Wi-Fiモジュールとは
Wi-Fiモジュールとは、電子機器同士がWi-Fi規格に沿った無線LANによる相互通信を行う際に必要となる部品を1つの基板上にまとめたモジュールのことです。
電子機器同士が無線通信を使って正しく情報のやり取りをするには、何らかの通信規格に則ったルールで通信を行う必要があります。Wi-Fi規格はIEEE (英: Institute of Electrical and Electronics Engineers)のIEEE 802.11規格に定められた通信規格であり、数十メートルの範囲の中で高速に無線通信を行う、無線LANの標準的な規格となっています。
Wi-FiモジュールはWi-Fi通信を行うために必要となる無線通信用のチップ、アンテナ、周辺機器やソフトウエア等を一つの基板上に収納したモジュールです。電子機器の開発においてWi-Fiモジュールを採用すると、短期間で効率的にWi-Fi通信機能を構築できます。
Wi-Fiモジュールの使用用途
Wi-FiモジュールはWi-Fi規格の無線LANに接続する電子機器で広く使用されています。
Wi-Fi規格は無線LANの標準規格となっています。無線LANでは、インターネット回線につながって電子機器からの通信を外部ネットワークに伝えたり、同じLAN内にある電子機器同士の通信を制御するための無線ルーターが必要です。
無線ルーターには外部と有線ケーブルで繋がっている据え置き型のルーターと、携帯電話会社の提供する広域無線回線 (WAN) とつながり、持ち運びが可能なモバイルルーターがあります。どちらのルーターも、LAN側の通信モジュールとして、Wi-Fiモジュールを利用しています。
一方、無線ルーターを介してインターネットにつながる電子機器には、パソコンや、ゲーム機器、テレビを始めとしたインターネットにつながる家電製品などがあります。これらの電子機器にもWi-Fiモジュールが組み込まれています。
また、IoTの進展とともに工場やビル、商業施設などにある様々な機器がネットワークを通じて外部と情報のやり取りをするようになりました。Wi-Fi規格は無線通信の中ではBluetoothなどに比べて高速で大容量の通信に適した規格です。IoT対応機器の中でも、ビデオデータの送信など大容量の通信を行う機器を中心にWi-Fiモジュールを組み込んだ機器が増えています。
なお、ほとんどのスマートフォンは無線ルーターへの接続機能を持っていますが、機種によってはWi-Fiモジュールを組み込んだものや、Wi-Fi通信機能をメインの通信モジュールに一体化させたものがあります。
Wi-Fiモジュールの原理
Wi-FiモジュールはWi-Fi通信を行うのに必要となる無線チップ (半導体、LSI) と周辺回路を小型の基板上に実装して、通信用のソフトウエアも搭載した電子部品です。Wi-Fiモジュールをアンテナや接続端子などと共に電子機器に組み込むだけで、Wi-Fi通信が可能になります。
Wi-Fi通信が可能な電子機器を開発する際に、電子機器ごとにWi-Fi通信のためのチップやソフトウエアを開発するよりも、市販のWi-Fiモジュールを搭載した方が開発期間の短縮を図ることができます。
技術の進歩と共に、電子機器の小型化と省電力化に対する要求は常に厳しくなってきています。電子機器メーカーはWi-Fiモジュールを外部メーカーから調達することで、人的資源をその他の部分の開発に廻せます。その一方で、Wi-Fiモジュールを製造するメーカーは、常にモジュールの小型化と高性能化の研究と開発を続けているので、お互いに開発リソースの振り向けが効率的になります。
また、Wi-Fi規格は1990年代の後半に登場して以降、何度か改定が行われ、通信速度が速くなってきました。2023年11月現在、IEEE 802.11という規格をベースにして末尾に文字を加えたIEEE 802.11a (Wi-Fi2) 、IEEE 802.11b (Wi-Fi) 、IEEE 802.11g (Wi-Fi3) 、IEEE 802.11n (Wi-Fi4) 、IEEE 802.11ac (Wi-Fi5) 、IEEE 802.11ax (Wi-Fi6) の6つの規格があります。
この間、通信速度はIEEE 802.11aの54MbpsからIEEE 802.11axの9.6Gbpsに速くなっています。使用する周波数帯も2.4GHz帯に加えて５GHz帯が使われるようになりました。
なお、周波数帯が同じであれば規格が違う機器どうしでも、遅い方の速度に合わせて通信が可能ですが、2.4GHz帯を使用する機器と5GHz帯を使用する機器との間では通信できません。
Wi-Fiモジュールの選び方
Wi-Fiモジュールの選択の際には、環境に合わせた周波数体を選択します。2.4GHz帯は5GHz帯に比較して、電波の到達距離が長く、障害物に強いという利点があります。5GHz帯は通信速度が速い利点があります。但し、現在ではWi-Fi通信を使用しているユーザーが非常に多くなってきているので、場所や時間帯によっては通信速度が遅くなる場合があります。
また、モジュールによって開発環境が用意されているものと、用意されていないものがあります。開発環境が用意されていない場合には自力で開発する工数が多くなります。
さらに、Wi-Fiモジュール以外の通信モジュールを選択する方が良い場合もあります。Bluetooth、Zigbee、NFCなどは、Wi-Fi通信よりも通信範囲が狭く、通信速度も遅い規格です。
これらの規格に準拠した通信モジュールは、一般的により小型で、消費電力が少なく、安価に調達できるメリットがあります。さらに通信範囲の狭さはセキュリティーの面で有利です。使用用途に合わせて、通信距離、通信速度、消費電力、セキュリティの面から最適な通信モジュールを選択することが大切です。