Wi-Fi 6 (802.11ax) テクニカルガイド

Wi-Fi 6 か 802.11ax か？

802.11ax の登場により、Wi-Fi Alliance は業界での技術の区別を簡素化し、標準ごとの特徴をユーザーに認知してもらうため、Wi-Fi 世代番号方式を導入しました。各 IEEE 802.11 改正案を覚える代わりに、「Wi-Fi + 世代番号」で標準を表すことができます。

Wi-Fi 6 および 802.11ax は最新の無線標準を指しますが、両者は完全に同義ではありません。IEEE 802.11ax で規定されている全ての機能が、Wi-Fi Alliance の Wi-Fi 6 認証要件に含まれるわけではありません。

 

Wi-Fi 世代	IEEE 標準	認定年
Wi-Fi 4	802.11n	2009年
Wi-Fi 5	802.11ac	2014年
Wi-Fi 6	802.11ax	2021年

802.11ax の主な特徴

以下の表は、802.11ax（Wi-Fi 6）と過去2世代との比較です。これらの機能や略語については後ほど詳しく解説します。

 

機能	802.11n	802.11ac	802.11ax
物理層 (PHY)	High Throughput (HT)	Very High Throughput (VHT)	High-Efficiency Wireless (HEW)
対応バンド	2.4GHz / 5GHz	5GHz のみ	2.4GHz / 5GHz
MU-MIMO	該当なし	DL MU-MIMO のみ	DL および UL MU-MIMO
チャンネル幅	20, 40, 80 MHz	20, 40, 80, 80+80, 160 MHz	20, 40, 80, 80+80, 160 MHz
ガードインターバル	800/400 ns	800/400 ns	800/1600/3200 ns
拡散スペクトル技術	OFDM	OFDM	OFDM, OFDMA
変調方式	64 QAM	256 QAM	1024 QAM（MCS 10, 11）
省電力	STBC, U-APSD	STBC, U-APSD	STBC, U-APSD, TWT
スペクトル効率	該当なし	該当なし	BSS Coloring

 

Cisco Meraki 802.11ax アクセスポイント

直交周波数分割多元接続（OFDMA）

Wi-Fi 6 では、直交周波数分割多重（OFDM）と直交周波数分割多元接続（OFDMA）という2つの変調方式を組み合わせて使用します。

OFDMA は 802.11ax 規格でデータ伝送用に導入されました。OFDM は従来規格でも利用されてきましたが、802.11ax でも管理フレームや制御フレームに使われており、レガシーデバイスとの下位互換性を維持しています。

この後のセクションでは、OFDMA が OFDM とどう異なるかを解説します。両者を比較する際、最大物理層スループットの計算式を念頭に置いてください。

 

多入力多出力（MIMO）

MIMO（Multiple Input, Multiple Output）は 802.11n で導入された技術で、複数アンテナでマルチパス（信号が複数経路で到達する現象）を活用します。MIMO により、デバイスは信号が異なる経路で届くことを認識し、「空間ストリーム」と呼ばれるデータの独立した流れを複数経路で同時に送信可能です。1クライアントに複数ストリームで送るのが SU-MIMO（Single User MIMO）です。空間ストリーム数が倍になると、スループットも実質的に倍増します。

802.11ac では、AP が異なる空間ストリームを使って複数クライアント（最大4台）へ同時に送信できるようになり、これをダウンリンク MU-MIMO（DL-MU-MIMO）と呼びます。

 

 

802.11ax の MU-MIMO では最大8クライアント・8ストリーム同時通信が可能となり、クライアント→AP（UL-MU-MIMO）も実現しています。

 

デバイスが対応する空間ストリーム数はメーカーやモデルによって異なります。アンテナの仕様は「送信 x 受信 : 空間ストリーム数」で表記されます。例：MR55（5GHz）の場合 8x8:8（送信8本、受信8本、空間ストリーム8本）です。

クライアントが 802.11ax 非対応でも、8x8:8 アンテナ搭載 AP の恩恵を受けられます。MRC（最大比合成）などの技術で AP はクライアントからの信号強度を向上させることができ、8x8:8 AP のほうが 4x4:4 より高いデータレート・長距離通信が期待できます。

MU-OFDMA と MU-MIMO はどちらも AP が複数クライアントと同時通信可能にする技術ですが、MU-OFDMA はクライアントごとに周波数を分割、MU-MIMO は同じ周波数で異なる空間ストリームを再利用する点が異なります。

MIMO 技術について詳しくは Meraki MR SU-MIMO, MU-MIMO, and Beamforming をご参照ください。

なお、初期の 802.11ax AP（MR45/55 など）は UL-MU-MIMO をサポートしていませんが、DL-MU-MIMO はバンドごとに最大4クライアントに対応しています。各 Meraki AP モデルの詳細は こちら をご覧ください。

BSS Coloring（BSS カラーリング）

Wi-Fi の衝突回避機構（CSMA/CA）は、1つの周波数で1台のみが送信できる仕組みです。送信前に STA はチャンネルの空き状況（CCA）を確認し、他に信号があれば待機します。

下記は2.4GHz チャンネルプランの例です。サイト全体をカバーするためには4台の AP が必要ですが、利用できるチャネルは3つしかありません。このため、チャネル1がAP1およびAP4で再利用されています。

なお、BSS Coloring は 2.4GHz 専用機能ではなく、802.11ax では 5GHz でも利用可能です。2.4GHz は説明用の例です。

AP を配置して同チャネル重複（CCI）を最小化しても、AP4 の信号が AP1 のクライアントに届いたり、その逆も発生します。この場合、両AP間のクライアントは両方のカバレッジセルのトラフィックが聞こえるため、データ送信のたびに両方のセルが空いているのを待つ必要があります。

特定 AP が発信するワイヤレスネットワークは「基本サービスセット（BSS）」と呼ばれます。CCI の影響を緩和するため、802.11ax では物理層の SIG-A フィールドや管理フレーム内に6ビットのBSSカラーフィールド（最大63色）を持たせられます。STA が信号を受信した場合、BSSカラー値を確認し、自分と同じなら待機、違うなら重複セルとみなし送信を続行できます。

前述の例で BSS Coloring を使えば、AP4 と AP1 で別の色を設定できます。AP1に接続しているAP1/4間のクライアントは、AP4のトラフィックを無視し、AP1のBSSだけを監視して待機できます。

 

 

Target Wake Time（TWT）

TWT は AP とクライアントが、クライアントの無線機をいつ・どのくらい省電力モードにするかを協議できる省電力技術です。目的は無線媒体の競合を最小化し、クライアント無線機が省電力（PS）モードで過ごす時間を最大化することです。AP は無線の競合管理や、前述のマルチユーザー技術との同時通信調整も行えます。

類似プロトコルについては 省電力テクノロジー をご覧ください。

変調・符号化セット（MCS）10・11

MCS（Modulation and Coding Set）は様々な要素に基づき利用可能なデータレートを定義します。

MCS 10 および 11 では 1024 QAM が使用されています。MCS 値の詳細は製品概要や仕様書をご参照ください。

変調方式については 802.11 Fundamentals: Modulation をご覧ください。