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流行りモノから新技術まで! 5分でわかる最新キーワード解説

IEEE802.11acその先が見えた!協調無線LAN

2014/02/19


 日々進歩するIT技術は、ともすると取り残されてしまいそうな勢いで進化の速度を高めています。そこでキーマンズネット編集部がお届けするのが「5分でわかる最新キーワード解説」。このコーナーを読めば、最新IT事情がスラスラ読み解けるようになることうけあい。忙しいアナタもサラっと読めてタメになる、そんなコーナーを目指します。今回のテーマは、対応製品が出始めた無線LAN新規格「IEEE 802.11ac」のさらに先を行く、多対多の高速通信技術「協調無線LAN」。新たなビームフォーミングによって干渉を排除するだけでなく、周波数の“すき間”を有効に利用するという発想はまさに狭い日本ならではのお家芸か?無線LAN環境が過密化しても、ギガビットイーサネットよりずっと高速な無線LANが実現するかもしれません!

無線LAN

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「協調無線LAN」とは?

 1Gbps以上のスループット達成に道を開いたIEEE802.11ac仕様に内在する干渉問題などの課題を解決し、アクセスポイント(AP)と端末の無線LAN装置(STA)が近接して多数存在する環境でもスループットを維持・向上させる技術。使用する複数のAPが協調して送信制御を行うことにより、高効率な多対多の同時通信が実現する。IEEE802.11acの技術に洗練を加えたもので、高密度無線LAN通信環境でも高速通信可能な「HEW(High Efficiency WLAN)」を実現させる基礎として注目される。

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IEEE802.11acの技術とは?

 まずは協調無線LANのベースとなっている「IEEE802.11ac」の特長について簡単に紹介しよう。

■「MIMO」が画期的な無線LAN高速化を実現

 無線LANはより多数の高速通信を目指して技術発展が続いてきた。2005年までに無線IP通信の世界を改革してきたのがIEEE 802.11b/a/gというおなじみの規格だ。これらの規格ではAPとSTAとが1対1で通信するのが基本で、電波法で決められた周波数帯域内を例えば11aなら20MHzのチャネル幅で分割し、近接するAPは互いに利用するチャネルを変え、チャネル内ではキャリア感知多重アクセス方式(CSMA/CA)によって通信タイミングをずらし、通信の衝突を避けながら多くのSTAとの通信を実現してきた。その後継規格である11nではSU-MIMO(single user Multiple-Input-Output)技術を採用し、送信側/受信側が複数のアンテナを使って送受信を行うことで、従来規格の最大伝送速度54Mbpsを一気に600Mbpsにまで引き上げた。
 複数アンテナを使って通信する方法(MIMO)として、異なる信号を複数のアンテナから同時に送信する空間分割多重伝送(SDM)技術を適用することで高速化を実現したことになる。しかし11nはそれ以前と同じ1対1通信であることは変わらず、シングルリンクの効率化を達成したにとどまった。

■IEEE802.11acでは「MU-MIMO」が規定、ギガビット通信が現実に

 これに対しIEEE802.11acでは、1対多の通信を可能にする下りリンクMU-MIMO(Multi User-MIMO)技術を規定した。これは送信側(AP)に無線モジュールを複数備え、アンテナ数の少ない複数のSTAとの通信を同時に行う技術だ。SU-MIMOでは複数の無線モジュールがSTAにも必要となるが、下りリンクMU-MIMOではSTAの無線モジュールが1つでも大容量化が可能になるため、スマートフォンなどのサイズの小さいSTAが無線LANを利用する場合には有効な技術である。現状のIEEE802.11ac規格の無線LANは11nの既存技術を拡張したものを搭載することでギガビットクラスの高速伝送を実現し、昨年から対応製品が国内販売されている。市販品では最大スループット(理論)1.3Gbpsのものがあるが、実証実験では2010年にすでに同方式で最大1.62Gbpsの速度が観測されており、規格のすべてが理想的に実装されれば最大6.933Gbpsまでのスピードアップが可能とされている。
 11acの高速化技術を一覧にしたのが図1だ。「A」は11nの既存技術を拡張したもの、「B」は11ac独自の技術だ。

図1 IEEE802.11acの高速化技術
図1 IEEE802.11acの高速化技術
資料提供:NTT未来ねっと研究所

 A(1)に見るように、チャネル幅は80MHz(最大160MHz)に拡張された。これで40MHz幅の11nの通信に比較しておおよそ2.17倍または4.33倍の高速化ができることになる(現在市販品は80MHz幅)。
 またA(2)の空間多重数は4多重までだったのが8多重までに拡大した(現在市販品は3多重まで)。これでスピードはさらに2倍。A(3)の変調方式による多値化技術の進化では、従来の64QAMでは一度に6ビットまでの伝送だったのが、256QAMの採用で8ビットまで送れるようになった。これでスピードはさらに1.3倍だ。A(4)は1フレームで送れるデータの量を増やして、通信のオーバヘッドになる制御信号の割合を減らす技術だ。これにより高速伝送を行った場合でも、11nと同程度のフレーム効率(80.0%程度)を可能としている。
 Bは、上述したMU-MIMO技術だ。A(2)の空間多重技術では、アンテナが1本しかないスマートフォンなどには効き目がない。その弱点をカバーするのがMU-MIMOだ。各ユーザ端末が1ストリームしかサポートしていない場合でも、複数のユーザと同時に通信がの通信が個別に行えるので、多くのユーザが集まる場所でも高速通信が維持できることになる。その技術のカギになるのが「ビームフォーミング」技術だ。これについては後述する。

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