Wi-Fi 7でIoTはどうなる？

Wi-Fi 6 から Wi-Fi 7 への移行は価値があるのか？

(出典： Supatman/stock.adobe.com)
 

Wi-Fi® は、企業および家庭で広く利用されているネットワークサービスです。ネットワークを新しい Wi-Fi 規格に移行する企業は、統合の手続きに時間がかかかる場合があり複雑な検討事項に直面することがよくあります。対照的に、新しい Wi-Fi 標準を住宅へ導入する場合には、家庭用インターネットプロバイダや消費者向け Wi-Fi ルータメーカーが他社より優位な状況を維持しようと努めるため、やや早い傾向があります。

新しいWi-Fi規格を消費者向けおよび企業向けデバイスに統合することは容易な作業ではありません。通常、新しいWi-Fi規格のリリースと認証、そして人気製品がその機能を採用し始めるまでに時間差が生じます。

これらの統合上の課題は、これまでのすべてのWi-Fi世代で存在していましたが、Wi-Fi 6Eは10年以上にわたって初めて新たなWi-Fi周波数帯域を開拓するという飛躍的な進歩を遂げました。多くの企業は、2.4GHzおよび5GHz周波数帯域の混雑に対処するための機器の導入を急いでいます。Wi-Fi 7 は新しい周波数帯域を誇っているわけではありませんが、チャネル帯域幅の拡張（320MHz）と新しい 4K 直交振幅変調（QAM）により、Wi-Fi 6/6E よりもスループットが大幅に増加しています。Wi-Fi 6/6E で十分だと感じる方が多い速度の向上に加え、Wi-Fi 7 だけが提供する、ターゲットウェイクタイム、タイムセンシティブネットワーク、マルチリンク操作などの IoT 機能の大幅な強化も大きな特徴です。

このブログでは、Wi-Fi 7 が実現するIoT アプリケーションへの大幅なパフォーマンス向上について紹介すると共に、Wi-Fi 7 を採用する際の設計上の考慮事項を検証、さらに設計者へ便利なアップグレードの方法を提供するソリューションについて探ります。

Wi-Fi 7 のパフォーマンスと効率の向上

現在の最新Wi-Fi規格である802.11beは、以前のWi-Fiバージョンとの下位互換性を維持しつつ、大幅な速度向上と、多くのユーザーにとって切り替えの理由となる追加機能を提供するように設計されています。Wi-Fi 7で可能になった機能のひとつが、2.4GHz、5GHz、6GHzのWi-Fi帯域を同時に使用できるトリプルバンド対応です。はるかに高い潜在的なスループットに加え、このマルチリンク操作（MLO）機能は、さまざまな周波数チャネルおよびスループット要件を持つ数多くの IoT システムのためのプラットフォームを構築します。例えば、非常に高いスループット、低遅延、または時間的制約の厳しいシステムは、混雑を回避し、リンクされたシステムのパフォーマンス要件を確保するために 5GHz または 6GHz 帯で動作することができ、2.4GHz チャネルは、同時により低いスループットおよび時間的制約のない IoT サービスを処理することができます。さらに、MLO とさまざまな周波数帯域を採用することで、レガシー IoT システムも、最新かつ最高性能のテクノロジーとシームレスに併用し続けることが可能です。

このトリプルバンド機能、新しい 320MHz の広帯域チャネル、および Wi-Fi 7 でサポートされる 4K-QAM により、最大総スループットは 46Gbit/s に達します。4096-QAM により、Wi-Fi 6 の 1024-QAM（1 シンボルあたり 10 ビット）に対して、1 シンボルあたり 12 ビットを伝送することが可能になります。Wi-Fi 7 では、最大チャネル帯域幅 320MHz は、2 つの 160MHz チャネルやさまざまなサブの組み合わせなど、連続または非連続にすることができます。さらに、Wi-Fi は、追加のマルチ入力マルチ出力（MIMO）プロトコル強化により、最大 16 の空間ストリームに対応しています。

Wi-Fi 7 は、混雑の激しい周波数帯域でも、より柔軟なチャネル利用を可能にします。以前の Wi-Fi 世代では、Wi-Fi チャネルの同時使用やそのチャネルへの干渉により、Wi-Fi チャネル全体が使用できなくなることがありました。これに対し、Wi-Fi 7 では、パンクチャリングと、チャネルの影響を受けていない部分の利用が可能になり、信頼性の向上とスペクトル利用効率の向上を実現しています。

その他の Wi-Fi 7 の機能強化としては、ワイヤレスネットワークの決定性を高める、時間依存ネットワーク機能があります。さらに、ターゲットウェイク時間などの低消費電力およびバッテリ駆動機能により、連続的な動作を必要とせず、予定された時間にのみ動作する IoT デバイスでの Wi-Fi の使用がさらに容易になります。

Wi-Fi 7 の採用における課題と考慮事項

Wi-Fi 7 ハードウェアへのアップグレードには大きなメリットがありますが、エンジニアリング上の決定を行う際には、さまざまな考慮事項や要件を満たさなければなりません。現在、従来の Wi-Fi 標準技術は、数年にわたってリリースされ、普及が進んでいるため、より広く利用可能になる見込みです。確立されたサプライチェーンと、以前の Wi-Fi 世代用のさまざまなハードウェアオプションおよびモジュールが存在します。これらの要因により、以前の Wi-Fi 世代用に構築されたハードウェアを使用する方が、若干コスト面で有利となります。

しかし、多くのネットワークインフラプロバイダは、コスト効率の高い対策として、デュアルバンド導入による Wi-Fi 7 の導入を進める意向です。また、ほとんどのソリューションでは、干渉を低減し、最適なパフォーマンスを維持するために、BAW フィルタが依然として必要となります。

さらに、Wi-Fi 7 の機能を利用するには、エンジニアがこれらの強化機能をハードウェアに設計する必要があります。他のワイヤレスプロトコルの機能と同様に、これらの機能の実装には多大な時間とリソースが必要となり、ライセンス取得や新しい知的財産（IP）の開発が必要になる場合があります。新しい機能は、複雑性が増すほか新しいハードウェアおよびモジュールの認証が必要になります。幸いなことに、Wi-Fi 7 の次世代機能は、以前の Wi-Fi 世代では利用できなかった広範な機能強化により、初期投資を十分に補うことができます。もちろん、Wi-Fi 7 システムを先駆けて開発することには、潜在的な競争上の優位性があります。

設計を簡素化し、市場投入までの時間を短縮

新しい Wi-Fi 7 製品を市場に投入する課題への取り組みとして、RF 回路をゼロから設計する代わりに、モジュールを活用する方法があります。その一例が、Qorvo の Wi-Fi® 7 フロントエンドモジュールです。このモジュールは、内蔵のパワーアンプ、単極双投（SPDT）スイッチ、バイパス可能な低ノイズアンプを特徴としています。^[1] これらのモジュールは、非常に電力効率に優れ、コンパクトであり、Wi-Fi 7 規格の全機能、16 × 16 MIMO、トライバンド動作、MLO、4K-QAM、制限付きターゲットウェイクタイム、320MHz チャネル帯域幅、およびプリアンブル/帯域幅パンクチャリングをサポートしています。非線形有限要素法（FEM）を活用することで、新しいWi-Fi 7設計では、必要な熱対策の削減、よりコンパクトで産業用設計の実現、小型で「グリーン」な電源の採用が可能となり、世界の大半で推進されている電力削減の取り組みに準拠することができます。

まとめ

Wi-Fi 7 は、以前の Wi-Fi 世代に比べて IoT アプリケーションに特に有益な、さまざまなパフォーマンスの向上を提供します。世代ごとの最高の理論スループットに重点が置かれがちですが、追加機能は多くの IoT アプリケーションにとってより一層有益となるでしょう。ただし、これらの機能を製品に実装するには、設計リソースと認証に多大な労力を要します。幸いなことに、Qorvo の Wi-Fi 7 フロントエンドモジュールなどの統合モジュールを使用することで、Wi-Fi の最新機能に対応した設計に簡単にアップグレードすることができます。

[1]https://resources.mouser.com/manufacturer-ebooks/qorvo-next-gen-connectivity-for-smart-living