データのビームフォーミング：WiGigが7Gbpsの速度を実現する仕組み

ワイヤレス・ギガビット・アライアンスは先日、認証取得準備が整った無線システムの1.1仕様を公開したと発表しました。この仕様には、ビデオコネクタ用のフレームワークなど、いくつかの新機能が含まれています。しかし、5GHz帯のWi-Fiでさえ、問題の無線ルーターからわずか数フィート離れた場所では受信状態が不安定になることで有名です。それなのに、驚異的な60GHzの周波数帯を使用するWiGigは、ルーターに直に押し付けられていないデバイスにどうやって情報を送信できるのでしょうか？

まず、WiGigとは何かを簡単に説明します。WiGigは、60GHz帯の周波数帯を使用し、最大7ギガビット/秒のデータを無線で伝送するハードウェアの仕様です。比較すると、802.11n Wi-Fiの最高速度は数百メガビット/秒です。つまり、WiGigでは、たとえ受信状態が完璧でなくても、HD画質のアーチャーのエピソードをダウンロードするのに数秒しかかかりません。このシステムは数年前から開発が進められており、WiGigアライアンスは最近、対応デバイスの発売を2012年上半期に予定していると発表しました。

WiGigは、独自のIEEE 802.11規格（802.11ad）を策定するほど高度な技術を備えています。リリース当初は、5GHz帯が市場に登場し始めた頃と同様に、信号の送受信に新しいハードウェアが必要になります。しかし、5GHz帯のWi-Fiとは異なり、WiGigの設計には、高周波伝送で一般的に発生する減衰の問題を回避するための手法が組み込まれています。

WiGigは信号減衰を克服するために、アダプティブビームフォーミングと呼ばれるプロセスを採用しています（この手法を採用したシステムは初めてでも唯一でもありませんが、この技術に大きく依存しています）。デバイスに搭載された物理アンテナと信号を調整するアルゴリズムを組み合わせることで、WiGigデバイスは狭いターゲットビームを形成し、互いに効果的に信号を送受信します。

ルータなどのデバイス内のアンテナはそれぞれ、ルータがデバイスを検知するための広い受信エリアを持っています。60GHz 接続を使用するデバイスがそのエリア内に持ち込まれると、デバイスはアンテナとの通信を開始し、アンテナの信号を微調整して接続速度を最大化します。

アンテナは、送信電波の振幅と位相シフトを調整することでこれを実現します。信号の受信は、アンテナ出力と期待信号間の誤差や信号対干渉比など、様々な問題を最小限に抑えることで最適化されます。

複数の電波源の位相シフトと振幅が調整され、互いに連携して適切な方法でピンを合成すると、優れた受信エリアの「ローブ」が形成されます。しかし、このローブの残念な結果として、ローブの外側には全く電波が届かないヌルエリアも存在します。これは、WiGigが特定のエリアを同時受信でカバーできるという期待を裏切るものです。少なくとも、多数のルーターとアンテナを使わずには実現できません。

デバイスがルーターの特定のアンテナの範囲内にある限り、アンテナと受信機はデジタル最適化プロセスをかなり高速に実行し、集中した信号ビームを確立できます。ただし、「高速」とはWiGigアライアンスが公開している情報源で説明されている限り具体的な数値ではなく、接続速度はほんの一瞬から数秒、あるいはそれ以上に及ぶ可能性があります。

最速のビームを確立するまでの時間は、使用する機器の品質にも左右される可能性があります。しかし、それを考慮しても、WiGig対応デバイスを持ち歩きながら60GHzの信号を維持できるかどうかは分かりません。それでも、仕様では、機器は高速接続が失われた場合に2.4GHzと5GHzの信号にフォールバックできる必要があるとされています。