11ac- 作 1-4 IEEE802.11acの 動 向 ( 標 準 化 の 動 向 ) 2012 年 5 月 31 日 MMAC802.11WG 浅 井 裕 介 (NTT) 1
もくじ 1. IEEE802.11 TGacにおける 標 準 化 動 向 a. IEEE802.11 TGacのscope b. TGacのこれまでの 作 業 進 捗 状 況 今 後 の 予 定 c. TGac Draft D2.0の 電 子 投 票 コメント 解 決 の 状 況 2. TGac Draft D3.0の 規 定 a. 高 速 化 技 術 b. システムスループット 向 上 技 術 c. 既 存 規 格 (11a/n)との 共 存 規 定 2
1-a: IEEE802.11 TGacのscope 11nの 次 期 高 速 化 規 格 を 検 討 するTGac (Task Group ac)の 設 立 にあたり 要 求 条 件 をPAR (Project Authorization Request) 文 書 * にまとめ IEEE Standard Associationの 承 認 を 得 た (2008 年 9 月 26 日 ) 要 求 条 件 の 概 要 は 以 下 の 通 り 1 2 規 定 * A maximum multi-station (STA) throughput (measured at the MAC data service access point), of at least 1 Gbps and a maximum single link throughput (measured at the MAC data service access point), of at least 500 Mbps. Below 6 GHz carrier frequency operation excluding 2.4 GHz operation and ensuring backward compatibility and coexistence with legacy IEEE802.11a/n devices in the 5 GHz unlicensed band. 内 容 最 大 スループットの 目 標 値 : 1 複 数 端 末 (STA) 合 計 の 最 大 実 効 スループット: 1Gbps 以 上 2 単 一 リンクあたりの 最 大 実 効 スループット: 500 Mbit/s 以 上 単 一 リンクと 複 数 端 末 合 計 の 間 で 異 なる 目 標 値 が 設 定 されているのは MU-MIMO 伝 送 の 適 用 を 前 提 として いたため 運 用 に 係 る 要 求 条 件 36GHz 以 下 の 周 波 数 を 用 いること ただし 2.4GHzにおける 運 用 は 除 外 する 4 既 存 の5GHz 帯 を 用 いる11a/n STAとのバック ワードコンパチビリティ( 後 方 互 換 性 )が 必 須 * https://development.standards.ieee.org/pub/active-pars?s=802.11ac ( IEEE 会 員 のみ 閲 覧 可 能 ) 3
1-b: TGacのこれまでの 作 業 進 捗 状 況 今 後 の 予 定 現 在 2009 年 2010 年 2011 年 2012 年 2013 年 2014 年 TGac 設 立 (08.11) 利 用 モデル チャネルモデル 評 価 モデル 議 論 (08.11~10.07) 4つのad-hoc group 設 立 技 術 提 案 開 始 (09.11) Spec. Framework 文 書 作 成 (09.11~11.01) TGac 内 におけるD0.1 の review 修 正 (10.01~05) D1.0 LB( 支 持 率 74%) コメント 解 決 (11.06~12.01) Draft D0.1 完 成 (11.01) D2.0 LB( 支 持 率 88.8%) コメント 解 決 (12.02~05) D3.0 Recirculation Ballot コメント 解 決 (12.06~09) D1.0 完 成 (11.05) D2.0 完 成 (12.01) D3.0 完 成 (12.05) Wi-Fi Allianceの TGac D2.0 準 拠 製 品 認 定 開 始 (12.12 頃 ) D4.0 完 成 (12.09) Sponsor Ballot 開 始 (13.01) Recirculation Sponsor Ballot(13.05) IEEE802.11ac 標 準 とし て 出 版 (13.12) Wi-Fi Allianceの 11ac 準 拠 製 品 認 定 開 始 (14.01 頃 ) LB(Letter Ballot)で75% 以 上 の 賛 成 率 を 獲 得 すると 以 降 のBallotはreview 期 間 が 短 縮 化 された Recirculation Ballotとなり(LB: 30 日 Recirculation Ballot: 15 日 ) 標 準 化 作 業 の 大 きな 進 捗 を 意 味 する Sponsor Ballot: IEEE802.11 Working Groupの 上 部 組 織 であるIEEE - Standard Associationにおける 電 子 投 票 Sponsor Ballotを 通 過 する 事 は 標 準 化 作 業 がほぼ 終 了 したことを 意 味 する 4
1-c: TGac Draft D2.0の 電 子 投 票 コメント 解 決 の 状 況 (1/2) Draft D2.0の 支 持 率 : 88.8%(2012 年 2 月 に 実 施 されたLetter Ballotの 結 果 ) - Sponsor Ballotに 移 行 するためには 802.11WG 内 部 で95% 程 度 の 支 持 率 が 必 要 - TGnでは Draftの 支 持 率 を88%から95%に 向 上 させるために8か 月 を 要 した (2008 年 4 月 ~12 月 下 図 参 照 ) - 仮 にTGacの 作 業 に 同 様 の 期 間 を 見 積 ると TGac DraftがSponsor Ballotに 移 行 する 時 期 は2012 年 11 月 頃 になる 見 通 し 現 行 の 想 定 スケジュール(2013 年 1 月 前 頁 参 照 )よりも 早 期 の 進 捗 Draftの 支 持 率 [%] 100 95 90 参 考 : TGnのDraft 修 正 作 業 の 履 歴 約 8か 月 D7.0: 94% D6.0: 91% D7.0( 再 ): 95% 85 D4.0: 88% D5.0: 90% 80 D3.0: 85% TGac D2.0は 支 持 率 88.8% D2.0: 83% であるため TGn D4.0と 同 等 の 完 成 度 を 持 っていると 考 えられる 75 2007 2008 2009 西 暦 [ 年 ] 5
1-c: TGac Draft D2.0の 電 子 投 票 コメント 解 決 の 状 況 (2/2) 提 出 されたコメントの 総 数 : 1,497 件 ( 内 訳 : technical: 837 件 editorial: 655 件 ) コメント 解 決 を 通 じてハードウェア 設 計 の 変 更 を 要 する 修 正 は 行 われていない( 下 記 参 照 ) 電 波 法 関 連 規 則 に 係 る 項 目 の 修 正 状 況 ( CID: [1]に 記 載 のコメント 番 号 ): 1. 伝 送 帯 域 幅 の 定 義 (Clause 22, Annex E): - (CID: 4681, 4986)D2.0に 規 定 されている 帯 域 幅 (20/40/80/160/80+80 MHz)に 加 えて 40+40MHz 等 の 不 連 続 スペクトルのモードを 新 規 に 追 加 するコメント 否 決 [2] - (CID: 4146)80/160/80+80 MHz 伝 送 が 可 能 となる 周 波 数 一 覧 となるID(Operating Class)を 通 知 する 情 報 要 素 (Information Element)のフォーマットの 改 善 提 案 反 映 [3](ただし 帯 域 幅 規 定 は 変 更 なし) 2. 送 信 スペクトルマスクの 定 義 (Section 22.3.18): - (CID: 4263, 5388, 5325-5328, 5449)スペクトルマスクの 定 義 ( 文 章 図 面 )が 不 明 確 な 部 分 を 修 正 する 提 案 反 映 [4](ただし スペクトルマスクの 形 状 は 変 更 なし) 今 後 仕 様 変 更 を 行 うためには 投 票 権 を 持 つ 参 加 者 の75% 以 上 の 賛 同 が 必 要 であるが D2.0の 支 持 率 が88%であることを 考 慮 すると 発 生 しない 見 通 し D3.0を11ac 標 準 と 同 等 とみなして 規 則 改 正 議 論 を 行 うことが 適 切 であると 考 えられる [1] doc.: IEEE802.11-12/0223r22: R. Stacey, TGac D2.0 comments [2] doc.: IEEE802.11-12/0664r0: B. Hart, D2 Comment Resolution, brianh, part 6 [3] doc.: IEEE802.11-12/0529r1: Y. Asai, Proposed resolutions to comments on country elements and operating classes [4] doc.: IEEE802.11-12/0544r5: Y. Asai, Proposed resolutions to comments on PMD transmit specification ( 上 記 寄 書 は https://mentor.ieee.org/802.11/documents よりダウンロード 可 能 ) 6
3-a: TGac D3.0の 伝 送 速 度 高 速 化 技 術 (1/4) 1: 伝 送 帯 域 幅 拡 大 80MHz 伝 送 は 必 須 機 能 160MHz 伝 送 はオプション 160MHz 伝 送 において 不 連 続 な 二 つの80MHzスペクトルを 用 いた 並 列 伝 送 を 定 義 (80+80 MHz non-contiguous mode) 連 続 した160MHz 帯 が 確 保 できない 場 合 においても160MHz 伝 送 と 同 等 の 伝 送 速 度 を 実 現 するモードを 規 定 5710 5170 5330 5490 [MHz] IEEE channel # 20 MHz(11a/n/ac) 19 40 MHz(11n/ac) 9 80 MHz(11ac) 4 160 MHz(11ac) 2 80+80 MHz noncontiguous mode (11ac) 4パターン 36 40 44 48 52 56 60 64 100 104 108 112 116 120 124 128 132 136 140 7
3-a: TGac D3.0の 伝 送 速 度 高 速 化 技 術 (2/4) 2. 空 間 多 重 数 増 大 送 受 信 機 に 複 数 のアンテナを 備 え 空 間 多 重 による 並 列 伝 送 を 実 現 送 信 アンテナ 数 に 比 例 して 伝 送 速 度 が 増 加 基 地 局 (AP) 端 末 11nでは 最 大 4 空 間 多 重 TGac D3.0では8 空 間 多 重 まで 拡 張 空 間 多 重 伝 送 3. 変 調 多 値 数 増 加 BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAMに 加 えて256QAMを 定 義 (オプション) 伝 送 速 度 : 8/6 倍 64QAMの 信 号 点 配 置 (6bit/サブキャリア) 256QAMの 信 号 点 配 置 (8bit/サブキャリア) 8
3-a: TGac D3.0の 伝 送 速 度 高 速 化 技 術 (3/4) 4. Frame Aggregation 拡 張 Frame Aggregation: 単 一 物 理 フレームに 多 数 のを 格 納 (11nで 新 規 に 規 定 ) 再 送 時 の 伝 送 効 率 を 考 慮 し 二 段 階 のaggregation(/MPDU aggregation)を 規 定 (MAC Service Data Unit): IEEE802.11のMACレイヤと 上 位 レイヤとのインタフェースで やり 取 りされるデータの 単 位 EthernetフレームやIPパケットにほぼ 対 応 する < 例 > 10 個 のを4つのA-に 集 約 し これをさらに 集 約 してA-MPDUを 形 成 受 信 機 側 では 4つのMPDUに 対 するACKを 返 信 する 1. Aggregation 2. MPDU Aggregation 無 線 フレーム ヘッダ (1) MPDU (1) (2) A-MPDU データ 部 分 (3) MPDU (2) (4) MPDU (3) (5) MPDU (4) (6) (7) (8) (9) TGac D3.0ではA-MPDUの 最 大 サイズを11nの 約 65.5kByteから1MByteに 拡 張 (10) MPDU: MAC Protocol Data Unit 再 送 単 位 となるデータ の 単 位 A-MPDU: Aggregated MPDU MACレイヤにおいてヘッダ 等 のオーバヘッドは 省 略 9
3-a: TGac D3.0の 伝 送 速 度 高 速 化 技 術 (4/4) 11acで 実 現 される 最 大 スループット: 必 須 条 件 とオプションの 最 高 規 定 の 間 には 大 きな 格 差 がある 無 線 LAN 端 末 の 多 様 化 ニーズを 反 映 させ 仕 様 のスケーラビリティを 高 くしている 高 速 化 機 能 / 特 性 11n 最 高 規 定 必 須 条 件 TGac D1.0 最 高 規 定 1. 空 間 多 重 数 4 1 8 2. 伝 送 帯 域 幅 40 MHz 80 MHz 160 MHz 3. 変 調 方 式 64QAM 64QAM 256QAM 4. Frame Aggregation 65,535 Byte 8,191 Byte 1,048,575 Byte PHY 伝 送 速 度 600Mbps 292.5Mbps 6933.3Mbps PHY 最 高 速 度 時 のス ループット(MAC 効 率 ) 485Mbps (81.0%) 157Mbps (53.4%) 5.85Gbps (84.4%) 必 須 条 件 機 能 のみの 利 用 だと 11nの 最 高 規 定 の 約 1/3の スループットにとどまる 必 須 /オプション 機 能 間 の 格 差 が 大 きい PHY 伝 送 速 度 : 23.7 倍 スループット: 37.3 倍 10
3-b: DL MU-MIMO 技 術 (1/2) DownLink MultiUser MIMO: 下 りリンクマルチユーザMIMO 技 術 APが 持 つ 複 数 アンテナを 活 用 したビームフォーミング 制 御 により 空 間 を 分 割 し 同 一 周 波 数 上 で 複 数 端 末 への 同 時 接 続 を 実 現 する 多 重 伝 送 するSTA 数 に 比 例 して システムスループットを 向 上 させることが 可 能 ( 基 地 局 のアンテナ 数 を 最 大 限 活 用 することが 可 能 ) 最 大 4 台 のSTA 宛 に 同 時 送 信 /STAあたり 最 大 4 空 間 多 重 まで 送 信 可 能 高 速 STA(IPTV 等 )と 低 速 STA(VoIP ゲーム 機 等 ) QoSクラスの 異 なる STAを 同 時 に 効 率 良 く 収 容 可 能 STA 毎 に 異 なる 空 間 多 重 数 を 設 定 可 能 単 一 のMU-MIMO 無 線 フレームにQoSクラスの 異 なる 複 数 データが 混 在 可 能 基 地 局 (AP) 端 末 群 TGacでは DL MU-MIMOは オプション 規 定 11
3-b: DL MU-MIMO 技 術 (2/2) MU-MIMO 適 用 によるシステム 容 量 増 加 のイメージ SU-MIMOの 場 合 :ユーザ 毎 に 個 別 のフレームを 送 信 する AP DIFS +Back off PHY Header DIFS Data Frame (User 1) +Back off PHY Data Frame (User 1) Header BA: Block ACK BAR: Block ACK Request DIFS +Back off STAs BA 1 BA 2 MU-MIMO 伝 送 の 場 合 : 複 数 ユーザに 対 して 送 信 ビームフォーミングを 活 用 した 空 間 多 重 伝 送 を 行 う 物 理 フレームあたりに 含 まれるデータ 量 をユーザ 数 と 同 数 倍 増 加 させる 事 が 可 能 オーバヘッド(フレームギャップ PHYヘッダ)が 減 少 し MAC 効 率 が 改 善 される システムスループットの 増 大 AP STAs DIFS +Back off PHY Header Data Frame (User 1) Data Frame (User 2) Data Frame (User 3) BA 1 BA R BA 2 BA R BA 3 伝 送 効 率 の 改 善 ユーザあたりのPHYレイヤ 伝 送 速 度 はMU-MIMOの 方 が 低 速 で あっても 空 間 多 重 により 複 数 ユーザの 同 時 伝 送 を 行 っている ため システム 全 体 の 伝 送 効 率 が 改 善 される 12
3-c: 既 存 規 格 (11a/n)との 共 存 (1/2) 1. 11ac 対 応 AP/ 端 末 は 既 存 規 格 (11a/n)の 信 号 を 送 受 信 可 能 である 事 が 義 務 付 けられている 11ac 対 応 端 末 は11a/n 対 応 APと11a/nのフォーマットで 通 信 することが 可 能 11ac 対 応 APは, 既 存 端 末 とは11a/nのフォーマットで 通 信 を 行 うことが 可 能 2. 11acのフレームフォーマットの 先 頭 部 分 は 11a/n 端 末 で 受 信 可 能 ( 下 図 ) 11aフォーマット. ( L-SIG を 参 照 することにより, 無 線 フレーム 全 体 の 長 さが 分 かる) 11acフォーマット 11ac 端 末 のみが 復 号 可 能 11a/n 端 末 は 復 号 に 失 敗 するが 無 線 フレーム 長 が 判 別 可 能 であるため 後 のチャネルアクセス 権 取 得 に おいて11ac 端 末 に 対 して 不 利 にはならない L-STF L-LTF L-SIG VHT- SIG-A VHT- STF VHT- LTF1 VHT- LTFn VHT- SIG-B DATA 既 存 端 末 と11ac 端 末 が 混 在 している 環 境 でも,CSMA/CAに 基 づく 公 平 な チャネルアクセス 制 御 が 可 能 13
3-c: 既 存 規 格 (11a/n)との 共 存 (2/2) 3. 40MHz 帯 域 以 上 の 広 帯 域 伝 送 時 には, 送 信 に 先 立 ち 全 てのチャネルについて キャリアセンスを 行 い, 空 いている 帯 域 のみを 利 用 して 無 線 フレームを 送 信 する また, 通 信 は 必 ず Primary Channel と 呼 ばれる20MHz 帯 域 を 含 む 形 で 行 われる. < 例 : Primary channelを160mhzチャネルの 右 端 に 設 定 した 場 合 > Secondary80 Secondary20 Secondary40 Primary Channel 160MHz 80MHz 20MHz 40MHz 送 信 機 会 ごとに 伝 送 帯 域 を 動 的 に 選 択 可 能 であるるため,11ac 端 末 と 既 存 端 末 が 混 在 する 状 況 においても, 互 換 性 が 保 たれる Primary channelは 任 意 の20MHzチャネルの 位 置 に 配 置 することが 可 能 Primary channelが 空 きの 時 20MHz 帯 域 を 用 いた 無 線 フレームが 送 信 可 能. Primary channel,secondary20 が 空 きの 時 40MHz 帯 域 を 用 いた 無 線 フレームが 送 信 可 能. Primary channel,secondary20,secondary40が 空 きの 時 40MHz 帯 域 を 用 いた 無 線 フレームが 送 信 可 能. Primary channel,secondary20,secondary40 Secondary80が 空 きの 時 160/80+80MHz 帯 域 を 用 いた 無 線 フレームが 送 信 可 能. 14