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 進化してきた無線LAN(OFDMの謎)!


 一昔前は、IEEE802.11bの規格の無線LAN製品が主流で、速度的には11Mbpsを実現していた。それより前の2Mbpsの製品と比べると、限りなく10BaseTのインフラに近づく画期的な製品だったと言えよう。しかし、10BaseTから100BaseTxが主流の現在では、速度的に物足りないのが事実である。さらに、11Mbpsでも100Baseに比べてしまうとかなり物足りない。そこで、当然のごとくもっと快適な通信速度を!とIEEE802.11も規格が追加され、無線LAN製品がさらに充実してきた。本格的な、無線LAN時代の到来と言っても過言ではないだろう!


1.現在のIEEE802.11の規格

 現在の無線LANの規格は、以下の通りである。

項番 規 格 周波数帯 変調方式 通信速度 その他
802.11b 2.4GHz 一次変調:スペクトラム拡散CCK
二次変調:、QPSK、8PSK
最大11Mbps SS通信の種類
DS方式拡張CCK
802.11g 2.4GHz 一次変調:OFDM、スペクトラム拡散CCK
二次変調:BPSK、QPSK、PBCC、16-QAM、64-QAMの全て自動切換
最大54Mbps 1と互換性あり
(但し、その場合の通信速度は11Mbpsとなる)
802.11a 5GHz OFDM 最大54Mbps 周波数帯が異なるため、他の規格との互換性は一切無い

 


2.無線帯域の制限

 ご存知のように、無線帯域は日本の場合、郵政省が管理している。使用する用途に合わせ”電波の有効利用”を目標に使用できる帯域およびその出力等を規格化しているのである。当初から、無線LANの帯域は2.4GHz帯に割り当てられており、その帯域を無線LAN製品が共有しているのである。もちろん、電波の競合が起きないようにすることも、ちゃんと管理している。
2.4GHz帯は、干渉の多い帯域である。特にISMバンド(医療機器に割り当てられた帯域)で心臓のペースメーカーなどの医療機器全般や家庭の電子レンジの電磁波もこの帯域である。ちなみに、最近良く言葉に出る、Bluetoothモジュールもこの帯域である。したがって、干渉はやむおえなくともせめて、空中線電力(電波の出力)を抑えることにより周辺機器への干渉を抑えている。
5GHz帯は、現在(2002年3月)の段階で屋内使用を義務付けている。同じ帯域を使っている機器があるため、現時点ではそのように決められている。しかし、近々には、屋外使用も認めるような動きがあるようである。


3.電波の特性

 電波には、以下のような特性がある。

1) 周波数が上がると、通信速度も速くなる。

2) 周波数帯域が上がると、電波は単一指向になる。

1)は、2.4GHz帯では、通信速度の限界がある。802.11gは互換性を保つため、2.4GHz帯で、言ってみれば”無理やり”変調方式を変えて、通信速度を54Mbpsに引き上げている。だから、最大54Mbpsといっても実効速度的には、半分も行かないだろう(これは、あくまでも予想だが・・・)。
このことから、やはり2.4GHzでは、限界が来てるので、高い周波数帯域の利用が必要となってきた。それが、5GHz帯である。5GHz帯では、OFDM変調で最大通信速度54Mbpsの仕様になっているが、本来速度的にはもっと上げられるはずである。

次に2)だが、周波数が上がると電波は直線性を帯びてくる。BS放送の帯域13GHz帯近辺を考えてみよう。衛星に対して、パラボラアンテナの向きを合わせなければならないはずである。したがって、このように直線性が出てくると当然反射も大きくなる。つまり、無線LANの特に5GHz帯などは反射が大きいと考える。このことから、反射によるマルチパス(多重波伝搬)が起こる可能性が大である。つまり、反射により受信側ではさまざまなパスの電波を異なる時間帯で受信する現象が起きてしまう。


4.変調方式

 変調方式は、ご存知の通り変調があって復調がある。簡単に言うと送信側では、デジタルデータをアナログデータに変換して、さらに無線に乗るような無線データに変換する。これを、”変調”と言いう。それを、受信側で受けて、整形されたアナログデータに変換して、さらに元のデジタルデータに戻すことを”復調”という。だから、本来、変復調方式と呼ぶのが正解である(笑)。
また、一次変調と二次変調がある。無線レベルの変換を”一次変調”。通常のアナログ←→デジタルレベルの変調を”二次変調”と言う。通常、一次変調は無線に対してのアクセス方式である。スペクトル拡散CCKやOFDMがそれに当たる。二次変調は、QPSKなどがそれに当たる。
次に、現在の無線LANでの目玉であるOFDM変復調について説明する。

OFDMとは?
Orthogonal Frequency Division Multiplexingの略で与えられた周波数帯域を細かく分割して、サブキャリア(細かい子供電波)を作りだし、この細かい子供電波にデータを乗っけて伝送する。細かい電波に分けて伝送するため、サブキャリアのいずれかがノイズでやられても全体のデータには、ほとんど影響が無い。つまり、バースト誤り(データがビット単位でなく、数バイト単位に多く誤ること)が起こらない限り、通常の誤り訂正で復元出来てしまう範囲となる。さらに、まとめて送信しているわけではなくサブキャリアに分けてガードインターバル(電波の遅延送信)といって、送信間隔を設けて送信しているため、マルチパスにも強い特徴をもっている。

コラム)
OFDMは、元々ヨーロッパの方からの技術である。この技術は、本来放送局用の地上波デジタル放送用に実証実験が進められていた経緯がある。


最後に私的余談だが、これからの無線LANの変復調方式は、このOFDM方式が主流となっていくだろう。OFDMには、その演算にFFT(高速フーリエ変換)モジュールが必要とされる。その昔、このモジュールは日本では製造されておらず、ヨーロッパから取り寄せていた。現在は、解らない!?
しかも、高額であった。したがって、安価なOFDM変復調器が開発されればビジネスチャンスは広がるだろう!まあ、日本のメーカーも考えてるだろうが・・・。

以上


 
 
 



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