LPWA（LPWAN）とは？特徴や種類ごとの比較、周波数、メリット・デメリットを紹介

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2022-03-18

2min

LPWA（LPWAN）について詳しく知りたいですか？本記事では、IoTに最適な通信方式LPWA（LPWAN）の特徴や種類、周波数、メリット・デメリットを紹介します。

LPWA（LPWAN）とは

まず、LPWAの意味や定義、そしてなぜIoT・M2Mに最適な通信方式なのかを紹介します。

LPWA（LPWAN）とは、”Low Power Wide Area（Low Power Wide Area Network）”の略であり、低消費電力で遠距離通信を実現するデータ通信方式または無線通信技術のことです。LPWAは、”エルピーダブリューエー（エルピーダブリューエーエヌ）”と読みます。

また、LPWAは「LPWA」と表記しても「LPWAN」と表記しても同じ意味を持ちます。日本では一般的に「LPWA」と表記されることが多いです。

IoT・M2Mに最適な通信方式である理由

LPWAがIoT・M2Mに最適な通信方式である理由は、以下に紹介する5つの特徴が、IoTデバイスやM2Mデバイスに必要な条件を満たしているからです。これらの特徴は、従来のLTEやWi-Fiと比較してLPWAの利点となっています。

①広範囲・遠距離通信
②低消費電力
③低速度
④低コスト
⑤複数デバイスの同時接続性

以上が、LPWAがIoTデバイスやM2Mデバイスに最適な通信方式である理由です。

LPWA（LPWAN）の5つの特徴

それでは、LPWAの主な5つの特徴を紹介します。

①広範囲・遠距離通信

LPWAの1つ目の特徴としては、LPWAは広範囲・遠距離通信であるということです。
都市や地下の環境など複数のユースケースをカバーするために全国的及び国際的な携帯電話レベルの広範囲に通信を提供することが可能です。
また、LPWAは低速なナローバンド（狭帯域）を利用することで、10km以上の長距離へのデータ通信が可能です。

②低消費電力

LPWAの2つ目の特徴としては、低消費電力であるということです。
これまでのIoTデバイスでは、LTEやWi-Fiといった通信方式を利用することが多かったのですが、これらは、IoTデバイスを想定した通信方式ではありませんでした。そのため、IoTデバイスが必要とする通信スペックよりもオーバースペックになり、その分、電力を消費していました。
現在では、LPWAの登場により少ない電力で、IoTデバイスを長時間稼働することが可能になりました。また、小型フォームファクタバッテリーを利用した場合、複数年単位でデバイスを継続的に動作させることが可能になりました。

③低速度

LPWAの3つ目の特徴としては、通信速度が低速度であるということです。
LPWAは、3G・4G・5GやWi-Fiなどと比べると通信速度が低速です。さらに、通信容量にも制限があります。

④低コスト

LPWAの4つ目の特徴としては、IoTデバイスや通信費が低コストであるということです。
消費電力や通信容量に制限があるため、IoTデバイスに余分な機能を付け足す必要がないため、IoTデバイスの簡略化ができるようになりました。そのため、IoTデバイス自体の価格も低くなり、たくさんのIoTデバイスを使う場合にも、費用を抑えることができるようになりました。

⑤複数デバイスの同時接続性

LPWAの5つ目の特徴としては、複数デバイスの同時接続性が優れているということです。
IoTの活用に際して、業界によっては、IoTデバイスやM2Mデバイスを同時にたくさん接続する必要があります。しかし、これまでの通信方式だと、大量のIoTデバイスやM2Mデバイスを接続すると安定性が低下してしまうということがありましたが、LPWAであれば、安定性を低下させずに接続し続けられるようになりました。

LPWA（LPWAN）の種類

LPWAは、大きく分けて、免許と登録が必要な「ライセンスバンド」と、免許と登録が必要ない「アンライセンスバンド」の2つの種類があります。

日本の電波法第1章第4条の中で、「無線局を開設しようとする者は、総務大臣の免許を受けなければならない。」と定められていますが、「発射する電波が著しく微弱な無線局」は「特定小電力無線」として免許と登録が不要とされています。

そのため、免許と登録が必要な「ライセンスバンド」と、免許と登録が必要ない「アンライセンスバンド」の2つの種類が存在します。

（参考）電波法｜e-Gov法令検索

ライセンスバンド（ライセンス系）

ライセンスバンド（ライセンス系）とは、日本の日本の電波法第1章第4条により、免許を取得し登録された無線局のことです。

ライセンスバンドの特徴
・携帯キャリア会社のLTE基地局をするためIoTゲートウェイの設置が必要ない
・送信出力がアンライセンス系と比較して大きく、さらに無線環境の良いとされるLTE基地局と通信を行うためLPWAの中でもより長距離通信が可能

ライセンスバンドの代表的な規格一覧
・LTE-M（LTE Cat.M1）
・NB-IoT

アンライセンスバンド（アンライセンス系）

アンライセンスバンド（アンライセンス系）とは、日本の日本の電波法第1章第4条により、特定小電力無線として免許の取得と登録が不要とされている無線局のことです。

アンライセンスバンドの特徴
・IoTデバイスからのデータを受信するためのIoTゲートウェイが必要
・LPWAの種類によっては、マルチホップ機器が必要

アンライセンスバンドの代表的な規格一覧
・ZETA（イギリス：ZiFiSense社）
・Sigfox（フランス：Sigfox社 / 日本での提供元：京セラコミュニケーションシステム）
・LoRaWAN（アメリカ：セムテック社）
・ELTRES（日本：ソニーセミコンダクタソリューションズ社）
・Wi-SUN

LPWA（LPWAN）規格が多く存在する2つの理由

LPWAの代表的な規格だけでもいくつもの規格が存在しますが、その理由は、大きく2つの理由があります。

①完全許可制ではないため
前述の通り、LPWA（LPWAN）は、免許と登録が必要な「ライセンスバンド」と、免許と登録が必要ない「アンライセンスバンド」の2つの種類が存在します。
そのため、アンライセンスバンドとして、多くの企業や団体が新たな規格を定めサービスの提供をすることが可能なのです。

②IoT活用ニーズを全て満たした完璧なLPWAが存在しないため
一言で、LPWAと言っても、これから紹介する「LPWA（LPWAN）の代表的な7つの規格」でも紹介するように、規格ごとに特徴やメリット・デメリットが存在します。

LPWA（LPWAN）の代表的な7つの規格

これまで、免許と登録が必要な「ライセンスバンド」と、免許と登録が必要ない「アンライセンスバンド」の2つの種類のLPWAを紹介してきましたが、ここでは、LPWAの代表的な7つの規格の特徴とその活用事例を紹介します。

LPWA（LPWAN）の代表的な7つの規格の比較

LPWA（LPWAN）の代表的な7つの規格を紹介してきましたが、ここでは、それぞれの比較を紹介します。

種類	ライセンスバンド（ライセンス系）		アンライセンスバンド（アンライセンス系）
規格名	LTE-M（LTE Cat.M1）	NB-IoT	ZETA	Sigfox	LoRaWAN	ELTRES	Wi-SUN
周波数帯	LTE （700MHz～3.5GHz）	LTE （700MHz～3.5GHz）	Sub-GHz帯（920MHz）	Sub-GHz帯（920MHz）	Sub-GHz帯（920MHz – 928MHz）	Sub-GHz帯（920MHz）	Sub-GHz帯（920MHz）
通信速度	1Mbps	200kbps	300 / 600 / 2.4kbps	100bps	250kbps	80bps	50～300kbps
カバレッジ	約10km	約30km	約2~10km	約50km	約15km	約100km	約3km

LTE-M（LTE Cat.M1）

事業者
【KDDI】IoT通信サービスLPWA
https://biz.kddi.com/service/iot-lpwa/

【NTT】ドコモのLPWA
https://www.nttdocomo.co.jp/biz/special/iot/lpwa/

活用事例①
高齢者の見守り｜KDDI × テクノスジャパン

在宅介護における介護者の負担を軽減するための「見守りプラットフォーム」の通信に「KDDI IoT通信サービスLPWA」が活用されています。

「病院施設向けの転倒転落事故を防止する離床センサー」や「在宅で徘徊を防止する徘徊感知機器」など4つのIoTセンサーが作動した際に、「見守りルーター」が各種IoTセンサーからの信号を感知し、介護者が持っているスマートフォンに通知を送る際に「KDDI IoT通信サービスLPWA」の回線を用いています。

（参考）【導入事例】株式会社テクノスジャパン様｜KDDI株式会社

活用事例②
残量データの見える化｜KDDI × JA西都農業協同組合

残量データを見える化し、燃料配送の効率化を実現する「IoT燃料残量監視システム」の通信に「KDDI IoT通信サービスLPWA」が活用されています。

宮崎県の純農村地帯にあるハウス農家には営農用A重油タンクが約1,800基ほどあり、IoT導入前には、燃料の配送人が全て現場に出向き目視で、ひとつひとつタンクに重油を足していましたが、「みるタンク」という残量データを見える化IoT導入をすることで、燃料配送の人的ミスをなくし、効率的な燃料配送を実現しました。この「みるタンク」の通信に「KDDI IoT通信サービスLPWA」の回線を用いています。

（参考）【導入事例】JA西都農業協同組合様｜KDDI株式会社

活用事例③
農業の省力化｜KDDI × 兵庫県豊岡市

無農薬栽培の省力化を実現するIoTの通信に、「KDDI IoT通信サービスLPWA」が活用されています。

兵庫県豊岡市ではこれまで、下記の3つの課題がありましたが、「KDDI IoT通信サービスLPWA」の回線を用いることで3つの課題を下記のように解決しました。
（課題1）水管理のために人力で何度も稲作の水を見に行く必要があった
→スマートフォンで水位を見えるようにすることで、水管理の約65%の省力化を実現

（課題2）従来の水田センサーは通信費が高く多くの田畑に普及できていなかった
→IoT向け低価格小容量の通信規格「LTE-M」を用いることで、低コスト運用を実現

（課題3）収穫量の増加と収穫物の品質向上させることが難しかった
→IoTセンサーからのデータを分析し、稲作の見える化をすることで、栽培方法の改善を実現

（参考）【導入事例】兵庫県豊岡市様｜KDDI株式会社

NB-IoT

事業者
【ソフトバンク】IoT
https://www.softbank.jp/biz/iot/

活用事例①
市民向けIoTサービス｜ソフトバンク × 静岡県藤枝市

ソフトバンクと静岡県藤枝市は、2016年に包括連携協定を締結し、河川の水を観測するためのIoT機器の設置や、鳥獣被害対策用の捕獲罠へのIoT機器の設置、児童の登下校通路を保護者に通知するサービスなどの通信に、「ソフトバンクIoT」が活用されています。

（課題1）地場産業を活性化できる施策の見当がつかなかった
→IoTを活用することで、市民への新たなサービスの提供が実現

（課題2）市の管轄となる準用河川などに水位計が設置されていなかった
→LPWA網を活用した安価で電池交換の運用コストを抑えられる水位センサーを導入し河川水位などの情報をリアルタイムで提供できる水位観測システムの導入を実現

（参考）【導入事例】静岡県藤枝市｜ソフトバンク

ZETA

事業者
ZETA Alliance
https://japan.zeta-alliance.org/

活用事例①
熱中症・コロナ対策IoT機器｜ZETA × つくば市ふれあいプラザ × 常陸興業

つくば市ふれあいプラザの軽運動室と多目的ホールに設置されている「無線式の温湿度センサー」と「二酸化炭素センサー」とクラウドの通信にZETAを活用しています。
ZETAは、乾電池駆動の中継器を利用したマルチホップやメッシュアクセスを特徴とし、複雑な建築物内でも通信エリアを柔軟に広げられるだけでなく、双方向通信によってサーバーからセンサーへの命令実行や、圧倒的に高いデータの送受信率を実現することから、つくば市ふれあいプラザでは、ZETAの導入が行われました。

（参考）つくば市ふれあいプラザでコロナ対策IoT機器を導入｜常陸興業株式会社のプレスリリース

活用事例②
スマート農業｜ZETA × テクサー × エネルギア・コミュニケーションズ × シリコンテクノロジー

テクサー、エネルギア・コミュニケーションズ、シリコンテクノロジーの3社が東京都立川市の「立川レモンプロジェクト」で行なっているスマート農業の通信にもZETAを活用しています。

これまで寒冷地でのレモン栽培は、困難とされていましたが、この「立川レモンプロジェクト」では、最新の農業用IoT機器を設置し、レモンの苗木の栽培環境を見える化し、寒冷地でのレモン栽培の実現を目指しています。
その見える化を実現するために、レモン植栽地の気温や湿度、土壌の温度、水分量、電気伝導度などの情報をテクサーが提供するIoTセンサーを用いて取得し、ZETAを用いてクラウド上のサーバに転送しています。

（参考）「立川レモンプロジェクト」事業でのスマート農業実証実験への技術協力について｜シリコンテクノロジー株式会社

活用事例③
病院内施設の患者見守り｜ZETA × 凸版印刷 × メッツ × 埼玉県総合リハビリテーションセンター

凸版印刷、メッツ、埼玉県総合リハビリテーションセンターが共同で提供している「医療施設向け見守りサービス」にもZETAが活用されています。

本サービスでのZETAを活用した理由は、ZETAの920MHzの通信帯域は、ワイヤレス医療機器などに使用される事が多い既存の通信帯域（2.4G、5G）と異なり、医療施設内での電波干渉を防ぐことができ、セキュリティ性が高く安定した無線通信を実現できるからです。

（参考）凸版印刷、ZETAとAIで病院内施設見守り｜凸版印刷

Sigfox

Sigfoxネットワークは、2009年に設立したフランスのSigfox社が提供するLPWAネットワークです。日本国内では、KCCS（京セラコミュニケーションシステム株式会社）が提供を行なっています。

「Sigfox」について詳しく知りたい方は、こちらの記事をご覧ください。
『Sigfoxとは？IoT向け無線通信規格の特徴、活用事例』

事業者
KCCS（京セラコミュニケーションシステム株式会社）
https://www.kccs.co.jp/sigfox/

LoRaWAN

事業者
LoRa Alliance®
https://lora-alliance.org/

「LoRaWAN」について詳しく知りたい方は、こちらの記事をご覧ください。
『LoRaWAN（ローラワン）とは？ IoT向け無線通信規格の特徴、LoRaとの違い、技術、活用事例』

ELTRES

事業者
ソニーネットワークコミュニケーションズ株式会社
https://eltres-iot.jp/

活用事例①
航空障害灯の遠隔監視｜ELTRES × ソニーネットワークコミュニケーションズ × サンコーシヤ × 東北電力

航空障害灯の断芯や寿命などの状態を管理するには、山間部など人が目視確認するには大変な環境なので、そのIoTにもELTRES通信が活用されています。
ELTRESの活用理由は、山間部等の通信が困難な環境でも通信を実現できる可能性が高いこと、また消費電力が小さい為、商用電力を準備するのが困難な環境等でも、小型のバッテリーを組み込んだ構成で数年間データ取得を実現する事ができ、機器開発の可能性を広げられるからです。

（参考）【事例・ソリューション】航空障害灯の遠隔監視を東北電力様と実証｜ソニーネットワークコミュニケーションズ

活用事例②
水位の見える化｜ELTRES × ソニーネットワークコミュニケーションズ × フィールドプロ × 富山県射水市

富山県射水市の住民サービス向上のため、災害をもたらす恐れのある台風や豪雨などに関する観測情報をIoTを活用してシステム構築を行いましたが、その際に用いられたのもELTRESです。

（参考）【事例・ソリューション】富山県射水市まちのインフラ及び積雪・雨量・水位のみえる化｜ソニーネットワークコミュニケーションズ