はじめに
スマートフォン、PC、ゲーム機、家電… 現代社会において、日常的に無線通信を利用しない人はいないと思います。
無線通信を扱う業務をしていると、ユーザーからは「通信速度が速いほうがいい！」「安定してつながる？」といった観点で求められることが多く、私自身もそういった観点で評価することが多いです。
本記事はそのようなニーズに大いに効果がある（かもしれない）Wi-Fi 6E規格について、概要と実際に検証した結果、考察をご紹介します。
Wi-Fi 6E #とは
Wi-Fiそのものについての概要はこちらの記事が詳しいです。（宣伝）
無線をとことん使ってみた（Wi-Fi編）
https://zenn.dev/nttdata_tech/articles/1c6831e5db3d21
Wi-Fi 6Eの定義には様々な論調がありますが、本記事では私個人の理解である、「Wi-Fi 6EはWi-Fi 6（IEEE 802.11ax）の拡張版となる通信規格（EはextendedまたはextendのE）」とさせていただきます。
実際に、6と6Eの理論上の最大通信速度（9.6Gbps）や通信に用いる技術は同一となります。
大きな違いは、6Eでは6GHz帯の電波が使用可能になったことが挙げられます。
6GHz帯は日本では2022年9月に5925-6425MHzの範囲で利用が認可され、最大24チャネルを利用できます。
また、送信電力を小さく制限したVery Low Power（VLP）モードを用いることで、限定的に屋外での利用も可能です。
Table 1 Wi-Fi 6/Wi-Fi 6Eの比較
| 項目 | Wi-Fi 6 | Wi-Fi 6E |
|---|---|---|
| 周波数帯 | 2.4GHz / 5GHz | 2.4GHz / 5GHz / 6GHz |
| 最大通信速度 | 約9.6Gbps（理論値） | 約9.6Gbps（理論値）※同じ規格だが6GHz帯で干渉が少ないため実効速度向上の可能性あり |
| セキュリティ | WPA3推奨 | WPA3必須（6GHz帯利用時） |
Figure 1 無線LANの周波数と利用可能場所
※図中では屋内利用の6GHz帯に○がありませんが、実際には利用可能です。
総務省 電波利用ポータル 無線LANの屋外利用／上空利用について より抜粋
https://www.tele.soumu.go.jp/j/sys/others/wlan_outdoor/
Wi-Fi 6E/6GHz帯を利用するメリット
では、Wi-Fi 6E/6GHz帯を利用するメリットはどこにあるのかをご紹介します。
1.ユーザーの少なさ
前述の通り2022年に利用開始されたWi-Fi 6E/6GHz帯ですが、対応するアクセスポイント（AP）、ルータ、クライアント端末利用ユーザ数は5GHz帯と比較してまだまだ少ない状態です。
例として、iPhoneシリーズでWi-Fi 6Eに最も早く対応したのは2023年9月発売のiPhone 15 Proであるように、市場に出回っている端末全体を見ても決して多くはないという現状があります。
利用するユーザーが少ないということは、道路に例えると交通量が少なくスムーズにドライブできる状態のようなものですので、快適な利用ができる環境が整っていることが分かります。
2.外的要因による影響の少なさ
5GHz帯のW53/W56と呼ばれる周波数帯は気象レーダーや航空レーダーといったレーダー波と同じ帯域を利用しており、時折チャネルの競合が発生します。
同一のチャネルを利用していることが分かると、無線LAN（アクセスポイント）側には自動的に別のチャネルに切り替える仕組みの搭載が義務付けられています。
この時、無線LAN側は他にもレーダーとチャネルが競合していないことを確認するのですが、その際は電波を停止することになるため通信影響が発生してしまいます。
その点、6GHz帯では外的要因により強制的にチャネルを変える必要はなく、安定した利用が可能です。
※他のシステムと同一周波数帯を利用していますが、共用可能であることが確認されています。
3.利用可能チャネル数の多さ
2.4GHz帯の利用可能チャネルが実質3チャネル、5GHz帯の利用可能チャネルが20チャネルであるのに対し、6GHz帯の利用可能チャネルは24チャネルあることから、周囲に同周波数帯の電波を出すアクセスポイントが存在していたとしても、6GHz帯の場合は5GHz帯と比較してチャネル数や現時点でのユーザ数の差の影響でチャネルの競合を避けやすいため電波干渉が起こりにくいです。
4.チャネルボンディングによる高速化
Wi-Fiの技術にチャネルボンディングというものがあります。有線ネットワークにおいて複数ケーブルを束ねて利用するリンクアグリゲーションのようなもので、基本となるチャネルを複数束ねて利用することで理論上の通信速度を数倍に拡張できる、Wi-Fiの通信速度を向上させる技術の一つです。
1チャネルのみを利用する場合20MHzの帯域が利用できますが、チャネルボンディングによる最大帯域は2.4GHz帯では最大40MHz、5GHz帯でWi-Fi 6/Wi-Fi 7いずれも最大160MHzであるのに対し、6GHz帯でWi-Fi 6Eでは最大160MHz、Wi-Fi 7で最大320MHzまで束ねて利用することが可能です。
チャネルボンディングによるリスクとして、他のアクセスポイントの電波とチャネルの競合が発生しやすいというものがありますが、1.で説明した通りそもそものユーザーが少ない環境においてはその可能性も比較的低くなります。
このように利用するメリットが複数あるように見受けられるWi-Fi 6Eですが、実際のところ本当に利用する価値はあるのか？実際の検証結果を元に考察していきます。
検証内容・結果表示手法
今回の検証は弊社オフィスの1フロアにWi-Fi 6E/6GHz帯の電波を発するAPを配置し、そこに無線接続したクライアントから対向のサーバ相当のPCに向けて通信を発生させ、上りスループットを測定する形で実施しました。
構成は以下のとおりです。検証は基本項目をベースに、いくつかの条件を変更した上で行いました。
Figure 2 試験構成図
Table 2 基本項目
| 項目 | 内容 | 備考 |
|---|---|---|
| AP-端末間の距離 | 1m/5m/10m/15m/25m/壁越し1m/壁越し10m | パターンによっては未計測のものもあり。 基本的にはAP（Access Point：Wi-Fi親機）とクライアント端末（Wi-Fi子機）がお互いに直接見える環境とするが、 壁越しはコンクリート壁を挟んだ場所で計測実施。 |
| パケット構成 | TCP/UDP | 混在はなし |
Table 3 パターンによって条件を変更した項目
| 項目 | 内容 | 備考 |
|---|---|---|
| チャネルボンディング | 160MHz or 80MHz | |
| 周波数帯 | 6GHz帯 or 5GHz帯 | 6GHz帯の検証ではあるが、比較用に5GHz帯でも実施。 |
測定結果は総務省がガイドラインによって定めた、いわゆる5Gなどモバイル回線における実効速度の集計表示手法に準拠した「箱ひげ図」を採用して紹介します。
総務省によると、「箱ひげ図」は、ばらつきのあるデータを分かりやすく表現するための統計学的グラフであり、Figure 3のとおり上下の線でばらつきの最大値と最小値を表示するとともに、中央値に近い半数を四角形で表示することによって測定結果のばらつき具合を把握しやすいグラフとして利用されています。
Figure 3 箱ひげ図イメージ
総務省 移動系通信事業者が提供するインターネット接続サービスの実効速度計測手法及び利用者への情報提供手法等に関するガイドライン より抜粋
https://www.soumu.go.jp/main_content/000371346.pdf
検証結果
a 160MHz/1台/6GHz
それではここからパターンごとに検証結果を紹介します。
まず、最もスループットが出ると想定される、チャネルボンディング160MHzの環境で計測を実施しました。
Figure 4 パターンa測定結果（TCP）（単位：Mbps）
Figure 5 パターンa測定結果（UDP）（単位：Mbps）
AP-端末間の距離が1mの環境ではTCP/UDPいずれもスループットが平均値中央値共に1Gbpsを超えており、普段日常的に利用している通信速度に比べ非常に高速な通信速度が出せることが確認できました。
相対的な面では基本的な無線通信の性質の通り、AP-端末間の距離が近ければ近いほど高いスループットを示していることも分かります。
このことからもAPから物理的に近い場所で無線を利用できる環境を整えることの重要性が読み取れます。
また、壁越し1mと無障壁時の10m～15mあたりが近い値を示していることから、障害物が途中に存在すると性能は大きく落ちることもこの結果から分かります。
今回の検証環境では同一フロアに6GHzの電波を発する機器が他に存在しなかったこともあり、ほぼ干渉が無い状態で検証できたことからも、本測定系におけるWi-Fi 6E/6GHz帯の実測スループットの最大値はこのあたりであると考えています。
b 80MHz/1台/6GHz
次にチャネルボンディング設定を80MHzに変えて計測しました。ボンディングが半減するので、単純な計算であればスループットも半減すると考えられます。
Figure 6 パターンb測定結果（TCP）（単位：Mbps）
Figure 7 パターンb測定結果（UDP）（単位：Mbps）
ボンディングが半減したものの、スループットとしては概ね160MHz時の6～8割ほどは出ており、単純な半減とはならないことが分かります。
これは日本におけるWi-Fi 6E（6GHz帯無線LAN）の送信電力上限が関係している可能性があります。
屋内利用（Low Power Indoor, LPI）：最大EIRP（等価等方輻射電力）200mW（約23dBm）
屋内外利用（Very Low Power, VLP）：最大EIRP 25mW（約14dBm）
また、日本では無線設備規則第49条の20第4号にて、チャネルボンディング設定ごとに1MHzの帯域における平均電力の値が定義されていますが、法令の原文はどうしても文章が複雑で理解しづらいです。端的に説明すると、80MHzのほうが160MHzより1MHzあたりの平均電力を大きく設定することが可能です。
そのため、帯域を広げても合計での送信電力を上げられないことから、1MHzあたりの最大出力は160MHz設定より80MHz設定の方が強かったと考えられ、80MHzの方がより強い電波を発することができていた可能性があります。
実際に160MHzの際、UDPでは25m時のスループットは1m時のスループットに比べ約25%にまで落ち込んでいたのに対し、80MHzの際は約37%に留まっています。
帯域の差があるため絶対的な値では劣ってしまいますが、APからの距離が離れた際の相対的な品質維持という観点では、80MHzなど相対的に160MHzより狭い帯域での利用が適しているケースもあり得ると考えることができます。
c 160MHz/4台/6GHz
今度は160MHzで同時に4台の端末からパケットを発出させた際のスループットを測定しました。
Figure 8 パターンc測定結果（TCP）（単位：Mbps）
Figure 9 パターンc測定結果（UDP）（単位：Mbps）
試験環境の都合により異なる端末で測定していることから、端末性能の差によるスループットの差が生じていることはご承知おきください。
同一APの電波を複数の端末が利用するという日常的にあり得るシチュエーションにおいて、TCPでは各端末平均100～200Mbps、UDPでは端末2,3,4で平均60～80Mbps前後と、パターンaと比較すると1台あたりのスループットは明らかに低下していることが分かります。
しかしオフィスでの利用という観点で考えると、一般的なオンライン会議に必要なスループットは画面共有をしたグループ会議でも数Mbps程度と余裕を持って対応できることから、ビジネス利用の範囲ではより多くの端末が同時接続しても問題ない、実利用に耐えうるレベルであると考えられます。
4端末合計の平均値、中央値は以下のとおりです。パターンaの単一端末での計測データと比較しました。
Table 4 複数端末時と単一端末時のスループット比較（TCP）（単位：Mbps）
| 項目 | 1m | 5m |
|---|---|---|
| パターンa平均値 | 1067 | 864 |
| パターンc4端末合計平均値 | 902 | 769 |
| パターンa中央値 | 1055 | 845 |
| パターンc4端末合計中央値 | 847 | 693 |
Table 5 複数端末時と単一端末時のスループット比較（UDP）（単位：Mbps）
| 項目 | 1m | 5m |
|---|---|---|
| パターンa平均値 | 1478 | 1093 |
| パターンc4端末合計平均値 | 1304 | 830 |
| パターンa中央値 | 1505 | 1085 |
| パターンc4端末合計中央値 | 1300 | 812 |
同一条件下で複数端末を利用すると単一端末のスループットの8割～9割程度の速度が出ていることが分かります。
端末毎の処理やスペック差分が影響して完全に同等の値とはいきませんが、概ね利用できる帯域をフルに活用していると判断できます。
d 80MHz/1台/5GHz
さらなる比較パターンとして5GHz帯での測定を行いました。
5GHz帯を利用できる無線規格は複数存在しますが、今回はWi-Fi 6を利用していますので、理論上はパターンbの6GHz帯/80MHzと同等のスループットを出すことが可能と想定しています。
Figure 10 パターンd測定結果（TCP）（単位：Mbps）
Figure 11 パターンd測定結果（UDP）（単位：Mbps）
平均値、中央値をパターンbの6GHz帯での計測データと比較しました。
Table 6 6GHz帯/5GHz帯のスループット比較（TCP）（単位：Mbps）
| 項目 | 1m | 5m | 15m | 25m |
|---|---|---|---|---|
| 6GHz帯平均値 | 758 | 652 | 287 | 242 |
| 5GHz帯平均値 | 460 | 385 | 112 | 35 |
| 6GHz帯中央値 | 764 | 651 | 309 | 242 |
| 5GHz帯中央値 | 470 | 382 | 107 | 30 |
Table 7 6GHz帯/5GHz帯のスループット比較（UDP）（単位：Mbps）
| 項目 | 1m | 5m | 15m | 25m |
|---|---|---|---|---|
| 6GHz帯平均値 | 730 | 706 | 440 | 262 |
| 5GHz帯平均値 | 512 | 512 | 81 | 52 |
| 6GHz帯中央値 | 733 | 729 | 473 | 269 |
| 5GHz帯中央値 | 530 | 524 | 75 | 46 |
結果は歴然であり、6GHz帯のスループットがいずれも高い値を示しました。また、1m時と25m時のスループットの減少幅に関しても6GHz帯は7割減程度に留まっているのに対し、5GHz帯は9割減となっています。
スループットの絶対値もさることながら、一般的に電波とは高周波数帯の方が遠方まで届きにくいという性質を持っているため、5GHz帯のスループットの減少幅のほうが6GHz帯のそれに比べて緩やかになることを予想していましたが、逆の結果となったことに驚きました。
考えられる可能性としては、周辺環境の5GHz帯の利用状況が挙げられます。今回は事前にフロア内で利用されている無線APのチャネル利用状況を確認し、比較的影響が少ないチャネルを選んで検証しましたが、フロア内の端末も多く、想定以上に電波干渉を受けやすい環境であった可能性があります。ここにも5GHz帯/6GHz帯の現状のユーザー数の差が現れているものだと考えています。
考察
まずどの条件下でも共通して、APと端末間の距離が近ければ近いほどより高速な通信ができるということが結果から読み取れます。
そのため、より高品質な通信環境を求める際にはAPから極端に離れた端末が存在しないよう、複数のAPを適切に配置することでフロアを網羅できる物理配置にすることが望ましいです。
具体的なAP間の配置距離については利用するユーザー数や想定利用帯域、APそのもののスペック等の複数の要素が絡んでくるため、一概にこうであるとは言い切れませんが、電波干渉をあまり考慮しないまま極端に間隔を狭めて配置するとチャネルの競合が発生し、却って通信環境を悪化させる可能性があるため、事前の調査や聞き取りを行うことで適切な設計を決めていくことが重要です。
チャネルボンディングに関してはWi-Fi 6Eの最大値である160MHzをフルに利用できる環境であれば快適な通信環境を実現できますが、現在の日本で利用できるチャネル数では160MHzの場合チャネル数が最大3つとなってしまうため、フロア内外で6GHz帯の電波を発する機器が存在するとこちらもチャネル競合を発生させるリスクが増加します。※海外では160MHzで7チャネル分確保可能な国も存在しており、そういった国々では6GHz帯での干渉を抑えた利用が可能で、160MHzの利用がより効果的と考えられます。
そのため、現実的に6GHz帯のAPを複数台使う場合は、パターンbで得られた相対的な品質維持という観点からも、それぞれ80MHzのチャネルでできる限り重ならないようにAPを配置することが適切と考えられます。
さらに状況に応じてボンディング設定を小さくした方が利用しやすいケースも出てくるものと思われますので、フロアにおける電波状況の調査・管理は定期的に実施し、無線環境のチューニングの一つの手段として検討すべき事項となります。
また、クライアント端末の導入状況を鑑み、6GHz帯と並行して5GHz帯を利用するケースは大いにあると考えられます。
結果から見るにメインで6GHz帯を利用したほうがより高速通信可能な環境を提供できると考えられます。合わせてより多くのユーザーが利用できるように5GHz帯をサブとして利用し、チャネルや帯域については周辺環境を踏まえて設定するのが望ましいと言えます。
一方で今後ユーザー数が増えてしまうと6GHz帯の優位性が失われる可能性が生じます。これを回避するため、6GHz帯を5GHz帯より優位な状態に保つような機能、設計が有効と考えられます。
まとめ
5GHz帯がメインである現状より高速通信可能な環境を実現する場合は
- Wi-Fi 6Eの採用など、6GHz帯を利用する
- 6GHz帯のチャネルボンディングは160MHzに設定
- APと端末の距離がなるべく近い状況を保つこと
- 周辺に6GHz帯を利用する端末が少ないこと
という条件が必要となることが分かりました。
この条件に限りなく近い環境を目指して設計を行うことがより良い通信環境に繋がりますが、現実には様々な制約があるため、それを踏まえた提案ができるかどうかがエンジニアの腕の見せどころだとも感じています。
今回はスループットに注目して調査・評価を行いましたが、一方で常に安定して利用ができるかという観点ではまだまだ調査の余地が残っていると感じましたので、今後の実環境への実装を経て調査できればと考えています。
今後は企業向け/一般向けを問わず、益々市場にはWi-Fi 6E/6GHz帯対応の製品が増えていくことが予想されますので、ニーズに応えられるサービスの提供を目指していきます。
参考文献
- Wi-Fi 6E #とは
- Wi-Fi 6E/6GHz帯を利用するメリット
総務省 報道資料「6GHz帯無線LANの導入のための技術的条件」（2022年4月）
総務省「令和6年版 情報通信白書」
総務省「無線LANに関する国内外の動向等」資料（2023年6月）
日経XTECH Wi-Fi 6の拡張規格「Wi-Fi 6E」、新たに利用できる6GHz帯は電波干渉しにくい（2023年10月）
- 検証結果
Microsoft Teams 用に組織のネットワークを準備する （2025年6月）
帯域幅要件
Zoom Zoomのシステム要件 （2025年4月）
帯域幅要件
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