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WiFi 6：次世代エンタープライズWiFiネット
ワークの技術的飛躍
以前の世代のWiFiテクノロジーは、主にピークスループットの向上に重点が置かれていました。 IEEE 802.11ax規格に基づ
くWiFi 6では、無線リンクの効率の向上に重点が置かれています。 ただし、ピークデータレートも比較的穏やかに増加します。.

より多くの同時
クライアントAPより多くのAP
カバレッジ

高速帯域のアップリンクを割当

様々なQoSニーズを持つ
アプリ

図 1: IEEE 802.11ax規格の主要ドライバー

企業、公共施設、およびモバイルデータロードでは、WiFiの使用が急速に拡大しているため、WiFiテクノロジーは新しい要件を満たすために進化する必要がありました。 2.4GHz帯域と5GHz帯域の両方で免許不要スペクトルの量が限られているため、高密度のシナリオでは、各アクセスポイント（AP）が同時により多くのユーザーにサービスを提供する必要があります。 さらに、セルサイズが縮小しているため、超高密度の配置ではAP間の間隔が狭くなっています。 無線リソース管理の観点からもう1つの主要なボトルネックは、アップリンクでの競合による貴重な通信時間の損失であり、これはエンドユーザーのエクスペリエンスを大幅に低下させます。 最後に、クライアントデバイスとユーザーアプリケーションの多様化に伴い、一貫した優れたQoEを提供するために、リソース割り当ての万能型アプローチに依存することはできません。
市場の要件と速いペースでWiFi 6製品を開発する必要性。認定デバイスは、IEEE802.11axで定義されている機能のサブセットをサポートします。 WFAは、WLAN製品を認定する業界団体であるこれらの機能を念頭に置いて（WFA）を選択し、IEEE802.11axデバイス用の新しいラベル「WiFi 6」を作成することを決定しました。 IEEE 802.11ワーキンググループのWiFi 6。 HEW
グループは、ワイヤレスLAN（WLAN）のIEEE 802.11ax標準を開発しました。 WiFiアライアンス既存のWiFiテクノロジがもたらす課題は、高効率ワイヤレス（HEW）タスクグループの形成につながりました

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WiFi 6 主な特徴
WiFi 6には、パフォーマンスの向上と多面的な最適化に対応するための多数の新機能が含まれています。

スペクトル効率高密度

長距離1024 QAM

OFDMA

長いCP（Cyclic Prefix）

8x8 MU-MIMO

空間再利用

物理フレーム拡張

長いOFDMシンボル

6 GHz

デュアル
搬送波変調

8x8 SU-MIMO

省電力

トリガーフレーム
待機時間

図 2: WiFi 6の主な特徴

OFDMA
直交周波数分割多元接続（OFDMA）は、20/40/80/160 MHzチャネルをリソースユニット（RU）に分割します。 各RUはさらに「トーン」とも呼ばれるサブキャリアに分割され、それぞれの幅は78.125 KHzです。 下の図に示すように、20MHzチャネルの場合、RUは26、52、106、または242トーンで構成できます。これは、約2 MHz、4 MHz、8 MHz、および20 MHzのRUサイズに対応します。
各スケジューリング間隔で、OFDMAは異なる幅の1つまたは複数のRUをマルチプルユーザーに割り当て、チャネルの効率的で柔軟な使用を実現します。

26トーン RU

52トーン RU

106トーン RU

242トーン RU

20MHz (幅) チャネル図3：20MHzチャネル帯域幅のRUサイズ

OFDMAは、アップリンクとダウンリンクの両方で柔軟なリソース割り当てを可能にします。 次の表は、さまざまなチャネル帯域幅で可能なRUサイズをまとめたものです。

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ホワイトペーパー表１：さまざまな帯域幅オプションのRUサイズ
RU サイズ(トーン数)

20MHz

40MHz

80MHz

160MHz26918377452

48163210624816242

1248484

適用外

124996

適用外

適用外

122x996

適用外

適用外

適用外

1Downlink OFDMA
ダウンリンクでは、WiFi 6 APがクライアントをインテリジェントにスケジュールし、リソースを割り当てます。 802.11acなどのOFDMAシステムの場合、アプリケーションやパケットサイズに関係なく、20/40/80 MHzチャネル全体が1つのタイムスロット中に1人のユーザーに割り当てられます。 ダウンリンクOFDMAは、クライアント間で帯域幅を分散し、フレームごとに必要なだけのチャネルを各クライアントに割り当てることにより、チャネルをより効率的に使用します。 APは、フレームごとにRUを割り当てるユーザーを選択できます。 リソースの割り当てとスケジューリングは、クライアント機能、パケットサイズ、必要なアプリケーションQoS、チャネル状態などの要素に基づいています。
802.11ax APには、RUの任意の組み合わせを割り当てる柔軟性があります。 次の図は、APが3つのスケジューリング間隔でRUを割り当てる例を示しています。

周波数242トーン RU

106トーン RU

クライアント1

クライアント2

106トーン RU

クライアント3

時間
図4: ODFMA リソースの割当

最初のスケジューリング間隔では、APは20 MHzチャネル全体（単一の242トーンRU）をクライアント1に割り当てます。3番目の間隔では、2つの106トーンRUをクライアント2とクライアント3に割り当てます。

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Uplink OFDMA
トランスミッタ（つまりクライアント）はスケジュールを調整できないため、WiFiアップリンクは分散型の通信です（ダウンリンクとは異なり、APはトランスミッタとスケジューラの両方です）。 WiFi 6以前は、アップリンク伝送は調整されていませんでした。クライアントはCSMA / CAを使用しポイントToポイント方式（一定の待ち時間で交通整理）にて（IEEE802.11a、802.11b、802.11gのいずれかの）メディアをめぐって争い、ランダムに分散されたタイミングに基づいて、パケットをAPに送信しました。
これは、単一またはスパースAP展開ではかなりうまく機能しますが、高密度の展開では、多数のクライアントの存在下で高いアップリンク競合が発生する可能性があります。
WiFi 6は、CSMA-CAを使用してメディアを確実に送信できるようにしながら、クライアント間の送信スケジュールを本質的に調整するメカニズムを介してAPがアップリンクリソース割り当てを管理できるようにすることで、アップリンクをより効率的にします。スケジュールは、トリガーフレームを使用してクライアントに通知されます。これにより、アップリンクの競合が減少し、容量とユーザーエクスペリエンスが向上します。クライアントは、アップリンク送信に日和見主義的なOFDMベースのアクセスを使用することもできます。
MU-MIMO
複数入力複数出力（MIMO）は、WiFi APおよびクライアントで複数のアンテナを使用して（空間多重化により）データレートを高め、（ビーム形成により）干渉を低減することを指します。 シングルユーザーMIMO（SU-MIMO）は、APとクライアント間で同じチャネル上でデータの複数の同時「ストリーム」を送信するための複数のアンテナの使用を指します。
マルチユーザーMIMO（MU-MIMO）は、マルチアンテナストリームを使用して、単一ユーザーへの送信を改善するのではなく、複数のユーザーに同時にサービスを提供します。つまり、ユーザーデータレートではなく容量を改善します。 下の図はMU-MIMOの例を示しています。AP上の8つのストリームが同時に2つのストリームをサポートする4つのクライアントにサービスを提供できます。

11ax, 2x211ax, 8x8111ax,
2x211ax, 2x211ax, 2x2
図5: Downlink MU-MIMO

Downlink MU-MIMO
クライアントのチャネル状態に応じて、APはSU-MIMOを使用してクライアントのデータレートを改善したり、エラーレートを低減したりできます。 ただし、どちらもリンクごとの改善です。 密集した環境では、APがより多くのユーザーにサービスを提供できるかどうかが、個々のユーザーのデータレートを単に上げるよりも重要です。 ダウンリンクMU-MIMOは、空間ドメインにリソースを割り当て、OFDMAを介してスケジュールされた周波数ドメインを補完することで、このような展開に役立ちます。
WiFi 6は、アップリンクとダウンリンクの両方で8x8 MIMOをサポートします。
最も一般的なシナリオでは、APにはクライアントよりも多くのアンテナがあります。 したがって、SU-MIMOを完全に活用することはできません。 ただし、MU-MIMOでは、この非対称性を利用して、APよりもアンテナの数が少ない複数のクライアントにサービスを提供できます。 たとえば、8x8 APでは、MU-MIMOで8つの1x1クライアントまたは4つの2x2クライアントにサービスを提供できます。 アンテナ数の異なるクライアントを一緒にサービスすることもできます。 8x8 APは、MU-MIMOを使用して2つの2x2クライアントと4つの1x1クライアントにサービスを提供できます。

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Uplink MU-MIMO
アップリンクMU-MIMOは、ソーシャルメディア、コンテンツ共有、ビデオ通話など、アップリンクを多用するアプリケーションに特に役立ちます。 ダウンリンクと同様に、アップリンクMU-MIMOは、SU-MIMOの場合と比較して容量を増やします。 これにより、コンテンツをアップロードするときのユーザーエクスペリエンスが向上します。 初期のWiFi 6クライアントはアップリンクMU-MIMOをサポートしていない可能性があり、サポートしているクライアントの場合、実装はクライアントメーカー全体でまだ成熟していません。
Long Symbol Duration and Guard Interval
WiFi 6の重要な特徴は、サブキャリア間隔が狭いことです（802.11acの312.25 KHzと比較して78.125 KHz）。前述のように、OFDMAはサブキャリアを組み合わせて、さまざまな幅のリソースユニット（RU）またはサブチャネルを形成します。各サブチャネルには、チャネルの動作を推定するために受信機で使用される少なくとも1つの「パイロット」サブキャリアが必要です。サブキ
ャリア間隔を小さくすると、パイロットが使用するサブチャネルの割合が少なくなり、スペクトル効率が向上します。サブキ
ャリア間隔が小さいほど、それに比例してOFDMシンボルの持続時間が長くなります（802.11acの3.2 μsと比較して12.8 μs）。シン
ボル期間が長いほど、遅延スプレッドが大きい伝搬環境で役立ちます。これにより、802.11axは、屋外での展開など、通常、伝播距離が長い環境に適しています。
WiFi 6は、より長いガードインターバル（GI）もサポートします（802.11acの0.4 μsおよび0.8 μsと比較して、0.8 μs、1.6 μs、および3.2 μs）。シンボル期間が長いということは、GIがOFDMシンボルのごく一部のみを効率的に使用することを意味します。長いシンボル時間と同様に、長いGIは大きな遅延スプレッドのある伝播環境で役立ち、マルチパスから生じるシンボル間干渉に対するより良い保護を提供します。ただし、GIが長いほど、データのレートが低くなります。これは、サイクリックプレフィックスによって使用されるシンボルが増えるためです。次の図は、サポートされているさまざまなGI値を示しています。
0.8μ秒 または
1.6μ秒 または
3.2μ秒
12.8μ秒

11ax

GI
OFDMシンボル期間
0.8μ秒 または
0.4μ秒
3.2μ秒

11acGIOFDM
シンボル期間図6: シンボル期間

1024 QAMWiFi 6は、MCS 10とMCS 11の2つの新しいModulation and Coding Schemes（MCS）をサポートします。これらは、1024-QAMに対応します。つまり、変調シンボルあたり10ビットです（802.11acの最高は、256-QAMのMCS 9です）。 次の表は、1024-QAMとより長いシンボル期間の使用によるピークデータレートの改善を示しています。

表2: ピークデータレートの進化

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ProtocolBandwidth (MHz)Streams

Peak Rate (Mbps)

11n

40460011ac

16086933

11ax

16089806

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Spatial Reuse
WiFiは2.4GHzと5GHz帯域で動作しますが、どちらも免許不要です。つまり、これらの帯域に関する国の電波法規則が順守されている限り、誰でもこれらの帯域を使用できます。 IEEE 802.11規格で定義されたキャリアセンスメカニズムにより、複数のAPとクライアントがこれらの帯域の同じチャネルで動作することができます。ただし、高密度の配置では、APとクライアン
トの数が非常に多い場合、チャネルが非常に混雑し、APとクライアントがバックオフを使用してキャリアセンシングと競合解決に費やす時間が長くなる可能性があります。
WiFiの従来のバージョンでは、クリアチャネルアセスメント（CCA）のしきい値が-82 dBmに固定されていました。つまり、進行中の送信が-82 dBm以上で検出された場合、他のすべての潜在的な送信機はバックオフする必要がありました。 WiFi 6はより柔軟な空間チャネルの再利用を提供します。 WiFi 6では、現在ビジーなチャネルで送信したいAPまたはクライアントはCCAしきい値を動的に変更できます。ただし、干渉を回避するには、CCAしきい値を-82 dBm以上に上げると、APが送信電力を減らす必要があります。
次の図は、動的しきい値の使用を示しています。 TX_PWRは、アンテナコネクタの出力での送信電力（dBm）です。
TX_PWRref（基準）、OBSS_PDmax（最大）およびOBSS_PDmin（最小）は、IEEE 802.11ax規格で定義されています。

OBSS_PD max
OBSS_PD level

OBSS_PD min

TX_PWR

TX_PWR ref

図 7： パワーバックオフ

Target Wait Time
省電力（PS）メカニズムは、前世代のWiFiの一部でした。 ただし、これらは本質的に初歩的なものであり、クライアントタイプやユーザーアプリケーションの多様性を考慮していません。 ターゲットウェイクタイム（TWT）により、APはBSSのアクティビティを管理して、クライアント間の競合を最小限に抑え、PSモードのクライアントがウェイクする必要がある時間を短縮できます。
APは、重複しない時間や頻度で動作するようにクライアントをスケジュールし、事前定義されたサービス期間にAPとクライアントのフレーム交換を集中させることにより、これを実現します。 TWTのスケジュールには、i）クライアントのグループ用のブロードキャストと、ii）特定のクライアント用の個別の2つのタイプがあります。 以下の図は、個別TWTの例を示しています。

スリープ期間

TWT応答

TWT要求

AP

ｱｸﾃｨﾌﾞ期間

クライアント
図 8： TWT スケジュール例

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Extended Range大きなセルをサポートするために、WiFi 6は拡張範囲（ER）BSSも定義します。 同じAPは、ERと非ERの2種類のBSSをアドバタイズできます。前者は後者よりも広いカバレッジエリアを持つことが期待されています。 この差別化は、ER BSSをプライマリ20 MHzチャネルで送信される242トーンRUを使用する特別なERビーコン。ER機能はSU送信でのみサポートされます。
つまり、OFDMAやSU-MIMO / MU-MIMOと組み合わせることはできません。 さらに、HE ER SU PPDUは、単一の242トーンまたは106トーンRUのみをサポートします。 HE ER SU PPDUフォーマットは、HE-SIG-Aフィールドが繰り返されることを除いて、HE SUPPDUフォーマットに似ています。 これにより、HE-SIG-Aフィールドが3dB効果的にブーストされ、セルエッジでの受信が改善されます。
Dual Carrier Modulation (DCM)
困難なシナリオでの堅牢な受信のために、WiFi 6はMCS 0、1、3、および4（BPSK、QPSKおよび16-QAM変調）のDCMもサポートします。 DCMは、サブキャリアのペアで同じ情報を変調します。 これにより、DCM以外の伝送と比較して伝送速度が実質的に半分になります。 DCMは、1および2ストリームの非MU-MIMO送信に対してのみサポートされており、時空間ブロックコーディング（STBC）と組み合わせることはできません。 DCMはHE-SIG-Bおよびデータフィールドにのみ適用されます。
Conclusion
WiFi 6は、次世代エンタープライズワイヤレスネットワークの技術的飛躍です。 これには、WiFiネットワークのカバレッジ、容量、スペクトル効率を向上させる多数の機能が含まれています。 OFDMAとDL / UL MU-MIMOは、システム全体の容量を向上させ、エンドユーザーのエクスペリエンスの品質を向上させることが期待される2つの主要な機能です。 Arista Networksは、高品質のWiFiの提供に取り組んでいます
このドキュメントで強調表示されているすべての主要機能をサポートする6つのアクセスポイント。 詳細については、
https://www.arista.com/en/products/cognitive-wifiにアクセスしてください。

米カリフォルニア州サンタクララ 本社5453 Great America Parkway,
Santa Clara, CA 95054

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2020年 8 月