無線LANのチャンネル干渉

食い荒らされた2.4GHz帯

無線LANで通信するのは、最初ノートパソコンぐらいのものでしたが、
やがてゲーム機も無線LANを使うようになり、
スマートフォンの普及がとどめを刺しました。
無線LANの利用シーンは、ここ数年で爆発的に増えました

その結果、無線LANの通信が不安定な環境が、そこらじゅうにできあがってしまいました
このような環境下では、無線LANの接続が途切れたり、最悪の場合は接続設定すらままなりません。

無線LAN機器は、免許がいらない無線機です。
製品が使いやすくなったとしても、無線LANの本質的な仕組みは変わっていないのです。

つながりにくくなった2.4GHz帯

無線LANにもさまざまな規格がありますが、
おそらく、ほとんどの人は2.4GHz帯を使っていると思います。
主に関係するのは、以下の3規格。

IEEE802.11b 無線LANで最初に普及してきた規格。
2.4GHz帯を使用。
IEEE802.11g 「IEEE802.11b」の上位互換で、理論値54Mbpsまで速度を向上したもの。
同じく2.4GHz帯を使用。
IEEE802.11n これ自体は周波数を規定するものではありません。
ベースの規格があり、それを2本、3本と束ねて高速化しようというもの。
実際にアンテナが2本、3本と生えてたりします。

よっぽど無線LANにこだわりがなければ、これら2.4GHz帯を使う機器を使用しているはずです。
それが悪いというわけではありませんが、狭い周波数帯の割に使用機器が増えすぎました

今や、一家に1台無線LANアクセスポイントがあるような状況です。
実際に、無線LANの通信が不安定だと言われて行ってみると、
電波を拾えるアクセスポイントが、やたら数多く検出できたりします
ほとんどすべて、2.4GHz帯のアクセスポイントです。

コードレス電話や電子レンジ等も同じ2.4GHz帯を使っているので、
それらとの電波干渉が問題視されることもあります。
でも、そんな四六時中電子レンジであたためしてるのはコンビニぐらいのもんです。
無線LANの電波干渉で最も問題になるのは、他の無線LAN機器です。

2.4GHz帯のチャンネルは干渉する

ほとんどの人は無線LANアクセスポイント(無線LANルーター)の設定を機械任せにしているので、
今現在何チャンネルを使っているのかはわからないと思います。
このへんについて調べ始めるのは、おそらく無線LANの通信が不安定になってからです。

「IEEE802.11b/g/n」の機種では、一般的に1~13チャンネルのいずれかを使用しているはずですが、
実は、独立した周波数帯で使えるチャンネルは3つまでなのです。

ワイヤレスネットワーク接続

つまり、無線LANクライアント(子機)の側から見て、
3つを超えるアクセスポイントが検出されたら、すでに電波干渉が発生しているということです。
通信が不安定になるのも、当たり前です。
※念のため補足しておきますが、子機の数ではなく親機の数です。

具体的に、各チャンネルがどういう周波数を使っているのかをまとめます。

2.4GHz帯の無線LANチャンネル周波数

2.4GHz帯の無線LANチャンネルの周波数は、かなり重複していることがわかります。
たとえば、1、2、3チャンネルを使っているとすると、
独立した別の周波数帯になっていないどころか、実に半分以上が重複していることになります。

それぞれ同一色で表したチャンネル同士は、周波数帯が互いに独立しており、干渉しません。
1、6、11とか、そのような組み合わせでチャンネルを選ぶのが理想的だといえます。
でも、3つを超えるアクセスポイントが検出されるような状況下では、
互いに電波干渉のない、空いているチャンネルを選ぶことはできない
のです。

14チャンネルだけ離れていますが、これは電波法に起因する日本独自の規格です。
1、6、11、14と組み合わせれば、互いに干渉することなく4チャンネルまで使えそうです。
でも、14チャンネルは「IEEE802.11b」の中でも古い規格で、現在では対応していない機器も多いです。
さらに、「IEEE802.11g/n」では14チャンネルは存在しないので、
重複なく使えるチャンネルは3つまでと書いたわけです。
14チャンネルに関しては、例外かつ特殊で、消えゆくものだと思っておいてください。

電波干渉に有効な5GHz帯

「IEEE802.11a」は、乱用されている2.4GHz帯の無線LAN機器とは違い、5GHz帯を使用します。
「IEEE802.11a」についても、各チャンネル別の周波数をまとめてみました。

5.2、5.3GHz帯の無線LANチャンネル周波数

5.2、5.3GHz帯。

5.6GHz帯の無線LANチャンネル周波数

続いて、5.6GHz帯。
なぜ図が2つあるのかというと、周波数が飛び地になっているから。

先ほどの2.4GHz帯の図と同様、10MHz間隔で目盛りを書いてありますが、
一見しただけで「IEEE802.11a」のほうが、幅広い周波数を扱えることがわかると思います。
具体的には、「IEEE802.11g」で使える周波数の範囲が約80MHzなのに対して、
「IEEE802.11a」の5.2、5.3GHz帯では約380MHz
、実に5倍弱もの差があります。

結果として、重複しない独立した19のチャンネルを使い分けることができます
図示してきたように、規格によってチャンネルの割り当て方が違うため、
「IEEE802.11g」の最大3チャンネルに比べ、6倍以上のチャンネルを使い分けることができるのです。

独立して使えるチャンネル数が多く、しかも使用者が少ないことから、
「IEEE802.11a」では、まず電波干渉することがありません
少なくとも私の周りでは、「IEEE802.11a」で電波干渉が問題になったことはありません。

かつて、無線LANの接続がひどく不安定だと言われ、ある事務所へ行った時、
2.4GHz帯のアクセスポイントが8つほど検出されたことがあります。
そこで、「IEEE802.11a」への切り替えを提案、実施したことがあるんですが、
以後、無線LANの接続が切れるようなことは完全になくなったそうです。

ワイヤレスネットワーク接続 - IEEE802.11a ワイヤレスネットワーク接続 - IEEE802.11b/g
IEEE802.11a IEEE802.11b/g

これは、当方環境において「IEEE802.11a」と「IEEE802.11b/g」のアクセスポイントを検出したものです。
※クライアント側のドライバで切り替えています。
違いは一目瞭然です。
必ずしも、表示されているSSIDの数がそのままアクセスポイントの数というわけではありませんが、
こうした傾向にあることは間違いありません。

5GHz帯は2.4GHz帯よりも遮へい物によって減衰しやすいため、
外乱となる外からの電波は進入しにくくなります
そのうえ前述のように、「IEEE802.11a」のほうが帯域も広く、チャンネル選択の自由度も高いのです。

現時点での「IEEE802.11a」に関する問題は、
対応機種が少ないのと、価格が若干高くなることです。
とはいえ、一時期に比べればかなり手頃にはなってきていますけどね。

また、「IEEE 802.11a」で通信するためには、
ノートパソコン等のクライアント側も、「IEEE 802.11a」に対応している必要があります
実は、現行製品でさえ、「IEEE 802.11a」には対応していないことが多いのです。
製品価格を抑えるためです。
パソコンでは、まだ機能を拡張することもできますが、
拡張性のないモバイル端末の場合は、2.4GHz帯で通信せざるを得ないかもしれません。

おそらく、一番売れている(売りやすい)のは「IEEE802.11g/n」対応機種でしょう。
電器店でも、コストパフォーマンスの高い「IEEE802.11g/n」対応製品を前面に出しています。
カタログの理論値はすごくても、電波干渉があれば実測値は大幅に低下しますし、
それ以前に通信不安定で切断されたりしたら、通信機器としての意味がありません

もともと2.4GHz帯は、電子レンジやコードレス電話等の電気製品一般に用いられるものだったので、
無線LANのように常時接続で大量の情報を通信するには帯域が狭すぎるんですよね。
2.4GHz帯を使い回すのにも限度があると思います。