Wi-Fiなどの無線通信、実は無線にはそれぞれ規格があって、対応していなければ利用できません。

知っていると必ず役に立つ、無線の規格について解説します。

無線には6つの規格がある

無線LANルーターやWi-Fi接続ゲーム機の箱や説明書などを見ていると、
「IEEE802.11 ac/n/a」
などと書いてあります。

実はこの「IEEE802.11」というのは無線LANの標準規格。

この規格を定めているのは、アメリカに本拠地のある電気工学・電子工学に関係する国際的な学会「The Institute of Electrical and Electronics, Inc.」で、略して「IEEE」と呼ばれています。

現在この規格には6種類あって、「IEEE802.11」の後ろのアルファベットがそれを表しています。

【無線規格】
無線LAN規格名使用周波数帯最大伝送速度

IEEE802.11b
(1999年〜)

2.4GHz帯11Mbps

IEEE802.11a
(1999年〜)

5GHz帯54Mbps

IEEE802.11g
(2003年〜)

2.4GHz帯54Mbps

IEEE802.11n
(2009年〜)
※今の主流

2.4GHz帯/5GHz帯300Mbps

IEEE802.11ac
(2013年〜)
※最新の技術

5GHz帯6.9Gbps

IEEE802.11ad
(2014年〜)
※まだ使われてない

60GHz帯6.7Gbps

例えば「IEEE802.11 ac/n/a」だと、

  • IEEE802.11 ac
  • IEEE802.11 n
  • IEEE802.11 a

のいずれにも対応しているということになります。

実際の端末はどんな規格に対応している?

実際に無線通信を行うときは、各規格に対応した端末が必要になります。

たとえ親機(無線LANルーターなど)が最新の11acに対応していても、受信する子機(iPhoneなど端末)が対応していなければ利用できないのです。

iPhoneやiPad、ゲーム機といった端末はどんな規格に対応しているのでしょうか。

1.WiMAX端末

WiMAXの現行最新モデルは、全て802.11a/b/g/n/acに対応しています。

【WiMAX端末対応表】
端末対応規格

W04
通信速度最大440Mbps
WiMAX2+/LTE

802.11a/b/g/n/ac

WX03
通信速度最大440Mbps
WiMAX2+

802.11a/b/g/n/ac

W03
通信速度最大370Mbps
WiMAX2+/LTE

802.11a/b/g/n/ac

HOME L01
通信速度最大440Mbps
WiMAX2+/LTE

802.11a/b/g/n/ac

HOME+CA
通信速度最大220Mbps
WiMAX2+

802.11a/b/g/n/ac

WiMAXについてはこちらを参考に
WiMAX主要8社を2年総額で比較

2.iPhoneやiPad

iPhone やiPadは、端末によって対応している規格が異なります。具体的には次の表のとおり。iPhone、iPadともに11acに対応している端末もたくさんあります。

【Apple対応表】
端末対応規格

iPhone 6
iPhone 6 plus 以降

802.11a/b/g/n/ac

iPhone 5s
iPhone 5c
iPhone 5

802.11a/b/g/n

iPnohe 4s
iPhone 4

802.11b/g/n

iPhone 3GS
iPhone 3G

802.11b/g

9.7インチiPad Pro
12.9インチiPad Pro
iPad mini 4
iPad Air 2

802.11a/b/g/n/ac

iPad mini 3
iPad Air
iPad mini 2
iPad mini
iPad Retinaディスプレイ
iPad(第3世代)
iPad 2
iPad(第1世代)

802.11a/b/g/n

3.ゲーム機

iPhoneやiPad同様、ゲーム機も端末によって対応規格が異なります。最新の端末では11acにも対応しています。

【ゲーム機対応表】
端末対応規格
Wii802.11b/g
Wii U802.11b/g/n
Nintendo DS802.11
(802.11bと考えられる)
Nintendo 3DS802.11b/g
Nintendo 2DS802.11b/g
PS4(2016年9月発売モデル)/PS4 pro802.11a/b/g/n/ac
PS4(旧モデル)802.11b/g/n
PS Vita802.11b/g/n
PS Vita TV802.11b/g/n
PS3802.11b/g
PSP802.11b
xbox One802.11a/b/g/n/ac
xbox360 E802.11a/b/g/n
xbox360 S802.11a/b/g/n
xbox360有線LANのみ、無線利用はワイヤレスアダプタが必要
ワイヤレスアダプタの場合:802.11a/b/g
ワイヤレスアダプタNの場合:802.11a/b/g/n

4.街中の公衆無線LANは11ac非対応

コンビニやスタバなどで手軽に利用できる公衆無線LAN。

フレッツ光などが提供している公衆無線LAN(おもに有料)では11acに対応しているものもありますが、コンビニなどで利用できるものは11acには対応していません。

余談ですが、最近は性別と生年月日を最初に入力すれば、コンビニやカフェ、自治体が提供する公衆無線LANに自動接続する「タウンWiFi」というiOSアプリもあります。

最初の設定だけであとは自動接続する手軽さが好評で、開始2か月で100万ユーザーを獲得。

その一方で、無線LANサービスを提供する側にしてみれば「利用規約を確認せずに接続される」ということで、接続拒否をする事業者も。

実際に、「7スポット」を提供するセブン&アイ・ホールディングスでは、タウンWiFiからの接続を遮断する措置を取っています。

公衆無線LANは、どうしてもセキュリティで危険性があります。

ネットバンキングの利用やお金の支払いなどは、なるべく公衆無線LANで利用しない方が良いでしょう。

無線で利用する3つの周波数帯

無線の規格では規格ごとに利用する周波数帯や最大伝送速度が違います。
無線で利用する周波数帯は3つ。
周波数帯ごとに違った特徴があります。

【周波数帯特徴】
2.4GHz・障害物に強い
・屋内外問わず利用できる
・電子レンジやBluetoothなどと干渉が起きやすい
5GHz・無線LAN以外で利用されることは少なく、電波干渉が起きにくい
・障害物に弱い
60GHz・電波の直進性が高い
・障害物に弱い
・狭い範囲(せいぜい10m程度)で高速通信をする場合に最適

昔から利用されていた2.4GHz帯

もともと、2.4GHz帯を利用していた無線LAN。

2.4GHz帯は無線免許がなくても利用できることもあり、他の機器でもよく利用されている周波数帯です。

障害物に強く屋内・屋外を問わず利用できるメリットがある一方で、電波干渉を受けやすいというデメリットも。

2.4GHz帯を利用している他の機器としては

  • 電子レンジ
  • Bluetooth
  • 無線タイプのキーボードやマウス
  • コードレス電話

などがあり、こうした機器の近くで利用すると電波干渉が起き、通信速度が低下したり場合によっては接続できなかったりします。

2.4GHz帯におけるチャネル

2.4GHz帯のうち、無線LANで利用できる帯域幅は2.4GHz〜2.497GHzの約100MHz。

この100MHzの間には、規格ごとに決められた帯域幅のチャネルが用意されています。

チャネルとは、決められた周波数帯の範囲内で複数の端末が同時に通信できるよう、利用する周波数帯域を分割したもの。

日本では2.4GHz帯の場合は、100MHzの帯域幅の中に1チャネルから14チャネルまでの14個が用意されています。

「日本では」と書いたのは、14チャネルが日本独自のものであるため。諸外国と共通で利用できるのは、1チャネルから13チャネルまでの13個です。

各チャネルは5MHzずつずれている仕組みになっています。

ちなみに、2.4GHz帯を利用する規格には「11b」と「11g」、「11n」がありますが、11bのチャネル幅は22MHz、11gと11nでは20MHzと決まっています。

100MHzという幅の中に14ものチャネルがあれば、当然チャネルが重なる部分が出てきます。

安定した通信を行うためには、重なり合っていないチャネルを利用することが必要。
近い場所にある機器が重なり合ったチャネルを利用して通信すると、周波数帯が重なっているために互いに干渉してしまい、通信は不安定になってしまいます。

こうした点をふまえると2.4GHz帯には14のチャネルがありますが、互いに干渉することなく安定して利用できるのは最大でも4チャネルだけということになります。

電波干渉を受けにくい5GHz帯

5GHz帯は割と最近になって無線LANでも利用されるようになった周波数帯。

他の電化製品などの電波干渉が起きにくいメリットがある一方で、壁などの障害物には弱いため、電波が届く範囲は2.4GHz帯と比べると狭くなります。

実はこの5GHz帯、諸外国では無線通信向けに開放されている一方、日本では「衛星通信システム」や「気象レーダー」で利用されている周波数帯。

そのため以前は免許不要で利用できるのは「5.15GHz〜5.25GHz」のみ、しかも「屋内での使用のみ可」と制限されていました。

しかし2005年に利用可能なチャネルが4チャネル(J52タイプ)から8チャネル(W52タイプとW53タイプ)に拡大。

更に2007年には5.47GHz〜5.725GHz(W56タイプの11チャネル)も無線LANで使えるようになり、W56については屋外でも利用できるようになりました。

いわゆる「新5GHz帯」と呼ばれているものです。

ただ利用できるチャネルが拡大したといっても、気象レーダーなどと周波数を共用していることに変わりはありません。

そのため気象レーダーに使用している電波があるかどうかを確認し、影響する恐れがある場合にはチャネルを変更したり、出力を低くする機能をつけることが法律でも定められています。

チャネルを変更する機能を「DFS(Dynamic Frequency Selection)」、
無線の出力を低減させる機能を「TPC(Transmit Power Control)」
と言います。

また屋外で利用できるのはW56のみ。
W52とW53が使えるのは屋内のみなので、利用する場合は注意が必要です。

5GHz帯におけるチャネル

2.4GHz帯では重なり合ってしまうことが多かったチャネル。

5GHzでは屋内専用の5.15GHz〜5.35GHzと屋外使用可能な5.47GHz〜5.725GHzの合わせて455MHzもの帯域幅があるため、チャネル幅20MHzのチャネルを19個取ることができます。

しかも、周波数が重なる2.4GHz帯と違い、5GHz帯の場合はそれぞれが完全に独立。

隣り合うチャネルを利用しても干渉することがないため、安定した通信が可能です。

高速かつ大容量通信が可能な60GHz帯

最も新しい無線の通信規格「IEEE802.11ad」で利用されるのが、60GHzという周波数帯。

2.4GHzと5GHz帯は「マイクロ波」と呼ばれる周波数帯なのに対し、この60GHz帯は「ミリ波」と呼ばれます。

大容量かつ高速通信が可能ですが、障害物に弱く利用できる範囲も狭くなります。

60GHzの電波を利用するためには、専用の子機とアクセスポイントも必要です。

規格こそあるものの、無線LANやモバイル通信の分野での実用化には至っていないのが現状です。

無線LAN規格の歴史

無線LANに6つの規格があることと利用する3つの周波数帯の特徴が分かったところで、無線LANの規格がどのように成立してきたのか、技術的な話も含めて振り返ってみます。

最初は「11a」「11b」の2つだった

現在は6種類の規格がある無線LANですが、もともとは「11b」と「11a」の2種類だけでした。

この2つの規格はともに1999年に成立しています。
このうち先に成立したのは2.4GHz帯を利用する「11b」の方。
最大伝送速度は11Mbpsで、商品化されたのは1999年です。

その後、5GHz帯を利用する「11a」が成立。
当時の有線LANの最大伝送速度が100Mbpsだったのに対し、11aでは最大54Mbpsと有線LANにもだいぶ近づきました。11aは2002年ごろに商品化されています。

11aを2.4GHz帯に応用した「11g」

5GHz帯で利用される11aを2.4GHz帯でも利用できるようにしたのが「11g」です。
2003年に成立しました。

それまで2.4GHz帯では11bの11Mbpsが最高だった伝送速度が、11gにより54Mbpsにまで引き上げられました。

この11gの成立により、2.4GHz帯で利用できる規格は11bと11gの2つに。2つを組み合わせることで、自動的に最適な規格に切り替わるという機能が付けられました(ただし、11bに切り替わった場合の最大伝送速度は11Mbpsになる)。

この自動で最適な規格に切り替わる機能は、規格が6つに増えた現在でも利用されています。

例えば「IEEE802.11 ac/n/a」の場合であれば、「11ac」「11n」「11a」の3つの規格のうち、その時の状況に応じて最も効率の良い規格に自動的に切り替えて通信していることになります。

2.4GHzと5GHzの両方を利用、速度も大幅に上がった「11n」

2009年に成立した「11n」。

これまでは2.4GHzか5GHzのいずれか片方のみの対応でしたが、この11nは両方に対応しています。

伝送速度もそれまでは11aおよび11gの54Mbpsが最大でしたが、11nでは最大600Mbpsと大幅に向上しました。

この高速化には、次の3つのような技術が使われています。

1.チャネルボンディング

チャネルボンディングとは、無線LANで利用する帯域幅を拡大することで、伝送速度を上げる方法。

11nではこれまで1チャネルだったものを2チャネルに束ねたことで、帯域幅も20MHzから40MHzとなり、伝送速度を2倍にしています。

ただしチャネル数が少ない2.4GHz帯の場合はチャネルを束ねること自体が難しいため、従来通り帯域幅20MHzで利用する場合も。

この場合の最大伝送速度は、2チャネルを束ねた場合のおよそ半分程度になります。

2.MIMO

MIMO(マイモ)とは「Multi Input Multi Output」を略したもので、アンテナの数を増やすことで伝送速度を上げる方法です。

通常は送信・受信とも1本のアンテナを利用しますが、11nでは4本に増大。送信側ではデータを4分割して4本のアンテナから送信し、受信側は4分割されたデータを4本のアンテナで受信し1つのデータに復元します。

これにより、伝送速度は4倍に。1本当たりのアンテナで送受信するデータを小さくすることで、高速化を実現する技術です。

3.制御信号等の効率化

無線LANを利用してデータを送る際には、単純にデータのみ(データ信号)を送ればいいわけではありません。

様々な制御信号も一緒に伝送されます。この制御信号を効率的にまとめ、伝送するデータ信号の量を増やすことで通信速度を上げることができます。

例えば、1秒間に100の情報量を送信できる通信網があって、情報量が500のデータを送る場合で考えてみましょう。

1秒間に送れる情報量のうち、制御信号に50を費やすとなると、データ信号として送信できるのは実質50だけ。
情報量500のデータを送るためには、500÷50=10秒かかってしまいます。

ところが制御信号を効率化して必要な情報量を20にまで抑えると、データ信号に利用できる情報量は80に増えますよね。
その結果、同じ情報量500のデータを送る場合でも6.25秒で済んでしまいます。

11nではこうした技術を利用した結果、伝送速度は1.4倍になりました。

これら3つの技術を組み合わせ、54Mbps×2×4×1.4=604.8Mbpsという伝送速度を実現しています。

より一層の高速化を実現した「11ad」と「11ac」

「11ad」は2013年に、「11ac」は2014年に成立した規格です。

11adではこれまでの規格と違い、60GHz帯の周波数を利用。規格としては成立しているものの、日本国内においては商品化までは至っていません。

一方の11acはチャネル幅が「80MHz/160MHz」となっており、2.4GHz帯が利用できないために5GHz帯を利用。

11acでは11nで利用しているチャネルボンディングやMIMOといった技術を拡張し、伝送速度も最大6.9Gbpsとなりました。

理論値だけで見ると、伝送速度は光ファイバー並み。
このように無線の規格は20年もたたない間にどんどん進化しているんですね。

光回線の代わりにWiMAXという選択肢も

この様に電波の技術がどんどん進化しているため、光回線との差はほとんど無くなりました。

とくに一人暮らしの生活の場合は、光回線並みの通信速度を持ち運べるWiMAXでデータ通信をして、スマホは格安SIM(MVNO)という選択をする人が増えています。

WiMAXについてはこちらも参考に
WiMAXとは? 初心者が5分で完全に理解できる、WiMAXのメリットと注意点