通過數(shù)據(jù)營造豐富健康的生活，充分利用數(shù)據(jù)開展有價(jià)值的業(yè)務(wù)，以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)構(gòu)建高效、暢通無阻的社會(huì)……為了在不久的將來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，全世界的企業(yè)和政府都在致力于構(gòu)筑并有效利用新的信息系統(tǒng)。在商務(wù)和生活中每天都會(huì)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)已與“人”、“物”和“金錢”并列成為了推動(dòng)生活、商務(wù)和社會(huì)的經(jīng)營資源之一。
近年來，通過有效利用將各種物體連接到互聯(lián)網(wǎng)的IoT（Internet of Things，即物聯(lián)網(wǎng)），不僅可以收集在虛擬世界中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，還可以詳細(xì)地收集在現(xiàn)實(shí)生活中各處產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。在工廠的生產(chǎn)線、辦公室和家庭中，安裝有傳感器和通信功能的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備已被設(shè)置在各處，以掌握運(yùn)行中的裝置和設(shè)備的狀況，幫助預(yù)測故障和提高生產(chǎn)效率。
然而，與工廠內(nèi)數(shù)十米見方的特定區(qū)域范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)收集相比，在智能儀表的自動(dòng)讀數(shù)、道路和橋墩等社會(huì)基礎(chǔ)設(shè)施的監(jiān)控方面，在數(shù)千米見方的廣闊范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)收集則存在尚未解決的難題。這是因?yàn)楫?dāng)時(shí)尚未出現(xiàn)適合在遠(yuǎn)距離無線連接的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備上使用的無線通信技術(shù)。
特定區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)收集可以利用現(xiàn)有的Wi-Fi和Bluetooth?等針對(duì)電腦等信息設(shè)備的近距離無線技術(shù)。此外，利用這些無線技術(shù)的小型低功耗無線通信模塊也很容易獲取，因此相對(duì)容易地就能制造出小巧的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。另一方面，對(duì)于廣范圍的數(shù)據(jù)收集而言，上述物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備則難以應(yīng)對(duì)，因此只能利用針對(duì)手機(jī)的大功耗移動(dòng)通信技術(shù)。但是，由于還考慮到在無法頻繁充電的場所使用的情況，因此就出現(xiàn)了為確保足夠使用的電源容量而安裝大容量電池，從而導(dǎo)致設(shè)備體積過大的問題。
針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的廣范圍無線通信技術(shù)——蜂窩LPWA（Low Power Wide Area）的商業(yè)服務(wù)于2018年啟動(dòng)，其目的是為了拓展曾因缺少合適的無線技術(shù)而被遺漏的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的使用場景。
蜂窩LPWA建立在以智能手機(jī)等的通信手段——廣范圍覆蓋為特征的LTE的基礎(chǔ)之上，是一項(xiàng)通過降低數(shù)據(jù)傳輸速度和通信頻率，實(shí)現(xiàn)驚人的低功耗化的技術(shù)。以這種較低的數(shù)據(jù)傳輸速度無法傳輸視頻數(shù)據(jù)。但它卻足以用來傳輸用于了解道路老化的振動(dòng)、水稻生長管理所需的稻田溫度，以及共享單車的位置信息等數(shù)據(jù)。應(yīng)當(dāng)說，通過低功耗化，電池在可長年使用等方面明顯提高了其便利性。
蜂窩LPWA具有拓寬物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的使用場景的潛力，但要想加快對(duì)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的運(yùn)用，還需要先克服一些障礙。那就是必須要有和Wi-Fi和Bluetooth?等一樣能夠嵌入或設(shè)置在各種設(shè)備和場所的超小型、低功耗無線通信模塊。村田制作所（以下簡稱“村田”）運(yùn)用迄今為止在開發(fā)多種無線通信模塊的過程中培養(yǎng)的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，開發(fā)出了超小的蜂窩LPWA模塊。與此同時(shí)，村田還與供應(yīng)商和芯片制造商合作，制造并提供即使不具備無線通信方面的專業(yè)知識(shí)，也能穩(wěn)定連接網(wǎng)絡(luò)的模塊。
由于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備在無法輕松獲取數(shù)據(jù)的環(huán)境中也能夠使用，因此其價(jià)值將有所提升。所以，在開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備時(shí)，確保在任何場所都可以設(shè)置的小巧外形，以及最大限度地減少更換電池和充電的頻率是至關(guān)重要的。為滿足這種需求，村田開發(fā)并提供了高質(zhì)量、超小型、低功耗的蜂窩LPWA模塊。我們向負(fù)責(zé)開發(fā)蜂窩LPWA模塊的工程師們詢問了他們在開發(fā)時(shí)設(shè)想的蜂窩LPWA的使用場景、村田的模塊的優(yōu)勢，以及在產(chǎn)品開發(fā)過程中開展的工作。
左起依次為管理負(fù)責(zé)人藤原先生、管理負(fù)責(zé)人兵庫先生、商務(wù)拓展負(fù)責(zé)人川中先生及王女士
?作為將利用物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備收集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫说氖侄危銈兯O(shè)想的蜂窩LPWA的用途是什么呢？
首先要說明LPWA的定位。就目前的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備而言，在需要實(shí)現(xiàn)超過1公里的遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸用途方面，以前必須使用手機(jī)服務(wù)。但是，由于手機(jī)服務(wù)成本高、功耗大，因此對(duì)于所有用途來說未必都是方便使用的通信手段。為解決這一問題而誕生的無線通信技術(shù)，就是LPWA。
LPWA分為兩類，一類是利用手機(jī)基站的蜂窩LPWA，另一類則是主要利用獨(dú)自的訪問接入點(diǎn)的非蜂窩LPWA（表1）。其中，蜂窩LPWA的優(yōu)點(diǎn)是可以通過大型通信運(yùn)營商的通信網(wǎng)，在全世界范圍內(nèi)輕松擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)。另外，蜂窩LPWA可以覆蓋的區(qū)域也比非蜂窩LPWA更廣，并且還具有通信的穩(wěn)定性和安全性較高的特點(diǎn)。因此，蜂窩LPWA比較適合用于智慧城市、物流類及跨國數(shù)據(jù)收集等方面。
在蜂窩LPWA中，還包括LTE Cat.M1（LTE-M）和NB-IoT這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。其中，LTE Cat.M1的特點(diǎn)包括出色的移動(dòng)性和低時(shí)延性，以及在LPWA中屬于較快的、最高可達(dá)1Mbps（理論值）的數(shù)據(jù)傳輸速度。LTE Cat.M1適用于跟蹤、緊急裝置和可穿戴設(shè)備等應(yīng)用。另一方面，NB-IoT則具有低成本、低功耗和大規(guī)模連接等特點(diǎn)。
它適用于智能儀表的自動(dòng)讀表等處理少量信息的應(yīng)用。
?針對(duì)蜂窩LPWA，村田正在提供具有哪些特點(diǎn)的無線通信模塊呢？
村田提供的高質(zhì)量蜂窩LPWA模塊符合各個(gè)國家和地區(qū)的無線電法，并且還獲得了運(yùn)營商的認(rèn)證。從通信的穩(wěn)定性、可靠性、安全性、移動(dòng)性等各個(gè)方面來看，我們提供的模塊都能夠放心使用。此外，在超小型、低功耗方面，我們也有自信不輸給其他任何產(chǎn)品。
?超小型的蜂窩LPWA模塊為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備帶來了哪些好處呢？
在我們開發(fā)的蜂窩LPWA模塊中，采用樹脂封裝的“Type 1SC”實(shí)現(xiàn)了11.1 mm × 11.4 mm × 1.4 mm的超小型尺寸。只需這一款產(chǎn)品，就能同時(shí)支持Cat.M1和NB-IoT兩種標(biāo)準(zhǔn)，并且其面積還是普通小型模塊*1的一半以下。如果能夠?qū)⑿⌒突瘜?shí)現(xiàn)到這種程度，那么就能將模塊應(yīng)用于在醫(yī)療保健領(lǐng)域中使用的腕帶式可穿戴設(shè)備，用來確保物流可追溯性的跟蹤設(shè)備，以及嵌入共享單車中跟蹤動(dòng)作等方面。
?要想使模塊小型化，在技術(shù)方面將面臨怎樣的困難呢？
如果只是安裝小型元件、設(shè)計(jì)細(xì)致的布線圖案的話，可能并沒有那么難。但是，在無線通信模塊中，越是小型化，細(xì)微的特性差異和圖案偏差就越容易對(duì)模塊整體的特性和性能帶來較大的影響。而且，由于蜂窩LPWA的輸出要高于Wi-Fi和Bluetooth?，因此為符合無線電法或獲得運(yùn)營商認(rèn)證而進(jìn)行的調(diào)頻的難度就會(huì)有所增加。
村田在通信模塊的小型化和蜂窩模塊的開發(fā)方面積累了10多年的經(jīng)驗(yàn)。雖然有不少供應(yīng)商在Wi-Fi模塊方面都有開發(fā)實(shí)績，但擁有將蜂窩模塊小型化的經(jīng)驗(yàn)的制造商卻屈指可數(shù)。
?那么，模塊的低功耗化會(huì)為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備帶來哪些好處呢？
并不是在所有設(shè)置物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的地點(diǎn)都可以頻繁地更換電池或充電。甚至可以說，可以從人無法輕易踏入的場所收集數(shù)據(jù)的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的價(jià)值更高。如果能實(shí)現(xiàn)模塊的低功耗化，那么就能夠延長物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的電池壽命，令運(yùn)營變得輕松。
然而，在實(shí)現(xiàn)理想的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的通信穩(wěn)定性、可靠性、安全性和移動(dòng)性的同時(shí)降低功耗卻并非易事。這是因?yàn)椋绻皇峭七M(jìn)低功耗化的話，只需利用簡單的通信技術(shù)即可，但是為了制造出高質(zhì)量的模塊，就必須要利用復(fù)雜的通信技術(shù)。如何在軟件和硬件的設(shè)計(jì)上下功夫并盡量降低功耗，這對(duì)于我們來說是一次展現(xiàn)實(shí)力的機(jī)會(huì)。
?你們是通過怎樣的技術(shù)來實(shí)現(xiàn)低功耗化的呢？
LTE Cat.M1和NB-IoT中運(yùn)用了被稱為eDRX*2和PSM*3的降低功耗的技術(shù)。另外，村田的蜂窩LPWA模塊本身也是以追求低功耗為目的而設(shè)計(jì)的。通過這些技術(shù)，可以將待機(jī)時(shí)的電流消耗降低到3.5μA（典型值），無需更換電池就能實(shí)現(xiàn)10到15年的運(yùn)行*4。
此外，使用時(shí)的通信質(zhì)量和功耗并不是僅由模塊本身的好壞來決定的。為使包括通信基礎(chǔ)設(shè)施在內(nèi)的系統(tǒng)整體能夠順利運(yùn)行，模塊的調(diào)頻是極其重要的。村田正在與提供蜂窩LPWA連接服務(wù)的運(yùn)營商密切合作，共同開發(fā)通信平臺(tái)，以在系統(tǒng)層面兼顧高質(zhì)量通信、高安全級(jí)別與低功耗化。
備注：
*1 與18.0 mm × 16.0 mm × 2.0 mm的LPWA模塊相比
*2 eDRX是extended Discontinuous Reception的縮寫。它是一項(xiàng)在待機(jī)時(shí)降低接收電波的頻率，從而實(shí)現(xiàn)低功耗化的技術(shù)。
*3 PSM是Power Saving Mode的縮寫。它是一項(xiàng)通過僅在限定的時(shí)間段內(nèi)接收電波來減少功耗的技術(shù)。
*4 以每天發(fā)送一次傳感器數(shù)據(jù)的應(yīng)用為假設(shè)
