図解でわかる無線LAN　シリーズ１（構成要素 – 最大通信速度 – 周波数 – 帯域幅 – チャネル）

１_無線LANとは（図で直感的に理解）

無線LANとは、電波を用いて構築するローカルのネットワークで、ケーブルを使わずに端末同士やルータを接続します。 配線不要で移動性が高く、複数端末を同時接続できる点が利点ですが、電波干渉・到達距離・暗号化などの制約やリスクがあります。

1-1_無線LANの構成要素(例：家庭)

無線LANの構成要素は、ONU、ルータ、アクセスポイント、無線端末等があります。
各構成要素を示したのが下記図になります。

図解１_無線LANの構成要素を示した図

• ONU【回線変換】
  光やケーブルなどのプロバイダ回線を家庭内で使える信号（Ethernet）に変換する装置。基本的にインターネット回線と家庭内ネットワークをつなぐだけで、IPアドレスの割当やルーティングなどの高度な機能は持たない場合が多いです。
  
• ルータ【ゲートウェイ機能、経路制御、NAT、DHCP、ファイアウォール等】
  家の中のローカルネットワークとインターネットをつなぐ「玄関口」として振る舞います。インターネットに接続するための、無線端末へのIPの自動割当（DHCP）に始まり、内部ネットワーク（LAN）と外部ネットワーク（WAN）の経路制御（ルーティング）やNATによるIPの共有、外部からの不要なアクセスを遮断するセキュリティ機能など、多様な役割を果たしています。
  
• アクセスポイント（AP）【無線の基地局】
  外部から有線で運ばれてきたデータを無線に変換してスマホやPCと接続させる装置。AP単体ではインターネット接続を提供できません（ルーター等と組み合わせる必要がある）
  
• 無線端末 ・・・　スマホ・PC・IoTなど、APと電波で通信する機器。

1-2_Wifiとの違い

Wi‑Fiは無線LANで使われる規格や相互接続性を保証するブランド名で、メーカーや機種が異なっても互換性を保つためのルール群を指します。
簡単に言うと「無線LAN」は技術的概念、Wi‑Fiはその中で広く使われる規格・認証という関係で、家庭用ルーターやスマホで「Wi‑Fiを使う」と言う場合はIEEE 802.11系の無線LAN規格に準拠した接続を指すことが多いです。

2_無線LANの性能要素（Wi‑Fi1〜6の概観）

無線LANは、ネットワークの技術であるため、速度等の性能要素が重要となってきます。
性能要素とは、簡単に言うとWi Fiがどれだけ速く・安定して・効率よく通信できるかを決める技術的な要素のことを指します。本記事（シリーズ１）では、無線LANを構成する6つの基礎技術の内、最大通信速度、周波数、帯域幅について、無線LAN（Wifi）の世代と共に解説していきます。

①無線LAN規格	②最大通信速度	③周波数帯	④帯域幅	⑤変調方式 （一次変調）	⑥多重方式 （二次変調）	⑦空間分割多重
WiFi 1 (IEEE 802.11b)	11 Mbps	2.4 GHz	22 MHz	BPSK QPSK	DSSS	なし
WiFi 2 (IEEE 802.11a)	54 Mbps	5 GHz	20 MHz	BPSK QPSK	OFDM	なし
WiFi 3 (IEEE 802.11g)	54 Mbps	2.4 GHz	20 MHz	BPSK QPSK 16-QAM	OFDM	なし
WiFi 4 (IEEE 802.11n)	600 Mbps	2.4 GHz, 5 GHz	20 MHz, 40 MHz	64-QAM(6bit)	OFDM	MIMO
WiFi 5 (IEEE 802.11ac)	6.9 Gbps	5 GHz	20 MHz, 40 MHz, 80 MHz, 160 MHz	256-QAM(8bit)	OFDM	MU-MIMO
WiFi 6 (IEEE 802.11ax)	9.6 Gbps	2.4 GHz, 5 GHz	20 MHz, 40 MHz, 80 MHz, 160 MHz	1024-QAM(10bit)	OFDMA	MU-MIMO

• 最大通信速度　・・・　規格上の理論値
• 周波数帯　・・・　使う電波の種類
• 帯域幅　・・・　１回に使える電波の幅
• 変調方式　・・・　電波に情報を乗せる方法
• 多重方式　・・・　同時に送る仕組み
• 空間分割多重　・・・　アンテナを使った並列通信

2－1_最大通信速度とは？

無線LANの「最大○○Mbps」はカタログ上の理想的な最高値で、実際に使うときの速度とは違います。表示は電波の理論上の速さで、実際の通信はヘッダや暗号化などのプロトコル分、再送や他の無線との競合、電波環境、端末性能といった要因で遅くなります。たとえば「Wi‑Fi 5の1ストリーム433Mbps」は、実効は環境次第でだいたい30〜70%に落ちることが多く、表示どおりに出るとは限りません。
実務的な目安として、家庭や小規模オフィスでは「 理論値の半分」を目安に帯域設計を行い、高密度環境ではさらに余裕を見て30%程度を想定することが多いです。

2－2_周波数帯の違い（2.4GHz／5GHz／6GHz）

無線LANで使う周波数帯は主に2.4GHz／5GHz／6GHzの三つで、それぞれ「到達性」「干渉の受けやすさ」「使えるチャネル幅」が異なります。
2.4GHzは壁や障害物を回り込みやすく到達距離が長い反面、電子レンジやBluetoothなど多くの機器と干渉しやすくチャネル幅は狭め（主に20MHz）です。
5GHzは干渉が少なく高速な通信が可能で、チャネル幅を80MHzや160MHzまで広げられるため動画や大容量転送に向きますが、遮蔽物に弱く到達距離は短くなります。
6GHz（Wi‑Fi 6E以降）はさらに空きチャネルが多く高帯域幅を確保しやすいため高密度環境や低遅延用途に最適ですが、対応端末と提供エリアが限定されます。

周波数	到達性	干渉の受けやすさ	使えるチャネル幅	主な用途
2.4GHz	長い （壁や障害物に強い）	高い （家電・Bluetooth等と競合）	狭い （主に20/40MHz）	IoT・遠距離接続・古い機器
5GHz	中程度 （2.4より短い）	中〜低 （チャンネル数多く回避可能）	広め（20/40/80/160MHzまで）	動画ストリーミング・ゲーム・高速通信
6GHz	短い （最も減衰しやすい）	低い （新規帯域で混雑少ない）	非常に広い （160MHz/320MHz候補）	超高速・低遅延（Wi‑Fi 6E/7向け）

図解２_周波数の概要

2-3_帯域幅とチャネル設計の基礎 

無線LANの技術要素として「 帯域幅」というものが存在し、20/40/80/160MHzのような単位で幅が設定されており、「 一度に送れるデータ量」を決めています。幅を広げるほど理論上の速度は上がりますが、電波の占有が大きくなり干渉を受けやすくなるため、実環境では必ずしも広い幅が最適とは限りません。

図解3_周波数と帯域幅の違い

2-3-1_チャネルについて

無線LANにおいて「チャネル」というのは、「通信の区画」を表しています。
先ほどの周波数と帯域幅と混在しやすいので、具体例を出しつつ考えてみましょう。
周波数2.4GHz、帯域幅20GHｚといっても、具体的には以下の13パターンがあります。この13の各一つ一つが、チャネルと呼ばれているもので、機器等が通信をする際は、この中から一つを選択して通信を行います。※周波数のＧＨzは比較のために、MHzに直しています。

チャネル	中心周波数	20MHz幅の範囲（概算）
１	2412MHz	2402–2422MHz
２	2417MHz	2407–2427MHz
３	2422MHz	2412–2432MHz
４	2427MHz	2417–2437MHz
５	2432MHz	2422–2442MHz
６	2437MHz	2427–2447MHz
７	2442MHz	2432–2452MHz
８	2447MHz	437–2457MHz
９	2452MHz	2442–2462MHz
10	2457MHz	2447–2467MHz
11	2462MHz	2452–2472MHz
12	2467MHz	2457–2477MHz
13	2472MHz	2462–2482MHz

2-3-2_5GHz帯域について

先ほども触れましたが、5GHz帯は「高速で混雑が少ないが届きにくい」という特徴があり、航空機のレーダー等でも使用されますが、多くは無線LAN（Wifi）で利用される帯域となり、動画やオンラインゲームなど高速通信に向きます。2.4GHzとの違いは以下になります

• チャネルは19区分ありますが、基本の帯域幅20MHzを利用するのであれば、各チャネルは2.4GHzのように周波数が重複しないため利用しやすい
• 屋内が基本のチャネルと屋外でも利用できるチャネルに分かれる
• 気象や航空が使用しているチャネルでは、レーダーを検知すると他チャンネルに切り替える DFS（Dynamic　Flequency　Selection）が作動する

図解４_チャネルの概要

３_まとめ

シリーズの1回目は、基本的な無線LANの概要と、重要な要素である最大通信速度、周波数、帯域幅、チャネルについて解説しました。周波数は「道の種類」であり、帯域幅は「道の幅」であり、チャネルは、「実際の道路（＝各道路の個別名称）」というところを抑えてもらえればと思います。次回は、性能要素の残りとして「変調方式」「多重方式」「空間多重分割」について解説したいと思います。

（参考）よくある質問