LoRaWANと９２０MHｚのルール

#日本では920MHzを使います
ヨーロッパはLoRaWANの先進国です。早速対応製品を輸入して日本で使いたいところですが、そのままでは使うことができません。各国の電波法に違いがあるため、日本の電波法には準拠していないためです。電波は有限な資源なので、各国の政府により利用できる周波数や電波の強さが厳しく規制されています。
LoRaは無免許でも使えるISMバンドを使うことを前提にしています。ところが、ISMバンドでも、国や地域によって利用できる周波数や電波の強さ、運用ルールなどに違いがあります。家庭用交流電源が、国ごとに周波数や電圧が違うのと似ていますが、電波はもう少し複雑です。

##LoRaWANで利用できる周波数帯
LoRaWANアライアンスでは、LoRaWANで使える周波数を定めています。2016年10月時点では、ヨーロッパと北アメリカ以外は、各国のアライアンス支部で仕様を策定中の状況です。(11月に日本を含むアジアの仕様AS923が公開されました。)
以下がLoRaWANの各国による電波利用に関する違いをまとめた表です。
![Lora_freq.PNG](https://qiita-image-store.s3.amazonaws.com/0/137772/202eb174-9a9a-f992-bb82-12193f5f0d97.png)
出典：https://www.lora-alliance.org/portals/0/documents/whitepapers/LoRaWAN101.pdf

##920MHz帯のルールを定めた"ARIB STD-T108"
日本国内における電波の利用方法は、電波法により厳しく制限されています。ところが、電波法を読めばルールが理解できると思いきや、非常に難解な表現なので凡人には理解できません。そこで、業界団体のARIBが平易な言葉に書き直し、業界として公平な電波利用のための条件を加えたルールを標準として文書化しています。
LoRaWANで利用できる920MHz帯の運用ルールは、「920MHz帯テレメータ用、テレコントロール用及びデータ伝送用無線設備(ARIB STD-T108)」として公開されています。標準は最近まで無料でダウンロードできたのですが、残念なことに現在は有料となっています。

###特定小電力無線局と簡易無線局
920MHz帯で許可されている無線局は、出力電力が20mW以下の特定小電力無線局と、250mW以下の簡易無線局です。簡易無線局は登録制です。出力電力が大きいと、混信などにより、他の無線局に影響を及ぼす可能性があります。そこで、登録制とすることで、複数の局が共調して運用できる環境を整備しているのです。また、簡易無線局は、他人に貸し出すことはできません。電波を長距離飛ばせる簡易無線局ですが、現在の法律では不特定多数の利用者を想定しているLoRaWANで使うことはできません。（自営のLoRaWANであれば可能です。）
####特定小電力無線局
- 出力電力：20mW以下
- 免許、登録不要（ビジネスモデルは自由）

####簡易無線局
- 出力電力：250mW以下
- 免許不要、登録必要（自営に限る）
※現行法では通信事業者は250mWを利用することはできません。250mWの基地局を設置したとしても、登録者は自営の利用は許可されていますが、第三者にその基地局を利用させることはできません。

###ISMバンドで利用できるチャンネルは？
920MHz帯は、916.0MHzを１チャンネルとし、928.0MHzまで200Hz刻みで６１チャンネル、928.15MHz（６２チャンネル）から929.65MHz（７７チャンネル）まで１６チャンネルの合計７７チャンネルが割り当てられています。
LoRaWANのようなIoTデバイス（アクティブ無線システム）で使える周波数は、２４～７７チャンネルですが、そのうち、RFタグ（パッシブ・タグ）などと共有せずに専用で使え、さらに20mW出力が使える周波数は、３９～６１チャンネルの２３チャンネルです。

|周波数*1|チャンネル|出力|周波数*2|チャンネル|出力|周波数*3|チャンネル|出力|
|:-:|:-:|:-:|:-:|:-:|:-:|:-:|:-:|:-:|
|920.6MHz|24|250mW 20mW|923.6MHz|39|20mW|928.15MHz|62|1mW|
|920.8MHz|25|250mW 20mW|923.8MHz|40|20mW|928.25MHz|63|1mW|
|921.0MHz|26|250mW 20mW|924.0MHz|41|20mW|928.35MHz|64|1mW|
|921.2MHz|27|250mW 20mW|924.2MHz|42|20mW|928.45MHz|65|1mW|
|921.4MHz|28|250mW 20mW|924.4MHz|43|20mW|928.55MHz|66|1mW|
|921.6MHz|29|250mW 20mW|924.6MHz|44|20mW|928.65MHz|67|1mW|
|921.8MHz|30|250mW 20mW|924.8MHz|45|20mW|928.75MHz|68|1mW|
|922.0MHz|31|250mW 20mW|925.0MHz|46|20mW|928.85MHz|69|1mW|
|922.2MHz|32|250mW 20mW|925.2MHz|47|20mW|928.95MHz|70|1mW|
|922.4MHz|33|250mW 20mW|925.4MHz|48|20mW|929.05MHz|71|1mW|
|922.6MHz|34|250mW 20mW|925.6MHz|49|20mW|929.15MHz|72|1mW|
|922.8MHz|35|250mW 20mW|925.8MHz|50|20mW|929.25MHz|73|1mW|
|923.0MHz|36|250mW 20mW|926.0MHz|51|20mW|929.35MHz|74|1mW|
|923.2MHz|37|250mW 20mW|926.2MHz|52|20mW|929.45MHz|75|1mW|
|923.4MHz|38|250mW 20mW|926.4MHz|53|20mW|929.55MHz|76|1mW|
||||926.6MHz|54|20mW|929.65MHz|77|1mW|
||||926.8MHz|55|20mW|
||||927.0MHz|56|20mW|
||||927.2MHz|57|20mW|
||||927.4MHz|58|20mW|
||||927.6MHz|59|20mW|
||||927.8MHz|60|20mW|
||||928.0MHz|61|20mW|

*1:20mW,250mW出力パッシブ・タグ共用チャンネル
*2:20mW出力アクティブ無線システム専用チャンネル
*3:1mW出力アクティブ無線システム専用チャンネル

###LoRaWANで利用できるチャンネルは？

LoRaWANアライアンスから、各地域で異なる仕様が「LoRaWAN 1.1 Regional Parameters」として公表されています。その中で、中国などを除くアジア地域の仕様として「AS923MHz ISM Band」が定義されています。
AS923よると日本で利用できる周波数は920-928 MHzとの記載があります。しかし、面倒なことに日本の場合は、業界団体であるARIBが定めた規格「ARIB STD-T108」を尊重しなければなりません。「ARIB STD-T108」では、利用できるチャンネルを以下の１５チャンネルに制限しています。

|周波数*1|チャンネル|出力||
|:-:|:-:|:-:|:-:|
|920.6MHz|24|250mW 20mW||
|920.8MHz|25|250mW 20mW||
|921.0MHz|26|250mW 20mW||
|921.2MHz|27|250mW 20mW||
|921.4MHz|28|250mW 20mW||
|921.6MHz|29|250mW 20mW||
|921.8MHz|30|250mW 20mW||
|922.0MHz|31|250mW 20mW||
|922.2MHz|32|250mW 20mW||
|922.4MHz|33|250mW 20mW||
|922.6MHz|34|250mW 20mW||
|922.8MHz|35|250mW 20mW||
|923.0MHz|36|250mW 20mW||
|923.2MHz|37|250mW 20mW|デフォルト|
|923.4MHz|38|250mW 20mW|デフォルト|

デフォルトチャンネルは、AS923で規定された、全てのLoRaWANデバイスが必ず備えなければならない周波数です。


###割り込み禁止。キャリアセンスとは
将来的に920MHz帯のデバイスがWi-FiやBluetooth並みに増加したとしましょう。920MHz帯の飛距離は条件が良いと2Kmを超えます。例えば、500世帯もある都心の大規模マンションで、各家庭に１０台のデバイスが動作したとすると、電波の到達距離には5,000台のデバイスが動作することになります。大量のデバイスが好き勝手に通信すると、混信によりまともに通信することができなくなるでしょう。そこで、電波法では、混信を緩和するために、他のデバイスが通信していることを検知した場合は送信を禁止しています。
通信を始める前に、そのチャンネルが使われているか確認することを、キャリアセンスといいます。920MHz帯でのキャリアセンスなど混信対策のための制限は「ARIB STD-T108」で定められています。

|キャリアセンス時間|最大送信時間|休止時間|
|:-:|:-:|:-:|
|5mS|4S|50mS|

つまり、送信前に５ミリ秒以上その周波数が使われていないかキャリアセンスし、使われていなければ４秒間だけ送信できる。送信後に再度送信する場合には５０ミリ秒待たなければならない、ということです。

###しゃべりすぎは禁物です。送信時間制限とは
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