IEEE 802.11

Question: coded OFDMを開発したのは誰？





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IEEE 802.11（アイトリプルイー 802.11）は、IEEEにより策定された、広く普及している無線LAN関連規格の一つである。無線局免許不要で使えるものも多い。
一覧
公称速度とされているのは無線機器間を結ぶ瞬間的な通信速度である。実際のデータのやり取りは様々な理由でロスが生じるため、インターネット上の速度測定サイト等で計測される速度（実効速度）は公称速度の半分 - 3分の1程度となる[1]。

IEEE 802.11タスクグループの一覧

「L」「O」「Q」はLが数字の1、O・Qが数字の0と間違いやすいため欠番
a → z の順番に作られ、z の次は aa となった。aa → az の順番に作られている。
802.11Fや802.11Tが大文字なのは完結した独立文書であることを示す。IEEE 802.1Xと同じ考え。
国ごとで利用可能なチャンネル
2.4GHz帯

5GHz帯

60GHz帯

IEEE 802.11
英語では "I triple E eight O two dot eleven"（アイトリプルイー エイトオーツー ドット イレブン）という形で発音され、省略する場合には単に "dot eleven"（ドットイレブン）と呼称される規格である。日本語では「はちまるにい てん いちいち」と呼ばれることが多い。1997年にIEEEで最初に規格統一された無線LAN規格。
物理レイヤ規格とMACレイヤ規格から主に構成され、一つのMACレイヤ規格で複数の物理レイヤ規格をサポートするのが特徴である。2.4GHz帯の無線だけでなく、赤外線の物理レイヤもサポートする規格。具体的には物理レイヤとして、スペクトラム拡散のうち周波数ホッピング方式 (FHSS) のもの、直接拡散方式 (DSSS) のもの、および赤外線方式のものの3種類が規定されている。伝送速度は物理レイヤでの理論値1M、2Mbpsを実現。
MACレイヤについてはCSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) 方式を用いているのが特徴である。CSMA/CA方式は "Listen Before Talk" 方式であり、人間に例えると「話す前に聞け」という原理に基づくアクセス制御方式である。すなわち、自分がパケット信号を送信しようと思ったならば、まずはアンテナで他の装置がパケット信号を出していないかどうかを、良く確かめてから送信するという極めて単純な機構を採用したアクセス制御方式である。CSMA/CA方式は2.4GHz帯のように干渉を互いに与えない範囲での独立なチャネルが4チャネルしか取れない場合に、自分以外のアクセスポイント（親局）が自律分散的（つまり隣近所と事前の計画的なチャネル設定等を行わずに）に動作させる上で、簡単かつ実際的なアクセス制御方式であり、この後に繋がる一連の無線LAN発展の基礎をなす概念である。
暗号化技術としてはWEPの利用が想定されていた。
IEEE 802.11a
1997年に成立したIEEE 802.11規格の無線LANは伝送速度が最大2Mbpsであり、それを高速化するための標準化が1997年から行われた。2.4GHz帯ではIEEE 802.11b規格、5GHz帯ではIEEE 802.11a規格の審議が行われた。11b規格では従来の11規格との互換性が求められての標準化であったが、11a規格は互換性にとらわれることも無く当時の最新技術を用いた物理レイヤ技術の検討が行われ、パケットモードOFDM (Orthogonal Frequency Division Multiple) 方式による物理レイヤ規格（最大54Mbps）が1999年に成立した。IEEE 802.11aを使用した実際の商品は2002年頃に登場した。登場当初、11b（Wi-Fi）と対比する名称として「Wi-Fi5」という名称が使われることもあった[2]。
米国では、当初から5GHz帯で屋内外双方で利用できる周波数帯が割り当てられた。一方日本では、当初5.15 - 5.25GHz帯の周波数が、無線LANにも利用可能とはなっていたが、移動体衛星通信システムにも利用されているため、電波法によって屋外での利用が禁止されている。
その後、5.15 - 5.25GHzに加えて4.9 - 5GHz（屋外用ライセンスバンド）、5.25 - 5.35GHz（屋内用アンライセンスバンド）が日本では追加された。今後は2.4GHz帯が混雑するにつれてより帯域幅の広い5GHz帯への移行が進むものと思われる。
なおチャネル配置等に関して、日本が欧米での周波数割り当てと異なる部分について世界的に統合した規格にするため、新たにIEEE 802.11jが規定された。11jのjは "Japan" の頭文字ではなく、アルファベット順で規格名が定められた時に偶然に "j" 番目になったにすぎない。
周波数に5GHz帯を使うため、2.4GHz帯の11b, 11gのような電子レンジの影響を受けにくい利点があるが、信号強度の空間伝搬損失は通信に使用する周波数の2乗に比例するため、2.4GHz帯の11b,11gの信号ほど遠くまで伝搬しない。
狭い帯域幅で高い転送速度を実現できたが、あまり普及しなかった。
日本でのチャンネルの変更
IEEE 802.11aに使用されているチャネルの中心周波数に関しては、従来より日本国内において使用されてきたものから、国際的に標準なものへと変更された[3]。変更に際しては、混乱を避けるため、電子機器業界が中心となって識別をしやすくするための記号が制定された。
J - 旧来の日本国内規格
W - 国際標準準拠規格
数字 - 中心周波数（例：“53”は中心周波数が5.3GHz）
制度改正から2008年（平成20年）5月ごろまでは、経過措置として“J52”（5.15 - 5.25GHzにおけるチャネル配置）、“W52”並びに“W53”（5.15 - 5.35GHzにおけるチャネル配置）の3つの規格の併存が認められ、チャネル変更に対応した無線LAN機器も順次発売され普及し始めている。しかし、規格に対応していても接続できないという事態がおこりうるので注意が必要となっている。
PCカードなどのクライアント側はすべての周波数 (J52, W52, W53) に対応できることになっていたが、無線ブロードバンドルータやアクセスポイントなど親機側では、新たにJ52対応の機器を販売することができなくなった。また、旧規格であるJ52にしか対応していない機器の一部では、ファームウェアを書きかえることで、W52に対応させる方法が取られた。ただし、メーカーによっては古い商品でのW52・W53対応のファームウェアを出さず、そのため、J52に対応していない機器とはそのようなアクセスポイントは通信できない。
W52・W53を利用する場合、チャネルが異なっていれば干渉はない（使用チャネルは4チャネル刻みで指定する）。したがって、最大8個のチャネルが利用可能になり、設置計画の自由度が高くなった（11b/gは最大3個）。
使用できるチャネル増加に伴い、同フロアに複数設置できる11aは、企業用途に向いていると思われていた。しかし、増加チャネル部分 (W53) はDFS（Dynamic Frequency Selection: 動的電波周波数選択）により気象レーダーとの干渉を避けることが義務付けられており（干渉を検出した場合に回避動作を行う）、場合によっては通信の途絶等が起こり得るため、品質や連続稼動性を要求される企業用途では不向きとされている（W52では同様の動作は必須になっていない）。
2007年（平成19年）1月の省令改正により、"W56" (5.47 - 5.725GHz) が使用可能になった。これによりチャネル数が8から19に大幅に増加した。W56であれば、免許が無くとも屋外で使用する事が出来る。ただし、W56も気象レーダーが使う帯域である為、W53と同等の制約がある。
経過措置が終了した2008年（平成20年）6月以降は、新たに発売されるクライアント機器も“J52”への対応が禁じられ、“W5x”の国際標準準拠規格のみの対応となった。それ以前に発売され現在も販売が継続されている商品はこの限りでない。

IEEE 802.11b
正式には "IEEE 802.11 High-Rate Direct Sequence" と言う。IEEEの「802委員会」の中にある「ワーキンググループ11」の「タスクグループB」が策定した。2.4GHzのISM帯と呼ばれる、免許不要で扱える周波数帯域を利用する。1997年 - 1999年にかけて規格審議が行われ、従来のIEEE 802.11規格と互換性を持たせて伝送速度を2Mbpsから最大11Mbpsに拡張した規格が成立した（オプション規定として22Mbpsのものもある）。技術としては、IEEE 802.11規格の3種類の物理レイヤ規格の中で直接拡散方式（DS方式）をベースにCCK (Complementary Code Keying) 方式を採用することにより高速度化を実現した。
11b規格は物理レイヤの規格であり、MACレイヤには従来のIEEE 802.11で規定されているMACレイヤ規格が採用されて製品化されている。1999年に規格が成立する直前に100ドルを切る無線LANカードが発売されたことにより、無線LAN市場が一気にブレイクする起爆剤になった規格である。パソコン関連として、もっとも初期に普及した無線LAN規格である。
日本国内で利用できるチャネル数は14である。すなわち中心周波数2.412GHzの1chから同2.472GHzの13chまで0.005GHz (5MHz) 刻みの1 - 13chと、同2,484MHzの14chの、計14chである。ただし、一つのチャネル幅の規格が22MHzであるため、干渉なしで通信できる最大チャネル数は4個となる。そして、その場合のチャネル設計は、1ch・6ch (2.437GHz)・11ch (2.462GHz)・14chである。しかし、11bでの14ch利用の合法性は日本に限られ、14chに対応しない親機・子機も多い。その場合、干渉なしで通信できる最大チャネル数は、規格上は11g同様の3個になる。しかし、規格より狭いチャネル幅で通信し、1ch・5ch・9ch・13chの計4チャネル同時利用を行える機種も市販されている。
IEEE 802.11g
IEEE 802.11bの上位互換規格として開発され、周波数はIEEE 802.11bと同じ2.4GHz帯のISMバンドを利用する。
最大通信速度は54Mbpsで、IEEE 802.11bの11Mbps以上に高速化されている。これは 5GHz帯IEEE 802.11aで確立された物理レイヤ規格である、OFDM（直交周波数分割多重方式）を用いて高速化を実現している。しかし、ISMバンドを利用しているため、他の機器（特に電子レンジやコードレスホン）からの干渉を受ける可能性が高く、IEEE 802.11aに比べ実効速度は落ちる。
IEEE 802.11bに対する互換性を持っており、従来のIEEE 802.11b規格の機器が1台でもあると、IEEE 802.11bモードで動作するため大幅に速度が低下する。
利用可能なチャネルは、11bの1 - 13chと同じ帯域の計13チャネルである。チャネルは5MHz間隔になっているが、1つのチャネル幅が規格上では20MHzであるため、5ch以上あけないと干渉が発生してしまう。干渉なく通信するためには、同時に3つのチャネルしか利用できないことになる。もっとも、規格より狭いチャネル幅で通信し、1ch・5ch・9ch・13chの計4チャネル利用を行う機種も市販されている。
一部の製品では、802.11nでも採用されている「MIMO (Multiple Input Multiple Output)」技術を先行して採用し、同一メーカー製のMIMO対応機器間に限り108Mbpsでの通信を可能としている。
IEEE 802.11j
IEEE 802.11aを日本向けに修正した規格である。
日本国内でデータ通信用として割当られた周波数のうち、IEEE 802.11aが使用する5.2GHz付近の周波数は電波法によって屋外で使用出来ず、電波法の一部改正及び周波数及び割当により新たにデータ通信用として割当られた4.9 - 5.0GHz用（屋外での利用も許可された。ただし届出制の免許が必要）に合わせIEEE 802.11aを修正したものがIEEE 802.11jである。
IEEE 802.11aの製品によっては、ファームウェアのアップグレードによりIEEE 802.11jに対応出来る可能性がある。屋外での利用が可能なことから業者による無線LAN機器間の通信として使われることが想定される。また、日本向けの規格だが、海外市場でもIEEE 802.11jに準拠した製品が発売される可能性がある。
4.9 - 5.0GHz帯のうち一部の帯域は、一部地域において、2005年11月に、無線アクセスとしての利用が開放された。
jはJapanの頭文字を意味するものではなく、IEEE内のプロジェクト名として偶然割り当てられたものである。
4.9GHz帯は他に使われている機器がないため電波干渉が少ない。また、電波法により利用局登録が必要であるが、屋内・屋外ともに使用可能である。取り付けアンテナにより、屋内用途に留まらず、屋外の離島間通信といった10km程度の通信用バックボーンとしてデジタル・ディバイド解消への活用が期待されている。
諸元
周波数帯: 4900MHz - 5000MHz
チャンネル: 4920MHz / 4940MHz / 4960MHz / 4980MHz の合計4ch
チャンネル間隔: 20MHz / 10MHz / 5MHz
空中線電力: 250mW (23.98dBm) ※参考 電力デシベル表示 1mW = 0dBm
本規格に対応した製品としては、日本無線から『JRL-749AP2』及び『JRL-749ST2』がリリースされている[4]。
IEEE 802.11n
2.4GHz/5GHzの周波数帯域を用い、最大伝送速度600Mbps（40MHzチャネルボンディング、4ストリーム時）、実効速度で100Mbps以上の実現に向け策定された規格。
IEEE 802.11a/gに比べ、サブキャリアの本数が増え、最大の符号化率も向上した[5]。またオプションでショートGI(400ns)が利用できるようになった(IEEE 802.11a/gでは800ns)[6]。また「MIMO (Multiple Input Multiple Output)」を使用し（MIMOについては多元接続の項を参照）、複数のアンテナで送受信を行うこと（マルチストリーミング）や通信手順の見直し、複数のチャンネル（通信に用いられるバンド幅）を結合するチャネルボンディング（チャンネル結合）などにより、高速化・安定化を実現する。IEEE 802.11aやIEEE 802.11b、IEEE 802.11gとの相互接続も可能。2006年3月にドラフト版1.0、2007年6月にドラフト版2.0が策定され、2009年9月に正式規格として認定された。
IEEE 802.11nの規格に適合していても、使用する周波数帯や同時に通信できるチャネル数（空間ストリーム数）、チャネルボンディングへの対応などは、個々の製品によって異なる。よって IEEE 802.11n対応の製品であっても最大通信速度は製品によって異なる上に、表記されている最大通信速度で利用できるかどうかも、製品の組み合わせに依存する。USB端子に接続する小型ドングル型の製品や、宿泊先のホテルで使用するために携帯性を重視した製品などでは、150Mbps程度の速度までの製品が多い。
また、と言う技術を採用している。データリンク層（第二層）で、同一の宛先のフレームを連結して通信を行い、スループットを向上させる。ただし、フレーム長が長くなる分だけ通信路を占有することになる。

（変調方式 64QAM, 符号化率 5/6, GI 400(800)nsの時）
日本国内においては電波法上の制限により当初の対応製品では20MHzのバンド幅（1つのチャンネル）しか利用できなかったが、2007年（平成19年）6月には電波法の一部改正が施行され、無線通信にて同時に使用できるバンド幅が従来の20MHzから40MHzに引き上げられた[8]。これによりチャネルボンディング（デュアルチャネル、ワイドチャネルなどの表記もある）が可能となり、最大伝送速度の理論値は従来の144Mbpsから300Mbpsに増えた。ただし、2.4GHz帯でチャネルボンディングを利用すると、近隣の無線LAN機器の干渉を受けずに利用出来るチャンネルが2つだけになってしまい[9]、他者の設置した無線LANや、自らの設置する別の無線LANと電波が干渉しやすくなって却ってスループットが低下することがあるので注意を要する。
2012年（平成24年）現在、発売済の製品でチャネルボンディングのみを使用する製品は理論値150Mbps (MCS index 7)、チャネルボンディングとMIMOの双方を使用する製品は理論値450Mbps (MCS index 23) である[10][11][12][13]。
IEEE 802.11nは、正式規格策定完了前に市場投入された802.11nドラフト版2.0準拠製品と同じ周波数帯で基本機能の変更なく相互接続性を確保する。ドラフト認定された機器は最終的な認定プログラムの中核となる要件を満たすため、再テストを受けることなく「802.11n認定機器」として扱える[14]。
2012年頃から無線LAN機器の激増により、2.4GHz帯で電波の干渉による速度低下が特に都市部で多く発生するようになった[15]。まだ普及が少ない5GHz帯では比較的安定した通信が可能である。大手通信キャリアなどによる公衆無線LANの5GHz対応が進んでいる。
なお、市販の無線LAN機器が5GHzに対応しているかどうか不明な場合、11<b data-parsoid='{"dsr":[15684,15691,3,3]}'>a/b/g/n対応機器と記されていれば5GHz対応、11b/g/nならば2.4GHzのみ対応というように見分けることが出来る。
IEEE 802.11i

IEEE 802.11iは、通信規格そのものではなく、無線LANにおけるセキュリティ標準を定める規格である。WPA (Wi-Fi Protected Access) やWPA2などもIEEE 802.11iに準拠した規格である。脆弱性が指摘されるWEPに代わり、標準暗号規格として、WPAではTKIP（WEPの改良版）を、WPA2ではCCMP（暗号化アルゴリズムとしてAESを利用）を採用している。
802.11vht
通称 802.11vht (802.11 very high throughput)、ギガビットWi-Fiとも呼ばれる第5世代の無線LAN規格も研究・開発が行われている。マルチリンク技術を実装し、デュアルリンク接続で1Gbps以上を実現、シングルリンク接続でも実効速度500Mbps以上の達成を目標にしている[16]。世界各国で研究が本格化しており、日本のNICT（情報通信研究機構）では、2008年には60GHz帯を使って3Gbpsもの高速な無線LANシステムの開発に成功している[17]。
既に標準規格として制定されたものではIEEE 802.11acとIEEE 802.11adがある。
IEEE 802.11ac
IEEE 802.11acはギガビットスループットをIEEE 802.11aやIEEE 802.11nと同じ5GHz帯で提供することが規定されている。2.4GHzは利用しない。
80MHzチャネルボンディング(必須)[18]、160MHzチャネルボンディング、80MHz+80MHzチャネルボンディング、256QAM[19], MU-MIMO(以上オプション)を採用することで伝送速度をさらに高速化させている。
また、IEEE 802.11nに比べ仕様が簡素化された。全てのフレームはA-MPDU形式となった。MCS setはストリーム数の情報を分離することで0-76から0-9に削減された。ビームフォーミング方式も簡素化された。Greenfield形式フレームは廃止された。
最大伝送速度は、Wave1（第1世代）で1.3Gbps、Wave2（第2世代）で6.9Gbps（160MHzチャネルボンディング、8ストリーム時）となる。これまでのIEEE 802.11a/nと同じ周波数帯を使用し、後方互換性があるため既存の無線LANからも移行（アップグレード）しやすい。またMIMOを発展させたMU-MIMOの技術を用いて、複数のクライアントが存在するにおいても、各クライアントのスループットが低下しにくくなった。ただし、端末側にも2本以上のアンテナを搭載する必要があり端末数スペースが必要となるため、市場に占める対応機器は2015年現在、一部の高機能機種に限られている。
2012年にIEEE 802.11acドラフト規格対応の無線ブロードバンドルーターが製品化された。11ac規格自体は5GHz帯域のみを使用する規格であり、2.4GHzを使用する11b/g/n規格との互換性はないが、市販製品では11acに加えて11nの通信機能を持たせることで、過去の11a/b/g/n機器からのスムーズな移行を可能にしている。


（変調方式 256QAM, 符号化率 5/6, GI 400(800)nsの時）

※青字はWave2規格で追加されたもの。
2015年現在市販されている最大1733Mbps対応の製品は、帯域幅では80MHz幅を使用しながら、第二世代規格であるWave2で規定された4x4 MIMOを使用している。
IEEE 802.11ad

2012年12月にIEEE802.11ad-2012として仕様が確定された。また2013年に、WiGig規格に準拠した相互認証プログラムをWi-Fi Alliance が実施することが発表され、2016年提供開始される予定。
60GHzという高い周波数帯を使うため、壁や障害物のない、10m程度の近距離でのギガビット通信を想定している[21]。
また、60GHz帯は空気中の酸素と共振するため、伝搬減衰が大きい。
PHY層はシングルキャリアは必須（4620Mbps)、OFDMはオプション(6.756.75Mbps)である。最大伝送速度は6.8Gbps。
チャネル幅は2.16GHz幅。57GHz-66GHzを利用。利用可能チャネルと中心周波数は以下の通り。
CH1: 58.32GHz
CH2: 60.48GHz
CH3: 62.64GHz
CH4: 64.8GHz

IP層を介さないPAL層のプロトコルも定義されている。
Display PortとHDMIへの変換はAV-PAL、PCIe、USB3.0、SDIOへのプロトコル変換はI/O PALが定義されている。
FastSessionTransferと呼ばれる仮想MACの技術を用いることで、60GHzと、2.4GHzや5GHzのPHYの間のセッションを高速に切り替える。
日本国内においては、2015年11月、総務省令第九十九号により、電波法施行規則の一部を改正する省令が公布され、以下の2種類に分類されることとなった。空中線電力が10mW超のものはキャリアセンス機能を具備することが義務づけられる。
証明規則 第2条第1項第19号の4の2　60GHz帯省電力データ通信システムの無線局（空中線電力10mW超）
証明規則 第2条第1項第19号の4の3　60GHz帯省電力データ通信システムの無線局（空中線電力10mW以下）
IEEE 802.11af

TVホワイトスペース、即ちテレビ放送に使用されるVHF帯（米国）、UHF帯の空きスペースを利用する。テレビ放送のための周波数帯は各国で概ね広範囲に取られているが、チャンネル間の有害な混信を防ぐために、使用されてない空きチャンネルが多数存在する。また、それは都道府県や中継所エリアなど、地方・地域ごとに異なる。
このような空きチャンネルを無線ネットワークで有効利用しようと言う試みである。規格仕様では、あるWLANアクセスポイントはGPSにより自己の位置を把握し、ネットワークを通してジオロケーションデータベースにアクセスし、その場所で使用できる空きチャンネル（ホワイトスペース）の情報（利用可能時間を含む）を得る方式を取る。
PHYはIEEE 802.11acと同様にOFDMを使用。VHF/UHF帯では建物の壁面等による伝搬損失が、Wi-fiに使われる2.4GHz/5GHz帯よりも小さいため、電波の有効到達範囲は拡がる事になる。
802.11af の規格仕様は：[22]
OFDM チャネル帯域幅6/7/8MHz
伝送速度 約20 - 30Mbps
伝送距離 約100 - 500m
日本では米国など大陸国と比較して、山地の入り組んだ狭い地域にテレビ放送塔や中継局が密集しているため、特に都市部でTVホワイトスペースの空きチャンネルは少なく、より困難な条件が想定されている。
IEEE 802.11ax

2.4GHz帯/5GHz帯両対応。端末が高密度で存在する環境において平均スループットを向上。
IEEE 802.11acとの比較点は[23]
サブキャリア間隔は11acの4分の1
OFDMシンボル長が4倍（1024QAMサポート）
アップリンクマルチユーザー
MU-MIMOの最大数は8台（11acでは4台）
OFDMAの導入
IEEE 802.11ah
サブギガヘルツWiFi。対応製品の呼称はWi-Fi HaLow（ヘイロー）。
920MHz帯を利用。帯域幅は1MHz幅と2MHz幅が必須。
占有帯幅1MHzMCS10で、データレート150Kbps。想定伝送距離1kmまで。

IEEE 802.11p
2012年に車両間通信のために策定された[24]。IEEE 802.11pは、IEEE 802.11aを基に、高度道路交通システム (ITS:Intelligent Transport System)の路車間 (V2I：Vehicle-to-Infrastructure)、車車間 (V2V、Vehicle-to-Vehicle)通信に対応するように機能を強化したもので、米国のITS計画を起源としており、米国では、物理層とMAC層のIEEE 802.11pと上位層のIEEE1609を合わせて、WAVE（Wireless Access in Vehicular Environments）と称されており、欧州でも、WAVEと同様の路車間、車車間通信を目的とした5.9GHz帯の仕様の開発が進行中で、日本では、5.8GHz帯のARIB STD-T75という規格を推進している[25][26]。
脚注


関連項目
IEEE 802
無線LAN
アクセスポイント (無線LAN)
Wi-Fi
ISMバンド
スペクトル効率
外部リンク