WiFi と Bluetooth
WiFi (802.11)
世代の進化
| 世代 | IEEE | 周波数帯 | 最大速度 | 主要技術 | 年代 |
|---|
| WiFi 4 | 802.11n | 2.4/5 GHz | 600 Mbps | MIMO, 40MHz | 2009 |
| WiFi 5 | 802.11ac | 5 GHz | 6.9 Gbps | MU-MIMO, 160MHz, 256QAM | 2013 |
| WiFi 6 | 802.11ax | 2.4/5 GHz | 9.6 Gbps | OFDMA, 1024QAM, TWT | 2019 |
| WiFi 6E | 802.11ax | +6 GHz | 6 と同等 | 6GHz のクリーンスペクトラムを追加 | 2021 |
| WiFi 7 | 802.11be | 2.4/5/6 GHz | 46 Gbps | 320MHz, 4096QAM, MLO | 2024 |
重要な概念
周波数帯
2.4 GHz: 混雑（電子レンジ/Bluetooth/Zigbee がすべてここにある）, 壁透過性良好
チャンネル 1〜13（中国）, 重複しないチャンネルはわずか3つ（1/6/11）
5 GHz: 混雑が少なく、チャンネル数が多く、帯域幅が広いが、壁透過性が悪い
チャンネル数が多く、80/160 MHz でバンド結合可能
6 GHz (WiFi 6E/7): 新規スペクトラム, 干渉がほとんどない
ただし壁透過性はさらに悪く、現在は屋内利用のみ
OFDM / OFDMA
OFDM (WiFi 4/5): 1回の送信でチャネル全体を使用
→ 小さなパケットでもチャネル全体を占有するため、効率が低い
OFDMA (WiFi 6以降): チャネルを RU（リソースユニット）に分割
→ 複数のデバイスが同時に送信可能、LTE に類似
→ レイテンシを大幅に削減し、多数接続時の効率を向上
例え: OFDM = 1車線, OFDMA = 多車線
MIMO / MU-MIMO
MIMO: 複数のアンテナで同時送受信
2×2: 2送信 2受信（一般的なスマートフォン/ノートPC）
4×4: 4送信 4受信（ハイエンドルーター）
MU-MIMO: 複数のクライアントへ同時にデータ送信
WiFi 5: ダウンリンクのみ, WiFi 6: アップ/ダウンリンク両方対応
MLO (Multi-Link Operation) — WiFi 7
2.4G + 5G + 6G の複数周波数帯を同時に使用して送信
→ より高いスループット + より低いレイテンシ + より高い信頼性
→ 1つの周波数帯が干渉を受けても、もう一方へシームレスに切り替え可能
Bluetooth (Bluetooth)
Classic vs BLE
| 特性 | BR/EDR (Classic) | BLE (Low Energy) |
|---|
| 物理チャンネル | 79個の 1MHz | 40個の 2MHz |
| 速度 | 1〜3 Mbps | 125kbps〜2Mbps |
| 消費電力 | ~1W (連続) | ~0.01〜0.5W |
| レイテンシ | ~100ms | ~3ms |
| トポロジー | ピコネット (Piconet) | スター/ブロードキャスト/Mesh |
| オーディオ | A2DP/HFP | LE Audio (LC3) |
| 主な用途 | スピーカー/ヘッドセット/カーナビ | ウェアラブル/IoT/ビーコン |
BLE バージョン
4.0: 基本 BLE
4.2: セキュリティ強化, パケット長拡張
5.0: 2M PHY, 長距離エンコーディング, ブロードキャスト拡張
5.1: アドバタイジング指向 (AoA/AoD → センチメートル単位の位置決め)
5.2: LE Audio, 同期チャネル（TWSイヤホン向け）
5.3: チャネル分類, 接続サブイベント
5.4: 周期性ブロードキャスト応答（電子値札向け）
実際、BLE 4.2 でほとんどのユースケースは十分です
5.0以降は主に: より高速、より遠距離、より省電力をもたらす
BLE 接続フロー
Classic Bluetooth vs BLE 選定ガイド
連続オーディオ → Classic (A2DP)
断続的なデータ送信 + 低消費電力 → BLE
iOS バックグラウンド通信が必要 → BLE (Apple は BLE に最適化されている)
HID キーボード/マウス → BLE (GATT 上の HID)
ファイル転送 → Classic (または WiFi Direct)
TWS イヤホン → BLE 5.2以降 (LE Audio)
WiFi と Bluetooth の共存
同周波数帯干渉
2.4GHz は WiFi + BT + Zigbee + Thread + 電子レンジ の戦場
WiFi と BT は同じデバイス内に共存している:
→ 時間分割多重 (TDM): アンテナを交互に使用
→ 共存インターフェース: Bluetooth が WiFi に「パケットを送信する」と伝え、WiFi が一時停止
実装: ほとんどの WiFi/BT 複合チップには内部に共存メカニズムがある
(MTK/Realtek/Broadcom/Qualcomm はそれぞれ独自の実装を持つ)
ドライバ側の問題により共存が無効化されることが多い（例: MT7927）
複合チップ
消費電力機器では、WiFi と BT はほぼ常に同一チップ
MT7921/7925/7927 (MTK)
AX200/AX210 (Intel)
BCM シリーズ (Broadcom)
ホストには PCIe/USB/SDIO インターフェース経由で接続
Bluetooth 部分は通常、USB を介して HCI インターフェースとして公開される
キーワード: WiFi6, WiFi7, 802.11ax, OFDMA, MIMO, BLE, GATT, LE Audio, 共存