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Nikkei X-TECH_2022.11.24

무선통신기술 'LPWA'란
IoT 센서 등 저소비 전력 기기에 필수

LPWA(Low Power Wide Area)는 저소비 전력으로 원거리 통신이 가능한 무선통신 기술의 총칭이다. 센서 데이터의 수집 등 IoT(사물인터넷) 디바이스에 사용되는 경우가 많다. 특히 제조업이나 유통 서비스업, 사회 인프라와 같은 산업용 용도로 유망시되고 있다.

-- 1k~수십km의 통신 가능 --
널리 사용되고 있는 무선 LAN은 고속화 일로를 걸어왔다. 최신 규격 'IEEE 802.11ax'에서는 최대 전송 속도가 9.6G비트/초에 달했다. 그러나 통신거리는 기껏해야 수십~수백 미터 정도에 그친다. 이 때문에 넓은 장소를 이동하는 기기에는 사용할 수 없다. 또한 소비전력이 크다는 과제도 있다.

한편, 반드시 고속의 데이터 통신이 필요하지 않은 용도도 적지 않다. 예를 들어 정기적으로 IoT 디바이스의 상태를 감시하거나 환경 측정 센서로 온도나 습도를 계측만 한다면 수십~수백 비트/초 정도로도 정보의 양은 충분하다. 커버해야 할 범위가 넓어 전원 케이블의 부설이 어려운 등 설치 장소에 따라서는 배터리로 장시간 가동할 수 있는 저전력 성능이 통신속도보다 중요시되는 경우가 있다.

이러한 ‘속도가 늦어도 좋으니 저소비 전력으로 원거리까지 도달하게 하고 싶다’는 수요에 부응하는 것이 LPWA이다. 최대 전송 속도는 수십~수M비트/초로 저속이지만 1k~수십km의 통신이 가능하다.
 
LPWA의 대부분은 면허가 필요 없는 920MHz대 주파수대를 사용한다. 920MHz대는 무선랜 등이 사용하는 2.4GHz대나 5GHz대에 비해 사용할 수 있는 대역폭이 좁다. 또한 전파를 연속해 전송할 수 있는 시간이나 1시간당 전파의 총 송신 시간에 제한이 정해져 있다. 이 때문에 절전화하기 쉬운 대신에 전송할 수 있는 데이터 용량이 한정적이다.

한편으로 2.4GHz대나 5GHz대에 비해 전파가 멀리까지 도달할 수 있어 통신 범위가 넓다. 전파의 직진성이 낮아 장애물이 있어도 돌아가는 성질도 높다. LPWA의 통신속도가 느리고, 저소비 전력으로 멀리까지 통신할 수 있는 것은 이러한 920MHz대의 특성과 관련이 있다.

-- 용도에 맞게 다양한 규격 --
LPWA는 기본적으로 IP 기반이 아니기 때문에 IoT 디바이스와 인터넷 등에 연결되는 게이트웨이 사이를 연결하는 용도로 사용된다. 게이트웨이가 각 디바이스에서 수집한 데이터를 인터넷 등을 경유해 서버로 전송한다. 게이트웨이를 누가 준비하는지에 따라 LPWA의 서비스는 '프라이빗형'과 '캐리어형'의 두 종류로 크게 나눌 수 있다.

프라이빗형에서는 IoT 시스템을 구현하는 이용자가 인터넷 등에 연결되는 회선과 게이트웨이를 자체적으로 마련한다. 시스템 설계의 자유도가 높지만 회선이나 게이트웨이를 조달하는 수고가 든다.

한편 캐리어형에서는 LPWA 서비스를 제공하는 사업자가 인터넷 등에 연결되는 게이트웨이를 준비한다. 이용자는 LPWA에 대응하는 IoT 디바이스와 데이터 수집용 서버를 준비하면 된다. 다만 이용할 수 있는 구역은 사업자가 게이트웨이를 준비한 장소에 한정되는 등 프라이빗형에 비해 자유도가 떨어진다.

LPWA가 노리는 산업용 IoT 시장에는 다양한 용도가 있다. 이 때문에 LPWA의 규격도 다양하다. 프라이빗형에서는 ‘Wi-SUN’이나 ‘ZETA’, 무선 LAN의 LPWA판인 ‘Wi-Fi HaLow’와 같은 규격이 있다.

한편, 캐리어형은 ‘Sigfox’나 4G의 LPWA판인 ‘LTE-M’ ‘NB-IoT’와 같은 규격이 있다. 이 밖에 프라이빗형과 캐리어형 양쪽에 대응하는 ‘ELTRES’나 ‘LoRaWAN’ 등이 있다.

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