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 IEE

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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802.11n 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 [email protected]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802.11ac 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 Year 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802.11ac 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802.11ac 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802.11a 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802.11n 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802.11ac 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802.11ac 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) Data Rate (bps) 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802.11ac 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 ) Year 仕 様 既 に 述 べたように802.11ac 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802.11ac 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802.11ac 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802.11ac 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:[email protected] 文 書 番 号 : 年 10 月 IEEE ac:テストにおける 意 味 15