無線LAN アクセスポイント2.4GHz/800Mbpsの謎仕様の調査結果

おはようございます。 

ヨドバシカメラでアクセスポイントを眺めていたところ、パッケージに少し気になった記載がありました。

2.4GHz帯は最大800Mbpsの通信が可能

2.4GHz帯で最大800Mbp?

現状の2.4GHz帯/802.11nの規格上の最大速度は600Mbpsのはず。気になったので、調べてみました。

11n規格上の最大速度

現状2.4GHz帯で、最高速度が最も高い無線LAN規格は802.11nです。(11acは5GHz帯でしか使えません)

11nの規格上の最大速度は600Mbpsです。600MbpsはMCS index 31という条件の時に成立します。下記にMCS index 31の条件を書き出しました。

• 一次変調：64QAM
• Coding：5/6
• MIMO：4 x 4
• 通信帯域幅：40MHz
• ガードインターバル：400ns

2.4GHz 800Mbps通信可能のアクセスポイント

BuffaloやNEC等のハイスペックアクセスポイントですと、2.4GHz帯の最大速度が800Mbpsと記載しているものが市販されています。例えば、以下のようなアクセスポイントです。

buffalo.jp

なぜ11nの規格値600Mbpsを超えた速度である、800Mbpsが出せるのでしょうか?

webサイトを読み込んだところ、下記のような記載がありました。

800Mbpsは2.4GHz 256QAM対応機器に限ります

どうも256QAMが鍵を握っているようです。

 256QAMでどれだけ早くなるのか?

11nの規格は最高速度600Mbps で通信を行う際、一次変調は64QAMを使用します。

64QAMが単位時間当たりに通信できるビット数を計算します。

64 = 2^6
64QAMは単位時間あたり6bit通信可能

 一方、256QAMが単位時間あたりに通信できるビット数を計算すると、

256 = 2^8
256QAMは単位時間あたり8bit通信可能

 したがって、256QAMでは64QAMと比べて8/6倍スピードアップができます。

64QAMを使用した11nの最高速度が600Mbpsです。

256QAMを使った場合の最高速度：600Mbps * 8/6 = 800Mbps

 スペックに記載がある800Mbpsを導くことができました。

なぜ2.4GHzで256QAMのスペックが登場したのか? 

11nの仕様外である2.4GHz 256QAMの仕様がなぜ存在するのでしょうか?

この一次変調に256QAMを使う通信ですが、11acで採用されています。どうも11acの256QAM通信を2.4GHzに流用しているようですね。(11acの通信帯域は5GHz帯のみですので。)

• 11acで既に256QAMを使った通信は実績があるため、比較低コストで実現可能。
• 通信速度アップという、ユーザーにわかりやすいアピールポイント

このあたりの事情で、メーカーが差別化ポイントとして、あえて11nから規格外の仕様を打ち出しているようです。 (無線LANは差別化が難しいですしね。)

2.4GHz帯で256QAMを使った通信は、調べた限り下記のメーカーの無線LANチップで使用できるようです。

• Qualcomm Atheros
• Broadcom
• Mediatek

特にBroadcomは256QAMだけでなく、1024QAMを使って通信可能のICを出しています。

1024 = 2^10
1024QAMを使った場合の最高速度：600Mbps * 10/6 = 1000Mbps

 驚きの1Gbps到達です。製品も出ているようです。 

www.asus.com

(Broadcomは、256QAM通信をTurboQAM、1024QAM通信をNitroQAMと呼んでいるようです。)

なお2.4GHzで256QAMに対応した無線LAN子機を調べてみましたが、ほぼ存在しませんでした。用途はWDSのようなアクセスポイント間の通信でしょうね。

また11nの仕様外なので、メーカー間の互換性はどうなのでしょうか? 試せる環境にないため分かりませんが、期待しない方が良いと思います。

まとめ

2.4GHzで最大速度800Mbpsの秘密は、無線LANチップメーカーが独自に拡張した256QAMを使った通信によるものでした。

次世代WiFiの11axは、一次変調として256QAM、そして1024QAMを使った通信をサポートします。なので2.4GHz 800Mbpsは、形を多少変えて11axの規格に取り込まれることになりそうです。