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FalconWAVE®長距離無線LANシステム

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Wi-Fiの電波伝搬環境

電波伝搬は周波数によってその特性が異なります。
Wi-Fiで使用する2G~5GHzという周波数帯は、マイクロ波の中でも低い帯域で、直進性の高い特性で見通し通信の領域にあります(図1)。これより高い数10GHz帯の周波数帯域は降雨減衰が大きくなり、また低い数100MHz帯は、物陰まで回り込むという便利な特性はありますが、他方、波長が長い分だけ、アンテナが大きくなるというデメリットがあります。この点で、 Wi-Fiの周波数帯(2.4G~5GHz)は使いやすい周波数帯域のひとつであり、他のサービスでも使用を希望している人気の高い周波数です。

周波数帯 波長 λ [cm] サービス
13MHz - 2308 Suica
500MHz - 60 地デジ(主な局)
800MHz - 38 携帯・スマホ
1500MHz 1.5GHz 20
1800MHz 1.8GHz 17
2000MHz 2GHz 15
2400MHz 2.4GHz 13 Wi-Fi
2500MHz 2.5GHz 12 WiMax
5000MHz 5GHz 6 Wi-Fi

図1 周波数とシステム

Wi-Fiとは簡単にいうと、無線でパソコンなどをインターネットのネットワークに接続する技術のことで、無線LANの規格のひとつです。代表的な利用形態は、自宅内や公衆エリアでのパソコン接続です。最近は、大きな駅やショッピングセンター、ファーストフード店などで「Wi-Fi」と書かれたステッカーを目にすることが多くなりました。いわゆる「公衆無線LAN」や「Wi-Fiスポット」と呼ばれる場所です。
無線アクセス形態の特長としては、ユーザの移動範囲は限定的です。また、親局のアクセスポイントのアンテナはユーザから近いという状況にあります。主な利用形態を図2に示します。

図2 無線LAN(Wi-Fi)の環境

これに対して、セル方式の主な利用形態を図3に示します。
ユーザーは街中を自由に移動し、自動車に乗っての通信も可能となります。したがって、移動速度が速く移動範囲も広いのが特徴です。また基地局アンテナは見えないところに設置していることが多いようです。

図3 セル方式(携帯電話・スマホ)の環境

携帯電話やスマホのセル方式とWi-Fi方式のエリア構成を図4に示します。

図4 セル方式とWi-Fi方式のエリア構成

Wi-Fiサービスの電波伝搬は、距離が近くユーザの利用範囲が限られており、移動速度も遅いため、セル方式のエリア設計に比べ簡単だと思われるかも知れません。しかしここで注意しなければいけないのは、建物の壁や乗り物のボディなど、周囲を囲まれている形状の場所であるということです。
このような場所では電波の干渉が発生します。

電波干渉の発生原理を図5に示します。建物の天井や壁、床などから反射波が発生し、欲しい見通し内の直接波とともに、邪魔になる反射波が存在することになります。

図5 電波干渉の原理

反射波や直接波が多数存在する多重波環境の電波伝搬はレイリー分布となり、直接波の仲神・ライス分布よりも複雑な形となります。電波伝搬環境の分類を図6にまとめました。

図6 電波伝搬環境の分類

周囲を囲まれた構造物での通信環境で、最も電波伝搬が複雑で通信が難しいのがトンネル内の環境です。最近は、地上の道路や電車線路の新設が困難となり、地下化工事が多数行われています。
また、2012年12月の中央自動車道笹子トンネルの天井崩落事故をきっかけに、高度成長期に建設されたトンネルなどの社会インフラの補修工事も必要になってきています。このようなトンネル工事において、有線ケーブルはコスト高であるともに、障害の危険性があり無線化が求められています。
トンネル内の電波伝搬のイメージを図7に示します。トンネル内では、アクセスポイントに対して遠い端末は弱すぎる電波を受けることになりますし、一方近い端末は強過ぎる電波を受けることになります。トンネルでは、これに加えて全面的に覆われたトンネル壁面からの多重の反射波も存在してくるので、極めて厳しい電波環境になるわけです。

図7 トンネル内の電波伝搬
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