Wi-Fi APのアンテナについて

質問

2.4GHz帯と5GHz帯の同時通信可能なAPには2.4GHz帯と5GHz帯でアンテナを分けているものと分けていないものがあるような気がします。
その違いは何ですか？
そもそもアンテナは共用可能なものなのでしょうか？
2.4GHz帯と5GHz帯両対応のアンテナは知っているのですが、クライアントで利用する場合は2.4GHz帯か5GHz帯のどちらかで通信することになるので問題はないのですが、同時通信の場合、2.4GHz帯と5GHz帯のモジュールを一つのアンテナに繋いだら二つの通信は混信しませんか？
それともどちらかの帯域で通信中はもう一方の帯域の通信は止められているのでしょうか？
よろしくお願いします。

回答No.10

noname#252929

＞2.4GHz帯と5GHz帯の同時通信可能なAPには2.4GHz帯と5GHz帯でアンテナを分けているものと分けていないものがあるような気がします。
＞その違いは何ですか？

コストです。

＞そもそもアンテナは共用可能なものなのでしょうか？

可能です。

＞2.4GHz帯と5GHz帯両対応のアンテナは知っているのですが、クライアントで利用する場合は2.4GHz帯か5GHz帯のどちらかで通信することになるので問題はないのですが、同時通信の場合、2.4GHz帯と5GHz帯のモジュールを一つのアンテナに繋いだら二つの通信は混信しませんか？

フィルターで分離は可能ですので、混信しません。
２.４Gと５Gのように離れていれば、フィルターで十分に対応可能です。

＞それともどちらかの帯域で通信中はもう一方の帯域の通信は止められているのでしょうか？

止めません、同時に送信可能ですし片側で送信中でも、片側で受信可能です。
当然、両方で受信も可能です。

ただ、フィルターにコストがかかるので、アンテナを分けた方が安上がりと言えます。
外部アンテナのない、WiFi親機などもありますが、この辺だと、内部で別にアンテナを持っていると思います。（到達距離の短いものなどに多いですね。）

回答No.9

foitec

＞アンテナ線越しに電気信号として直に他方のモジュールが受信した際の影響の方が気になります。

＞ラジオとラジコンを同じ部屋で利用していてもラジオは問題なく受信できるのですが、ラジコンのアンテナとラジオのアンテナを接触した途端にラジオの音声はラジコンの送出された信号に変わります

プロトコルの話ではなく、正にそれを言っているのですが・・・
隣接する強電界が及ぼす混変調などの影響です。
そっちの方が問題ではという事です。

＞異なる周波数帯で同時通信を行うAPではフィルターなどを設けないと製品化できないのではないと思うわけです。

ごもっともなのですが、アンテナの共用とは関係が無い話ではではないでしょうか？
掲題の話と変わってきませんか？

回答No.8

foitec

＞中継機(リピーター)は送受信を同一の周波数で行うので、フィルターは必要ない気がします。

嫌そう云う意味ではなくて、同じ筐体内に同じ周波数帯で一方は送信し同時に一方は受信している訳でしょ？
異なる周波数帯で送受信の問題を考えるなら、こちらの方が遥かに深刻なはずでは？
つまり他方から飛んでくる微弱な電波を受信しながらそれを増幅してそのままの周波数で送信するんです。

ローパス・ハイパス・バンドパスのフィルタで特定の周波数のみ受け取るのではなく
そのまま弱い電波を受信しているのにその横で同じ周波数帯で送信ですよ。
矛盾を感じませんかと言う問題定義です。

周波数帯の異なるㇾピーターはもっと簡単な話になりますよね。

お礼

ご回答いただきまして、ありがとうございます。

素人の考え方としては、リピーターは同一の周波数内で接続している全てのデバイスと帯域を共有し、時分割通信を行っているわけですから、矛盾を感じません。(リピーターの動作を可能にしているのは電気的というよりも、通信プロトコル的なもののような気がします。)
しかし、異なる周波数帯とはいえ、送信も受信も同じアンテナを共有しているわけですから、一方の周波数帯のモジュールから送出された信号を電波としてではなく、アンテナ線越しに電気信号として直に他方のモジュールが受信した際の影響の方が気になります。たとえば、ラジオとラジコンを同じ部屋で利用していてもラジオは問題なく受信できるのですが、ラジコンのアンテナとラジオのアンテナを接触した途端にラジオの音声はラジコンの送出された信号に変わります。それと同じことが2周波数帯同時通信AP内でも起きるのではないかと想像しています。そのため、アンテナを共用する、異なる周波数帯で同時通信を行うAPではフィルターなどを設けないと製品化できないのではないと思うわけです。

よろしくお願いいたします。

補足

すみません、下記ラジオとラジコンの件ですが、昔自作したラジオで、回路がむき出しの状態で試したので、ラジコンのアンテナが回路と接触した為かもしれません。

また、無線LANのリピーターについて、その後気になって調べてみましたが、AP(親機)から受信した電波を増幅してそのまま送信しているわけではないようです。
有線LANのリピーターはOSI参照モデルのレイヤー1、物理層のデバイスで、受信した信号を整形、増幅したものを送出しますが、無線LANのリピーターはOSI参照モデルのレイヤー2、データリンク層のデバイスで、信号の整形増幅以外に、通信の衝突回避、MACアドレスの書き換え、データと無線信号の変換などを行います。つまり、無線LANのリピーターは親機からのフレームを一度完全に受け取ってから、MACアドレスを書き換えたことにより、受信した電波とは異なる波形の電波を、指定の周波数で通信がないときに送出しているわけです。よって、完全な時分割多重通信を行なっているので、リピーターは最低限1モジュール1アンテナあれば成り立つため、今回の質問とは関係ないようです。
蛇足になりますが、このような仕組みのため、親機と同じチャンネルで送受信するリピーターの場合、帯域内でデータの送受信を二回行うことになるので、リピーターを設置することによって、無線LANネットワーク全体のスループット低下の原因になり、もともと電波状況のよかった端末の通信速度が低下するようです。

回答No.7

foitec

＞やはり、2つの周波数帯で同時通信を行うにはモジュールなどにフィルターを設けないと製品として成り立たないのでしょうか？

元の質問が「同時通信は混信しないか」でしたね。
なのでそれは問題ないことと、アンテナの共用も問題ないことは回答しました。

家庭用WiFiのAPなどのコスト重視ではモジュールの外部にアナログイルター(主に混変調低減）を設けるでしょう。
その方が結果的に良好なスループットが保証できるでしょう。
なのでその考えは正しいですね。

基本的には近接する強電界による混変調ノイズの提言が必要です。
これをデジタル化したもの（窓積分効果を用いて近傍信号などの妨害波の減衰させる）を
同一モジュール内に実装したものであれば外部フィルターが不要です。
アナログ系と異なり調整が不要で小面積で実装できます。

あと、いわゆる中継器を考えてください。
これは同じバンドの送受信を同時に行いますが成り立っていますよね。(アンテナは別にしても）何故でしょう。

お礼

ご回答いただきまして、ありがとうございます。

ご回答内容をまとめると、アンテナ自体は異なる周波数帯の送受信で共用することは可能だが、モジュールが異なる周波数帯で同時通信を行うにはフィルターが必要ということでしょうか。
結局APが2つの周波数帯での同時通信を実現するためには、異なる2つの周波数帯でも、干渉を避けるためにフィルターは必要ということでしょうか。

中継機(リピーター)は送受信を同一の周波数で行うので、フィルターは必要ない気がします。

よろしくお願いいたします。

回答No.6

foitec

＞ただ、やはりアンテナを2.4GHz帯と5GHz帯とで分けている製品と分けていない製品の2種類が何故あるのかがわかりません。アンテナを分ける必要性と分けずに済む理由が何なのか…

モジュールの実装による（2.4GHz帯と5.4GHz帯のコンポか別モジュールか）のと
勿論、個別のアンテナの方がそれぞれの周波数帯に最適化が可能です。

あと、電波の場合は一般的な直流的な考えを捨てないと理解しがたいかと思います。
全て時間軸に対し方向と大きさが変わるベクトル値です。

お礼

ご回答いただきまして、ありがとうございます。

周波数帯に最適化したアンテナを実装ために、アンテナを分ける場合があるということですね。

最後に、ご回答いただいた内容で、2つの周波数でアンテナを共用することが可能であるということは理解できましたが、一方の周波数帯のモジュールの電波が他方のモジュールへの影響について、具体的な製品例を用いて質問させてください。

例えばこちらのWi-Fiモジュール:
http://www.unex.com.tw/wi-fi/daxa-92
ページ中央の図上部の文章を訳すと「追加のRxフィルターによって、2.4GHz帯と5GHz帯の同時通信製品での、2つ目のWi-Fiモジュールからの干渉信号に対して非常に優れた性能で遮断し、データスループット、レンジパフォーマンスを劇的に改善します。」と書いてあるのですが、「追加の(Extra)」と書いてあるということは、他のモジュールでも何らのフィルターが設けられているのではないかと考えられます。

また、こちらのPB44というボード:
https://wiki.openwrt.org/toh/evaluation.boards/pb44
Atheros(2016年現在はQualcomm Atheros)がデュアルバンド同時通信ソリューションである「AR9001AP-3NX2」をデモンストレーションするために設計されたリファレンスデザインのもので、3本のデュアルバンドアンテナが搭載されているらしいのですが、mini pciスロット下の、モジュールと接続するためのU.FLコネクター部分の基板に注目すると、単純に結線しているわけではなく、複数部品で回路を形成しているようです。この回路はフィルターの役割を果たしているのでしょうか。

やはり、2つの周波数帯で同時通信を行うにはモジュールなどにフィルターを設けないと製品として成り立たないのでしょうか？

度々の質問ですみません。
よろしくお願いいたします。

回答No.5

foitec

＞どちらかの帯域で通信中はもう一方の帯域の通信は止められています。

アンテナの共有とは全く関係ないし、別々の周波数を同時送受信しても影響ない。
アナライザを見れば両方の電波が同時出力されているのが分かりますよ。
フリーウエアでもありますよ目で確認してみて下さいね。

＞5GHz帯のモジュールに2.4GHz帯のモジュールの送信した電波がそのまま流れ込んでくるわけですから、まともに受信できるとは思えません

思い込みですね。

＞もし干渉しないように、各帯域の通信のオンオフを切り替えていたら、厳密には同時通信とは言えないですね。

キャリアは出たままでしょ。（モニターすればわかるし、帯域も見えますよ両方同時に）
データなんてTCPでカプセル化するんだから制御もなにも、プロトコル任せで良いでしょ。

お礼

ご回答いただきまして、ありがとうございます。

AirPort Extreme A1521の6本のアンテナがほぼつながっているのを見て、納得しました。

ただ、やはりアンテナを2.4GHz帯と5GHz帯とで分けている製品と分けていない製品の2種類が何故あるのかがわかりません。アンテナを分ける必要性と分けずに済む理由が何なのか…

回答No.4

foitec

＞モジュールが別々ですので、お互いの送受信のタイミングもバラバラになるので、全帯域での時分割通信ができないのではないかと想像します。

アンテナは単なる「空中戦」です。
アンテナそのものが時分割通信するわけじゃないです。
なので別々のモジュールから出力されるので全く関係ないです。

＞ということは、2.4GHz帯と5GHz帯のモジュールは一体化されていて、2つの帯域を同時に制御し、お互いに干渉しないようになっているのでしょうか。

前述のとおり。
複数の通信モジュールがあるだけ。

＞それとも、2つのモジュールとアンテナの間に何かのフィルターがあって、お互いにそれぞれの信号が届かないようになっているのでしょうか。

届こうが関係ない。周波数が異なるのでフィルターもいらない。

＞そもそも全帯域で時分割通信を行うと、(もちろんミリ秒単位などで)一方の帯域が使用中はもう一方の帯域は止まっているということになりますよね。

一方の状態に影響されません。別々のモジュールです。

＞ちなみに、自分が知る限りでは、通信モジュールが2つあるものは、それぞれのモジュールにそれぞれ独立したアンテナが取り付けられています。

知見を広げてください。
最近の技術でもなんでもありません。

＞なので、内蔵アンテナが8本あったりします。そのため、共用アンテナの製品の仕組みが非常に気になります。

ダイバシチとも混同してますね。

お礼

ご回答いただきまして、ありがとうございます。

確かに、様々な機器によって送出された異なる周波数の電波は全て同じ空間を飛び交っており、アンテナという媒体をその空間の一部と考えれば複数のモジュールが同じアンテナにつながっていても不思議ではないですね。

回答No.3

foitec

＞そもそもアンテナは共用可能なものなのでしょうか

ごく普通に共有が可能ですよ。

＞2.4GHz帯と5GHz帯のモジュールを一つのアンテナに繋いだら二つの通信は混信しませんか？

しません。
そもそも時分割通信ですから通信内容そのものは混信にはなりえません。
問題は同一周波数帯の他の通信の電界強度に応じた混変調だけです。(今回の質もには無関係）

＞どちらかの帯域で通信中はもう一方の帯域の通信は止められているのでしょうか？

同時通信です。大した技術は要りません。

お礼

ご回答いただきまして、ありがとうございます。

ご回答いただいた内容で不明な点があったので、もう少し突っ込んだ質問をさせてください。
まず、2.4GHz帯と5GHz帯のモジュールが別々に存在し、1つのアンテナに接続されていると仮定します。
モジュールが別々ですので、お互いの送受信のタイミングもバラバラになるので、全帯域での時分割通信ができないのではないかと想像します。ということは、2.4GHz帯と5GHz帯のモジュールは一体化されていて、2つの帯域を同時に制御し、お互いに干渉しないようになっているのでしょうか。それとも、2つのモジュールとアンテナの間に何かのフィルターがあって、お互いにそれぞれの信号が届かないようになっているのでしょうか。そもそも全帯域で時分割通信を行うと、(もちろんミリ秒単位などで)一方の帯域が使用中はもう一方の帯域は止まっているということになりますよね。

ちなみに、自分が知る限りでは、通信モジュールが2つあるものは、それぞれのモジュールにそれぞれ独立したアンテナが取り付けられています。なので、内蔵アンテナが8本あったりします。そのため、共用アンテナの製品の仕組みが非常に気になります。

宜しくお願い致します。

回答No.2

121CCagent

http://www.iodata.jp/product/network/wnlan/wnpr1167g/index.htm
一例ですがこちらの製品なんかは仕様を見ると
http://www.iodata.jp/product/network/wnlan/wnpr1167g/spec.htm
共用アンテナっぽいですね。
https://www.akakagemaru.info/port/io/wnpr-portfw.html
には共用アンテナだと言う記載はありますね。

「WNPR1167G」は一般的に良く使われる2.4GHz帯（11n／g／b）と、利用機器が少なく電波干渉が少ない5GHz帯（11ac／n／a）を同時に利用することができるデュアルバンド対応

と言う製品の特長として記載があるので少なくとも混信とかは無いのでは？って気はします。

お礼

ご回答いただきまして、ありがとうございます。

具体的な製品をお調べしていただきまして、ありがとうございます。
そうなると、やはり2つの帯域のアンテナの利用方法が気になります。
例えば、2.4GHz帯で送信中はアンテナが2.4GHz帯の送信で使われるわけですから、5GHz帯の受信も同時にできるのでしょうか。もしアンテナに2つのモジュールが直結されていたら、5GHz帯のモジュールに2.4GHz帯のモジュールの送信した電波がそのまま流れ込んでくるわけですから、まともに受信できるとは思えません。モジュールとアンテナの間にローパスフィルターか何かが設けられているのでしょうか。それとも2.4GHz帯と5GHz帯のモジュールが1つになっていて、2つの帯域が干渉しないように制御されているのでしょうか。もし干渉しないように、各帯域の通信のオンオフを切り替えていたら、厳密には同時通信とは言えないですね。

回答No.1

aokii

どちらかの帯域で通信中はもう一方の帯域の通信は止められています。

お礼

ご回答いただきまして、ありがとうございます。

やはり1つのアンテナを2つの帯域で共有するにはそうするしかないですよね。