グローバルスタンダード最前線

IEEE 802.11における無線LAN標準化動向
あ さ い

ゆうすけ

いのうえ

浅井 裕介

やすひこ

たかとり/井上 保彦

や す し/鷹取 泰司

NTT未来ねっと研究所に大 きな役 割 を果 たしています（1）．

ここでは，無線LANの標準規格を802.11 WG策定するIEEE 802.11 WG（Working

図２に示すとおり，802.11標準は初Group）の概要として，外部組織と期 規 格 の策 定 後 ， 伝 送 速 度 高速化の関係，標準化の作業手順，これまIEEE 802（802）委員会は，有線（802.11a/b/g/n/ad），トラフィック種で策定された規格の一覧を紹介しまおよび無線を伝送媒体としたネット別ごとの優先制御（802.11e/aa/ae），す．また，最新の標準化動向として，ワークの物理層・データリンク層に対セキュリティ強化（802.11i/w），無システムスループット高速化を実現する標準規格を策定する標準化組織で

線 L A N ネ ッ ト ワ ー ク 機 能 の拡 充

する追加規格の策定が行われているあり，802.11 WGはこの配下にイーサ（802.11F/h/k/r/s/u/v/z），各国周IEEE 802.11ac，および端末設置密ネットのワイヤレス化を実現する標準規波数対応（11d/j/y）といった多数の度が高い環境下での高効率伝送を実格を策定する目的で，1990年に設立さ追加規格により，高速化・高機能化現する追加規格策定に向けた議論が行れました（図１）．802.11 WGは，802を実現しています．

われているHEW SG（High Efficiency

委員会内外の標準化・業界団体と幅広WLAN Study Group）の状況についく連携することで発展を遂げています．て説明します．

特に，無線LAN機器どうしの相互接続

802.11
WGの802.11WGの標準化手順
標準化手順

性を保証するWi-Fi Allianceは802.11

802.11 WGにおける標準化は以下標準に準拠した無線LAN製品の普及の手順で行われます．はじめに，新規

802 Executive Committee
有線系WG
802.1:High Layer
LAN Protocols

無線系WG
802.15: WPAN
（Wireless Personal
Area Networks）

802.3:
イーサネット802.16: WMAN
（Wireless Metropolitan
Area Networks）

802.21: MIHS
（Media Independent
Handover Services）

WLAN/WPAN間共存確立で連携802.22: WRAN
（Wireless Regional
Area Networks）

IEEE802規格間のハンドオーバ検討
802.19: Wireless Coexistence802.11: WLAN
（Wireless Local
Area Networks）

家庭内映像伝送，ブリッジ機能拡張
で連携

周波数共用検討
IMT-Advanced検討
802.18: Regulatory Rules

TAG※

802.24: Smart Grid

IEEE 802標準委員会

Smart GridへのWLAN適用検討
各外部団体とリエゾン関係を締結，定期的な意見交換・共同検討を実施

Wi-Fi Alliance

ISO JTC1/SC6

IETF

Bluetooth SIG

3GPP

無線LAN機器間の相互接続性の認証

802.11規格の国際規格化作業

無線LANスイッチと無線LAN基地局間の通信プロトコル策定

2.4 GHz帯利用について意見交換

ネットワーク間連携のための意見交換※TAG: Technical Advisory Group（ある特定のトピックに対して，複数のWGの活動の取りまとめ・支援を行う統括グループ）

図１

IEEE 802標準委員会における802.11 WGの位置付け

NTT技術ジャーナル 2013.835

グローバルスタンダード最前線

（11j）

（11d）
各国規制対応中国ミリ波帯対応

米国周波数対応（3.65-3.7 GHz）

IEEE802.11（初期規格）
IEEE
802.11（初期規格）（TGaj）
UHF帯対応（TGah）
TVWS対応（TGaf）（11y）
移動体無線アクセス（11p）日本周波数対応（4.9 GHz帯）（TGaq）

他ネットワークとの連携（11u）
端末間直接通信凡例（11z）
サービス検出機能拡張

メッシュネットワーク（11s）

活動中TG/SG

無線ネットワーク管理（11v）

標準化完了TG

無線リソース測定（11k）
IEEE802系規格間のIEEE
802系規格間のブリッジ機能拡張（TGak）

DFS/TPC（11h）
AP間通信（11F）

高速ローミング（11r）

高速初期認証セキュリティ（11i）

管理フレーム有線制御
QoSサポート（11e）
（11b）
（11a）

（11g）

５ GHz帯対応
1998

2000

2.4 GHz帯高速化
2004

図２（11ae）

高効率無線LAN（HEW）

ビデオ伝送（11aa）
2.4/5 GHz帯高速化（11n）2002（TGai）

管理フレーム保護（11w）

2006

2008

5 GHz帯高速化（TGac）
60 GHz帯対応（11ad）
2010

2012

2013
（年）

IEEE 802 標準追加規格策定の歴史

格策定の必要性について将来の無 線

目的を達成するための要求機能や評価票を行います．この投票による審議作

LANシステムに向けた議論を行うWNG

基準等を取りまとめた文書が作成され業はコメントが適切に解決され，支持SC（ Wireless LAN Next Genera-

ます．次に，これらを満足する技術提率が所定の条件を上回るまで何度も繰tion Standing Committee）で行わ案の募集が行われます．複数の技術提り返し行われます．最終的に802委員れます．ここで新たな標準規格策定の案が競合する場合には，投票等により会の承認が得られると，標準規格とし必要性が提案され，上部組織において採用する技術の絞り込みが行われます．て発行されます．

承 認 が得 られると， S G （ S t u d y

技術仕様が一本化された後に，具体的Group）が設立されます．SGでは，な技術仕様に落とし込まれたドラフト新規作成する標準規格の検討範囲やが作成されます．ドラフトに対して，市場性，実現性などの目論見に対す

802.11 WGおよび上 部 組 織 である

802.11 WGにおいて，2013年５月る趣意書を作成します．これが承認さIEEE-SA（Standard Association）

時点で活動中のTGおよびSGを表１にれると，TG（Task Group）が設立さにおける，電子投票による審議が実施示します．ここでは，このうちスルーれ，規格策定に向けた具体的な議論がされます．審議では，投票者が承認のプット高速化を実現する追加規格を策開始されます．

可否を修正のためのコメントを付加し定するTGacとHEW SGの２つの活動

TGにおける作業手順は各TGの裁量たかたちで投票します．TGではこれにに着目し，現在の作業状況を説明しである程度決められます．一例は以下対する回答を作成するとともに必要にます．のとおりとなります．はじめに，活動応じてドラフトを修正し，再度電子投

36

NTT技術ジャーナル 2013.8

802.11
WGにおける802.11WGにおける作業状況
作業状況

表１
TG/SG

活動中のTG/SG一覧（2013年７月現在）

検討内容

検討状況

作業終了時期（予定）TGac

５GHz無線LAN高速化（システムスループット１Gbit/s以上)

ドラフトD6.0

2014年２月

TGaf

地上TV放送周波数帯を用いた広域無線LAN

ドラフトD5.0

2014年６月

TGah

１GHz以下の周波数を用いた広域・多端末収容無線LAN

ドラフトD0.1

2016年３月

TGai

高速初期接続確立のためのアクセス制御，セキュリティ機能追加

ドラフトD1.0

2015年２月

TGaj

中国におけるミリ波帯無線LAN

技術検討中

2016年10月

TGak

IEEE 802系規格間に対するブリッジ機能の拡張

技術検討中

（未定）

TGaq

ネットワーク接続前におけるサービス検出機能の拡張

技術検討中

2015年５月

利用形態，要求条件議論中

2014年７月にTG設立予定

HEW SG

高効率無線LAN SG■TGacにおける検討状況

解決する作業が終了し，ドラフト第６技術が規定されており，基地局は最大

TGacは，現在広く利用されている版（D6.0）の審議中であり，目標で４台の端末に対して送信ビームフォー802.11n無線LANの次世代版と位置ある2014年２月の標準化終了に向けミングを用いることで，端末側におけ付けられ，周波数帯として５ GHz帯て順調に作業が進捗しています．

る混 信をキャンセルし，複数端末に対を用いることを前提として，2008年11■802.11acにおける高速化規定する同時伝送を行います．単一局間の月に活動が開始されました．TGacで単一無線リンク高速化のための規定空 間 多 重 伝 送 であるS U（ S i n g l eは以下の２つの高速化目標値が設定としては，802.11nですでに用いられUser）-MIMO技術は802.11nにおいされました．ている「空間多重」「チャネル帯域幅」てすでに規 定 されていますが，「変調多値数」について，さらなる拡大

802.11acではこれ に加えて DL MU-を行っています（図３）．伝送帯域幅

MIMO技術を定義し，個別の宛先局については，これまで11acで規定されるに多数の受信アンテナや複雑な受信信広帯域伝送（80 MHz，160 MHz）は号処理を用いることなく伝送効率を高目標②については，実現技術として電波法規則に規定がありませんでした

めることが可能となります（図 ４ ）．

802.11nで規定されたMIMO（Mul-が，2013年３月の規則改正により利

802.11acでは，DL MU-MIMO伝送

tiple Input Multiple Output）技術用可能となりました．また，802.11acを実現するための無線フレームフォーを複数端末宛の同時通信に拡張した

では，必ずサポートしなければならない

マットやユーザグループの割り当て方（2）「MU（Multi User）-MIMO技術」

必須条件と最高規定の間に大きな格差法，送信ビームフォーミングを行うたの適用が想定されており，技術実現性があります（表２）．これには，無線めの伝搬路状態の取得方法等についての根拠としてNTTによる実環境におけLAN端末の多様化ニーズを反映させ，規定されています．DL MU-MIMO技る実 験 結 果（ 3 ）が用 いられています．

高いスケーラビリティを持たせる意図術により，個々の端末の受信能力が低TGacでは活動開始から約２年をかけがあります．

い場合であっても，基地局が持つ空間①

単一無線リンクにおけるスルー

プット500 Mbit/s②

複数無線リンクの合計スルー

プット１ Gbit/sて採用技術の絞り込みが行われ，その複数無線リンクの同時伝送によるシ多重伝送能力を複数の端末に分配し後現在に至るまでドラフトに対する投ステムスループット増 大 を実 現 するて同時伝送することでシステム全体の票・修正作業が行われています．2013

M U - M I M O 技 術 については，スループットを高くすることが可能と

年７月現在ドラフト第５版（D5.0）

802.11acでは基地局から端末局へとなります．の審議において入力されたコメントを向かうDL（Downlink）MU-MIMO

上記のとおり，802.11acでは空間NTT技術ジャーナル 2013.8

37

グローバルスタンダード最前線

40 MHz（11nの最大チャネル幅）

ab11n
送信機

d c b ac

最大４空間多重80 MHz（11acの必須規定）※伝送速度を2.16倍に拡大

最大送信電力密度da160 MHz（11acの最大規定）※伝送速度を4.33倍に拡大

周波数（b） チャネル幅拡大

bcdd c b ah g f e

11ac
送信機e

最大８空間多重※伝送速度を２倍に拡大

fg
11ac: 新たに256QAMを規定
11n: 64QAM（最大８bit/symbol）（最大６bit/symbol）※伝送速度を1.33倍に拡大（c） 変調多値数増大

h（a） 空間多重数拡大

図３

表２

802.11ac における高速化技術

トフォン，タブレット等の携帯端末

802.11acの必須条件と最高規定の比較に実装されるかたちで幅広い普及を

11ac

高速化機能・
特性

11n
最高規定

必須条件

最高規定

遂げました．また，伝送速度につい空間多重数

4

1

8ても，802.11acの登場により最大数

伝送帯域幅

40 MHz80 MHz160 MHz

百Mbit/sまで拡大されています．し

変調方式

64QAM

64QAM

256QAMかし，無線LANで利用できる周波数

最大フレームサイズ

65535 Byte

8191 Byte

1048575 Byte

物理層伝送速度

600 Mbit/s

292.5 Mbit/s

6933.3 Mbit/s

最大スループット（伝送効率）

485 Mbit/s（81.0%）

157 Mbit/s（53.4％）

5.85 Gbit/s（84.4％）には限りがあります．さらに，駅や空港などに代表される混雑した環境では，多数の端末により周波数が共有されるため，伝送速度の大幅な低下やネット必須条件機能のみの利用だと，11nの最高規定の約３分の１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
・物理層伝送速度：23.7倍・スループット：37.3倍

ワーク接続の所要時間の増大といった課題が顕在化しています．
このような背景を踏まえ，WNG SC
では2011年末から802.11acに対する多重数，伝送帯域幅，SU/MU-

るように，8 0 2 . 1 1 a c の無線フレーム

次世代無線LANシステムに関する議論

MIMO伝送といった多様な伝送モー

フォーマットは8 0 2 . 1 1 a / n と同様のが継続的に行われ，端末密度が高い環ドを定義していますが，8 0 2 . 1 1 a c のヘッダを用いてカプセル化するかたち

境においても伝送効率を高める必要性

伝 送 と５ G H z 帯 を用 いる既 存 ので定義されています．

について共 有 されました． その後 ，

802.11a/nに基づく伝送とが同一周波■HEW SGにおける検討状況

2013年３月会合において19社合同で数帯に混在した場合でも互換性が取れ

38

NTT技術ジャーナル 2013.8

近年，無線LANはノートPC，スマー

提案された新規SG設立の動議が承認

基地局と端末が複数のアンテナで並列にデータ伝送する空間多重伝送→ 802.11n で規定
基地局親機のビームフォーミング制御により，多種多様な端末との空間分割多元接続通信を実現

端末

基地局

空間分割多元接続（同一時刻・同一チャネル上で複数端末と通信）【課題】携帯端末等のアンテナ数の少ない端末には並列伝送不可→基地局の空間多重能力が十分に活用されない（b） MU-MIMO（a） SU-MIMO

図４SU-MIMO と MU-MIMO

され，５月会合からHEW SGとしてを緩和させることを考慮する必要し，スループットを拡大する802.11ac

活動を開始しています．HEW SGはがあるの作業状況，および高速化技術，将無線LAN端末が高密度に配置される５月会合では，利用形態（混雑環来の高効率無線LAN標準化に向けた環境においても高い伝送効率を実現す境の具体例）や，現状の無線LANが議論を行っているHEW SGの議論のるTGの立ち上げ準備を行っています.

抱える技術課題を中心に合計19件の状況について説明しました．HEW SG

HEW SG設立に対する動議では，寄書が入力され，活発な議論が行われは活 動 が開 始 されたばかりですが，以下の課題解決に向けた活動の必要性ました．今後は，各社から寄書入力さ802.11acをさらに高効率化する次期が確認されています．

れた利用形態を集約し，HEW SGと規格の登場が期待されています．

① 以下を実現する2.4 GHz，５ GHzして検討すべきものを絞り込む作業が帯における追加規格についての検行われる予定です．そのうえで，これ討を行うことを基に解決すべき技術課題の明確化，・周波数利用効率およびエリアスループットの改善
・屋内・屋外における実環境での特要求条件の設定を行い，TGを設立するための趣意書の作成が議論される見
通しです．

性改善
②

前提条件として，干渉の存在，

ままとめと め

高密度な無線LAN・セルラ混在
環境，ユーザトラフィックの集中

ここでは802.11WGの概要を紹介■参考文献（1） 永田・小島・平栗・鷹取： IEEE802.11とWi-Fi Allianceにおける無線LANの標準化動向, NTT技術ジャーナル，Vol.22，No.２，pp.77-80，2010．
（2） 西森・工藤・鷹取・溝口： マルチユーザ
MIMO実験装置を用いた１ Gbit/s屋内伝送実験評価結果, NTT技術ジャーナル，Vol.21，
No.６，pp.56-59，2009．
（3） K．Nishimori，R．Kudo，Y．Takatori，A．
Ohta，and K．Tsunekawa： Performance
Evaluation of 8x8 Multi-User MIMO-OFDM
Testbed in an Actual Indoor Environment,
IEEE PIMRC2006，Helsinki，Finland，Sept．
2006.

NTT技術ジャーナル 2013.839