資料 9-6 超高速 高効率無線 LAN 標準化動向 204 年 7 月 日 NTT アクセスサービスシステム研究所鷹取泰司
モバイル通信分野におけるパラダイムシフト スマートフォンやタブレットなどのスマートデバイスの普及に伴って より多くの人がリッチコンテンツを楽しむようになっている 今後もさらにモバイルトラヒックが増大していくことが予想されている 無線 LAN の利用形態 特定のユーザが 利用 誰もが 利用 無線 LANはどこに? PC ---> スマートフォンやタブレット ゲーム機などの多様な端末
無線 LAN 技術の発展 無線 LAN はセルラに対し約 0 倍のピーク速度を提供しながら発展してきています 対 通信 高速化 対 下り効率化通信 AP AP AP 対多通信 Aggregate throughput [bit/s] OFDM 技術 00G 0G G 00M 0M M 00k SU- MIMO 技術 下り MU-MIMO 技術 ax.ad.ac.n LTE-A.a.g LTE.b HSDPA 802. WCDMA GSM PDC 995 2000 2005 200 205 Wireless LANs Cellular AP: Access Point MIMO: Multiple-Input-Multiple-Output Year 2
超高速無線 LAN(802.ac) の高速化技術 ac では n 技術の拡張と下りリンク MU-MIMO 技術によって高速化を実現しています A. n 技術の拡張による高速化 伝送帯域拡大 2 空間多重数拡大 3 変調多値数増大 4 フレームアグリゲーションの拡張 B. 下りリンク MU-MIMO-MIMO 技術 3
MU-MIMO 技術 AP の複数アンテナを用いて高精度なビームフォーミング制御を行い 複数のユーザに対して空間分割多元接続 (SDMA) を提供し 高い通信容量を実現します 無線 LAN 親機と端末 台が複数のアンテナで並列にデータ伝送する空間多重通信を実現 AP SU-MIMO STA MU-MIMO AP の送信指向性制御により, 多種多様な端末との空間分割多元接続通信を実現 AP IEEE 802.n, WiMAX, LTE 等に採用 空間分割多元接続 ( 同時に複数端末で周波数共用 ) 小型端末など, アンテナ数の少ない端末では並列伝送できず,AP の能力が十分に活用されない 複数端末へ同時に並列伝送 小型端末との通信でも通信容量を向上 4
超高速無線 LAN(802.ac) の最大スループット 簡易な端末から高度な端末まで幅広く対応する規格としたため サポートするスループットの幅が最大で 37.3 倍となっています 高速化機能 / 特性 n 最高規定 必須条件 ac 最高規定. 空間多重数 4 8 2. 伝送帯域幅 40 MHz 80 MHz 60 MHz 3. 変調方式 64QAM 64QAM 256QAM 4. Frame Aggregation 65,535 Byte 8,9 Byte,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 (8.0%) 57Mbps (53.4%) 5.85Gbps (84.4%) 必須条件機能のみの利用だと, n の最高規定の約 /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 5
さらなる大容量化に向けて : セルラと無線 LAN の連携 2020 年代に最大 000 倍 (200 年比 ) と予測されるモバイルトラヒックを収容するため セルラと無線 LAN の連携等 異種ネットワーク連携技術が注目を集めています セルラ NW 3G LTE LTE-A 000 マクロセルピコセル LTE-B/C モバイルトラヒック ( 倍 ) 800 600 400 200 n ac 無線 LAN 高効率無線 LAN M2M networks Smart phone 200 202 204 206 208 2020 セルラNWと無線 LANの連携 Year 6 NW ( ユーザが何もしなくても セルラと WiFi の電波を最適利用 ) 6
無線 LAN が克服すべき課題 従来の制御 マネジメント手順を踏襲するだけでは 高密度に設置された環境では十分な性能を確保できません 高密度に設置された環境における周波数利用効率の改善が課題となります 無線 LAN エリアの急激な増加 セルラー契約者に対する家庭向け無線 LAN AP の無償提供 スタジアム等 新たな無線 LAN 利用シーンの増加 Airport / Station Residential Area Stadium Coffee shop / Restaurant Shopping mall 7
無線 LAN 技術の発展 無線 LANはセルラに対し約 0 倍のピーク伝送速度を提供しながら発展してきています axでは高密度環境に対応した高効率無線 LAN 標準の策定が進められています Aggregate throughput [bit/s] OFDM 技術 対 通信 00G 0G G 00M 0M M 00k 対多 対 通信 高速化 下り効率化通 大容量化 信 AP AP AP SU- MIMO 技術 下り MU-MIMO 技術 Wireless LANs ax.ad.ac Cellula.n LTE-A r.a.g LTE.b HSDPA 802. WCDMA GSM PDC 995 2000 2005 200 205 Year AP: Access Point MIMO: Multiple-Input-Multiple-Output A 宅 AP 干渉AP B 宅 AP 間干渉制御 AP 干渉が発生し スループットが低下 AP 多対多通信 高効率分散アクセス技術 204 年 5 月からタスクグループ (TG)ax において規格策定活動を開始 8
ax 標準の策定予定 ac 標準よりも策定期間を短縮化し 207 年前半にドラフト 2.0 を発行し 209 年に策定作業を完了させる予定となっています 9 9
候補技術 : 同時送信によるシステム容量拡大 現在の時間軸上の技術 (CSMA/CA) に加え 空間軸上の技術 ( ビームフォーミング ) や周波数軸上の技術 (OFDMA) を活用し 無線 LAN 間の干渉を回避する検討が進められています この方法によって アンライセンスバンドにおいても複数の無線局が同時に送信することが可能になります 同時送信による送信機会を拡大し システム容量を増加させます AP- AP-2 AP-N STA STA 2 Mutual Interference Suppression STA 3 STA 4 STA x STA y 0
まとめ. IEEE802. 無線 LAN 標準化動向 IEEE802. は無線 LAN のデファクト標準 高速化のニーズに応じて新たな規格が追加 : 2.4GHz 帯高速化 : b g n 5GHz 帯高速化 : a n ac 2. 超高速無線 LAN 標準 IEEE802.ac ac の高速化技術は, 以下の二つに分類される 高速化は n の拡張で実現 : 伝送帯域, 空間多重数, 変調多値数の拡大 システムスループット増大のために下りリンク MU-MIMO を新規規定 3. 次世代無線 LAN(IEEE802.ax) に向けて セルラと無線 LAN の連携が進む タスクグループでの議論が開始 将来無線技術に関する主要な議論 : アクセスポイント 端末が高密度に配置された環境での通信容量の拡大
IEEE802., 802.5 及び ITU-R における標準化活動状況 (NTT 研究所 ) IEEE 会合における活動状況 (203 年度 ~ 現在 ) 参加状況: IEEE802.(WLAN), 802.5(WPAN): 奇数月に同時開催 : 3~7 名 オフィサー: TGax (IEEE802.ax): Secretary(204.5~ 現在 ) HEW-SG : Secretary(203.5~204.5) TGac (IEEE802.ac): COEX-ad-hoc co-chair (203.2の標準化完了まで) 表彰: IEEE802.ac 標準策定における活動功労賞 :2 件 ITU-R 会合 (203 年度 ~ 現在 ) 会合参加状況(Working Partyの活動を含む ): SG3: 電波伝搬 : 203 年 6 月 : 2 名 SG4: 衛星系業務 : 203 年 0 月 204 年 月 7 月 : ~2 名 SG5: 地上系業務 : 203 年 月 2 月 204 年 5 月 : 名 議長職: DG Chair:2 名 表彰: 日本 ITU 協会賞国際活動奨励賞 件 2
以下 参考スライド
IEEE802. May meeting 参加国内訳 CN: 9% US: 42% JP: 9% KR: % (blank): 8% 4
( 参考 )IEEE 802. WG IEEE802. 部会 : 無線 LAN の標準規格を策定を目的として,990 年に設立. 997 年に最初の標準規格を発行してから, 以降多数の追加仕様を策定. 有線系 WG 802 Executive Committee 無線系 WG 802. (HILI) 映像伝送機能で協調活動 802.3 (Ethernet) 802.5 (WPAN) 802. (WLAN) 802.6 (WMAN) WLAN/WPAN 間の共存機能 802.9 (Coex) 802.2 (MIHS) Media Independent Handover システム間の (3G-Wi-Fi) 周波数共用 周波数規則 802.22 (WRAN) 802.8 (RR-TAG) 802.24 (Smart Grid) 各外部団体とリエゾンを組み 定期的な意見交換や共同検討を行っている Wi-Fi Alliance IETF Bluetooth 3GPP 無線 LAN 機器間の相互接続性の認証 無線 LAN の上位層や NW 側のプロトコルを検討 2.4 GHz 帯の共同利用に関する検討 ネットワーク連携機能に関する検討 ISO/IEC JTC ISO 標準化 5
標準化作業の進捗状況 Discussion Topics Study Group Making Draft Task Group WG Ballot Sponsor Ballot Published Base Standard Ad Hoc Groups WNG SC TGak GLK TGaq PAD TGax HEW TGai FILS TGah Sub GHz 203.2 標準化完了 802.aa Video Transport 802.ae Management Frame QoS 802.ad VHT in 60GHz 802.a OFDM(5GHz) 802.b HR (2.4GHz) 802.d Multi-domain 802.e QoS 802.g 2.4GHz OFDM 802.-202 802.-997 802.n HT 802.p WAVE 802.r Roaming 802.s Mesh NW 802.u Inter-working ユースケース, スコープの議論 TG 設立準備 TGaj China mmw 要求条件の明確化 提案募集 ドラフト作成 ドラフト改定 審議 Letter Ballot Sponsor Ballot 802.ac VHT < 6GHz 802.af TVWS 802.h SMa 802.i Security 802.j JPN 5GHz 802.k RMM 802.v WNM 802.w PMF 802.y U.S. 3.65GHz 802.z TDLS 6
802.WG 配下の活動中の主なサブグループ サブグループミッション状況 Task Group mc (TGmc) Task Group ah (TGah) Task Group ai (TGai) Task Group aj (TGaj) Task Group ak (TGak) Task Group aq (TGaq) Task Group ax (TGax) IEEE 802. 標準規格の統合とメンテナンス GHz 以下の周波数 (TVWS は除外 ) を利用する無線 LAN システム 高速初期リンク設定 (FILS: Fast Initial Link Setup) 中国におけるミリ波を利用する無線 LAN の標準化 (802.ad の改定 ) 802. と 802. とのアーキテクチャ的なギャップを解消するための技術 接続処理の前に利用可能なサービをス検出機能 (Pre-Association Discovery) 高効率無線 LAN の標準化 (802.ac の次の PHY & MAC 標準化 ) IEEE 802.-205 のドラフトを策定中 ドラフト改定中 (WG Letter Ballot) ドラフト改定中 (WG Letter Ballot) 初期機論 初期議論 初期議論 初期議論 7