【Wi-Fi】Wi-Fi速度のギモンを解消。2019年版Wi-Fiの教科書：ITの教室（2/2 ページ）

最新の無線LANルーターを購入したのにもかかわらず、全く性能が向上しない、速度向上を体感できない、といった経験がある人もいるだろう。また、無線LAN（Wi-Fi）は多くの規格があり、分かりにくく、どういった製品を購入したらよいか分からないという人も多いのではないだろうか。そこで無線LANルーターを例に、購入ポイントとなる規格を整理する。

[塩田紳二，著]

親機の仕様を「読む」

　最近の無線LANルーターやアクセスポイントなどの「親機」は、無線LANの対応仕様を数字で表示することがほとんどだ。かつては、IEEE 802.11acなどの対応仕様名のみで表現していたが、IEEE 802.11nやacでは、複数のオプション機能があり、これらによって同一の仕様でも速度が違ってくるため、理論上の最大転送速度を使って、性能を表現するようになった。

無線LANルーターのパッケージやカタログの例
無線LANのパッケージやカタログには大きく2つの数字が表示されている。これは、5GHz帯と2.4GHz帯のそれぞれ理論上の最大通信速度を表示している。その他、高速化技術の名称なども記載されている。

　通常は2つの数字の組合せで、最初の数字が5GHz帯の理論最大速度、「＋」記号の後にあるのが2.4GHz帯の理論最大速度だ。どちらも仕様から導かれる理論的な最大ビット転送速度なので、実際には、そこまでの数字にはならないが、少なくとも大きな数字であるほど、通信速度は速くなる。

　ただし製品価格は、この数字の大きさに比例する。数字が大きくなるほど製品価格も上昇する。なお、一部3つの数字が並んでいる親機もあるが、これは60GHz帯を使うIEEE 802.11adに対応したものだ。現状、対応機種はごく少数であり、いまのところ急速に普及する兆しはなく、対応子機がないのであればあえて選択する必要はない。

　最初の数字には、下図のようなものがある。高速化が可能なのは後述するMIMOという複数のアンテナと複数の送受信機を使うからで、子機側も同じMIMO方式に対応している必要がある。最初の数字は大きく、最近では4桁つまり1Gbps（1000Mbps）に近い値になっている。これは5GHz帯が2.4GHz帯よりも、高速な通信が可能だからだ。一般に無線通信では、占有できる周波数帯が大きくなるほど高速な通信が可能になる。

最初の数字（5GHz帯）の意味
最初の数字は5GHz帯での最大通信速度を示す。現在使われているのは濃い青色部分で、薄い青色部分で囲まれたオプション機能はまだ登場していない。

　2つ目の数字は、2.4GHz帯の理論最大速度である。こちらはIEEE 802.11nという仕様の速度だ。IEEE 802.11nは、2.4GHzでも5GHzでも利用可能な無線LANだが、前述のIEEE 802.11acの方が高速で、5GHz専用であるため、2.4GHz帯ではIEEE 802.11nが最も高速な無線LANの仕様になる。

2つ目の数字（2.4GHz帯）の意味
2つ目の数字は2.4GHz帯での最大通信速度を示す。IEEE 802.11nで定義されているのは600Mbpsまででそれ以上は半導体メーカーの独自仕様。子機が同一半導体メーカーの無線LANチップを使っているときのみ利用できる。

　どちらも仕様外だが、特定の半導体メーカーの製品同士で利用できる独自の通信方式があり、これを使うと仕様よりも高速な通信が可能になる。ただし、親機、子機ともに同じ半導体メーカーの無線LANチップを使っている必要がある。このため、この速度を出せるのは特殊な場合のみで、一般には対応できないと思った方がいいだろう。逆に、こうした仕様の親機を購入するなら、子機側の無線LANチップを確認しておかねばならない。

MIMOとビームフォーミングなどの高速化機能は子機の対応が重要

　パッケージには、その他に高速化技術として「MIMO」「MU-MIMO（Multi-User MIMO／マルチユーザーMIMO）」「ビームフォーミング」といったものが記載されていることがある。

　これらは、IEEE 802.11acまた11nの仕様にある技術で、通信を高速化するものだ。原則、これらの技術は親機、子機がともに対応している必要があり、子機側が対応していない場合には、一致する最小のオプション仕様での通信となる。また、子機側が最低限の機能しか備えていない場合には、必須機能部分での通信になる。

　MIMOとは複数のアンテナと送受信機を使って、データを並列に送受信するものだ。有線と違って電波は、複数のアンテナに届いてしまうため、受信側では、複雑な処理を行い、複数の信号から必要なものを分離する必要がある。

MIMOとは
MIMOとは、複数のアンテナと複数の送信機受信機を使い、データを並列転送することで高速化する技術。

　アンテナと送信機／受信機がそれぞれ2つ独立してあるものを「2x2」、それぞれ4つあるものを「4x4」と表記する。MIMOの回路はアンテナの数が増えるほど複雑になるため、現状の製品ではMINO 4x4が最大構成のようだが、IEEE 802.11acでは最大MIMO 8x8までを定義している。

MIMO 2x2とMIMO 4x4の違い
MIMOは、アンテナと送受信機の数で性能が変わる。2x2は、2つのアンテナと2つの送受信機をもつ場合、同様に4つのアンテナと4つの送受信機は4x4となる。

　MIMO通信では、親機と子機のMIMO構成が同一でないと最大速度を出すことができない。このため、4x4の親機に対して1x1の子機が接続している間は、443Mbpsでの通信しかできなくなってしまう。

MIMOの親機と子機の関係
MIMOでは、お互いの構成が一致したときのみ最大速度が出せる。一致しなければ、最大速度は出ない。

　MU-MIMOは、複数の子機との通信を並列に行うことで、低速な機器があった場合に通信効率を上げる技術だ。このMU-MIMOに対して、前述のMIMOをSU-MIMO（Single User MIMO／シングルユーザーMIMO）と呼ぶこともある。この技術は、複数子機がある場合に有効なものだが、親機と子機が1対1で通信している場合の論理最大速度を向上させるものではない。

MU-MIMOとは
MU-MIMOは、複数のアンテナと送受信機を使い、複数の子機と並列に通信する機能。このようにすることで低速な子機がある場合に通信効率が上がる。

　しかし、通常は、複数の端末が同時に使われることが多く、通信効率という点でメリットがあり、他の子機からの影響を減らすことで結果的に、通信時間の短縮（高速化）となる。なお、このMU-MIMOはIEEE 802.11ac WAVE2で追加された仕様で、子機側もMU-MIMO対応している必要がある（子機側でも演算処理により親機側からの他の電波を分離する必要があるため）。

　ビームフォーミングとは、子機の方向へ電波を集中させ、子機側での受信強度を上げるものだ。これもやはり子機の対応が必要になる。

ビームフォーミングとは
ビームフォーミングとは、電波に指向性を持たせて特定方向の子機に向け、電波強度を上げる技術。子機側も対応している必要がある。

　ビームフォーミングのない親機は、本体から周囲へほぼ均等に電波が出ている。設置場所の構造などを無視すれば、親機を中心にした球のように電波は広がっていく。ビームフォーミングを使うと、例えば子機の範囲側へはあまり電波が飛ばなくなり、子機の方向に電波が集中する。イメージ的には、指向性の強いアンテナを使うのと同じである。なお、MU-MIMOとビームフォーミングは、IEEE 802.11acのWAVE2で仕様に入ったため、2013年に制定されたIEEE 802.11ac WAVE1に対応している子機は対応できない。

　IEEE 802.11acには、まだ一般向けの親機では実装されていないオプション機能（例えばMIMO 8x8など）があり、今後も機能向上の「のびしろ」は残っている。ただし、親機と子機の組合せでのみ達成可能なものであること、MIMOのチャンネル数の増加には大きなコストが必要なことから、すぐに上限に達するというわけでもなさそうだ。

　そのため、無線LANルーターに関しては「取りあえず最上位機」というのはあまり有効な戦略ではなく、利用中の子機や今後の購入計画などを元に選択した方がいい。既にIEEE 802.11ac対応の親機を利用しているのであれば、急いで買い換える理由は何もない。また、IEEE 802.11ac未対応の親機をまだ使っているのであれば、IEEE 802.11ac親機の購入は予算優先で構わないだろう。