 설정된 경우를 보더라도 통신이 끊긴 경우는 무선통신이다
위에서 말한 바와 같이 무선통신의 과제는'통신의 불안정성'이다.센서의 데이터가 끊기는 것은 사용자에게 강렬한 압력이다.
또 통신 안정성과 밀접한 관련이 있는 것은'통신 거리'다.투자 금액을 억제해 무선통신 서비스를 구현하기 위해서는 긴 통신 거리가 필요하다.그러나 장시간의 통신 거리는 신호의 레벨을 낮추고 통신도 점점 불안정해진다.
그렇다면 도대체 무선통신의 불안정성은 어떤 원인이고, 어떻게 해야만 해결할 수 있을까?소니의 기술을 통합해 안정적인 장거리 무선을 이룰 수 있다면 미래 개척의 핵심 경쟁력이 될 수 있지 않겠는가.ELLRES는 이런 생각으로 개발됐다.이어서 ELRES의 장거리, 안정적인 통신을 실현하는 요소 기술을 설명하고 싶다.
원격 통신의 원리
통신 거리가 길어지면 수신 신호가 작아져 머지않아 소음에 묻히게 된다.하지만 신호등은 꺼지지 않았다.많은 수신 신호를 수집하고 증가하면 머지않아 소음에 묻힌 신호가 나타날 것이다.스펙트럼 확산, 시그박스, 로라 등 원거리 통신 기술은 이 원리에 따라 약한 신호를 감지해 통신 거리를 늘린다.소음을'누적'으로 줄여 통신 거리를 높이는 기술은 ELRES도 동일하게 적용한다.
누적 난이도 = 동기화 문제
실험실 등 이상적인 환경에서 수신 신호를 수집하는 것은 매우 간단하다.하지만 현실에서는 누군가가 송신기를 들고 이동하는 경우도 있다.이동 후 통신 거리가 반파장(16cm*)으로 변할 때 통신 시간은 0.5나초 지연되고 신호를 수신하는 극성 반전이다.(양신호가 음신호로 변한다.)　
여기에 극성반전 후 신호를'누적'하면 파형이 상쇄돼 역효과를 낸다.이처럼'누적'이 원활하게 이뤄지도록 수집된 수신 신호를 타이밍에 정확히 맞추는 것이 중요하다.이 시기는 전문 용어에 합쳐서'동기'라고 불린다.글에서 처음에 말한 무선 통신의 불안정성은 동기화가 정상적으로 작동하지 않았기 때문일 수 있다.이에 따라 동기화에 두 가지 새로운 공을 들인 ELRES가 탄생했다.
*ELLTERS는 920Mhz 대역을 사용하며 파장은 약 32cm입니다.
동기화 방법1: GNSS 액세스
ELTRES는 GNSS 위성으로부터 전파를 받아 송신기 내부의 시계를 보정한 뒤 보내는 장치다.GNSS 위성에는 세슘 원자시계가 탑재돼 있기 때문에 GNSS 신호로 교정된 ELRES 시스템 시계는 매우 정확하다.이 일을 사용해 발송과 수신의 정시(동기화)를 실현하기 때문에 ELLRES는 혼합 신호가 있어도 동기화가 흐트러질 가능성이 매우 낮다.

동기화 방법2: 데이텀 신호 포함
ELRES를 통해 전송되는 통신 신호는 다른 통신 방식에 없는 특징을 가지고 있다.그것은 빈번하게 참고 신호를 끼워 넣은 것이다.ELLTERS에서 무선으로 변조된 데이터 열에서 3자리마다 1자리 기준 신호를 보낸다.다음 그림의 Sync를 통해 Interleaving 시 데이텀 신호가 주기적으로 포함됩니다.

다른 어떤 통신 방식보다도 빈번하고 정기적으로 삽입되는 기준 신호는'동기화 정상'역할을 한다.수신기에서 이 기준 신호를 추출하면 빠른 부립엽 변환(FFT)을 사용하여 파형 반전과 혼란을 수정할 수 있다.그 결과 다른 통신 방식이 동기화를 흐트러뜨려도 ELLRES에서 동기화를 정확하게 작동시켜'누적'을 실현하고 먼 곳의 통신을 실현할 수 있다.

향후 ELLRES 개발팀의 블로그에서는 원방 이동체(자동차와 배)로부터의 전파를 안정적으로 수신할 수 있는 실험 결과를 보고하고자 한다.그중 많은 것이 위에서 언급한 두 개의 동기 신호의 요령이다.
ELTERS IoT 네트워크 서비스
https://eltres-iot.jp/
ELTERS 개발팀