はじめに
こんにちは。今年の4月から株式会社Shizen ConnectでShizenboxというIoTデバイスの開発に携わっているエンジニアです。まだまだITやネットワークの知識は勉強中なのですが、日々の業務や身の回りの体験を通じて学んだことを発信していきたいと思います。
この夏に自宅に新しいエアコンを購入した際に少し困ったことがありました。エアコンをWi-Fiに接続しようとしたところ、エアコン側は2.4GHz帯にしか対応しておらず、セットアップ時にはルーター側を2.4GHz帯に固定するか、スマホを2.4GHz帯で接続してアプリを経由して設定する必要がありました。
しかし、自宅のルーターは「バンドステアリング機能（2.4GHzと5GHzを自動で切り替える機能）」が有効になっており、SSID（Wi-Fiのネットワーク識別子）が1つにまとめられていたため、明示的に2.4GHz帯に接続することが難しく、セットアップにつまずいてしまいました。
HEMS（家庭用エネルギー管理システム）をはじめとするIoT開発においても、エアコンなどのスマート家電をネットワークに接続する場面は必須です。この体験をきっかけに、Wi-Fiの周波数帯やIoT機器の通信特性について自分なりに調べて整理してみたので共有したいと思います。
今回は主に以下の内容について紹介します。バンドステアリング機能やHEMSについては、次回以降の記載予定です。
- 「Wi-Fi」とは？（無線LANとの違い）
- Wi-Fiの周波数帯（2.4GHz・5GHz・最新の6GHz）の違い
- 電子レンジが2.4GHz帯に干渉する理由
- なぜ最新のエアコンやIoT家電は2.4GHz帯が主流なのか？
「Wi-Fi」とは？（無線LANとの違い）
はじめに、Wi-Fiの基本概念を整理しておきます。
Wi-Fi（ワイファイ）とは、ケーブルを使わずに電波を使ってデータ通信を行う 「無線LAN（Local Area Network）」の標準規格（ブランド名） のことです。
「無線LAN」と「Wi-Fi」は、以下のような違いがあります。
- 無線LAN：ケーブルを使わないネットワーク全般を指す大きな概念（広義）
- Wi-Fi：無線LANの規格（IEEE 802.11シリーズ）に基づいて製造された機器同士が、相互に問題なく通信できることを保証する統一ブランド（狭義）
昔はメーカーごとに独自の無線LAN規格が存在し、異なるメーカー間では通信ができないトラブルがありました。そこで「どのメーカーの製品でも相互接続できる」という国際標準規格を定め、基準を満たした認証マークとして生まれたのが Wi-Fi です。
現在ではほぼすべての無線LAN機器がWi-Fi規格を採用しているため、日常会話では 「無線LAN ≒ Wi-Fi」 としてほぼ同じ意味で使われています。
無線通信の規格としてはその他にも、ワイヤレスイヤホン等で使われる省電力な Bluetoothや、キャッシュレス決済・スマートウォッチなどの近距離無線通信（NFC：Near Field Communication）なども有名ですね。
出典：日経xTECH 無線LAN、Bluetooth、NFCの違いをわかりやすく解説
Wi-Fiの周波数帯（2.4GHz vs 5GHz vs 6GHz）
Wi-Fiで利用される周波数帯には、従来の2.4GHz帯と5GHz帯に加え、最新規格（Wi-Fi 6E / Wi-Fi 7）から登場した6GHz帯があります。それぞれの特徴を整理してみました。
| 項目 | 2.4GHz帯 | 5GHz帯 | 6GHz帯（最新） |
|---|---|---|---|
| 電波の性質 | 回り込みやすく、障害物に強い | 直進性が高いが、障害物の影響を受けやすい | 直進性が非常に高く、障害物に弱い |
| 届く距離 | 遠くまで届く | 比較的短め | さらに短い |
| 通信速度 | 中速（混雑しやすい） | 高速 | 超高速・超低遅延 |
| 主な干渉源 | 電子レンジ、Bluetoothなど | 気象レーダーなど（一部チャネル） | ほとんどなし（混雑していない） |
周波数帯ごとの特徴と最近のトレンド
-
2.4GHz帯（長距離・障害物に強い）：
波長が長いため障害物を避けて遠くまで届きます。壁やドアの多い家の中でも繋がりやすい反面、家電やBluetoothとも干渉しやすいため混雑しやすい特徴があります。 -
5GHz帯（高速・バランス型）：
通信速度が速く、動画視聴やWeb会議などに適しています。壁などの障害物には少し弱くなります。 -
6GHz帯（最新規格：Wi-Fi 6E / Wi-Fi 7）：
近年使えるようになった新しい帯域です。非常に広い帯域幅が確保されており、電波の干渉や混雑がほぼ発生しないため、超高速かつ遅延の少ない通信が可能です。ただし、電波の直進性が非常に高く、壁や障害物を透過しにくい特性があります。
出典：eoコラム Wi-Fiの電波強度とは？電波強度の確認方法や数値の目安を解説
電子レンジが2.4GHz帯に干渉する理由
「電子レンジを使うと通信が切れる」のはよく言われることで、実際私もBluetoothイヤホンを装着しながら台所へ移動して、電子レンジのノイズで不快な思いをすることがあります。
2.4GHz帯は、免許不要で自由に利用できる ISMバンド （Industry Science and Medical：産業・科学・医療用帯域）として開放されています。
電子レンジは、食品に含まれる水分子を効率よく振動・加熱する周波数として、約2.45GHzの強力な電磁波 を照射します。この周波数が2.4GHz帯のWi-FiやBluetoothの通信波長と直接重なってしまうため、ノイズ（干渉）となって通信を途切れさせてしまうのですね。
なぜIoT家電は2.4GHz帯が主流なのか？
PCやスマホでは5GHz帯や最新の6GHz帯の活用が進んでいますが、最新のスマート家電でも2.4GHz帯専用のモデルが主流です。その理由を調べてみると、IoT機器ならではの合理的な理由があることがわかりました。
1. コストと実装のバランス
IoT家電に組み込む通信モジュールは、製造コストを抑えることが重視されます。2.4GHz専用のモジュールは広く普及しており安価に調達できます。5GHzや6GHz対応のモジュールは高価で基板設計も複雑になるため、製品全体の価格に大きく影響してしまいます。
2. 送受信するデータ量が少ない
スマホでの動画視聴やファイルダウンロードとは異なり、エアコンなどの家電が送受信するデータは「電源ON/OFF」「設定温度」「センサー情報」などの数バイト〜数十バイト程度の軽いデータです。そのため、5GHzや6GHzのような超高速通信は必要とされません。
3. 家のどこに置かれても繋がりやすい「障害物耐性」
エアコンや給湯器などは設置場所が固定されており、ルーターから離れた部屋や壁を隔てた場所に置かれることも多いです。直進性の強い5GHz帯や6GHz帯では壁で遮られて通信が届かなくなるリスクがありますが、2.4GHz帯であれば遠くからでも安定して接続を維持しやすいメリットがあります。
おわりに
最新のスマート家電でも2.4GHz帯を使用しているのは、 「コスト」「通信量」「電波の到達性」というIoTプロダクトとしてのバランスを考慮した結果であることが理解できました。
最新の6GHz帯のようにWi-Fi技術はどんどん進歩していますが、用途やデバイスの特性に合わせて最適な周波数帯を選択することが重要だと実感しました。
ネットワークの知識はまだまだ勉強中ですが、これからも身近な疑問や業務で学んだ知識を少しずつアウトプットしていきたいと思います。お読みいただき、ありがとうございました！
参考サイト
- 日経xTECH 無線LAN、Bluetooth、NFCの違いをわかりやすく解説
- eoコラム Wi-Fiの電波強度とは？電波強度の確認方法や数値の目安を解説
- 電磁界情報センター 電子レンジから発生する電磁界
- HESTA THE MALL どっちにつなげばいいの？Wi-fi周波数の2.4GHzと5GHzを使い分けるコツ