概要：
Wi-Fi 7とWi-Fi 6の違いは何ですか? Wi-Fi 7ってどういう意味ですか？ Wi-Fi 7 は、Wi-Fiアライアンスによって開始される最新世代の Wi-Fi テクノロジー標準です。Wi-Fi 7 と Wi-Fi 6 の違いは主に、Wi-Fi 7の方が速度が高く、遅延が少ないことです。この記事の前の部分では、Wi-Fi 7 の 46.12Gbps 速度の計算方法、5 つの主要な影響要因、Wi-Fi 7 で改善された 3 つの主要テクノロジーについて詳しく説明しました。
Wi-Fiアライアンス（Wi-Fi Alliance）のデータによると、次世代360度AR/VRアプリケーションの無線帯域幅需要は最大200Mbpsに達しています。英米の2,000人のゲーマーからの第一線の調査レポートによると、「97%のゲーマーが遅延の問題に遭遇したことがある」とのことです。アプリケーションから始めて、広い帯域幅と低遅延を備えた次世代ワイヤレスネットワークが間もなく登場します。
Wi-Fi Allianceは2019年にIEEE 802.11ax 標準 (Wi-Fi 6)を発表してから4年が経過し、次世代のIEEE 802.11be標準であるWi-Fi 7を発表しようとしています。
図1: IEEE 802.11標準の発展歴史
IEEE 802.11be 標準に関して WIFI Alliance が設定した目標は主に2つです。1つは最大スループットが少なくとも 30 Gbps に達すること (a maximum thoughtput of at least 30Gbps)、もう1つは最悪の場合の遅延とジッターの改善 (improved worst case latency and jitter) です。この2つの目標は、1つはデータ伝送速度を高めること、もう1つは遅延を減らすことです。
以下の記事ではWi-Fi 7の独自技術を2回に分けて紹介し、前編では高速化技術に焦点を当てて紹介します。
1. Wi-Fi 7に関する基本概念
Wi-Fi通信の物理的な伝送媒体は電磁波です。Wi-Fi通信が可能な電磁波は、一般的に2.4GHz周波数帯、5GHz周波数帯、6GHz周波数帯の3つの周波数帯（band）に分かれています。
周波数帯域はさらに小さなチャネル (Channel)に分割されます。
2.4GHz周波数帯域を例にとると、周波数は2.401GHzから2.483GHzの範囲で、13チャネルに分割されています（2.4GHz 周波数帯域には合計14チャネルがあり、中国は最初の13チャネルのみを開設しています）。
図2: 2.4GHz帯域の13チャネル
チャネル帯域幅 (Bandwidth) は帯域幅とも呼ばれ、チャネルの最大周波数から最小周波数を引いた差であり、チャネルがカバーする周波数範囲を示します。
2.4G周波数帯域の各チャネルの帯域幅は 22MHzです。一般的に、チャネル帯域幅は 20MHzです。これは、22MHzのうちの2MHz が分離帯域であり、隣接するチャネルを分離してデータを送信しないために使用されるためです。
サブキャリア(Tone)では、チャネルはさらに細分化され、20MHzチャネルは 256個のサブキャリアに細分化され、各サブキャリアの帯域幅は78.125KHz になります。256 個のサブキャリアのうち、一部は管理情報の送信に使用され、234 個だけがデータの送信に使用され、有効サブキャリアとも呼ばれます。サブキャリアは、周波数領域における無線伝送の最小単位です。
シンボル（Symbol）、時間領域における無線伝送の伝送単位。
レート（Rate）とは、AP（アクセスポイント、無線アクセスポイント）とSTA（ステーション、無線端末）の間で単位時間あたりに送信される情報量のことです。レートは通常、ビット/秒 (bps) で測定されます。
2. Wi-Fi 7とWi-Fi 6の違いの1つ: Wi-Fi 7の速度を向上させるテクノロジー
2.1 符号化方式：4096-QAM
符号化方式は、電波のさまざまな振幅、位相、または周波数の組み合わせを使用してデータ情報を表現する無線信号変調技術です。符号化方式により、シンボル (Symbol) で伝送できるビット（bit）数が決まります。
Wi-Fi 6は最高の 1024-QAM変調を採用しており、各シンボルは 10 ビットの情報を伝送します。Wi-Fi 7は最高の4096-QAM変調を採用しており、各シンボルは12ビットの情報を伝送します。Wi-Fi 7の符号化能力は Wi-Fi 6の1.2倍であり、より密度の高い情報を送ることができます。
図3: 1024-QAと4096-QAMテクノロジーの比較
無線通信は、APとSTAの間で車で物品を輸送することであることが明確に理解できます。チャンネルとサブキャリアは道路の幅、シンボルはトラック、物品はデータ情報です。Wi-Fi 6は車両1台あたり10ビットを転送し、Wi-Fi 7は車両1台あたり12ビットを転送します。Wi-Fi 7はWi-Fi6よりも車両1台あたりの情報量が1.2倍になります。
図4: 1024-QAMと4096-QAMの「車両容積」の比較
2.2 ビットレート: 5/6
実際の送信中、単一シンボルの12ビットすべてがデータの送信に使用されるわけではありませんが、送信中に発生する可能性のあるエラーを修正するために、特定のビットをエラー訂正情報コードとして使用する必要があります。1シンボル中の誤り訂正情報符号を除いた12ビットのうち、有効な伝送情報の割合がビットレートとなります。
Wi-Fi 6の1024-QAM 変調のコードレートは最大5/6であり、Wi-Fi 7の4096-QAM のコードレートも最大5/6です。ビットレートの点では、Wi-Fi 7は改善されていません。
表1: Wi-Fi 6 と Wi-Fi 7 のビットレートの比較
情報を運ぶ車内スペースは物で埋めることはできず、管理のための一定のスペースが必要であることが如実に理解できます。 Wi-Fi 7の実効負荷率は Wi-Fi 6と同じ5/6です。
2.3 最大チャンネル: 320MHz
中国では、Wi-Fi 6は2.4 GHzと5GHzの2つの周波数帯域をサポートしており、このうち5 GHzは5.2 GHz周波数帯域 (5G低周波数帯域) と5.8 GHz周波数帯域 (5G高周波数帯域)に分割できます。
図5: 2.4GHz、5GHz、および 6GHz のチャネルボンディング状況
無線伝送の基本チャネルは20MHzです。 2.4GHz 周波数帯域は 3 つの非重複 20MHz チャネルをサポートし (図 2 を参照)、5.2GHz 周波数帯域は 8 つの非重複チャネルをサポートし、5.8GHz 周波数帯域は 5 つの非重複チャネルをサポートします。 Wi-Fi 6 は、合計 16 個の重複しない 20MHz チャネルをサポートします。
速度を上げるために最も直接的な方法は、道路の幅を広げることです。チャネルボンディングテクノロジーにより、複数の連続したチャネルがより大きな帯域幅のチャネルにバンドルされます。
チャネルボンディングテクノロジーは、2つの連続する20MHzチャネルを1 つの40MHz チャネルにバンドルし、2つの連続する40MHzチャネルを1つの 80MHzチャネルにバンドルします。Wi-Fi 6は、2つの連続する80MHzチャネルを160MHzチャネルにバンドルするまでサポートします。
6GHz周波数帯域はWi-Fi 7標準で有効になっており、この周波数帯域には連続したチャネルが多数存在し、干渉が少なく、チャネル品質が高いため、チャネルのバンドルに適しています。 Wi-Fi 7は最大320MHzのチャネルをサポートします。
20MHzチャネルには 234 個の実効サブキャリアを含めることができます (「Wi-Fi 7関連の基本概念」を参照)。160MHzチャネルには1960個の実効サブキャリアが含まれています。 320MHzチャネルには3920個の有効サブキャリアが含まれています。
表2: Wi-Fi 6とWi-Fi 7の各チャネルに含まれる有効サブキャリア数
Wi-Fiがピーク速度に達するには、最大のチャネルでのみデータを送信してください。Wi-Fi 6は一度に最大1960の有効サブキャリアを送信できますが、Wi-Fi 7は一度に 3920 の有効サブキャリアを送信できます。 Wi-Fi 7の 1回の送信で有効なサブキャリアの最大数はWi-Fi 6の2倍です。
これは次のように明確に理解できます: Wi-Fi 6は最大帯域幅 160MHzで最大1960台の車両を並列走行でき、Wi-Fi 7は最大帯域幅 320MHz で最大3920台の車両を走行できます。
2.4 シンボル送信時間：13.6μs
上述した符号化方式、符号化率、有効サブキャリア数はいずれも空間、つまり周波数領域の次元での視点ですが、電波の伝送には伝送時間の角度、つまり時間領域の次元での視点もあります。
時間領域の次元から見ると、送信単位はシンボル(Symbol)となります。送信中のシンボルの相互干渉を避けるために、隣接するシンボル送信の間にガードインターバル（Guard Interval）GIが設定されます。単位はマイクロ秒（μs）です。 1秒 (s) = 1000000マイクロ秒 (μs)。
完全なシンボル送信時間=単一シンボル送信時間 + GI
表3: Wi-Fi 6とWi-Fi 7のシンボル送信時間
Wi-Fi 6とWi-Fi 7の単一シンボルの送信時間は変更されていません。単一シンボルの送信時間は12.8μsです。 GI0.8μsを選択して計算すると、1000000/(12.8+0.8)=73529。これは、1秒間に73529個のシンボルを出すことを意味します。
シンボル送信能力に関しては、Wi-Fi 7は Wi-Fi 6と同じ能力を備えていますが、何の改善もありません。
これは次のように明確に理解できます。Wi-Fi 7の320MHz ボンディング チャネルでは、各列で3920台の車両を並べて走行でき、1秒間に73529台の列を走行できます。
2.5 空間ストリームの数: 16*16 MIMO
Wi-Fi 6およびWi-Fi 7では、Multi-User Multiple-Input Multiple-Output（MU-MIMO）技術が採用されています。AP送信機とSTA受信機で複数のアンテナが使用され、複数のデータストリームを同時に送受信して、無線伝送速度が向上します。個々のデータストリームは空間ストリームであり、異なるアンテナを介して送受信されます。
Wi-Fi 6は最大8つの空間ストリームをサポートします。つまり、APは同時に8つの外部受信機にデータを送信します (これら8つの受信機は必ずしも8つのSTAである必要はなく、3つのSTA8つの受信機である場合もあります)。各空間ストリームは1秒間に前述のデータ量を送信でき、8つの空間ストリームは同時に送信されるデータ量の8倍になります。また、Wi-Fi 7では16ストリームまで拡張されます。
Wi-Fi 7には、Wi-Fi 6の2倍の空間ストリーミング機能があります。
図6: Wi-Fi 7の16本の空間ストリーム
これは、AP側からSTA側まで、フローは道路の層であると明確に理解できます。16本の空間ストリームとは、道路が16層あり、上層と下層が配置され、スポーツカー内で同時に情報が伝達されることを意味します。
もちろん、ここにはAPは1つだけあり、STAは一つに限らず、複数存在する場合もあります。ただし、ここで計算するのは、この方法で計算できるWi-Fi7におけるAPの最大データ送信容量です。
図 7: Wi-Fi 7の16本のトリームは上下16層の道路のようになっている
2.6 理論レート計算式
この時点で、Wi-Fiの理論上のピークレートを計算する式を大まかに導入できます。
Wi-Fiの理論レート=符号化方式*ビットレート*チャネルの最大有効サブキャリア数*単位時間あたりのシンボル送信数*空間ストリームの数
=12*5/6*3920*73529*16
=46.12Gbps
そこから次のことが得られます。
1) Wi-Fi 7の理論上の最大ピークレートは 46.12Gbpsに達します。
2) Wi-Fi 6の理論上のピークレート9.6Gbpsと比較すると、Wi-Fi 7の理論上のピークレートは Wi-Fi 6の4.8倍です。
3) Wi-Fi 6と比較して、Wi-Fi 7の速度向上は主に次の技術的な点によるものです。
表4:Wi-Fi 7とWi-Fi 6の速度向上率表の比較
前編の要約：
「Wi-Fi 7とWi-Fi 6の違いをこの記事で分かる」（前編）では、Wi-Fi 7とWi-Fi 6の違いの1つであるWi-Fi 7の高速化技術について詳しく解説しています。また、Wi-Fi 7が何を意味するのかという質問にも基本的に答えました。Wi-Fi 7の速度は理論的にはWi-Fi 6の最大4.8倍であり、これは主に3つの要素 (符号化方式、チャネルの有効サブキャリアの最大数、空間ストリームの数)で改善されます。次の記事では、他のいくつかの主要なWi-Fi 7テクノロジーについて説明します。
