Wi-Fi技術講座
第16回 Wi-Fiの伝送方式
技術・調査委員会
今回は、Wi-Fi の規格のそれぞれで採用している「無線通信方式」並びに「伝送方式」についてその特徴的なものを紹介します。
Wi-Fi で用いられている変調方式は、
・スペクトラム拡散（SS : Spread Spectrum）方式
・直交周波数分割多重（OFDM）方式で、
いずれもWi-Fiの利用周波数である2.4GH z 帯／5GH z 帯などのマイクロ波帯で高速な通信を実現する有効な通信方式です。
802.11n 以降の規格では、通信速度を飛躍的に向上させるMIMO（Multi-Input Multi-Output）技術が採用されています。
また、伝送方式としては、有線LAN（イーサネットEthernet）で用いられていたプロトコル（CSMA/CD：Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection）をベースに、無線の混信をうまく調整する方式としてCSMA/CA（CSMA / Collision Avoidance）が生まれました。
下表に各規格の内容をまとめました。
以前の技術講座でOFDM、MIMO、CSMA/CA等については解説していますので、ここでは「DSSS」と「OFDM」の違い、また、セルラーの通信方式とWi-Fiの通信方式について比べてみたいと思います。
Wi-Fi で用いられている無線伝送方式は2.4GHz や5GHz といったマイクロ波帯において効率よく情報を伝送できる方式を用いています。
一つが2.4GHz 帯で用いられているスペクトル拡散方式、もう一つが2.4GHz／5GHz 両方で用いられているOFDM 方式です。
スペクトル拡散方式については、今回紹介した直接拡散方式のほか周波数ホッピング方式（Frequency Hopping）などもあります。スペクトル拡散方式は、元の変調信号をより広い帯域に拡散して通信を行います。Wi-Fi で使っているDSSS 方式の場合は単純に言うと拡散比は1:22 であり、元信号（1MHz）を22MHz に拡散することになります。
スペクトル拡散方式は、周波数選択性の妨害（特定の周波数のみフェージング等で強度が低下）に対して強いということや、拡散することにより盗聴が難しくなるという点で、第3 世代（3G）の携帯通信（W-CDMA）にも用いられていた方式ですが、これ以上の高速化が望めないため最新の方式では用いられていません。
それに代わって用いられてきたのが、OFDMです。この方式は、変復調にFFT など複雑な信号処理が必要となるため、以前は放送用途など片方向通信のみに用いられてきましたが、プロセッサの進歩とともに処理が高速化し、双方向通信でも用いられるようになりました。携帯通信においても、第4世代（4G）のLTEからはOFDMと同様の技術OFDMA（Orthogonal Frequency Division Multiple Access）が使われています。
下表に、Wi-Fiとセルラーの変調方式を示します。ライセンスとアンライセンスの違いはありますが、両方式ともに、高速化の要望に対応するために、CDMA からOFDM に移行していることがわかります。
なお、DSSS 方式は、OFDM に比べて低速であるためすでに必要のない方式と言えるかもしれませんが、新方式も旧方式との後方互換性を担保する必要があるため、802.11n にもこの方式を扱えるような機能が具備されています。
802.11axではセルラーの第４世代で実現されているOFDMA方式が採用され、同様に進化を遂げています。802.11axについては今後の技術講座にて解説を予定しています。
送受信の分離の面でWi-Fiは非同期であるがゆえにCSMA/CAが採用されています。一方、セルラーは同期方式のため送受信の分離についてはFDDやTDDといった方式が採用されています。セルラーが対応している同期方式はシステム構築の際にGPSなど精度の高いクロックを使う必要があり、手軽さといった観点ではWi-Fiが一歩リードしている、と言えるかも知れません。
参考文献：
『Wi-Fiのすべて 無線LAN白書2018』 小林 忠男監修 リックテレコム発行
◆Wi-Fi技術講座一覧◆
Wi-Fi技術講座 第1回 2.4G帯と5G帯の使い分け
Wi-Fi技術講座 第2回 Beaconはお知らせ信号
Wi-Fi技術講座 第3回 Wi-Fiのルール CSMA/CA
Wi-Fi技術講座 第4回 認証と暗号化の取り決め
Wi-Fi技術講座 第5回 高速化のための技術
Wi-Fi技術講座 第6回 高速化のための技術MIMO
Wi-Fi技術講座 第7回 ハンドオーバーの動き
Wi-Fi技術講座 第8回 Wi-Fiとキャリアネットワーク
Wi-Fi技術講座 第9回 iPhoneのハンドオーバーについて
Wi-Fi技術講座 第10回 Wi-Fi Vantageの狙いと効果
Wi-Fi技術講座 第11回 OFDMについて
Wi-Fi技術講座 第12回 Wi-Fiシステム構築 実践編
Wi-Fi技術講座 第13回 WPA3 とEnhanced Open
Wi-Fi技術講座 第14回 Enhanced Open
Wi-Fi技術講座 第15回 Wi-Fiの周波数
■Wi-Biz通信（メールマガジン）の登録はこちら