無線LANのすべて 第8回

高速性と接続性に優れた新規格を探る

高速無線LAN「IEEE802.11n」を支える新技術とは？

速度を2倍にするチャネルボンディング

　40MHzチャネルとは、隣接した2つの20MHz幅チャネルをつなぎ、2倍の帯域幅を得る技術である。これにより一度に伝送できるデータ量が増えるため、データ通信速度が向上する（図2）。これは「チャネルボンディング」と呼ばれ、日本では2007年6月の電波法改正により使用できるようになった。11aではW52/W53で8チャネルあるが、40MHzチャネルとして使えば4チャネルぶんしか確保できない。しかし、2007年2月の電波法改正で5.6GHz（W56）の利用が可能となり、新たに11チャネルが増えた。W52/W53と合わせると19チャネルになるため、40MHzチャネルでの運用に十分な環境が整っている。

図2　チャネルボンディング

　なお、2.4GHz帯でも40MHzチャネルは不可能ではないが1チャネルぶんしか確保できないため、従来の11b/gとの干渉を避けて運用するのは難しいと思われる（正確には2.4GHz帯のチャネル幅は22MHzであり20MHzではない）。2.4GHzでの運用はまだ解決するべき課題が多いとする立場もあり、Wi-Fiアライアンスのドラフト2.0の認定にも含まれていない。

OFDMの効率改善

　OFDM（直交波周波数分割多重）は、11a/gで採用されている変調方式である。11a/gの20MHzチャネルでは、52の搬送波（データ用48、同期用4）で通信速度54Mbpsを実現している。11nではこれを改良し、20MHzチャネルでも56の搬送波（データ用52、同期用4）にして65Mbpsを実現している。

　11a/gと同じ20MHzチャネルを使用しているが互換性がなく、特に「HT（ハイスループット）モード」と呼ぶ。HTモードの20MHzチャネルを2つ合わせて40MHzチャネルにすると、搬送波が114になるように工夫されている。この場合、通信速度が150Mbpsとなる。

　ただし、11nでは従来の11a/gと互換性のある54MbpsのOFDMも必須とされている。詳しくは後述するが、これは「レガシーモード」と呼ばれる。

ショートガードインターバル

　ガードインターバル（GI）とは、送信されるシンボル（ビット）とシンボルの間に挿入される間隔のことを指す。これは、受信側で反射などによりタイミングがずれた信号が重なり、復元が困難になることを防ぐ仕組みである。11a/gでは800ナノ秒と決まっているが、11nではオプションとして400ナノ秒も可能になっている。これをショートガードインターバル（ショートGI）と呼ぶ。ただし、時間差で届く電波同士の干渉（フェージング）に弱くなるため、近距離で通信品質に問題のない範囲で使うべきオプションである。

　以上の技術を総合することで、理論上は600Mbpsの通信が可能になる。ところが、実効速度はこれよりもはるかに低いことが予想される。その理由はCSMA/CAによるオーバーヘッド、つまり送信やACKの待ち時間などをいっさい考慮していないからだ。このため、たとえデータそのものが600Mbpsで送信されても、トータルのスループットは低下してしまうことになる。

　11aを例として試算してみると、待ち時間などを考慮に入れた場合の計算上の最大スループットは約38Mbpsである。一方、11nでもデータ伝送速度とACKの送信速度を無限大（送信時間をゼロ）と仮定しても、理論上は140Mbps程度にしかならない。MIMOや40MHzチャネル、HTモードなどを駆使してもCSMA/CAの仕組みを変えない限り、実効速度100Mbpsの壁はかなり厚いのである。次回は、この壁を破るために行なわれたMAC層の拡張について紹介しよう。