無線LANの速度を約3.4倍に向上、複数周波数帯を同時使用で：機械学習も利用

国際電気通信基礎技術研究所（ATR）とモバイルテクノは、無線LANの速度を向上させる技術を開発し、伝送実験の結果、速度が約3.4倍に向上することを確認した。空いている無線チャネルを同時に利用することで高速化した。

[＠IT]

　国際電気通信基礎技術研究所（ATR）とモバイルテクノは2019年3月28日、新開発の技術により、無線LANの速度を約3.4倍に向上できたと発表した。

　両社が開発を進めている、複数の周波数帯を同時に使った無線LAN技術の伝送実験を実施し、その有効性を確認したもの。

　従来の無線LAN技術では利用者が増えるにつれて、周波数資源（電波の空き）が残っているにもかかわらず、伝送速度が低下する。新技術を利用することで、周波数資源を有効に利用でき、より高速で遅延の少ない安定した通信が可能になるとしている。

今まで利用できなかった周波数資源を活用することで通信速度を向上できる（出典：国際電気通信基礎技術研究所、モバイルテクノ）

　ATRとモバイルテクノが開発しているのは、空いている複数の無線チャネルを見つけ、それらを同時に使って伝送する無線LAN技術。リアルタイムに無線チャネルの利用状況を予測して効率よく周波数資源を利用する技術なども盛り込んだ。

従来技術では1つの無線チャネルしか使えない

　従来の無線LAN技術では、1つの無線チャネルを使って通信する。さらに他の通信がいつどのタイミングで無線チャネルを使うのか、事前に把握できない。そのため、無線LANでデータを送信する場合は、通信に使用する無線チャネルの状態を確認し、空き状態を確認できたときだけ送信する。

　機器の数が増えてトラフィックが増加すると、無線チャネルが空き状態になる時間が短くなる。そのため、各機器は自身が送信したいタイミングでは送信できず、遅延時間が大きくなり、スループットも低下する。

　ATRとモバイルテクノの研究によると、利用者が多いときでも無線チャネルの使用状況には偏りがあるという。両社はこの点に着目し、無線LANが使用する複数の周波数帯の無線チャネルについて、空き状況をリアルタイムに把握し、空いている無線チャネルを見つけたらそれらを同時に利用して伝送する技術を開発した。

国内ターミナル駅におけるチャネルの利用状況　ch116は常時ふさがっているが、その他のチャネルには不規則な空きが多い（出典：国際電気通信基礎技術研究所、モバイルテクノ）

　ただし、違う周波数の無線信号は伝搬特性、つまり電波の伝わり方が異なるため、データを送信する際の適切な伝送速度が周波数帯の間で変わる。そこで、周波数帯ごとの伝送速度を考慮して、送信にかかる時間が複数の周波数帯で等しくなるように送信データを分割し、タイミングを合わせて同時送信するようにした。

周波数帯ごとの空き容量に合わせて送信データを分割し、受信後に統合する（出典：国際電気通信基礎技術研究所、モバイルテクノ）

機械学習を利用すると通信速度が向上

　実証実験では、電波暗室内に通信の干渉を起こす市販の無線LAN端末と試作機を置き、920MHz帯と2.4GHz帯、5.2GHz帯の3つの無線チャネルを用いて新技術を実証。2つの技術の効果を調べた。

　複数チャネルを同時利用する技術だけを用いると、通信速度が従来技術の約3.2倍に向上した。

実証実験の結果（出典：国際電気通信基礎技術研究所、モバイルテクノ）

　さらに同時伝送技術の効果を高める技術も評価した。無線チャネルは不規則に空いたりふさがったりする。そこで、機械学習の一種である確率的ニューラルネットワーク（PNN）を用いて、チャネルごとに空き状況がどの程度継続するのかを予測し、試作機で利用した。すると、通信速度が従来技術の約3.4倍に向上した。

　ATRとモバイルテクノでは、今回検証した技術の実用化に向けて、「IEEE 802.11ax」の後継規格として新たに検討が始まった「IEEE 802.11 Extremely High Throughput（EHT）」に採用を目指すとしている。