” 遠くまで飛ぶ “ というLoRaの最大の特徴を検証することと、アンテナの違いでどのような結果になるかのフィールド実験を行ったレポートです。
この記事について
AirCheckerは、LoRaモジュール、GPSモジュール、microSDカードモジュールおよび７セグメントLED表示器を搭載しており、LoRa通信の通信可能範囲とその範囲での受信感度であるRSSI値（Received signal strength indication）の実測と同時にGPS位置情報をmicroSDカードに記録できる機器です。
AirCheckerは、１台で、アクセスポイント（基地局）、デバイス（移動局）、加えてアクセスポイント、デバイスそれぞれのRSSI値を表示するモニタ機（デバイスからLoRa通信で送信）と、１台４役を担う機器です。
機器の役割の変更はDIPスイッチで行います。
（今回の実験では、モニタ機を使用することでの不要な電波発出を行わないよう、モニタ機能は使用しないこととしました。）
今回は、AirCheker を実際に使用して、LoRa通信の可能性、有効性とAirChekerの実用性を検証するためのフィールド実験を行った結果を記載するものです。
実験の概要
LoRaの通信到達距離、遮蔽物の影響と、使用するアンテナによる比較をおこなうためにフィールド実験を行いました。
概要は、アクセスポイント（基地局）の設置場所（建物）を、ビル内１３階窓際、ビル屋上（３階相当の高さ）とし、一定間隔毎（今回は５秒）にアクセスポイント（基地局）から送信パケット（ビーコン）を発信。自動車屋根に設置したデバイス（移動局）でフィールドを移動しながら受信し、RSSI値とGPS位置情報をmicroSDカードに記録。デバイスで記録されたmicroSDカード内のデータを実験終了後に評価するというものです。
実験結果のまとめ
設置場所による結果の違いは、あきらかに、高所に設置した場合の方が到達距離は長い。
完全に見通せるエリア（基地局ビルが見えるエリア）では、今回の最遠直線距離は７.２ｋｍほどで通信可能となった。
起伏と遮蔽物のあるフィールドにおいては、遮蔽物によってはある程度の回り込みによる受信は可能だが、条件の良いエリアはピンポイント的に通信が可能。
アンテナについて、上記の傾向性を前提として、
アクセスポイントに195mm標準アンテナを使用し、デバイスで全アンテナ種を測定した今回の実験では、
195mmの標準アンテナは、常に安定した受信が確認できた。
110mm、50mm、48mmのアンテナについては、見通しが良ければ、標準アンテナにも匹敵するくらい、かなりの距離の受信が可能と推測できる。
フレキシブルアンテナは、距離によって見通しに左右されること以上に遮蔽・回折に弱く、使用条件（収納ケースの形状、容量）が求められる場合で、近距離の用途に使用するのが適切と思われる。
測定機器構成と設置場所
1. 機器構成
| AirCheker の機能 | 台数 | 設置場所 |
| アクセスポイント（基地局） | ２ | １３階窓際、３階相当の屋上 |
| デバイス（移動局） | ２ | １BOX軽自動車の屋根に設置 |
アクセスポイント、デバイス のセット を ２セット使用
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2. 実験に用いたアンテナ
| 型番 | サイズ | VSWR(SWR)値 | 型式及び構成 | 利得 |
| DTA-L9101-C [TX915-JKS-20] | φ20 × 195 | 1.5以下 | 型式及び構成: 単一型(V)λ/2 | 3dBi |
| DTA-L9102-C [TX915-JK-11] | φ10 × 110 | 1.5以下 | 型式及び構成: 単一型(V)λ/4 | 2.5dBi |
| DTA-L9103-C [TX915-JZ-5] | φ9 × 50 | 1.5以下 | 型式及び構成: 単一型(V)λ/4 | 2dBi |
| DL868-915M-R-48 | φ9 × 48 | 1.5以下 | 型式及び構成: 単一型(V)λ/4 | 2dBi |
| DTA-L9120-F[TX915-FPC-4510] | 45 × 10 | 2.0以下 | 型式及び構成: 単一型(V)λ/4 | 2dBi |
アクセスポイントには１９５mmの標準アンテナ、デバイスには、全種のアンテナを順に２種類ずつ取り付け、それぞれのアンテナで同行程のフィールド走行をし、受信状況をＲＳＳＩ値とＧＰＳ位置情報としてＳＤカードに記録。
3. 設置場所
アクセスポイントの設置場所
アクセスポイント設置場所の２カ所は、東方向から東南方向へ開けた位置となります。
設置場所の外観（けいはんなプラザホームページより）
■ アクセスポイント（基地局）設置場所１ １３階窓際
■ アクセスポイント（基地局）設置場所２ ビル３階の高さ相当の屋上、屋外に設置。
■ デバイス（移動局）の設置
２種類のアンテナ別のデバイスを１BOX軽自動車のルーフキャリアに固定。
１BOX軽自動車の屋根に設置した状態(写真奥が50mmアンテナ、手前が48mmアンテナ)
LoRa設定 と 測定時の環境
LoRa（ E220-900T22S(JP) ）設定
帯域幅（ｂｗ値） １２５kHz
拡散率（ｓｆ値） ９
送信出力電力 １３dBm
送信パケット長 ３２バイト
パケット送信感覚 ５秒
帯域幅（ｂｗ値）、拡散率（ｓｆ値）はそれぞれ、E220-900T22S(JP)のデータシートでの最高受信感度(spec値.-129dBm)を設定。
測定時の環境
実験当日の時刻・天気・気温
実験日 ２０２３年 ２月 ２１日 計測時刻 １３：００～１７：３０ ／ 天気 晴 ／ 気温 ６℃
実験のコース
フィールド実験でのデバイス（移動局）の移動は、京阪奈学研都市の中心にあり当社が入居する「けいはんなプラザ・ラボ棟」ビルからスタートし、起伏、遮蔽物のある南方向へ移動、直線距離６km程度から東方向へ進み、幹線道路を１周するエリア １、田園地区から丘陵地にある住宅街を１周するエリア ２、ラボ棟ビルから近隣ビルの回り込み受信を確認した後、最寄り駅までの間の住宅地を抜ける大通りを通るエリア ３という、主に３つのエリアでの測定を行いました。
実験結果の評価
実測データのダウンロード －＞ クレアリンク入居ビル１３階にAP設置計測データ
以下の画像は、実験で移動中にデバイス内のmicroSDカードに記録されたファイル ”loralogxxxxx.geojson” (xxxxxxは記録されるファイルの連番) を、PC上でサイト<https://geojson.io/> の</>JSONにそのままペーストして表示されたものです。
geojson.io でプロット表示された GPS位置情報とRSSI値を用いたマーカーの色は以下になります。
| RSSI値 | プロット色 | RSSI値 | プロット色 |
| RSSI > -30 | 濃い赤 | RSSI > -110 | 青緑 |
| RSSI > -40 | 濃い赤 | RSSI > -115 | 水色 |
| RSSI > -50 | 赤 | RSSI > -120 | 空色 |
| RSSI > -60 | 赤 | RSSI > -125 | 青 |
| RSSI > -70 | 薄い赤 | RSSI > -130 | 濃い青 |
| RSSI > -80 | トマト | RSSI > -135 | 紺 |
| RSSI > -85 | ダークオレンジ | RSSI > -135 | 紺 |
| RSSI > -90 | オレンジ | RSSI > -140 | 濃紺 |
| RSSI > -95 | 黄色 | RSSI > -145 | 濃紺 |
| RSSI > -100 | 黄緑 | RSSI > -150 | 濃紺 |
| RSSI > -105 | 緑 | LoRaデータなし | 薄い灰色 |
実験結果１ アクセスポイントを１３階窓際に設置した場合
■１９５mm標準アンテナ (DTA-L9101-C [TX915-JKS-20]) による結果
| エリア | 最遠受信距離 | RSSI値 |
| １ | 6.3 km | -134 dBm |
| ２ | 7.2 km | -101 dBm |
| ３ | 3.1 km | -113 dBm |
■１１０mmアンテナ (DTA-L9102-C [TX915-JK-11]) による結果
| エリア | 最遠受信距離 | RSSI値 |
| １ | 5.9 km | -118 dBm |
| ２ | 7.2 km | -127 dBm |
| ３ | 3.1 km | -135 dBm |
■５０mmアンテナ (DTA-L9103-C [TX915-JZ-5]) による結果
| エリア | 最遠受信距離 | RSSI値 |
| １ | 6.3 km | -135 dBm |
| ２ | 7.2 km | -118 dBm |
| ３ | 3.1 km | -114 dBm |
■４８mmアンテナ (DL868-915M-R-48) による結果
| エリア | 最遠受信距離 | RSSI値 |
| １ | 6.0 km | -128 dBm |
| ２ | 7.2 km | -128 dBm |
| ３ | 3.1 km | -127 dBm |
■フレキシブル・アンテナ (DTA-L9120-F[TX915-FPC-4510]) による結果
| エリア | 最遠受信距離 | RSSI値 |
| １ | 6.0 km | -137 dBm |
| ２ | 6.9 km | -136 dBm |
| ３ | 2.7 km | -138 dBm |
実験結果２ アクセスポイントを３階（相当）屋上に設置した場合
■１９５mm標準アンテナ (DTA-L9101-C [TX915-JKS-20]) による結果
| エリア | 最遠受信距離 | RSSI値 |
| １ | 4.9 km | -135 dBm |
| ２ | 7.2 km | -130 dBm |
| ３ | 2.7 km | -130 dBm |
■１１０mmアンテナ (DTA-L9102-C [TX915-JK-11]) による結果
| エリア | 最遠受信距離 | RSSI値 |
| １ | 1.3 km | -127 dBm |
| ２ | 7.0 km | -134 dBm |
| ３ | 2.4 km | -134 dBm |
■５０mmアンテナ (DTA-L9103-C [TX915-JZ-5]) による結果
| エリア | 最遠受信距離 | RSSI値 |
| １ | 4.5 km | -137 dBm |
| ２ | 7.0 km | -116 dBm |
| ３ | 2.9 km | -117 dBm |
■４８mmアンテナ (DL868-915M-R-48) による結果
| エリア | 最遠受信距離 | RSSI値 |
| １ | 2.5 km | -131 dBm |
| ２ | 6.9 km | -123 dBm |
| ３ | 2.6 km | -134 dBm |
■フレキシブル・アンテナ (DTA-L9120-F[TX915-FPC-4510]) による結果
| エリア | 最遠受信距離 | RSSI値 |
| １ | 650 m | -114 dBm |
| ２ | 6.9 km | -137 dBm |
| ３ | 2.9 km | -134 dBm |
参考実験
少し小高い住宅地の中ほどの（周辺にくらべ２０～３０ｍほど高い標高）戸建ての２階窓際（室内）にアクセスポイントを設置した実験の例。ｂｗ値２５０、ｓｆ値１０。
最遠直線距離は９.３Km RSSI値 －１３４dBm １９５ｍｍアンテナ
最遠距離までの間には、比較的低地の住宅地、河川沿いの低地があり河川に沿って届いたものと推察。
（地図上にプロットされたマーカーの色は、このデータを記録した開発時期において、信号強度を示す色分けが逆になっています。マーカーの青系が信号強で、強度が弱まるに従い徐々に緑、黄、となり、赤が信号弱。）
