目 次 802.11acについて... 2 802.11ac: 概 要... 3 市 場 予 測... 6 仕 様... 7 用 途... 11 802.11acのテスト... 13 終 わりに... 14 付 録 I: 参 考 資 料... 14 付 録 II: 気 になる 話... 14 IEE

ホワイトペーパー IEEE 802.11ac テストにおける 意 味 2013 LitePoint, A Teradyne Company. All rights reserved.

目 次 802.11acについて... 2 802.11ac: 概 要... 3 市 場 予 測... 6 仕 様... 7 用 途... 11 802.11acのテスト... 13 終 わりに... 14 付 録 I: 参 考 資 料... 14 付 録 II: 気 になる 話... 14 IEEE 802.11ac:テストにおける 意 味 1

802.11acについて 2008 年 後 半 IEEE 802 規 格 委 員 会 内 に 802.11 2007 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 802.11ac 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 802.11ac 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 802.11ac エンド ユーザー 製 品 2014 年 2 月 に 承 認 予 定 2008 2011 2012 2013 2014 フレームワークが ドラフトD 0.1に 移 行 初 の 802.11ac 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 802.11ac 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 802.11ac 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 802.11ac 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 802.11ac 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 802.11ac は 市 場 に 大 きな 影 響 を 与 えると 想 定 されま す 802.11ac 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 802.11ac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 802.11ac 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 802.11ac 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 802.11ac 物 理 レイヤー (PHY) や 新 しい 802.11ac 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 802.11ac 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 802.11ac:テストにおける 意 味 2

802.11ac: 概 要 策 定 意 図 802.11ac 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 802.11ac 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 802.11ac は 既 存 の 802.11n 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 802.11ac 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 1,000 100 10 1 802.11 802.11b 802.11 a(g) 802.11ac (4x4 160 ) 802.11n (4x4 40 ) 図 2: 802.11ac はWiFi 技 術 の 高 速 データ 転 送 トレンドを 継 承.1 1995 2000 2005 2010 2015 Year 主 な 特 徴 802.11ac 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 802.11ac:テストにおける 意 味 3

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 802.11n とは 対 照 的 に 802.11ac 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 802.11ac 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 802.11ac には 802.11n 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 802.11n 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 802.11ac 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 802.11n 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 802.11n 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 802.11ac 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 802.11ac 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) 802.11ac では 802.11n 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 802.11ac と 802.11n 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 802.11n 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 802.11ac 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 802.11ac 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 ) 802.11n 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 802.11ac 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 802.11n 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 802.11n 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 802.11ac 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 802.11n デバイスは 実 際 にごくわずか) また 802.11ac 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 802.11ac:テストにおける 意 味 4

後 方 互 換 性 802.11ac では 5 GHz 帯 域 で 動 作 する802.11a と 802.11n 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 802.11ac は 802.11a や 802.11n に 対 応 するデバイスと 相 互 に 動 作 802.11ac フレーム 構 造 は 802.11a や 802.11n のデバイスとの 伝 送 に 対 応 可 能 802.11ac の 後 方 互 換 性 は 802.11n 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 802.11ac 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 802.11a や 802.11n 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 802.11ac 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 802.11n が 4 個 の 空 間 ストリームに 対 応 しているのに 対 し 802.11ac では 最 大 8 個 に 対 応 します 802.11n 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 802.11n 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 802.11ac 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 802.11ac 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 802.11n 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 802.11ac 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 ) 802.11ac 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 802.11 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 802.11ac ドラフト 仕 様 に 組 み 込 まれてい ます IEEE 802.11ac:テストにおける 意 味 5

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 802.11 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 802.11n 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 1,400 802.11ac (1x1) 図 3: 802.11 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 1,000 800 600 400 802.11 a/g 802.11n (1x1) 200 0 0 100 200 300 Data Rate (bps) 市 場 予 測 802.11n 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 802.11ac:テストにおける 意 味 6

現 在 のデバイスにおける 802.11n に 代 わるものとなる 802.11ac 規 格 は これまでの 802.11n 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 802.11ac 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 802.11ac 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 1000.0 SISO/MIMO 802.11ac 市 場 全 体 規 模 図 4: 802.11ac 対 応 デバイス 出 荷 台 数 の 世 界 市 場 予 測 出 荷 数 ( 百 万 ) 800.0 600.0 400.0 200.0 0.0 2010 2011 2012 Year 2013 2014 2015 仕 様 既 に 述 べたように802.11ac PHY は 802.11n 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 802.11ac 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 802.11ac と 802.11n 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 802.11ac 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: 802.11ac と 802.11n の 技 術 仕 様 の 比 較 技 術 仕 様 802.11n 802.11ac 周 波 数 2.4 4.9 5 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 ) 20 40 80 (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 ) 21.665 bps/hz (4x4 80 ) EIRP 22-36 dbm 22-29 dbm 範 囲 12-70 m( 屋 内 ) 12-35 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 802.11ac:テストにおける 意 味 7

チャンネル 図 5 は 20 40 80 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 802.11ac 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 802.11ac 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 ƒ4 20 9 11 20 30 40 19 21 40 60 80 39 41 80 120 160 79 81 160 240 図 5:20 40 80 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 1. 80 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 802.11ac:テストにおける 意 味 8

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: 802.11ac の160 非 連 続 チャンネルの 例 -200-160 -121-119 -80-41 -39 39 41 80 119 121 Freq [] 160 200 チャネライゼーション 既 に 述 べたように 802.11ac の 利 用 を 5 GHz RF 帯 域 のみに 制 限 したの は 802.11ac 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 20 40 80 160 IEEE チャンネル 番 号 20 40 5170 5330 36 40 44 48 52 56 60 64 5170 5330 36 40 44 48 52 56 60 64 5490 5730 100 104 108 112 116 120 124 128 132 136 140 144 5490 5710 100 104 108 112 116 120 124 128 132 136 140 5735 149 153 157 161 165 5835 図 7 は 802.11ac 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 20 40 80 160 IEEE チャンネル 番 号 5170 5330 36 40 44 48 52 56 60 64 5170 5330 36 40 44 48 52 56 60 64 5735 149 153 157 161 165 5735 149 153 157 161 165 5835 5835 20 40 図 7: 802.11ac 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 802.11ac:テストにおける 意 味 9

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 802.11ac 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 802.11n 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 802.11ac デバイスでも 必 須 となります 16 16 64 64 16 16 64 64 図 8: 802.11ac 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 802.11acにおける MCA の 数 は 802.11n と 比 較 して 大 きく 減 少 しています 表 2 は 802.11ac 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: 802.11ac 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 3/4 3 16-QAM 1/2 4 16-QAM 3/4 5 64-QAM 2/3 6 64-QAM 3/4 7 64-QAM 5/6 8 256-QAM 3/4 9 256-QAM 5/6 IEEE 802.11ac:テストにおける 意 味 10

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 802.11ac 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 802.11ac 送 信 機 が 既 存 の 802.11n 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 802.11ac 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 802.11ac 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 802.11ac 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 3/4-13 16-QAM 1/2-16 16-QAM 3/4-19 64-QAM 2/3-22 64-QAM 3/4-25 64-QAM 5/6-28 256-QAM 3/4-30 256-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 802.11ac 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 802.11ac 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 802.11ac 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 802.11ac 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 802.11ac の 最 適 な 用 途 となります モバイル エンターテイメント 802.11ac 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 802.11ac 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 802.11ac チップセットのみを 使 用 することになるでしょう IEEE 802.11ac:テストにおける 意 味 11

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 802.11ac 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 802.11ac 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 802.11ac を 使 用 して 他 の 802.11ac 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 802.11ac 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 802.11ac 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 802.11ac 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 802.11ac 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 802.11ac 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 802.11ac 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: 802.11ac 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 802.11ac:テストにおける 意 味 12

802.11ac のテスト 当 然 のことながら 802.11ac での 802.11n からの 重 要 な 変 更 点 は 802.11ac 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 802.11 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 802.11ac 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 802.11ac MIMO 改 善 点 への 完 全 対 応 802.11ac 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 802.11ac 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 802.11ac 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 802.11 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 802.11ac 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 802.11ac MIMO の 改 善 点 への 対 応 802.11ac 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 802.11n MIMO システムを 上 回 るパフォーマンスを 実 現 する 802.11ac 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 802.11acのテスト 装 置 が 新 しい 802.11ac 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 802.11ac 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 802.11ac 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 802.11ac:テストにおける 意 味 13

終 わりに 802.11ac は WLAN 通 信 システムにおける 大 きな 進 化 を 意 味 します 802.11ac デバイスは 802.11n 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 802.11ac 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 802.11ac 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 (team-jp@litepoint.com) までお 問 い 合 わせください 付 録 I: 参 考 資 料 802.11ac 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 802.11acのステータス http://www.ieee802.org/11/reports/tgac_update.htm IEEE 802 プロジェクトの 公 式 タイムライン http://www.ieee802.org/11/reports/802.11_timelines.htm 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 802.11a/g との 混 同 を 避 けるためにagとはなりませんでした IEEE 802.11ac:テストにおける 意 味 14

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