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focus

高速短距離無線通信技術の新標準！

最大 480Mbps を実現した
ワイヤレス USB とは何か
ワイヤレス USB（注 1）は、無線 PAN（注 2）（短距離無線通信）の 1 つである UWB（超広きな影響力をもつ IEEE（注 6）802 委員会で帯域無線）を通信媒体として用い、有線の USB を無線化した PC 機器接続用の新検討されている Bluetooth、ZigBee、世代の通信インターフェイスである。

UWB の 3 つについて、主に「無線 PAN」

ここでは、まず無線 PAN の動向とその中に位置づけられる UWB について解説し、と呼ばれるようになっている。

次に有線の USB からワイヤレス USB への進展を含めたワイヤレス USB の特徴を述べる。

現在活動中の IEEE 802.15 の活動内
容について、その概要を表 2 に示す。

阪田 史郎

UWB をめぐる課題

千葉大学大学院教授

UWB については、いくつかの課題が残っている。

UWB と無線 PANUWB は Ultra Wide Band の略語で、利用が認可され、その後急速に注目を集UWB の物理レイヤーの通信方式につめるようになった。表 1 に UWB の主ないては、インテルやテキサス・インスツル仕様を示す。

メンツを中心とする WiMedia アライアン

3.1 〜 10.6GHz の広い周波数帯域を使用

UWB は、無線 PAN と言われる通信ス（ 注 7 ）と呼ばれる業界団体が推す MB-

した、高速な短距離無線通信の方式であ半径が約 10 〜 30m 程度の無線ネットワーと、モトローラやフリースOFDM 方式（注 8）る。他の無線システムとの干渉を極力抑クの標準化グループ「IEEE 802.15」で規（注 9）
ケールを中心とする UWB フォーラム

え、省電力化を図ったうえで、半径 10m格が検討されている。と呼ばれる業界団体が推す DS-UWB 方の距離で最大 110Mbps、半径 3m の距離

無線 PAN とは、広義には微弱無線、式（注 10）の 2 つが対立している。2006 年 1 月

で最大 480Mbps の伝送速度を実現でき

特定小電力無線、NFC（注 4）、DSRC（注 5）、末現在いまだ一本化されていないが、仕ることが特徴である。軍事用のレーダー

RF-ID（IC タグ）、赤外線通信、Bluetooth、様統一に向けた調整が続けられている。

技術を起源とする UWB は、2002 年 2 月

ZigBee、UWB などが含まれる。しかし、また国内においても、気象電波天文、に米国の FCC（注 3）によって免許不要での最近では無線ネットワークの標準化に大4G 携帯電話網、デジタル放送、固定マイクロ波などの無線システムとの干渉の問題についてはまだ決着しておらず、UWB

内容

は当面、屋内に限定してその利用条件な周波数帯域

3.1 〜 10.6GHz の広い周波数を使用どが検討されている。IEEE はもちろん

帯域幅7.5GHz〔=10.6GHz − 3.1GHz〕のこと、ITU（注 11）や米国の FCC などの国

送信電力

0.1 〜 0.5mW（典型値）、PHS の 20 分の 1 程度の送信電力

際的な動向を踏まえた更なる検討結果

屋内での到達距離20m 以下（通常 10m 程度）

通信速度

50 〜 480Mbps（3m で 480Mbps、10m で 110Mbps）

基本通信品質

ビット誤り率は 10 （BER）

変調方式

MB-OFDM（注 7）方式/DS-UWB（注 9）方式（一本化できていない）

シンボル値

1 回の変調に 242 ナノ秒かかる

ガード・インターバル長

干渉を軽減するため、一定時間間隔として 60 ナノ秒挿入使用する MAC レイヤー

802.15 MAC（媒体アクセス制御）

デバイスの消費電力目標

200mW 以下（連続使用時）

項目が、平成 18 年度の早い時期に出される-5予定である。

ワイヤレス USB とUWB の関係
ワイヤレス USB は、図 1 に示すように、UWB を共通のプラットフォームとした応

表 1 UWB の主な仕様

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標準化タスク・グループ（TG）〔標準名称〕
最大通信距離最大伝送速度備考

IEEE 802.15.1〔Bluetooth〕

10m〔2006 年に100m（予定）〕■ Bluetooth 1.2：最大 721kbps■ Bluetooth 2.0 ＋ EDR：2.1Mbps（EDR：Enhanced Date Rate）

2.4GHz 帯。周波数ホッピング。最大接続ノード数：
2005 年以降は 8 個から 256 個へ拡張予定。
物理レイヤーへの UWB の採用を検討中。

IEEE 802.15.3a〔UWB〕（High Rate
Alternative PHY）

10m

■ MB-OFDM 方式：480 Mbps（1Gbps）■ DS-UWB 方式：450 Mbps（Low Band）、900Mbps（Low Band）、1.8Gbps（Full Band）

高速な新しい物理レイヤー。
MB-OFDM 方式と DS-UWB 方式がいまだまとまっていない。

IEEE 802.15.4〔ZigBee〕（Low Rate）

75m250kbps

HomeRF（Home Radio Frequency）から派生。
2.4GHz 帯。接続ノード数：6 万 5536 個。
センサーネットワークなどへの用途。

IEEE 802.15.5〔Mesh Networking〕−−

メッシュネットワークを実現するために、PAN の物理レイヤー（PHY）、MAC の仕組みなどを検討。
802.11s（無線 LAN によるメッシュネットワーク）との連携も模索。

表 2 IEEE 802.15（無線 PAN）の各タスク・グループと標準化内容用システムの 1 つに位置づけられる。ほかにも応用システムとしては、UPnP やワ
イヤレス IEEE 1394、Bluetooth などが検討されている。
図 1 に示す、ワイヤレス USB を除くほかのアプリケーションの特徴は、次のとおりである。

1UPnP（UniversalPlugDLNA

1394 TA

BluetoothSIGWUSB-PG

UPnP
（IP系）

ワイヤレス
IEEE 1394 Bluetooth（非IP系）

ワイヤレスUSB

UPnP
PAL

ワイヤレス Bluetooth1394 PAL
PAL

ワイヤレス
USB PAL

WiMedia

標準化組織名TCP
IP

アプリケーション例

WiNETandPlay）：UPnP は、情報家電機器の接WiMediaコンバージェンス・レイヤー
共通UWB
プラットフォーム
（通信速度：50〜480Mbps）

続や操作性を簡単にするためにプラ
UWB MACレイヤー

グ・アンド・プレイ機能を実現する規格。

2ワイヤレス IEEE 1394：オーディ

UWB物理レイヤー

オ／ビジュアル通信用の規格で、有線の IEEE 1394 のワイヤレス版。最大800Mbps の伝送速度の実現を目指す

図 1 ワイヤレス USB と UWB の関係

規格。

3Bluetooth：PC と周辺機器、携帯電721kbps、 Bluetooth 2.0 で は 最 大

製品化もなされてきたが、最近では物話やモバイル端末などを相互接続する

2.1Mbps の伝送速度である。Blue-理レイヤー（あるいは通信媒体）への無 線 規 格 で 、Bluetooth 1.2 で 最 大

tooth は、最も早い時期から標準化もUWB の採用も検討している。

（注 1）USB：Universal Serial Bus、PC とその周辺機器などの接続用ネッ（注 6）IEEE：Institute of Electrical and Electronics Engineers、米国
電気電子技術者協会

トワークインターフェイス。
（注 2）PAN：Personal Area Network、パーソナルエリアネットワーク、半径 10 〜 30m 程度の短距離通信のこと。

（注 7）WiMedia アライアンス ⇒ http://wimedia.org/（注 8）MB-OFDM：MultiBand- Orthogonal Frequency Division Multi-（注 3）FCC：Federal Communications Commission、米国連邦通信委員

plex、マルチバンド直交周波数分割多重方式。複数のサブキャリアと呼ばれる搬送波を使用して、周波数効率の高い OFDM（直交周波数分割多会（注 4）NFC：Near Field Communication、ソニーとフィリップス社が開発重）という変調技術を採用した UWB の伝送方式の 1 つ。

した短距離無線通信規格。10cm 程度のごく近距離で 100kbps から（注 9）UWB フォーラム ⇒ http://www.uwbforum.org/400kbps の双方向通信が可能。

（注 10）DS-UWB：Direct Sequence-UWB、直接拡散 UWB。送信信号を（注 5）DSRC：Dedicated Short Range Communication、専用狭域通信規格、最大 30m の距離で 4Mbps の伝送速度。ETC（自動料金収受システム）などで使用。

乗せた電波を広帯域に拡散し、干渉に強い通信を実現する UWB の伝送方式の 1 つ。
（注 11）ITU：Internationl Telecommunication Union、国際電気通信連合

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有線の USB から
ワイヤレス USB へ点ですでに全世界で 15 億個以上出荷さUSB への発展の様子を示す。

れ、そのうち 3 億台の PC が USB に対応しているなど、USB は事実上 PC の標準

ワイヤレス USB の接続形態

USB は、PC の本体とメモリー、プリンインターフェイスになっている。2004 年 4ター、スキャナー、マウス、ディスプレイな

月には、USB 1.1 の 40 倍の速度で 3m のMB-OFDM 方式に基づくワイヤレス

どの各種周辺機器を接続する汎用の有距 離 に お ける U W B の 速 度と同じ

USB では、最大 127 の機器が接続可能で線インターフェイスとして、1990 年代後半480Mbps で通信できる USB 2.0 が発表さある。図 3 のように、たとえばパソコンなより急速に普及している。

れ、2005 年には出荷が開始されている。

どのホスト 1 台に対して、プリンターなど

図 2 には、有線の USB からワイヤレスのデバイスが最大 127 台まで接続できる。

有線の USB 関連製品は、2005 年末時

さらにバッテリー駆動デバイスを考慮したパワーマネジメント（省電力化）、セキュ
有線のUSB

無線のUSB

2000年4月

リティー機能の強化、有線の USB 2.0 と同等の使い勝手と完全な互換性、オー

2005年5月

USB 2.0

最大480Mbps

ワイヤレスUSB 1.0

最大480Mbps

無線化

1998年9月
USB1.1（改良）ディオ／ビジュアル通信のための QoS（サービス品質）制御などが実現されている。さらに、ワイヤレス USB 1.0 の仕

1.5Mbps（LS）

様は、今後使用する周波数の帯域幅を拡12Mbps（FS）張することによって、1Gbps の通信も可

1996年1月

能となっている。
1.5Mbps（LS）

USB1.0（原型）

12Mbps（FS）
凡例
バージョン名

LS：ロースピードモード
FS：フルスピードモード

伝送速度

ワイヤレス USB を取り巻く標準化組織や業界団体
先に述べたが、UWB の両陣営は、と

図 2 有線の USB からワイヤレス USB への発展

もにそれぞれの方式に基づいた別々の仕様検討や製品化を進めている。中でゲーム機など大画面テレビも、MB-OFDM 方式の UWB を使用した
ワイヤレス USB については、これまで有線の USB 開発を推進してきた USB イン（注 12）と呼ばれるプリメンターズ・フォーラム

ケータイ端末業界団体の下部組織である USB プロ
モータ・グループが、2005 年 5 月にワイヤ3m（最大480Mbps）

レス USB 1.0 として、詳細仕様を策定し10m（最大110Mbps）発表した。このグループは、アギア・シス
ホスト

テムズ、ヒューレット・パッカード、インテPCなど

ル、マイクロソフト、NEC エレクトロニク
MP3オーディオプレーヤーなど

ス、フィリップス・エレクトロニクス、サムスン電子の 7 つのプロモーター企業が中心となって構成されている。

カラープリンター
DVDレコーダーなど

2006 年の早い時期には、具体的に製デジカメ品化される予定であるが、これは、UWBを用いた初めての実用ワイヤレス製品とデバイス最大127台（スター型接続）しての出荷となる。
図 4 に、UWB や USB ／ワイヤレス

図 3 ワイヤレス USB の基本的な接続形態

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低速ながら無線 PAN で注目されている ZigBee
ZigBee は、小型の高機能センサーの開発が活発化し始めクレイヤーのルーティング機能を備えた本格的なセンサー

た 2002 年頃から本格的な検討が進められ、2003 年にはセンネットワーク製品の出荷が予定されている。

サーネットワークとしての物理レイヤーと MAC レイヤーが標

ワイヤレス USB などと比べると、最大 250kbps と低速では準化されている。この頃から産業界からの注目を集めるようあるが、省電力、高強度のセキュリティーが考慮され、また接が続端末数も仕様上は最大 65,535（216 − 1）個となっており、になり、2004 年末に業界団体の ZigBee アライアンス（注 13）

ZigBee 1.0 として、ネットワークレイヤーとその上のプロトコ産業界からの期待は大きい。
周波数は、Bluetooth、ZigBee ともに免許不要の ISM（注 14）バルの仕様を策定した。

ンドの 2.4GHz 帯を用いる。

2005 年から製品開発が活発化し、2006 年にはネットワー

USB に関連する標準化組織、あるいは業界団体間の関係を示す。
USBインプリメンターズ・フォーラム 下部組織 ワイヤレスUSBプロモータ・グループ（USB-IF）（WUSB-PG）

ワイヤレス USB でライフスタイルが変わる

開発

プロモーション

有線のUSB

ワイヤレスUSB

アプリケーション

ワイヤレス USB によって、従来の有線による使い方からケーブルレスという新たコンバージェンス・レイヤーな使い方ができるようになるため、今後有UWB MACレイヤー線ケーブルによる接続から、ワイヤレスにIEEE 802.15a移行していくことが予想される。家庭内

共通プラットフォーム

UWB物理レイヤー
MB-OFDM方式

DS-UWB方式

WiMedia
アライアンス

UWB
フォーラム

での利用例として、これまでホームシア
ターといえば、リビングルームに家族全員が集まって大型スクリーンに投影された 1つの映像を視聴するというイメージであった。しかし、100Mbps の通信速度であれ

図 4 UWB と USB/ワイヤレス USB に関連する標準化組織や業界団体

ば、ハイビジョンの映像を 4、5 本同時に流すことができる。そのため、放送中の映像や DVD に蓄積しておいた映像を、リビングルームだけでなく各部屋のパソコンにも配信しながら、いくつもの高品質な『インプレス標準技術教科書シリーズ UWB ／ワイヤレス USB 教科書』
阪田 史郎 編著 インプレス刊
価格：3,465 円（税込）/B5 判・292 ページ
ISBN：4-8443-2216-8

映像を同時に楽しむことが可能となる。
このため、ハイビジョンで大型テレビ画面時代のホームネットワークのエースとしても、ワイヤレス USB への期待は高

本書は、UWB を通信基盤とし、2005 年 5 月に仕様が決まった「ワイヤレス USB 1.0」の内容について、いち早くまとめている。
2006 年中には、ワイヤレス USB 1.0 に対応した製品が続々と登場してくるので、ぜひ読んでいただきたい。

まっている。

（注 12）USB インプリメンターズ・フォーラム（USB-IF） ⇒ http://www.usb.org/（注 13）ZigBee アライアンス ⇒ http://www.zigbee.org/（注 14）ISM：Industrial, Scientific and Medical、産業科学医療用

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