多くの Wi-Fi ユーザーにとって、下表のデータは Wi-Fi 6 について知っておくべきことをすべて示しています。Wi-Fi 6 は Wi-Fi 5 と同じ帯域幅を維持し、5GHz の周波数帯域を追加しています（さらに 6GHz の周波数帯域、いわゆる Wi-Fi 6E）。さらにその他の技術革新により、最大データレートは 9.6 Ghz に向上しました。また、旧バージョンとの下位互換性もあるため、Wi-Fi 6 ルーターは旧世代にも問題なく接続できますが、その世代が提供する最高速度に制限されることは明らかです。

さて、大まかな数字がわかったところで、Wi-Fi 6 のこのパフォーマンス向上とその他多くの技術的利点をもたらすイノベーションのいくつかを探ります。視野を広げるために、その技術が動作する環境や期待されるタスクを考慮することで、技術を評価することは常に有益です。 

図 1 に示すように、Wi-Fi は当初、軽量な電子メールやその他の主にビジネス向けのドキュメントをコンピュータやノートブックと送受信していました。この数年で、モバイル、産業用、娯楽用などさまざまなデバイスやより高いスループットを必要とするビデオのようなコンテンツが使用されるようになりました。これらの新しく困難な要件を満たすために、Wi-Fi 6 は高速化だけでなく、多くの Wi-Fi ルーターやクライアントが輻輳する環境でより効率的に動作し、Wi-Fi クライアントのバッテリー寿命を保護し、その他の機能を提供する必要がありました。 

直交周波数分割多重アクセス（OFDMA）

Wi-Fi 6 の主要な新機能の 1 つに、直交周波数分割多重アクセス（OFDMA）があります。図 2 に示すように、以前の Wi-Fi 世代では、固定帯域幅のパケットを使用してシリアル通信を行っていました。このため、使用可能なデータがパケットの容量よりも小さい場合は帯域幅が浪費され、複数のクライアントにサービスを提供する場合は遅延が増加し、すべてのクライアントがパケットを送受信するまで待機しなければなりませんでした。

図 2.OFDMA がどのようにスループット、周波数効率、マルチデバイストラフィック容量を向上させるか（ こちらから）。 

図 2 の下部に示すように、OFDMA は Wi-Fi チャンネルを「リソースユニット」と呼ばれる小さな割り当てに細分化し、複数のクライアントに並列にデータを送受信できるようにすることで、実質的に複数のクライアントとの同時接続を維持します。また、OFDMA はさまざまなサイズのデータパケットをサポートしているため、ビデオ会議クライアントは体温計や医療機器よりも多くのデータを高速に送信することができます。図のように、OFDMA はチャンネルの帯域幅を増やすのではなく、既存のチャンネルをより効率的に使用することで、全体的なスループットを向上させます。 

さらに、OFDMA はレイテンシを削減でき、用途によっては多大な効果を発揮します。例えば、ある 研究 では、19 人の学生と 1 人の教師がそれぞれ 3 Mbps でビデオ会議を行う教室環境で、OFDMA がアップロードのレイテンシを 99%、ダウンロードのレイテンシを 93% 低減したことが示されています。ますます重要性が高まっているこの用途において、月と話しているようなまとまりのない電話のやり取りになるか、非常にインタラクティブな学習セッションとなるかの分かれ目は、OFDMA が握っています。

マルチユーザーマルチ入力マルチ出力（MU-MIMO）

Wi-Fi 6 のもう一つの革新的な点は、MIMO（マルチ入力マルチ出力）技術の利用がさらに向上したことで、Wi-Fi アクセスポイントは、アクセスポイント（AP）のアンテナの数によってネットワークリソースを分割することができます。MIMO を使用すると、4 つのアンテナを持つ無線ルーターは、4 つのアンテナを持つデバイスに 4 つの信号を送信できるため、2 つのアンテナを持つアクセスポイントとデバイスよりもスループットが大幅に向上します。 

図 3 の左側に示されているように、従来の MIMO の問題点は、一度に単一のユーザーにしか送信できないことでしたが、そのため MIMO はシングルユーザー MIMO（SU-MIMO）と呼ばれることもあります。ほとんどの携帯電話やタブレットのように、そのデバイスにアンテナが 1 本しかない場合、追加のアンテナによって実現される帯域幅が無駄になるため、MIMO の利点はほとんどありません。 

図 3.MIMO は一度に単一のユーザーにしか送信できませんが、MU-MIMO は複数のユーザーに送信できます。 こちらをご覧ください。 

名前が示すように、マルチユーザー MIMO（MU-MIMO）は、単一の AP が複数のデバイスに同時に通信することを可能にし、利用可能な帯域幅を各デバイスをターゲットとする個々のストリームに分割します。OFDMA のように、MU-MIMO は帯域幅を増やすのではなく、既存の帯域幅をより効果的に使用できるようにします。 

なお、ダウンロード型 MU-IMO（DL-MU-MIMO） は Wi-Fi 5 で導入されましたが、同時に 4 台までの端末デバイスにしか対応せず、アップロード型 MU-MIMO（UL-MU-MIMO） は利用できませんでした。Wi-Fi 6 は、最大 8 人のユーザーをサポートし、ユーザーごとに最大 4 つの時空間ストリームを提供します（全ユーザーの合計が 8 つの時空間ストリームを超えることはありません）。また、ダウンロードとアップロードの両方で使用できるため、ビデオ会議のような広帯域の双方向アプリケーションのパフォーマンスが劇的に向上します。

1024-QAM

次は 1024-QAM です。背景として、直交振幅変調（QAM）は情報伝送に使われる技術です。Wi-Fi 5 は 8 ビットを伝送する 256-QAM を使用していますが、Wi-Fi 6 は 10 ビットを使用する 1024-QAM を使用しており、帯域幅が 25% 向上しています。 わかりやすい 例の 1 つは、高速道路の幅はそのままで、以前は 4 車線だったスペースに 5 車線を押し込んだものです。図 5 に示すように、速度制限が同じままの場合、スループットは 25% 増加します。 

図 5.Wi-Fi 6 は、25% 多くのデータを伝送する 1024-QAM を使用します。

BSS カラーリング

Wi-Fi 6 のもう一つのイノベーションは BSS カラーリングで、同じ環境で複数のアクセスポイントが利用可能な場合に輻輳を軽減します。背景として、各ルーターと接続されたデバイスのセットは基本サービスセット（BSS）と呼ばれます。BSS 内では、複数のデバイスがいつでもルーターへのチャンネルを争います。ただし、複数のアクセスポイントが同じ環境で動作している場合は、多くの場合、同じ Wi-Fi チャンネルを共有します。 

チャンネルが利用可能であることを検出するために、特定の BSS 内のデバイスはそのチャンネルをリスンし、他のデバイスが送信しているかどうかを検出します。混雑した信号環境では、他の BSS のデバイスが同じチャンネルで送信している可能性があり、チャンネルがビジー状態であると誤認されます。図 6 の左側では、チャンネル 4 で通信しようとするデバイスが、同じ BSS にあるかどうかもわからない、他の 2 つのデバイスからのアクティビティを確認しています。 

図 6.BSS カラーリングは競合を減らし、帯域幅使用率を向上させます。 こちらをご覧ください。  

BSS カラーリングは信号に 6 ビットの識別子（実際の色ではありません）を追加するため、デバイスは自分の BSS 内のデバイスをすばやく識別でき、他の BSS 内のデバイスは無視できます。図 6 の右側では、チャンネル 4 で送信しようとする青の BSS のデバイスは、緑とオレンジの BSS からの信号を無視し、他の青のデバイスが送信している場合にのみ、チャンネルがビジーであることを検出します。 

BSS カラーリングは、各 BSS 内の運用効率を高め、利用可能な Wi-Fi チャンネルをより効率的に使用します。スタジアム、展示会場、空港など、複数のルーターやアクセスポイントが混雑している施設では、BSS カラーリングを使用することでスループットが劇的に向上し、レイテンシが減少するため、すべてのユーザーにとって Wi-Fi の全体的な効率が向上します。 

ターゲットウェイクタイム

最後に、ターゲットウェイクタイムは、アクセスポイントとデバイスがウェイクアップして通信する時間を設定できる機能です。バッテリー搭載デバイスの場合、これによってバッテリーの寿命を保つことができるのは明らかですが、ネットワークが十分に使用されていない時間帯に大規模なデータダンプをスケジューリングすることで、ネットワークの競合を減らすこともできます。 

図 7.ターゲットウェイクタイムは、デバイスとアクセスポイントの送信時間を同期させることができ、バッテリー寿命を節約し、ネットワーク効率を向上させます。 こちらをご覧ください。

イノベーションへの資金提供

Wi-Fi 仕様に貢献している企業は、これらの技術革新を生み出すために毎年数億ドルを投資し続けています。この投資により、より高速で堅牢な Wi-Fi 規格が誕生し、ファクトリーオートメーション、モノのインターネット（IoT）、医療など、Wi-Fi の利用を新しい用途に拡大する機能が盛り込まれました。しかし、どのような投資でもそうですが、このような支出は、ある程度の収益が返ってきて初めて意味を持つものです。 

製品販売を中心に投資を回収する企業もあれば、主に自社の技術を活用した製品を製造・販売する企業からのロイヤリティで研究開発に資金を提供する研究機関もあります。シズベルは パテントプール 管理者として、特許権者が創出した技術への効率的なアクセスを提供するパテントプールの形成と管理を支援しています。 

パテントプールと協力することで、製品開発者は、複数の特許技術へのアクセスを提供する単一の契約に署名し、全体的な管理コストとライセンスコストを削減し、市場投入までの時間を短縮します。これらのライセンシーが支払うロイヤリティは、Wi-Fi やその他の技術が現在および将来のユーザーのニーズを満たし、それを予測し続けるための追加的な研究開発を可能にします。 

今度 Wi-Fi を使って裏庭や車で 4K HDR 映画を見たり、世界中の同僚と高画質でレイテンシを最小限に抑えたビデオ会議をしたりするときは、このイノベーションサイクルについて考えてみてください。ロイヤリティによる進歩がなければ、Wi-Fi は 1999 年のパフォーマンスエンベロープから抜け出せず、メールのチェックや軽量のオフィス文書の転送にしか適さないでしょう。 

写真提供： Gilles Lambert on Unsplash