wi-fiと無線LAN

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Wi-Fiと無線LANの違いは?

Wi-Fi はWireless Fidelityの略称です。無線LANとほぼ同義語と言っていいのですが、厳密には、標準規格であるIEEE 802.11シリーズに準拠し、Wi-Fi Allianceの審査を通過した製品で、違うメーカーの無線LAN対応製品でも互換性があることを保証したもので、いわばブランド名と言えます。

無線LANを構築するための機器が出始めた頃(1990年代前半)は、異なるメーカーの機器同士では接続が難しく、そのため無線LANの普及が進みませんでした。そこで、こうした不都合をなくし、無線LANの普及をすすめようとWi-Fi Alliance(設立当初はWECA:Wireless Ethernet Compatibility Alliance)という団体がWi-Fi認証をすすめたわけです。実際には、市販の無線LAN機器のほとんどがWi-Fi認証を得ているため、日常生活での使用においては無線LANとWi-Fiはほぼ同じと考えても問題はありません。

Wi-Fiで使われている周波数

Wi-Fi規格で使用されている周波数は「2.4GHz 帯」と「5GHz 帯」の2種類です。

〇 2.4GHz 帯

「2.4GHz 帯」は、産業(Industry)、学術(Science)、医療(Medical)の頭文字をとって「ISMバンド」と呼ばれています。この名目の通り、本来は ” 無線通信以外 “の産業・科学・医療のために割り当てられた周波数帯です。通常、電波を利用するには「免許」が必要ですが、「2.4GHz 帯」は免許不要です。そのためこの周波数帯は様々な機器が使用しており、「Bluetooth」、「コードレス電話」「無線ヘッドフォン」「キーボードやマウス」、そして「電子レンジ」等に使用されています。

このように「2.4GHz帯」を利用する機器が多いため、他の機器の影響を受けやすく通信が不安定になりやすく、特に電子レンジや同じ無線LAN機器があるととても不安定になります。こうしたデメリットがありますが、「5GHz帯」と比べると電波は遠くに届き、障害物等の影響が少ないメリットもあります。

〇 5GHz

「ISMバンド」とは異なる周波数帯域のため、「2.4GHz帯」と比べて他の機器からの影響を受けにくく、安定した通信が可能です。ただ、障害物の透過性が「2.4GHz帯」より劣るため、遮蔽物が多いと電波が届きにくくなります。

日本では「5GHz 帯」を「衛星通信システム」や「気象レーダー」も使っているそうです。そのため5GHz帯対応無線機器には気象レーダーの周波数を感知して干渉しないようチャンネルを変更するDFS(Dynamic Frequency Selection)機能が搭載されています。

Wi-Fiのチャンネル

複数の端末が同時に通信できるように周波数帯域を分割したものが「チャンネル」です。

〇 2.4GHz帯のチャンネル

「IEEE802.11b」では14チャンネルありますが、「IEEE802.11g/n」では13チャンネルとなっています。チャンネルとチャンネルの幅は「5MHz」ずれており、1チャンネルに割り振られている周波数帯の幅を「チャンネル幅」といいます。

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(アライドテレシス http://www.allied-telesis.co.jp/products/list/wireless/knowl.html より)

図からも分かるように隣り合うチャンネルの周波数は重なり合っていますので、実際に干渉せずに使えるのは図のように4チャンネル程度となってしまいます。

〇 5GHz帯のチャンネル

5GHz帯は最大「19チャンネル」利用できます。

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(アライドテレシス http://www.allied-telesis.co.jp/products/list/wireless/knowl.html より)

5GHz帯の各チャンネルの周波数帯は図から分かるように独立しており、チャンネルが干渉しないようになっています。

ただ、「W53」「W56」は、「気象レーダー」や「航空機のレーダー」も利用しているため、これらのレーダーに影響を与えないよう「DFS(※1)」と「TPC(※2)」の2つの機能を実装しなければなりません。他にも、レーダー波を検知した場合に一定時間アクセスが禁止や、W52とW53は屋外で使用できないといった制約もあります。

※1DFS(DynamicFrequencySelection):気象レーダーの干渉波を検出した場合、他のチャンネルへ変更する機能

※2TPC(TransmitPowerControl:干渉を回避する為に無線の出力を低減させる機能

MIMO(マイモ)

MIMO(Multi Input Multi Output)は、複数のアンテナを使用してデータを同時伝送することにより無線通信を高速化させる技術のことです。複数の経路を使用して並行してデータをやり取りするので大量のデータを運ぶことが出来ます。ちなみにこの経路のことを「ストリーム」といいます。

送信と受信のどちらも複数のアンテナを用意し、同じタイミング、同じ周波数で一度に送信します。送信・受信とも2本のアンテナを使う場合は「2×2 MIMO」、3本の場合は「3×3 MIMO」などとあらわされています。

チャンネルボンディング

wifi_004(アライドテレシス http://www.allied-telesis.co.jp/products/list/wireless/knowl.html より)

チャンネルには1チャンネルあたり20MHzの「帯域幅」と呼ばれるものがあります。チャンネルボンディングは、同時に2つのチャンネルまとめて40MHzの帯域として通信速度を高める技術です。

ただ、規格として利用できるチャンネル総数は変わりませんので、チャンネルをまとめてしまうということは利用できるチャンネル数が減ることになります。従って、高速な通信が可能になる代わりに干渉も起こりやすくなるということにもなります。

IoT 向けWi-Fi規格~IEEE 802.11ah~

IEEE 802.11ahはのIoT/M2Mを想定し、規格SサブギガubGHz帯( 数百MHz 〜1GHz)を用いており、「IEEE 802.11ah」規格に対応した半導体チップやシステムは、2015年以降に市場投入される見込みとなっています。

同じようなSubGHz帯の無線周波数を用いた無線LAN規格として、IEEE 802.11afがあります。ただ、これはアナログ・テレビ放送からデジタル・テレビ放送へ移行した後の空きチャネル(ホワイトスペース)を用いており、テレビ放送の通信との干渉回避が懸念されます。

IEEE 802.11ahの電波仕様としては、以下の特徴があります。
1.飛距離1km 以上、伝送レート100kbps以上、屋外のIoT/M2M通信を想定し,1kmまでの伝送距離と150kbps以上の転送速度が設定されています。
2.使う電波は1GHz 帯以下のサブギガ帯
IEEE 802.11ahが従来のIEEE 802.11a/b/g/n/acと異なり、使用する無線周波数が1GHz 以下のSubGHz帯を用いる。

 

(執筆中)

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