Wi-Fi 7と周波数制御の関係
著者 Poornima Apte 氏
DigiKeyの北米担当編集者の提供
2024-12-18
マルツ掲載日：2025-04-14
Wi-Fiは、デバイスが通信を行う際に接続するさまざまな無線周波数帯域を必要とします。長年にわたり、Wi-Fiは2.4GHzと5GHzの周波数帯域を使用しており、デバイスは干渉が最も少ない方のチャンネルに接続します。
近年、接続するデバイスの数が爆発的に増加し、容量を圧迫しています。Wi-Fiアライアンスによると、2024年だけで41億台のWi-Fi対応デバイスが出荷される見込みです。何百万台ものデバイスが、限られた数のアクセスポイントや特定の周波数帯域内のチャンネルを競って使用しようとすると、通信の渋滞や接続の切断は避けられません。そこで別の帯域を探す時が来たのです。それがWi-Fi 7であり、その前のバージョンであるWi-Fi 6Eなのです。
Wi-Fi 7では、デバイスは6GHzの周波数帯域も使用できます。まったく新しい周波数帯域を追加することは、さらに多くの交通量を吸収できるまったく新しい高速道路を追加するようなものです。
Wi-Fi 7で特に興味深いのは、チャンネル幅が160MHzから320MHzに拡大されたことです。その結果、6GHzを使用することでレーン(チャンネル)が増え、それぞれのレーンが広くなるため、より多くのデバイスからのデータがより高速に流れることになります。その結果、データのスループットが向上し、信頼性が高まり、レイテンシが低減されます。
30Gbpsを超えるデータ転送速度を持つWi-Fi 7は、AR、VR、高解像度ビデオストリーミング、IoT接続などの幅広いアプリケーション向けに、高速かつ低レイテンシな通信を実現します。
6GHz帯への移行の問題は、他の事業者がすでに6GHz帯を使用していることです。国防総省やNASAなどの連邦政府機関は衛星通信にこの帯域を使用しており、Wi-Fiデバイスが彼らの領域に入り込んでくることを快く思っていないかもしれません。6GHz帯を使用すると同時に、既存周波数帯のユーザーがそのまま使い続けられるようにするには、自動周波数調整(AFC)として知られる追加技術が必要になります。
Wi-Fi 7の補完技術
Wi-Fi 7では、より多くのより幅広いチャンネルで接続が可能になります。補完的な技術のおかげで、ユーザーは周波数帯域から最大限のスループットを引き出すことができ、各チャンネルをより効率的に利用できるようになります。
自動周波数調整機能
AFCは、6GHz帯の既存ユーザーを侵害することなくWi-Fiの使用を可能にします。アンテナの位置や方向など、既存ユーザーの情報やその他のパラメータをデータベースに入力することで機能します。新しいWi-Fi 7の接続は、このデータベースと照合し、同じ周波数帯域の近隣を侵害して干渉を引き起こしていないことをチェックします。
マルチリンクオペレーション(MLO)
MLOとは、データのストリームを複数のユニットに分割し、同じ周波数帯域の異なるチャンネルに同時にルーティングする機能のことです。Wi-Fi 7のMLOは、この機能をさらに一歩進め、データを複数のチャンネルと帯域でストリーミングできるようにします。
このような場合、単一のデータストリームを、利用状況に応じて、2.4GHz、5GHz、または6GHzのいずれかを経由してルーティングされます。これにより、データ転送が高速化され、チャンネルが損傷したり利用できない場合でも、遅延が発生しにくくなります。
4K直交振幅変調(4K QAM)
QAMは、異なる振幅と位相の信号を重ね合わせることで、スペクトルからより多くの情報を引き出すことができます。波が重ならないので、伝送にノイズは発生しません。4Kということは、一度に4,000以上の信号を通過させることができるということです。Wi-Fi 7は技術を標準化し、容量を増やすことでレイテンシを低減します。
さらに、Wi-Fi 7は、複数のリソースユニット(MRU)を使った直交周波数分割多元接続(OFDMA)を採用しており、データをより小さなパケットに分割することで、より高速なスループットを実現します。MRUはマルチユーザーのレイテンシを25%低減し、MLOはシングルユーザーのレイテンシを80%改善します。
Wi-Fiの周波数制御
Wi-Fi 7を実現する技術は素晴らしく、厳密な周波数制御に依存します。データをいかに効率的にチャンネルに詰め込んでも、絶対的な精度がなければ、信号が互いに干渉し、パフォーマンスの低下につながる可能性があります。
新しいWi-Fi規格では、デバイスとアクセスポイントの両方に最新の無線機が必要です。これらの高性能な無線機は、複数の周波数帯域に同時に同調し、AFCで説明した予約チャンネルを回避し、4K QAMを使用してスペクトルを高密度の情報で埋めることができます。安定した信号伝送を確保するために、極めて低い位相ノイズと高い安定性で動作する電子部品に依存しています。
位相ノイズとジッタを可能な限り低く抑えることは、データの完全性を維持し、誤り率を低減するために重要です。現在は、周波数が安定しているだけでは不十分で、時間や温度によって信号が減衰することは許されません。振動、衝撃、長期的な劣化は性能に影響を与える可能性があるため、設計段階で考慮する必要があります。
周波数制御用コンポーネント
水晶振動子、発振器、パワーインダクタは、Wi-Fiシステムが必要とする高精度の周波数制御を実現するために不可欠です。
発振器は、安定した信号の生成、すべての通信のタイミングを同期させること、動作させる搬送波周波数の決定など、データ転送に必要なすべてのタスクを実行します。多くの場合、水晶振動子は発振器と組み合わされ、発振器が生成する出力を微調整し、周波数信号の安定性と精度を保つ音叉のような役割を果たします。コンデンサと組み合わせると、インダクタはLC回路を形成し、Wi-Fiシステムが特定の周波数帯域に絞り、不要なノイズをフィルタリングすることができます。
ECS Inc.は、Wi-Fi 7システムに必要な水晶振動子、発振器、インダクタを幅広く製造しています。たとえば、ECSの表面実装(SMD)水晶振動子は、幅広いパッケージサイズを取り揃え、+150°Cまでの幅広い温度範囲を提供します。
ECX-1637Bシリーズ(図1)は、ワイヤレスアプリケーションに最適です。これは、2.0mm×1.6mm×0.45mmの4パッドパッケージに収められた小型のSMD水晶振動子です。初期誤差は±1ppmと低く、－30°C～+85°Cの温度範囲で±10ppmの許容差と安定性を実現しています。
図1：ECX-1637B 低エージング小型水晶振動子(SMD)は、16MHz～96MHzの広い周波数範囲を持ち、ワイヤレスアプリケーションに適しています。(画像提供：ECS)
ECX-2236Bシリーズは、低ESRと初期誤差が最大±1ppm以下を特長とするSMD水晶振動子です。ECS-33Bシリーズの周波数範囲は10MHz～54MHzで、－40°C～+85°Cの標準的な産業用温度範囲で初期誤差が±1ppmと高精度です。これらの機能は、最新のIoT、ワイヤレス、Wi-Fiアプリケーションに最適です。
ECSはセラミック発振器も販売しています。ECS-2520MVシリーズは0.750MHz～160MHzに最適で、ECS-2520SMVシリーズは8MHz～60MHzに最適です。両シリーズとも温度範囲は－40°C～+105°Cです。
図2：ECS-2520MVシリーズは、ワイヤレスアプリケーションに最適な小型SMD高速CMOS発振器です。(画像提供：ECS Inc.)
最後に、ECSは幅広いインダクタンスと温度範囲をカバーするパワーインダクタを提供しています。ECS-MP12520、ECS-MP14040、ECS-MPIL0530など、シリーズによって仕様は異なります。
図3：ECSのパワーインダクタは、広いインダクタンスと温度範囲をカバーし、Wi-Fiシステムには不可欠なコンポーネントです。(画像提供：ECS Inc.)
まとめ
Wi-Fi 7の性能をフルに発揮するには、いくつかのコンポーネントが必要です。発振器は回路を固定し、水晶振動子が微調整するベース周波数を作り出します。回路内のパワーインダクタは、必要な周波数を妨げる不要な信号がないようにし、電圧変動を滑らかにします。この周波数制御システムは、信号を転送するためのアンテナやデータ処理用のマイクロコントローラなどの要素と組み合わされます。
結論
Wi-Fi 7は媒体の信頼性を飛躍的に向上させるものであり、堅牢な周波数制御がそれを支えます。発振器、水晶振動子、インダクタなどのハードウェアコンポーネントは、高度なWi-Fi回路を支えており、この長年にわたる通信技術にとって信頼の高い主力製品となっています。長期的には、産業用オートメーションとAIの進歩がWi-Fiへの圧力を高め、通信技術はさらに進化するでしょう。
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