Wi-Fi 6とは？　IoT時代に最適な無線LAN「IEEE 802.11ax」（2/3 ページ）

公開 2019年06月17日 08時00分

更新 2019年12月05日 22時00分

著者

酒井洋和

[てんとまる社]

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IEEE 802.11axの特長

　IEEE 802.11axは、アクセスポイント（AP）とデバイスとの同時処理能力を高めることで無線空間を効率的に利用できる点が最大の特長だろう。それ以外にも、IoTデバイスを考慮した省電力機能など、さまざまな機能が実装されている。

新たに採用した「OFDMA」

　「OFDMA」（Orthogonal Frequency Division Multiple Access：直交周波数分割多元接続）はIEEE 802.11axで新た採用された無線通信方式だ。無線LANでは、以前から「OFDM」（Orthogonal Frequency-Division Multiplexing：直交周波数分割多重変調方式）という、複数の搬送波に複数の情報を乗せて送るマルチキャリア伝送方式を採用してきた。しかし、周波数の使い方からすると帯域を占有することになり、アクセスするデバイス密度が高い場合はショートパケットが数多く送信されてしまい、無線空間を有効に活用できないことがデメリットだった。OFDMAでは、周波数をサブチャネルに分けてResource Unit（RU）の単位で分割し、端末に割り当てることで、複数の端末からのパケットを同時に収容できる。複数ユーザーの同時通信が可能で、効率的にチャネルを利用して遅延を低減しながら、全体のスループットを向上できるようになる。このOFDMAは携帯電話で利用されているLTEでは既に採用されていたが、今回無線LANにて初めて採用されることになった。

出典：日本ヒューレット・パッカード

干渉対策としてのBSSカラーリング

　CSMA/CAを採用する無線LANでは、デバイスがキャリアセンス（チャネルが空いているかどうかのチェック）を行い、空いているタイミングで送信することでパケットの衝突を回避している。

　具体的には、プロトコル内でCCA（Clear Channel Assessment：空きチャンネル判定）とCA（Collision Avoidance：衝突回避）の各処理を実施することで、APやデバイスに対して自律的かつ均等なアクセスを実現する。しかし、デバイスが増えれば増えるほど周波数の利用効率が低下する可能性がある。最近ではオフィス内に複数のAPを設置するケースが多いが、例えば2つのAPが近接して設置されていてデバイスAが両方のAPの信号を受信できる状態、つまりデバイスがBSS（Basic Service Set）と呼ばれる無線LAN識別子を基に複数のAPに所属していると、全てのAPが空いている状況でしか通信できないことになってしまう。

　そこで、デバイスが所属する2つのBSSを区別するべく、IEEE 802.11axではMACフレームにカラーコードが追加された。BSSごとにカラーコードを分けることで、一方のBSSの感度を下げ、通信を妨げない仕組みを実現している。シンプルに言えば、以前は同一チャネルであればAP1とAP2の双方とも空いていないとデバイスから送信できなかったものが、新たな規格ではBSSカラーリングによってAP1のチャネルが使用中でも、AP2の同一チャネルが空いていればそちらが利用できるようになる。

出典：日本ヒューレット・パッカード

MU-MIMOの向上

　MIMOは送信側と受信側の双方に複数のアンテナを設置し、通信品質を向上させる仕組みだった。IEEE 802.11acからはMIMOをさらに拡張し、アンテナごとに複数の端末とやりとりできる1対多の通信が可能なMU（Multi User）-MIMOが実装されている。IEEE 802.11acでは、8つのストリームを利用して最大4ユーザーのやりとりが可能だったが、IEEE 802.11axでは8ユーザーまで拡大する。また、ダウンリンクだけの対応だったMU-MIMOも今回からアップリンクにも対応する。つまり、ユーザ数増加とアップリンク対応で従来の8倍のキャパシティーになっている。

デジタル変調方式として1024QAMを採用

　デジタルデータを変調する方式の1つとして採用されているQAM（Quadrature Amplitude Modulation：直交振幅変調）だが、IEEE 802.11acではシンボル当たり8ビットが送信できる256QAMを採用していたが、IEEE 802.11axではシンボル当たり10ビットを送信可能な1024QAMを採用した。オプションながら、ピークデータレートを25％向上させることに成功している。

出典：日本ヒューレット・パッカード

サブキャリア間隔の縮小とシンボル長の拡大

　無線LANは、データをサブキャリアと呼ばれる複数の搬送波に分割し、周波数方向に並列に送信するマルチキャリア変調方式を採用する。EEE 802.11axは、このサブキャリアの間隔を狭め、より多くのデータを送れるようになった。IEEE 802.11acのOFDMでは、サブキャリア周波数間隔が312.5kHzだったが、OFDMAでは周波数間隔を4分の1の78.125kHzにまで縮小。より多くのデータを効率的に送信できるよう工夫している。また、送信されるシンボルとシンボルの間に挿入して干渉を防ぐガードインターバルやシンボルそのもの長さを拡大させることで、物理層のプロトコルそのものを拡張している。

出典：日本ヒューレット・パッカード

IoTデバイスなどの接続も考慮した省電力機能

　IEEE 802.11axでは、センサーをはじめとしたIoTデバイスへの対応として、省電力機能が新たに実装されている。その1つが、「Target Wake Time」と呼ばれるもので、APとデバイスの間で、デバイスのスリープとウェイクアップの期間を事前にスケジューリングでき、端末ごとにタイミングを分散させて衝突を回避する。もともとはIoT向けに用意されたサブギガヘルツ帯（920MHz帯）で導入されたパワーセーブモードだ。

　また、センサーやウェアラブルデバイスなどIoTデバイスの場合、さほど大きな帯域を必要としないが、IEEE 802.11acでは80MHz対応が必須だった。IEEE 802.11axでは、20MHzにしか対応していないデバイス（20MHz-Only）との通信も可能だ。これらの機能も省電力に寄与する部分だろう。

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