目次 acについて ac: 概要... 3 市場予測... 6 仕様... 7 用途 acのテスト 終わりに 付録 I: 参考資料 付録 II: 気になる話 IEEE ac: テスト

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1 ホワイトペーパー IEEE ac テストにおける意味 2013 LitePoint, A Teradyne Company. All rights reserved.

2 目次 acについて ac: 概要... 3 市場予測... 6 仕様... 7 用途 acのテスト 終わりに 付録 I: 参考資料 付録 II: 気になる話 IEEE ac: テストにおける意味 1

3 802.11ac について 2008 年後半 IEEE 802 規格委員会内に 規格に新しい修正版を作成する目的で新しいタスクグループ (TG) が組織されました ac として知られる新しい修正版には 既存の無線ローカルエリアネットワーク (WLAN) のデータスループットを向上させるためのメカニズムが組み込まれ 無線ネットワークで有線ネットワークと同等のパフォーマンスを実現できるようにしています TGac は その設立以来 技術の定義において大きな成果を挙げてきました 2011 年 1 月には 同技術のフレームワークとなる仕様がドラフト段階に入り その後複数の修正版を経て現在は D1.1 版となっています このドラフトは 2012 年末に完成し 2013 年 6 月には認証プログラムが確立され ac 規格は 2014 年 2 月に承認が予定されています ( 図 1) TGac 設立 ドラフト D 1.0 のリリース 初の ac エンドユーザー製品 2014 年 2 月に承認予定 フレームワークがドラフト D 0.1 に移行 初の ac 対応チップ出荷 認証プログラムの確立 図 1:802.11ac 修正版の経緯と今後の予定 ac 修正版は 2014 年始めまで公開されませんが ドラフト版が用意されているということはチップに対する要件が全体的に確定していることを意味し チップセット関連企業は 2011 年後半には ac デバイスのマーケティングを開始することができました 最初の ac 対応チップの出荷は 2012 年初旬に始まりました それ以来 多数のルーター アクセスポイントやドングルが市場に投入され 2013 年始めには 初の ac 対応スマートフォンが登場しました 2015 年までには世界全体で 10 億個以上の IC の出荷が予測されていることから ac は市場に大きな影響を与えると想定されます ac に関する期待が非常に高い理由は複数あります まず この技術では初めて 1 Gbps を超えるデータ転送速度の実現が期待されるだけでなく ユーザー環境を向上させる最新機能が組み込まれています LTE Advanced と同様に 8 x 8 マルチ入出力 (MIMO) を通じてより多くの空間ストリームを利用し より幅広いチャンネル帯域幅 (80 チャンネルまで ) を実現して 総帯域幅最大 160 までのチャンネル集約さえも利用できます さらに ac の成功の鍵はこれが進化可能な技術であるということであり 既存の n 修正版をベースに構築されていきながら目標を達成し いくつかの重要なパラダイムを突破するということです メーカーやユーザーが既存の WLAN ネットワークや用途 (802.11n やその前の修正版を利用するもの ) から ac を使用する環境に比較的簡単に移行できるため これは大きなメリットとなります 本書では ac の策定意図 主な特徴 市場予測について説明します 次に 現在の ac 物理レイヤー (PHY) や 新しい ac の機能によって可能になる複数の用途を見ていきます そして最後に 新しい ac 仕様が研究開発と製造環境の両方において 技術を検証するために必要なテスト装置の要件にどのように影響するのかを説明していきます 会社概要ライトポイント コーポレーションでは WiFi などのすべての主要無線接続機能および携帯電話規格をテストするための 自動化された総合的なソリューションをご提供しています ライトポイント コーポレーションは WiFi エコシステムの一部であり その知識を Web サイトや出版物を通じて皆さんと共有できることを誇りとしています 本パンフレットに関するご質問やご意見などがある場合 またはライトポイント コーポレーションにご連絡いただく場合は メールで team-jp@litepoint.comまでお問い合わせください IEEE ac: テストにおける意味 2

4 802.11ac: 概要 策定意図 ac 修正版の目的は 既存の使用環境で大幅に向上したスループットを実現して WiFi ユーザー環境を改善し 複数のデータストリームの分配など 6 GHz 未満の周波数帯域に新しい市場セグメントを実現することです 1 Gbps を超えるデータ転送速度と複数の新機能により ac のスループットや用途固有のパフォーマンスが 既存の有線ネットワークに匹敵するものになることは間違いありません 超高スループット (VHT:Very High Throughput) としても知られる ac は 既存の n 技術を基礎として構築することでこの目的を達成しています これにより 長い間続いている高速データ転送のトレンドを継承し ( 図 2) WiFi ネットワーク能力に対してますます増加する各種用途での需要に対応すると同時に その最先端において WiFi が最適な技術チョイスとなり続けることが可能になります データ転送速度を向上させるため ac の TG は一部の必須パラメータに加え 十分な数のオプションパラメータを定義しました 本技術で実現している柔軟性は 最新の無線技術 (LTE を参照 ) にとっては一般的なものであり チップセットやデバイスの製造業者は 特定用途の固有ニーズに合わせて 利用可能なリソースを最大限に活用して製品を定義することができます 具体的に TGac は以下に対するオプションパラメータを定義しています チャンネル帯域幅 変調 空間ストリームの数 必須パラメータ ( 帯域幅 80 空間ストリーム 1 個 64 QAM 符号化率 5/6 ロングガードインターバル ) のみを利用する ac デバイスでは 約 293 Mbps のデータ転送が可能です オプションパラメータをすべて実装するデバイス ( 帯域幅 160 空間ストリーム 8 個 256 QAM 符号化率 5/6 ショートガードインターバル ) では 6 Gbps での転送が可能になります 最高データ転送速度 (Mbps) 10,000 1, b a(g) ac (4x4 160 ) n (4x4 40 ) 図 2: ac は WiFi 技術の高速データ転送トレンドを継承 主な特徴 ac には スループットの拡大やユーザー環境の改善を可能にするための機能と独自のメカニズムが複数採用されています この新しい技術の主な特徴は以下のとおりです 5 GHz の周波数帯域 広いチャンネル帯域幅 新しい変調符号化方式 (MCS:Modulation and Coding Scheme) 後方互換共存マルチ空間ストリーム方式のビームフォーミングとマルチユーザーによる MIMO エネルギー効率 IEEE ac: テストにおける意味 3

5 5 GHz の周波数帯域 2.4 GHz と 5 GHz の両方の無線周波数帯域で動作する n とは対照的に ac デバイスは 5 GHz の無線周波数帯域でしか動作しません この帯域に制限するのは 主に ac に対するチャンネル帯域幅の要件が広いことが理由です 帯域幅が増加すると 混雑および断片化している 2.4 GHz 帯域幅では特に チャンネルレイアウトが難しくなります 比較的広い 5 GHz 帯域幅でも 製造業者は 自動無線調整機能を使用して利用可能なリソースをうまく利用し スペクトルを節約しなければなりません 広いチャンネル帯域幅 ac には n と比べて改善されている 必須帯域幅とオプション帯域幅の両方があります 今日の n デバイスの多くが対応する 20 と 40 のチャンネル帯域幅に加え ac のドラフト仕様には 80 の連続的な必須チャンネル帯域幅が含まれています この広い帯域幅の主な利点は チップセット製造業者側でのコストをほとんど増加させることなく PHY レートが事実上 n の倍になることです 80 の連続的な帯域幅モードを使用することにより データ転送速度やスループットが向上するだけでなく システム効率も向上し データ転送をより高速に行えるため 現在の n 仕様が対応していない新しい用途にも対応可能になります さらに ac 仕様には 連続または非連続のどちらも可能な 160 チャンネルのオプション帯域幅 (80+80 ) が組み込まれています 非連続の場合は周波数スペクトルが 2 つのセグメントで構成され その各セグメントは おそらくは周波数が隣接していない ac の 80 チャンネルのうち 2 つを使用して伝送されます 40/80 での伝送と比較すると 160 の PHY 伝送には要件の複雑性 (MIMO の順序 MCS など ) が低くなるというメリットがあり これによってデバイスは Gbps レベルの無線スループットを達成してより多くの用途を可能にします しかし 5 GHz 帯域では 全世界で 160 の帯域幅を利用できるわけではなく この機能に対応する機能の実装はコスト上昇につながることが多いため ac デバイスではこの機能をオプションにすることになっています 新しい変調符号化方式 (MCS) ac では n OFDM( 直交周波数分割多重 ) 変調 インターリーブ 符号化アーキテクチャを使用します 具体的には ac と n のどちらも BPSK QPSK 16QAM 64QAM の各変調に対応するデバイスが必要となりますが n 仕様と比較すると 主に 2 つの違いがあります まず ac では 改善されたコンスタレーション ( 信号点配置 ) が使えるようになり 具体的には ac の 80 と 160 の両方の伝送に使用可能なオプションの 256QAM(3/4 と 5/6 の符号化率 ) が用意されています 256QAM の利点は 64QAM 伝送よりも 33% 高いスループットが実現することです 一方で このスループット増加により 損失の多い信号環境におけるビットエラーの許容値が低くなるというデメリットもあります 256QAM 変調は 以下のような理由によって必須モードではなくオプションモードとして追加されました 設計に柔軟性を与える 高変調を必要としない用途に対する実装コストを低くする 以下の点で 256QAM モードの厳しい要件に対応できないデバイスにおいて ac が採用されやすいようにする - EVM( エラーベクトルマグニチュード ) - SNR( 信号対雑音比 ) - PAPR( ピーク対平均電力比 ) n に対する 2 つ目の違いは 定義される MCS インデックスの数が大きく減少していることです ac ではシングルユーザー MCS が 10 個 (0 ~ 9) だけしか定義されておらず n での MCS インデックス 77 個よりもずっと少なくなっています n では シングルユーザーが 1 つのストリームで BPSK 変調信号を受信し 別のストリームで 16QAM 変調信号を受信するなど 不均一な 変調に対応するために 77 個の MCS インデックスが必要でした ac では 均一変調にのみ対応します TGac は 不均一変調への対応を終了することにしました これはこの機能が市場には受け入れられないことがわかったためです ( これに対応した n デバイスは実際にごくわずか ) また ac の追加チャンネル帯域幅変調オプションを考えると 考えられる可能性の数 (MCS インデックスの数 ) は非現実的となります IEEE ac: テストにおける意味 4

6 後方互換性 ac では 5 GHz 帯域で動作する a と n のデバイスとの後方互換性が実現しています これは以下を意味します ac は a や n に対応するデバイスと相互に動作 ac フレーム構造は a や n のデバイスとの伝送に対応可能 ac の後方互換性は n 以上のデータ転送速度を持ちながら既存の WLAN デバイスには対応しない他の革新的な技術 (802.11ad など ) と比べて 確実なメリットとなります 後方互換性は市場での受け入れを簡単にし ac デバイスを既存の WLAN ネットワークにシームレスに導入できることを確実にします 共存 TGac における重要な作業課題は 5 GHz 帯域で a や n を使用する既存ネットワークと共存するメカニズムを設計することです こういったメカニズムの例としては クリアチャンネル評価 (CCA) チャンネルアクセス公平性 スキャン チャンネル選択メカニズムなどがあります また共存メカニズムは さまざまなチャンネル帯域幅 (20/40/80 最大 160 ) を持つ ac の相互運用を確実にする目的でも定義されています 複数の空間ストリーム n が 4 個の空間ストリームに対応しているのに対し ac では最大 8 個に対応します n の場合と同様に 同じ周波数における複数のデータストリームの空間多重化では 独立した空間パスによって実現する特別な自由度を利用してチャンネル容量を効果的に増加させます ストリームはチャンネル通過時に組み合わされ それを分けて復号することがレシーバーでの処理になります この手法は複雑であるにも関わらず n デバイスの製造業者は 複数アンテナ間の独立したパスを最大限に使用するための手法を既に確立しているため 現在ではこの手法を ac デバイスの製造に効果的に適用できるようになっています 最初の ac シリコンは 複数の空間ストリームを使用することになると予想されます ビームフォーミングとマルチユーザー MIMO n において WiFi デバイスの製造業者はビームフォーミングを使用するようになりました これは RF エネルギーを特定方向に集中させて個々のステーションへの供給を改善する機能です ac はこの技術に基づいて構築されており シングル形式のサウンディングやフィードバックのフォーマットなどが改善されています (802.11n では複数 ) ac でさらに重要なのは TGac が n のビームフォーミング機能に基づいて同じチャンネル 複数のアンテナ 空間多重化を使用して同時に異なる方向で複数のクライアントデバイスと通信できるアクセスポイント (AP) を可能にする 新しいメカニズムを構築したことです たとえば 8 個のアンテナがある AP は 物理的に離れている 2 台のステーションに対して同時に 4x4 MIMO を使用できる可能性があります 一方今日の MIMO デバイスでは 各端末に接続されている複数のアンテナに対し ポイントツーポイントのアクセスしか実行できません このため AP は時分割多重によって複数のクライアントに対応しなければなりません この高度なメカニズムはマルチユーザー MIMO (MU-MIMO) と呼ばれ 最新の 規格の効率 ( スペクトルのメガヘルツ毎に伝送されるメガビット数 :Mbps/) 向上のために TGac が現在構想段階においている最も関心の高い改善項目の 1 つです MU-MIMO は Ethernet スイッチ機能の基礎を利用して競合を減らしているとも言えます つまり 現在一般的な有線 Ethernet ネットワークが動作する方法と似た方法で AP がステーションに専用の帯域幅のある スイッチ型 WiFi を提供できるように伝送ビームフォーミング技術を拡大活用しているのです MU-MIMO に期待される利点は数多く 魅力的ではありますが この技術の正しい利用には チップセットの設計者や製造業者がクライアントの空間意識を向上させ また条件がそろった際に複数のクライアントへの伝送機会を利用できる洗練された待ち行列システムが必要になります 言い換えれば システム能力の増加は より高価な信号処理機能や複雑性の上昇なしにはありえないということです このため MU-MIMO( 送信デバイスが 1 台 受信デバイスが複数台 ) は オプションモードとしてのみ ac ドラフト仕様に組み込まれています IEEE ac: テストにおける意味 5

7 エネルギー効率この技術の最初の修正版が批准された以降も マイクロジュール当たりのビット数として表記される 規格のエネルギー効率が向上し続けているということはほとんど知られていません 具体的には 図 3 に示すように既存の n と比べて ac ではエネルギー効率が倍になることが期待されています この改善は 他のパラメータすべて (RF 周波数 電力 帯域幅 ) を定数とした場合に 伝送のデータ転送速度を向上させるための各修正版によって導入された複数の改善策によるものです この傾向はあまり知られていませんが エネルギー効率の向上は 小型バッテリーと限られた電力で無線通信を行わなければならない 増加する WiFi 搭載ポータブルデバイスに確実に多くのメリットをもたらします 1,600 1, ac (1x1) 図 3: の前規格より優れたエネルギー効率を持つ ac エネルギー効率 ( マイクロジュール当たりのビット数 ) 1,200 1, a/g n (1x1) 市場予測 n に対応するワイヤレスデバイスの数は過去数年間で急拡大しており この成長は今後も続くものと予想されています また 以前の規格 (802.11a/b/g) を使用していたデバイスに より新しい技術が採用されているだけでなく これまでこのような機能を搭載していなかったデバイスにも無線技術がますます導入されるようになっています 2012 年には スマートフォン タブレット PC ルーター / アクセスポイント インターネットアクセスデバイス 車載インフォテイメント 多種多様な家電製品など 14 億台以上の WiFi 搭載デバイスが出荷されました ( 出典 :IDC HIS Gartner 2013 年 3 月 ) WiFi IC の利用数は 2013 年には 25% 以上伸び 18 億個以上になると予想されています この出荷数のうち スマートフォンやタブレットが大部分を占めています (58% 以上 ) インストールベースでの モノのインターネット デバイス数が 2020 年までに 300 億から 500 億台に拡大し そのうち多くが WiFi 対応となるという推測もあります IEEE ac: テストにおける意味 6

8 現在のデバイスにおける n に代わるものとなる ac 規格は これまでの n を取り巻く状況と同様に 新しい用途にドアを開くことによってこの成長に間違いなく大きく貢献します 最初の ac 対応チップの出荷は 2012 年始めに始まり エンドユーザー製品は同年の第 3 四半期には市場に登場しました しかし 実際に ac の影響が感じられるのは恐らく 2014 年以降になるでしょう 2015 年には ac を装備したモバイル機器の出荷台数は 10 億台近くになり ( 図 4) その年の WLAN 市場全体のほぼ半数を占めるようになることが予想されます SISO/MIMO ac 市場全体規模 図 4: ac 対応デバイス出荷台数の世界市場予測 出荷数 ( 百万 ) 仕様既に述べたように ac PHY は n に使用されている よく知られた OFDM PHY をベースにして構築されており ac の目標を達成するために複数の重要な修正がなされています 表 1 は ac と n の技術仕様を要約したものですが その説明は以下に記載します この後説明するように この違いの中には ac 対応デバイスの機能確認に必要なテスト装置の要件に大きな影響を及ぼすものがあります このトピックは 本書後半のテーマとなります 表 1: ac と n の技術仕様の比較 技術仕様 n ac 周波数 GHz 5 GHz 変調方式 OFDM OFDM チャンネル帯域幅 公称データ転送速度 シングルストリーム 総公称データ転送速度 マルチストリーム 20, 40 最大 150 Mbps (1x1 40 ) 最大 600 Mbps (4x4 40 ) ( オプションで 160 ) 最大 433 Mbps (1x1 80 ) 最大 867 Mbps (1x1 160 ) 最大 1.73 Gbps (4x4 80 ) 最大 3.47 Gbps (4x4 160 ) 1.5 時間の HD をストリーミングする時間 30 分以内 (4x4 40 ) 15 分以内 (4x4 80 ) スペクトル効率 15 bps/hz (4x4 40 ) bps/hz (4x4 80 ) EIRP dbm dbm 範囲 m( 屋内 ) m( 屋内 ) 壁越し Y Y 見通し外接続 Y Y 世界各国での利用可能性 Y Y 中国では制限あり IEEE ac: テストにおける意味 7

9 チャンネル図 5 は および連続した 160 のチャンネル帯域幅で動作するための ac デバイスのスペクトラルマスク仕様を説明したものです 重要なのは 最も幅の広いチャンネルが 240 という幅広い周波数範囲を占めることです 後述するように このためには製造業者がデバイスのテスト装置を慎重に選定し デバイスに対してまたはデバイスから ac 信号を確実に送受信できるようにする必要があります 限られたスペクトルの利用可能性と 設計やテストの課題が大きいことを考慮して 160 のチャンネルは現在入手可能な ac ドラフト仕様 (D1.1) では オプション として規定されています 0 dbr -20 dbr -28 dbr -40 dbr ƒ 1 ƒ 2 ƒ 3 ƒ 4 チャンネルサイズ ƒ1 ƒ2 ƒ3 ƒ 図 5: 連続した 160 チャンネルのスペクトラルマスク 連続した 160 チャンネルの他に TGac では 隣接しない 2 つの 80 チャンネルを使用する非連続 160 チャンネルもオプションとして規定しています チャンネルの適切なスペクトラルマスクの作成には 以下のようなステップが必要です のスペクトラルマスクを 2 つの 80 セグメント上にそれぞれ配置 2. 2 つの 80 チャンネルのマスク両方の値が -20 dbr と -40 dbr の間になる場合 結果のマスク値は 線形領域における 2 つのマスク値の和 3. どちらのマスクの値も 0 dbr と -20 dbr の間にならない場合 結果のマスク値は 2 つのマスクのうち値の大きい方 4. それ以外のすべての周波数領域では 結果のマスク値は 定義されたマスク値に一番近い 2 つの周波数ポイントの間にある db 領域における線形補間 IEEE ac: テストにおける意味 8

10 PSD 0 dbr -28 dbr -20 dbr -25 dbr 図 6 は 2 つの 80 チャンネルの中央周波数が 160 で分かれる 2 つの 80 チャンネルを使用した非連続送信の伝送スペクトラルマスクの例です -40 dbr 図 6: ac の 160 非連続チャンネルの例 Freq [] チャネライゼーション既に述べたように ac の利用を 5 GHz RF 帯域のみに制限したのは ac のチャンネル帯域幅要件が広く 混雑した 2.4 GHz 帯域ではチャンネルレイアウトが難しいことが主な理由でした ただし 5 GHz のスペクトルにおいても 80 と 160 チャンネルの利用可能性は一部の領域では多少制限されています アメリカ ヨーロッパと日本 IEEE チャンネル番号 IEEE チャンネル番号 図 7 は ac の運用における 現在のスペクトル利用可能性を地域別に表したものです 利用可能性はアメリカで一番高く 80 チャンネルは 5 つ 160 チャンネルは 2 つあります それに続くのがヨーロッパと日本で 一番高い周波数の 80 チャンネルが足りないだけとなっています インドおよび中国では 利用できるスペクトルの空きが少ないため 利用可能性はほぼ半分となっています インド 中国 80 * 160 * IEEE チャンネル番号 IEEE チャンネル番号 図 7: ac 運用における現在のスペクトルの利用可能性 ( 地域市場別 ) 80 IEEE ac: テストにおける意味 9

11 コンスタレーションマッピング通信システム内のデータ転送速度やスペクトル効率を向上させる 1 つの手法としては 高次のコンスタレーションに移行し 記号当たりのビット数をより多く伝送する方法がありますが コンスタレーションの平均エネルギーが同じでなければならない場合には信号点同士が相互に近づくため ノイズやその他のデータ破損の影響を受けやすくなります 最近では チップの製造技術と処理能力の両方の進歩により 同じ量のデータに対してより少ないチェックビットを使用する積極的なエラー訂正符号をはじめ 受信信号のさらに微妙な違いに依存する より感度の高い符号化技術が使用できるようになりました こういった進歩が ac におけるオプションの 256QAM コンスタレーションマッピングの採用を後押ししました n 規格で定義されている 64QAM コンスタレーションマッピングは ac デバイスでも必須となります 図 8: ac 規格には ノイズや干渉に対する耐久性を犠牲にして 64QAM( 左 : 各象限に 16 ビット ) の配列より早いデータ転送速度とより高いスペクトル効率が実現する 256QAM ( 右 : 各象限に 64 ビット ) に対応するオプションの配列ビット符号化の定義が含まれます 64 QAM の理想的なコンスタレーション Ideal 256QAM の理想的なコンスタレーション MCS 既に述べたように ac における MCA の数は n と比較して大きく減少しています 表 2 は ac のシングルユーザー MCS インデックスと それに対応する変調符号化率を表したものです 表 2: ac シングルユーザーの MCS インデックス MCS 変調 符号化率 0 BPSK 1/2 1 QPSK 1/2 2 QPSK 3/ QAM 1/ QAM 3/ QAM 2/ QAM 3/ QAM 5/ QAM 3/ QAM 5/6 IEEE ac: テストにおける意味 10

12 送信機コンスタレーションエラー送信機コンスタレーションエラーは 相対的な配列 RMS エラーとして定義され まずサブキャリア 周波数セグメント OFDM フレーム 空間ストリームを平均して計算されます 最新の ac ドラフトでは 伝送される信号が フレーム当たり 16 個の記号を持つ 19 以上のフレームで構成され 任意のデータが含まれていると仮定して 表 3 にしたがってこの値が データ転送速度に依存する値を超えないように規定しています ( 送信機のコンスタレーションエラー要件は 信号帯域幅に関わらず同じ ) より高い変調 つまり 256QAM モードの導入では ac 送信機が既存の n 送信機に要求されていたよりも大幅に高い精度 ( 低いコンスタレーションエラー ) で動作する必要があります 正確に言えば オプションの 256QAM を使用して動作するデバイスにおけるコンスタレーションエラーは -32 db となる必要があります この要件は ac デバイスの設計者や製造業者にとって大きな課題となるだけでなく 後で説明するように 送信機のパフォーマンスの確認に使用するテスト装置のパフォーマンスにも明らかな影響を及ぼします 用途 ac が対応するシングルリンクおよびマルチステーションの機能向上により 一般的な WLAN 用途におけるパフォーマンスやユーザー環境が改善し 特に以下の市場分野においては 新しい複数の用途が実現します 表 3: データ転送速度に依存する ac デバイスの最大送信機コンスタレーションエラー 変調 符号化率 BPSK 1/2-5 QPSK 1/2-10 QPSK 3/ QAM 1/ QAM 3/ QAM 2/ QAM 3/ QAM 5/ QAM 3/ QAM 5/6-32 相対的なコンスタレーションエラー (db) アクセスポイント ホームエンターテイメント ポータブルコンピューター PC 周辺機器 携帯電話 モバイルエンターテイメント アクセスポイントアクセスポイント (AP) は 改善された ac の MIMO 機能を使用して家庭用または業務用の WLAN ネットワーク能力を効果的に向上させます 改善されたマルチストリーム技術と新しい MU-MIMO 機能により ac がネットワーク性能を大きく拡大し また家庭内で使用される多くの各種無線対応デバイスに接続するという AP のニーズに より効果的に対応することは間違いありません AP は 2012 年後期に市場に出荷される初の MIMO ac 対応製品の 1 つとなりました ホームエンターテイメント ac を テレビ セットトップボックス ネットワーク対応ゲーム機で使用することにより 家庭内に設置された複数のクライアントに HDTV や HD ビデオの同時ストリーミングなど 各種のコンテンツを配信することができます こういったデバイスや用途は モバイル機器に見られるようなスペースや電力に関する一般的な制約をあまり受けないため 新たに MIMO 技術 ( 最大 4x4 の MIMO 以上 ) で改善された ac の最適な用途となります モバイルエンターテイメント ac の向上したデータ転送速度とエネルギー効率は 音楽プレーヤー 携帯ゲーム機 無線対応のカメラやビデオカメラなど モバイルエンターテイメントデバイスの用途に最適です ac は このようなデバイスにおいて制限されている電力の消費をほとんど増加させることがないため デバイスと パーソナルコンピューター (PC) やタブレットとの間で大きなデータファイルを高速同期したりバックアップしたりすることなどが可能になります 電力消費と物理的なスペースの両方の制限により こういったデバイスの第一世代はおそらく SISO または 2 x 2 MIMO ac チップセットのみを使用することになるでしょう IEEE ac: テストにおける意味 11

13 ポータブルコンピューター PC ノートパソコン スレート タブレットなどのポータブルコンピューティングデバイスは 明らかに ac の理想的な対象となります これらのデバイスが対応する無線機器数の増加と ユーザーによる接続環境の高速化の需要の高まりが ac 採用の重要な要素となります ポータブルコンピューティングデバイスでは 既に述べたように ac を使用して他の ac 対応デバイスとの大きなデータファイルの高速同期やバックアップを行ったり HD ビデオやその他のコンテンツのストリーミングを行ったりできるようになります PC 周辺機器 ac の向上したスループットにより 将来 ポータブルコンピューティングデバイスと周辺機器との有線接続を無線リンクに置き換えることができるかもしれません 期待される用途としてはたとえば ノートパソコンのワイヤレスディスプレイがあります このような用途に必要な超高速スループットを実現するには デバイス製造業者がそのデバイスの形状における MIMO ac 技術の採用に関する課題を克服しなければなりません 携帯電話携帯電話 特にスマートフォンで ac を使用してモバイルエンターテイメントデバイスやポータブルコンピューティングデバイスと通信することにより 大きなデータファイルの高速同期や 一般的には 高速データ転送に対して拡大するユーザーの需要に対応できます このようなデバイスでは高スループットが必要となりますが 一般的にはサイズが小さく 電力消費にも制限があるため ac はおそらくシングルストリームでのみ導入されることになります 初の ac 対応スマートフォンは 2013 年始めに発表されました 代表的な ac 構成表 4 は AP と別の ac 対応ネットワーククライアントデバイス (STA) との間の ac 構成を表したものです ここでは PHY リンクデータレートと総データレートについて 256QAM 符号化率 5/6 ショートガードインターバル (400 ns) と仮定しています 表 4: ac の構成例 ( すべての変調方式は 256QAM 符号化率 5/6 と仮定 ) 構成典型的なクライアント (STA) の形状 PHY リンクデータレート総データレート アンテナが 1 本の AP アンテナが 1 本の STA 80 アンテナが 2 本の AP アンテナが 2 本の STA 80 アンテナが 1 本の AP アンテナが 1 本の STA 160 アンテナが 2 本の AP アンテナが 2 本の STA 160 携帯電話 モバイルエンターテイメントデバイス タブレット ノートパソコン ネットワーク対応ゲーム機 携帯電話 モバイルエンターテイメントデバイス タブレット ノートパソコン ネットワーク対応ゲーム機 433 Mbit/s 433 Mbit/s 867 Mbit/s 867 Mbit/s 867 Mbit/s 867 Mbit/s 1.73 Gbit/s 1.73 Gbit/s アンテナが 4 本の AP アンテナが 1 本の STA 4 台 160 (MU-MIMO) 携帯電話 モバイルエンターテイメントデバイス 各 STA に対し 867 Mbit/s 3.47 Gbit/s アンテナが 8 本の AP 160 (MU-MIMO) アンテナが 4 本の STA 1 台 アンテナが 2 本の STA 1 台 アンテナが 1 本の STA 2 台 テレビ セットトップボックス タブレット ノートパソコン ネットワーク対応ゲーム機 携帯電話 アンテナが 4 本の STA に対して 3.47 Gbit/s アンテナが 2 本の STA に対して 1.73 Gbit/s アンテナが 1 本の STA に対して 867 Mbit/s 6.93 Gbit/s アンテナが 8 本の AP アンテナが 2 本の STA 4 台 160 (MU-MIMO) テレビ セットトップボックス タブレット ノートパソコン PC 各 STA に対し 1.73 Gbit/s 6.93 Gbit/s IEEE ac: テストにおける意味 12

14 802.11ac のテスト当然のことながら ac での n からの重要な変更点は ac デバイスの設計者や製造業者にとってはいくつかの意味でチャレンジとなります 空間ストリームが 8 個で帯域幅の広い設計を扱わなければならないだけでなく 重要なテスト課題にも直面することになります 具体的には 最新の 規格と共に進化できるような十分な柔軟性を持つテスト装置が必要となり 最低でも 新しい ac デバイスをテストするために選定するテスト装置には 必ず以下が必要となります 広い VSA/VSG IF 帯域幅 ac MIMO 改善点への完全対応 ac 送信機変調テストにおいて改善された変調精度 VSA/VSG IF 帯域幅 ac では帯域幅が拡大しているため テストにおいては新しい大きな課題となります ベクトル信号アナライザーとベクトル信号ジェネレーター (VSA/VSG) を 1 つのボックス内に組み合わせた多くのテスト装置では 新しい技術の 80 や 160 のチャンネルのテストに必要な 120 や 240 IF の帯域幅を使用できないため ac に関しては このようなテスト装置の多くが事実上時代遅れとなります 今日 テスト用の装置を選ぶ際 デバイス製造業者は その装置が非常に広い ac のスペクトルマスクをテストできることを確認しなければなりません ac MIMO の改善点への対応 ac では 帯域幅だけでなく MIMO テスト要件も課題となります 適切な MIMO テストには 最大 8 個の空間ストリームとその他複数の改善点を使用し 既存の n MIMO システムを上回るパフォーマンスを実現する ac デバイスの信号に対して 独立したキャプチャと生成が必要になります MIMO のパフォーマンスを特に研究開発環境で正確に確認するためには ac のテスト装置が 新しい ac MIMO 改善点への対応をはじめ 最大 8 つの独立した VSA リソースと VSG リソースに対応している必要があります 改善された VSA/VSG EVM ac 送信機の変調精度 ( 相対的な配列 RMS エラー ) の要件が厳しくなるにしたがって その送信機をテストするための装置の要件も厳しくなります 送信機の変調精度は EVM( エラーベクトルマグニチュード ) で測定し キャプチャされた信号の歪みが無視できる程度 ( 理想的にはゼロ ) になる VSA およびテスト装置が必要です VSA によって付加される歪みも EVM で測定されますが 一般的にチップセット製造業者では シリコンの仕様よりも 10 db 以上優れたパフォーマンスをテスト装置に期待します これは ac 対応のテスト装置に関して VSA の EVM に対する以下のような最大要件を意味します デバイスの最大 EVM(256QAM で -32 db) 10 db = -42 db デバイス製造業者は この性能を満たすテスト装置を選択しなければなりません IEEE ac: テストにおける意味 13

15 終わりに ac は WLAN 通信システムにおける大きな進化を意味します ac デバイスは n と同様に OFDM 変調原理を利用しますが より広いチャンネル帯域幅 より高い変調 より多くのストリーム 向上した MIMO 技術を使用してスループットを向上させ より高速の新しい用途を可能にします ac 対応デバイスの設計者や製造業者は 製品を製造するためだけではなく テスト装置がパフォーマンスを正確にテストするという ますます厳しくなる課題に確実に取り組めるよう この新しい技術の要件を理解する必要があります ac テストの詳細については ライトポイント コーポレーション までお問い合わせください 付録 I: 参考資料 ac 文書 IEEE P802.11ac/D1.1: 修正版 5:6 GHz 未満の帯域における超高スループットに関する改善点 プロジェクト IEEE ac のステータス IEEE 802 プロジェクトの公式タイムライン 付録 II: 気になる話 なぜ ac なのか? 名前は ag となるはずでしたが a/g との混同を避けるために ag とはなりませんでした IEEE ac: テストにおける意味 14

16 Copyright 2013 LitePoint, A Teradyne Company. All rights reserved 制限付き権利の説明本書のいかなる部分も ライトポイント コーポレーションの事前の書面による許可なく その形態を問わず 電子的 機械的 磁気的 光学的 化学的 または手動によるいかなる手段によっても 複製 伝送 転写 検索システムへの保管 またはいかなる言語やコンピュータ言語への翻訳も 行ってはならないものとします 免責事項ライトポイント コーポレーションは 本書の内容 および関連するライトポイント コーポレーションの製品に関して一切の表明や保証を行いません また いかなる特定目的においてもその商品性や適合性に関する黙示的な保証の一切を 明確に拒否します ライトポイント コーポレーションは いかなる状況においても または付随的な損害や結果的な損害が生じる可能性が事前に通知されていた場合でも かかる損害または本製品の使用によって生じた関連費用に対して一切責任を負いません 本文書内に誤記や問題を発見した場合は ライトポイント コーポレーション ( 下記住所 ) までお知らせください ライトポイント コーポレーションでは 本書に誤りがないことを保証しません ライトポイント コーポレーションは 仕様やその他本書に記載されているその他の情報を事前に通知することなく変更する権利を有します 商標 LitePoint LitePoint のロゴ IQxstream IQview IQflex IQnxn IQmax は登録商標です IQnxnplus IQsignal IQwave IQfact IQcheck IQdebug IQmeasure IQtest IQexpress IQturbo IQultra IQxel IQ2015 IQ2012 IQ201X IQ2011 IQ2011q IQ2010 TrueChannel TrueCable は ライトポイント コーポレーションの商標です Microsoft Windows は 米国およびその他の地域におけるマイクロソフト社の登録商標です 商標や登録商標はすべて 所有する各社にそれぞれ帰属します お問い合わせ先ライトポイント ジャパン株式会社 東京都港区浜松町 世界貿易センタービル 21F 電話 : FAX: ライトポイント技術サポート 電話 : 営業時間 : 平日午前 9 時から午後 6 時 ( 日本標準時間 ) 電子メール :team-jp@litepoint.com 文書番号 : 年 10 月 IEEE ac: テストにおける意味 15