Wi-Fiの仕組み

真っ暗な夜に懐中電灯を点滅させてモールス信号を送る場面を想像してみてください。「点灯＝1」「消灯＝0」とルールを決めれば、遠く離れた友達にメッセージを伝えられますよね。

Wi-Fiもこれと似た原理で、機器の中のデータを空間に飛ばしています。ただし、光をつけたり消したりする代わりに、電波の強さやタイミング（位相）をごく細かく変化させることで、一度にたくさんのデータを乗せています。スマホやパソコンの無線チップが、0と1でできたデジタル信号を極めて高速な電波の波の形に変換しているのです。

この電波は空気を伝わって広がり、部屋にあるWi-Fiルーターのアンテナに届きます。ルーターはキャッチした電波の波形を読み解き、再びコンピュータが理解できる0と1のデータへと復元します。このように信号を波に乗せる処理を変調、波からデータを取り出す処理を復調と呼びます。

ルーターの設定やWi-Fiの接続先一覧を見ると、名前に「2.4G」や「5G」と書かれているのをよく見かけます。この「周波数（1秒間に電波が振動する回数）」は、データを運ぶ道路の性質に例えられます。

5GHz（ギガヘルツ）は、1秒間に50億回振動する電波を使います。利用できる電波の幅が広いため車線の広い高速道路のように機能し、ほかの機器との干渉も少ないため、一度に大量のデータを高速で運べます。しかし、小刻みに振動する高周波は壁を通り抜ける際に大きく減衰し、直進性も強いため、コンクリート壁やドアなどの障害物を通り抜ける透過力が低くなります。

一方の2.4GHzは、使える電波の幅が狭く、電子レンジなどの家電とも干渉しやすいため速度はやや控えめです。しかし、波長が長く障害物の影響を受けにくいため、壁を通っても電波が弱まりにくく、遠くまで届きやすい特徴があります。そのため、ルーターのすぐ前では5GHzが圧倒的に快適で、壁を隔てた別の部屋では2.4GHzのほうが安定してつながるのです。

もう少し詳しく見てみましょう。同じ空間でたくさんの人が同時にWi-Fiを使っても、データが空中で衝突して壊れないのは、精巧な「交通ルール」があるからです。

空気中という1つの共有空間を全員で使うため、各機器は電波を送信する前に、まず周囲でほかの信号が流れていないか静かに耳を澄ませて確認します。もし別のスマホが通信中であれば、各機器はそれぞれランダムに決めた時間だけ待機してからデータを送ります。

このルールのおかげで、信号同士がぶつかり合ってデータが壊れる事故を大幅に防いでいます。もし偶然待機時間が重なって衝突してしまった場合は、データを再送信します。さらに最新のWi-Fi規格では、周波数の道路を細かく区切って複数台へ同時にデータを届けたり、特定の端末に向けて電波を集中して飛ばす技術なども活躍しています。