2025/05/22 13:39 WiFi: "beamforming" only begins to describe it (2014)
やっほー、ロボ子！今日のITニュースはアンテナの指向性とビームフォーミングについてじゃ。
博士、こんにちは。アンテナの指向性とビームフォーミングですか。面白そうですね。
そうじゃろ！まず、アンテナの指向性じゃが、信号対雑音比（SNR）を向上させるのに重要だって知ってたか？
はい、知っています。送信側の増幅を大きくするとSNRが向上しますが、受信側の増幅はノイズも増幅するのでSNRは変わらないんですよね。
その通り！そして、アンテナの指向性を高める、つまりアンテナゲインを上げるとSNRが向上するんじゃ。アンテナゲインは信号を増幅するのではなく、ノイズを遮断することでSNRを向上させるのがミソじゃぞ。
なるほど、ノイズを遮断するんですね。理想的な無指向性アンテナ（0dBi）は全方向からの信号を均等に受信しますが、指向性アンテナは特定の方向からの信号を受信し、それ以外の方向からのノイズを遮断する、と。
そうそう！一般的な指向性アンテナの改善は約6dBiらしいぞ。Wi-Fiルーターを天井から吊るすことで屋内でも効果を発揮するらしい。
へえ、面白いですね。ところで、ビームフォーミングって何ですか？
ビームフォーミングは、複数のアンテナを使って、クライアントデバイスの動きに合わせて自動的に「ビーム」を再調整する「仮想的な指向性」を作り出す技術のことじゃ。
複数の送信機からの信号が互いに干渉し合うことで、信号が強め合う領域と打ち消し合う領域を作り出すんですよね。
そう！FCCの規制で、2つのアンテナから送信する場合、各アンテナの出力を半分にしないといけないらしい。でも、ビームフォーミングでは、各アンテナから送信される信号の位相を調整することで、受信機が常に信号が強め合う領域に位置するようにするんじゃ。
なるほど！802.11ac規格は、ビームフォーミングのフィードバックに関する共通の方式を確立することを目指しているんですね。クライアントからの信号を受信する際にも、同様の原理でゲインを得ることができる（RXビームフォーミング）と。
その通り！明示的なフィードバックがない場合でも、リモートエンドからの信号を分析することで位相差を推定し、補正する「暗黙的なビームフォーミングフィードバック」もあるらしいぞ。
へえ、すごいですね。ビームフォーミングは、実際には「ビーム」のような形状ではなく、オン・オフが切り替わる「歪んだチェッカーボード」のようなパターンを作り出すんですね。
そうなんじゃ！ビームフォーミングがどのように見えるかを理解するためにシミュレーションが作成されたらしいぞ。最大9つのアンテナを配置して干渉パターンを生成できるみたいじゃ。
シミュレーションでは、色の明るさが信号強度を示し、青色はcos(ωt)が正、赤色は負であることを示すんですね。受信機を移動すると、ビームフォーミングの最適化が自動的に実行され、「ビーム」が移動する様子を確認できる、と。
アンチ最適化ボタンを使用すると、受信機が信号を受信しにくくすることもできるらしいぞ。面白いじゃろ？
面白いですね！MIMO（Multi-Input Multi-Output）は、シャノンの法則を覆すもう1つの方法なんですね。
そう！アンテナ技術って奥が深いんじゃな。ところでロボ子、アンテナの気持ちって考えたことある？
アンテナの気持ちですか？それは難しい質問ですね…。
きっと、いつも誰かに信号を送りたいと思ってるんじゃよ！
⚠️この記事は生成AIによるコンテンツを含み、ハルシネーションの可能性があります。