住宅内のWi-Fiのスループット性能評価

目的

住宅内のWi-Fiルーター(802.11ac)のスループットをシミュレーションにより計算し、Wi-Fiの性能を評価する。

使用する解析ソフト

  • 3次元電波伝搬シミュレータ
    Wireless InSiteを用いて理論的なWi-Fi(802.11ac)のスループットを計算する。
  • ネットワークシミュレータ QualNetは使用しない。

解析条件

    解析モデルは2階建ての住宅である。 送信点(Wi-Fiルーター)は各階に1つずつ配置し、 受信点は各階のフロアをカバーするようにグリッド上に配置する。
住宅Wi-Fi_送信点
送信点(Wi-Fiルーター)の位置
住宅Wi-Fi_受信点
受信点の位置

解析条件は以下のとおりである。

解析条件
Wi-Fi規格 802.11ac
周波数 5GHz
帯域 80MHz
送信電力 7dBm
アンテナ、偏波 ダイポール、垂直偏波
受信点とリンクを確立する送信点 最大受信レベルをとる送信点
ノイズ電力密度 -174dBm/Hz
データストリーム数 1
伝搬経路計算の制限(最大回数) 反射=3、回折=1、透過=3

解析の結果

スループット

スループットの計算結果を下記に示す。

住宅Wi-Fi_1FTxスループット
1階の送信点からのスループット
住宅Wi-Fi_2FTxスループット
2階の送信点からのスループット
住宅Wi-Fi_合計スループット
合計スループット
 
住宅Wi-Fi_勢力図
受信点に最大電力を与える送信点
(赤色は1階の送信点、緑色は2階の送信点)
チャネル容量
  • 2つの送信点の住宅内のチャネル容量を下記に示す。
  • チャネル容量とは、Shannon-Hartleyの定理に基づき帯域とSINR(Signal to Interference plus Noise Ratio)から求められる、理想的な最大スループットである。
住宅Wi-Fi_チャネル容量
2つの送信点のチャネル容量
  • チャネル容量を計算すると1500Mbpsであり、80MHz帯域幅の802.11acにおけるデータ転送速度390Mbps(256QAM、5/6 coding rate)より大きい。
スループットカットオフ
  • スループットカットオフを200Mbpsに設定し、200Mbpsのスループットを満たす受信点の割合を下記に示す。
  • 2つの送信点の合計ではスループット200Mbps以上の受信点の割合は83.45%である。
1階の送信点 2階の送信点 送信点合計
50.72% 65.79% 83.45%
  • 802.11acのWi-Fiシステムでは、ルーターと端末間で複数のストリームを確立することで、より高いデータ転送速度を実現できる。
  • データストリーム数を2に設定した場合、200Mbpsのスループットを満たす受信点の割合を下記に示す。
  • 2データストリームでは、スループットレート200Mbps以上の受信点の割合は83.45%から93.20%に増加した。
1階の送信点 2階の送信点 送信点合計
69.19% 81.04% 93.20%

まとめ

  • 住宅内のWi-Fiルーター(802.11ac)のスループットをシミュレーションにより計算し、Wi-Fiの性能を評価した。
  • 802.11ac以外に802.11n、LTE、WiMAXの性能も評価できる。
  • 本稿はRemcom社のWebサイト(WiFi Performance Simulation in a House with Two Routers)をもとに作成した。
  • 電波伝搬シミュレーションには、3次元電波伝搬シミュレータ Wireless InSite を用いた。

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