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2021年4月14日

Wi-Fi6と5Gについて知っておくべきこと:特徴・違いなどの簡単解説 | 無線アクセスポイント:注目製品

5Gとは何か?4Gとの違いを通信速度から簡単に説明すると、現在皆さんがご利用頂いている4G/LTEを5Gと比べて、雲泥の差といっても過言ではありません。5Gの通信速度は4Gの50倍以上早くなり、遅延が4Gの約10分の1までに短縮し、通信容量も4Gの約1000倍増加しました。その桁違いなアップデートによって、快適なインターネット回線速度・ユーザー体験の向上を実現することが可能になりました。次世代Wi-Fi規格として、Wi-Fi6は広い帯域幅(理論値:最大9.6Gbps)、高い通信速度、省エネルギー、複数端末の接続への対応などといったメリットを持つため、業務効率の向上・次世代ネットワークの構築を実現することができます。 では、5GとWi-Fi6の違いとは?これから、5G技術とWi-Fi6技術、両者の区別と活用について詳しく説明します。

次世代ネットワークの構築 Wi-Fi 6と5Gの共存に向けて

Wi-Fi 6と5G、無線接続ソリューションにおいて、両者は敵か?友か?実際、お互いに持ちつ持たれつの関係といってもいいでしょう。その関係を幾つの側面から覗いてみよう。

Wi-Fi 6と5G、技術における共通点

OFDMA Technology

OFDMA(Orthogonal frequency Division Multiple Access、直交周波数分割多元接続、下記OFDMAと呼ぶ)とは、無線通信方式の一種で、複数ユーザーをOFDM(直交波周波数重、下記OFDMと呼ぶ)によってアクセスできるようにする方式のことである。トラフィックのサイズに関わらず、1クライアントが帯域を専有するのは今までの現実です。OFDMAの導入により、OFDMのサブキャリアを細分化し、複数のユーザーで帯域を分け安定した通信を提供することが可能になりました。OFDMとOFDMAの違いについて、下記の図表をご覧下さい。

OFDM vs OFDMA

複数のクライアントで帯域を共有し同時に通信できるおかげで、OFDMAはインターネット遅延を大幅に削減し、データ通信の効率向上を実現しました。それによって、Wi-Fi6は2.4GHzと5GHzに対応し、効率的に安定した通信を行うことができます。また、5Gにおけるエアインターフェース技術の基礎はOFDMですが。サブキャリアと帯域幅において、OFDMAに共通している点も存在します。

MU-MIMO技術

MU-MIMO(Multi-User Multi Input –Multi Output、下記MU-MIMOと呼ぶ)とは複数のアンテナごとに異なる信号を複数の端末に送信する1対多の通信技術のことです。複数アンテナで電波の位相を調整し、複数の端末で高いパフォーマンスを実現しました。

 Wi-Fi6の革新ポイントはMU-MIMOの活用にあります。下り8車線、上り8車線のデザインに基づいて、帯域幅は狭めず複数のクライアントで同時に上り、同時に下りの通信を可能にしました。5Gの中でも同じ技術が用いられ、Massive MIMO(マッシブマイモ、大量のアンテナとビームフォーミングなどの技術により一人一人に専用の電波を割り当てることで、快適なモバイル通信を実現する技術)とも呼ばれています。

MU-MIMO vs Massive MIMO

Wi-Fi 6と5G、異なる側面から見る違い

物理的特性

 通常のWi-Fi6は2.4GHzと5GHz、2種類のWi-Fi電波(二つの周波数帯)を持ちます。電波干渉が起きやすい2.4GHz帯と比べて、5G帯は通信速度が速いだけでなく、障害物に弱くて干渉を避けることができます。しかし、周波数が高い一方、5G帯の通信距離は比較的に短いです。今後、周波数帯の拡張に伴い、Wi-Fi6は飛躍的に成長すると予想されます。

5Gは既に普及されている3GHz帯とサブ6GHz帯(3.6GHz~6GHz未満の帯域)、二つの周波数帯によって構成されます。両方とも5G時代において欠かせないものと見なされ、Wi-Fiエリアの拡張及び電波強度の増強に繋がります。

 現在では、個人や会社法人に関わらず、誰でも自由にWi-Fi周波数帯を利用することができます。また、5G周波数帯域は国の戦略、経済、政策などの分野に大きく関わるため、外資系を除いて国内の通信キャリアにしか割り当てることができません。少なくとも一部の国において、通信キャリアや通信関連の垂直統合企業へ周波数帯の割り当てがすでに始まったところ、周波数帯を共有する形で事業展開を行おうとしている企業に対していかに統括管理すればいいという問題について、まだ明かされていません。

ネットワーク機器及びモバイル端末

スマホ、パソコン、プリンター、テレビなどといった無線LAN(Wi-Fi)機能を備えた端末はIoTプロトコルを用いて、自由に個人や公衆無線LANに接続できます。Wi-Fi機能に対応していない端末や機器の場合、RFID(radio frequence identifer、電波や電磁界などを用いた近距離無線通信によって情報をやりとりするもの、及び技術全般を指す)、Zigbee(センサーネットワークを主目的とする近距離無線通信規格の一つ)、Bluetooth(ブルートゥース、近距離間データ通信に使う無線通信技術)を利用するしかありません。Wi-Fi6と違い、モバイル端末を使用して、セルラー(携帯回線)に接続する個人顧客は5G通信のヘビーユーザーと考えられます。

ネットワークの安定性

携帯回線と比べて、無線LANはそれほど安定していないと意識したりするユーザーは多少存在します。それは利用者が多くなると、公衆向け周波数帯域が干渉を受けやすいためです。Wi-Fi6では、OFDMAやMU-MIMOの強化によって、ネットワークの回線速度・伝送効率・通信データ容量が増加し、高密度環境での安定した接続に関する問題は解決されました。そのため、Wi-Fi6に対応する無線LANの安定性は5Gに劣らないレベルまで強化されました。

ネットワークの柔軟性

ネットワークの構築と今後の拡張を踏まえ、その柔軟性は常に重要視されています。高密度環境や広いエリアで利用可能などの条件に対応するために、アクセスポイントを増設したり、ネットワークソリューションを改善したりすることもあります。新しい登録アカウントを作れば、新設備や端末でも簡単に無線LANに接続することに対して、5Gにおけるデータ通信はすべて通信キャリアを介さなければなりません。そのせいで、通信やりとり、伝送速度などの側面から見る効率低下が現れます。また、新しい設備が5Gネットワークに接続する際に、所有者からの許可をもらう必要があり、接続可能なエリアの拡張も通信キャリアに事前に申請しなければなりません。

ネットワーク・セキュリティ

 Wi-Fi6対応の次世代ネットワークの安全保障として、WPA3(2018年6月にWi-Fiアライアンスが発表した無線LANのセキュリティを強固にした新しいプロトコルのこと)はなくてはならない存在です。暗号化された通信を通して、5Gは完璧に4G時代のパスワード、通信内容などの情報が漏えいする問題を解決しました。暗号鍵の鍵長も元の128ビットから256ビットに伸び、セキュリティの強化に繋がります。

Wi-Fi 6 vs 5G 相違点をまとめた比較表

Item Wi-Fi 6 5G
変調方式 1024QAM 256QAM
MIMO 8T8R/12T12R-8 ストリーム 屋内: 4T4R-4 ストリーム
屋外: 64T64R-16 ストリーム
チャネル帯域幅 法人向け: 80 MHz
個人・家庭向け: 160 MHz
100 MHz (in total)
周波数帯域  制限なし、自由設定 制限有り、通信キャリア次第
通信速度(理論上) 100Mbps 100Mbps
通信の安定性  低(非免許帯のため干渉・混信対策が困難) 高(他事業者との干渉対策が必要)
主要端末 産業用機器(PCs、プロジェクター、モニター関連機器など) SIMカードを利用するモバイル端末
安全性  暗号化によるセキュリティ機能  エアインターフェスによるセキュリティ機能
管理権限 所有者にがある 通信キャリアにある
作業の所要時間 中小・中堅企業 : 1っヶ月以内 大型企業: 2-3 ヶ月 LAN: 4-5 ヶ月
WAN: 1-1.5 年間
法人向けソリューションに必要なコスト

次世代ネットワークの活用 Wi-Fi 6 vs 5G

時代のトレンドである5Gはこれから普及していくと予想されています。しかし、5Gの電波が建物や家屋の内部まで届けるといっても、Wi-Fiを完全に切り捨てられるとは限りません。なぜなら、両者の関係は共存共栄であり、競争ではありません。それをいくつかの側面から理解できます。

Wi-Fi 6 vs 5G Application

屋内通信

 5GはWi-Fi6と同じ、建物の内部でネットワークを構築することができます。1平方メートルごとに1台の5G回線終端装置を設置するということは、つまり1平方キロメートルごとに百万台の回線終端装置があります。そのため、5Gだけでは少なくとも2台の終端装置を持つユーザーや高密度環境に対応できません。その代わりに、柔軟性に富むWi-Fi6ネットワークのソリューションは実用されました。無線LANアクセスポイントの電波強度・電波エリアはコントロールできるため、エリア内複数の端末に対応できます。

 そのおかげで、5GとWi-Fi6のIoT(Internet of Things、モノのインターネット)分野における活用も期待されます。例えば、大規模マシンタイプ通信(mMTC)において、5Gの導入によって、何十億台ものデバイスの接続が、高いコスト効率と信頼性で、ネットワークの過負荷を引き起こさずに実現されました。一方、異なる分野での実用を実現するのに、異なる分野におけるIoTプロトコルを使用し、5G対応のNIC(ネットワークインターフェスカード)を異なる機器に搭載することは簡単ではありません。IoTとWi-fiを融合活用するソリューションは効率・性能の向上を実現し、大規模IoTシステムの導入に欠かせない存在となります。

屋外通信

公園、遊園地などの高密度環境に向けたWi-fi6と違い、5Gは観光スポット、都市中心にある繁華街などのような広いエリアに向きます。広い利用可能なエリアとデータローミングの面において、Wi-Fi6に勝る5Gは自動運転、ドローン、地域IoT施設に対応し、最適なソリューションだと考えられます。

 下記の図に描かれたように、屋内外でのWi-Fi6と5Gの活用は未来を導くでしょう。

Wi-Fi 6 vs 5G_ Indoor and Outdoor Application

エンターテインメントへの影響

VR(Virtual Reality、仮想現実)、AR(Augmented Reality、拡張現実)、4K、8Kなどのエンターテインメント業界での活用は期待できます。例えば、4Kないし8Kを利用するために50Mbps以上の通信速度が必要です。VRとARに必要な条件はもっと厳しい——100Mbps以上でなければ簡単に実現できません。

「Sub6(3.6GHz~6GHz未満の帯域)」と「ミリ波(28GHz~300GHz)」という2つ高い周波数帯域を使用する5Gはより広い帯域幅を持ちます通信機器のサイズと設置スペースの状況に応じて、通常は64T64RマッシプMIMOではなく、4*4MIMO(データの送信側と受信側のそれぞれに4本のアンテナを搭載し、複数のデータを同時に送受信することで超高速通信を実現する)を導入します。また、アクセスポイントの数量に合わせて、5Gベースステーションを設置する必要があるため、屋内まで5G電波が届くように費やしたコストも相当高いと考えられます。

 8×8 MIMOに対応するWi-Fi6アクセスポイントの80MHz帯域幅内に3つの互いに重ならないチャネルがあります。80MHzのチャネル幅で最高1.2Gbpsの通信速度の2x2 MIMO端末機器は日常のVR、AR、4Kなどの需要に応じられます。しかし、遅延がひどくなると実際の効果に支障をきたしかねないため、一人のユーザーの場合では5Gが最適だと考えられます。

産業分野での活用

 有線接続の方が伝統的で、工場や生産現場における活用実例も多数存在します。例えば、AGVs(Automatic guided vehicle、無人搬送車)、産業用AR、マシンビジョン(Machine Vision、産業でのコンピュータビジョンの応用を意味し、自動検査、プロセス制御などに使われる)などのIoT関連設備の活用です。

 産業に向けた広い帯域幅・低い遅延を備えたWi-Fi6は生産プロセスの隅々まで普及していくと予想されます。しかし、特定の状況下で5Gの方が最適解になりかねません。例えば、産業向け協働ロボットを滞りなく操作するために、5ミリ秒以下の遅延が必要です。

Wi-Fi 6 vs 5G 簡単解説

Wi-Fi 6 5G
メリット 法人向け無線LANソリューション(業務効率向上、コスト削減、高い拡張性) 次世代無線LANの構築(低い遅延、データローミング、広い利用可能なエリア)
デメリット 室外での低い実用性(10ミリ秒以上の遅延)
高いコスト(社内導入)
低い互換性
制限あり(通信キャリア)

次世代ネットワークへシームレスな移行 Wi-Fi6と5Gの融合活用

これからの時代トレンドはWi-Fi6と5Gの普及・変化・革新に伴って変わるだろう。両者の間に多少重なる部分が見えるけど、両者を同時に利用したほうが効率的で、企業に最大の利益をもたらすことは明らかです。5Gの本格導入までもう少しの辛抱だが、すでに多くの企業や政府に導入されたWi-Fi6はコスト削減・業務効率向上を実現することができます。Wi-Fi6と5G、両方とも未来に欠かせない技術として重要視されています。その両方の融合活を実現するネットワークソリューションは間違いなく未来の道しるべだろう。

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