【なぜ電波が強くなる?】Wi-Fiのビームフォーミングの原理・仕組みをやさしく解説 | ハローWiMAX

【なぜ電波が強くなる?】Wi-Fiのビームフォーミングの原理・仕組みをやさしく解説

ビームフォーミングの原理・仕組み

スマートフォンやノートパソコンでWi-Fiルーター(やWiMAX:ワイマックス)を使う時、従来よりも高速かつ遠くまで届く通信を実現したのが、「ビームフォーミング」機能。

ビームフォーミング機能を使えば、「2階の部屋では電波が弱い」「動画のダウンロードに時間がかかる」なんて問題をサクッと解決できちゃうんです。

より快適なWi-Fi環境を作るためには絶対に知っておきたいビームフォーミングについて、仕組みをわかりやすく解説していきます。

ビームフォーミングとは「特定の危機に強く電波を飛ばす技術」

ビームフォーミング(beamforming)ってなんのこと?

特定の機器に向けて電波を飛ばすことで、より遠くまで、そしてより強く電波を届ける技術だよ!

アパートやマンションなどの集合住宅では、左右や上下の部屋のWi-Fiを受信できちゃったりしますよね。

これは受信側がどこにいるかというのは関係なく、親機であるWi-Fiルーターから360度全方位に電波が発信されているためです。

必要ない場所にまで電波を発しているので、普通に考えれば効率が悪いことこの上なく、必然的に届く距離が短く、電波も弱いものになってしまいます。

そこで、受信側がどこにいるのかを見極めて、その場所にのみ電波を飛ばすために開発された技術が「ビームフォーミング」

ビームフォーミングを使うことで、今までよりも遠い場所まで電波を飛ばしたり、通信速度を上げたりすることが可能となるのです。

 

「マルチパスフェージング」を利用した仕組み

どうして、特定の場所だけ電波を強めたり弱めたりができるの?

電波同士が干渉し合って増幅したり打ち消し合ったりする「マルチパスフェージング」という現象を利用しているんだよ。

電波というのは、その名の通り「波」のような性質を持っています。

実際の海の波を想像してみるとわかりやすいですが、波と波がぶつかる場所では、ぶつかり方によって波がより強くなったり、逆に打ち消されて弱くなったりしますよね。

電波でも同様に、電波同士が干渉し合う事によって、強くなったり弱くなったりする性質があるのです。

 

このような現象のことを「マルチパスフェージング」と呼ぶのですが、本来は通信の不安定さを引き起こすマイナス要因であるこのマルチパスフェージングを、うまく利用したのがビームフォーミングの技術。

電波の位相(波長のタイミング)をコントロールすることによって、電波を増幅したり打ち消し合わせたりするのです。

 

本当にビームのように電波がでるわけではない

ビームフォーミングって、本当にビームみたいに特定の端末に向けて電波を発射しているの?

特定の場所に向けてビームを出しているわけじゃなくて、複数の電波を駆使することで特定の方向・場所にだけ電波が届く、と言ったほうが正しいね。

ビームフォーミングはその名前から、受信側の端末に向けてビームのように一直線に電波を出すようなイメージがありますね。

しかし実際のところ、本当にビームのように電波を発するというわけではありません。

ビームフォーミングは複数のアンテナから別々の電波を発信することにより、特定の場所で電波が増幅されるようになっています。

これにより、電波は周囲360度一帯に発信されるのではなく、指向性を持って発信される…つまりは電波が必要なところには電波を増幅させてより強く、そして逆に電波が必要ない場所では打ち消し合う電波を発信することにより、特定の方向・場所に対してのみ電波が届くという仕組みになっているのです。

 

通信速度アップのカギは空間多重効果

通信速度が上がるのは、より強く電波が届くからっていうのだけが理由じゃないの?

ビームフォーミングで通信速度が上がるのは、空間を多重に利用して、より効率的に通信を行えるからというのも一つの理由だよ。

通常のWi-Fi通信では、複数の端末と同時に通信が行われているように見えても、じつは

  1. Aの端末の電波を360度発信する
  2. →Bの端末の電波を360度発信する
  3. →Aの端末の電波を360度発信する
  4. (以降繰り返し)

というように、高速で電波を切り替えながら、各端末との通信が行われています。

電波の届く空間を、一度に一つの電波でしか利用できないということですね。

その結果、接続されている台数が増えれば増えるほど効率が悪くなっていき、通信速度が落ちることに。

それに対してビームフォーミングは、360度に同じ電波を発するわけではないので、空間を多重的に利用することができます。

電波がない場所に、別の電波の通り道を作ることができる、と考えるとわかりやすいですね。

そのため複数台の端末と同時に通信を行うことが可能となり、接続台数が増えても通信速度が落とすことを減らし、効率的に通信ができるという仕組みなのです。

 

ビームフォーミング対応の端末が必要

ビームフォーミング機能のついたWi-Fiルーターさえあれば、誰でもビームフォーミングが使えるわけではないの?

ビームフォーミングを行うには、受信側の端末もビームフォーミングに対応していなければならないんだよ。

ビームフォーミングを行うには、親機であるルーターにビームフォーミング機能が搭載されていることが必須条件。

それに加えて、子機(スマートフォンやノートパソコン)側も、ビームフォーミングに対応した端末であることが必要です。

ビームフォーミングで通信を行うためには、事前に親機と子機の間で位置情報を確認しなければなりません。

そのため、受信側である子機がビームフォーミング非対応の場合、基本的にはビームフォーミングを行うことができないのです。

○ただし、一部のWi-Fiルーターでは、ビームフォーミング非対応端末に対して、ルーター側で機能を補完してくれるものもあるんだよ!

BUFFALOの「ビームフォーミングEX」や、エレコムの「ビームフォーミングZ」などの機能がそうです。

これらの機能が搭載されたWi-Fiルーターであれば、ビームフォーミング非対応の端末であっても、ビームフォーミングが利用できます

(※全ての端末で利用できるというわけではなく、ビームフォーミング非対応機種のうち、一部で利用することができます。)

 

まとめ

ビームフォーミングはWi-Fiだけではなく、今後は次世代通信である5Gにも活用されると言われている技術です。

ビームフォーミングによって、家庭内でも外出先でも、より快適に通信が行えるというのは素晴らしいことですね。

これからWi-Fiルーターを選ぶなら、ビームフォーミング機能のついたものを選ぶことをおすすめします。

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