Ofdm 54 asus что это

Обновлено: 05.07.2024

Множественный доступ с ортогональным частотным разделением каналов (OFDMA)

Wi-Fi 6 использует комбинацию двух методов модуляции: мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM) и множественный доступ с ортогональным частотным разделением каналов (OFDMA).

OFDMA появился в стандарте 802.11ax, OFDM используется в предыдущих стандартах, он продолжает использоваться в 802.11ax для кадров управления и контроля, чтобы поддерживать обратную совместимость с устаревшими устройствами.

Поднесущие

В OFDM каждый канал состоит из множества меньших каналов, известных как поднесущие или тоны.

Когда устройство передает с использованием OFDM, оно передает данные на поднесущих параллельно, используя несколько меньших субсигналов вместо одного большого сигнала по всему каналу, повышая эффективность сигнала и отказоустойчивость.

Есть три разных типа поднесущих:

Поднесущие данных: используются для передачи данных
Поднесущие пилот-сигнала: используются для синхронизации между отправителем и получателем
Защитные поднесущие: используются для предотвращения помех

Концепция поднесущих в OFDMA такая же. Однако поднесущие OFDMA расположены в четыре раза ближе друг к другу, чтобы освободить место для четырехкратного количества поднесущих. OFDM использует 64 поднесущих, разнесенных на 312,5 кГц. OFDMA использует 256 поднесущих, разнесенных на 78,125 кГц.

Время на Символ

Каждый поток данных, передаваемых на поднесущих, состоит из серии модулированных волновых шаблонов, называемых символами . Каждый символ должен представлять набор единиц и нулей посредством процесса, называемого квадратурной амплитудной модуляцией.

Время, необходимое для передачи каждого символа, называется временем символа . Символы OFDM занимают 3,2 мкс. Символы OFDMA занимают в четыре раза больше времени, 12,8 мкс. Более длинные символы обеспечивают время, необходимое для реализации других полезных функций, таких как MU-OFDMA.

Многопользовательский OFDMA (MU-OFDMA)

Если несколько беспроводных устройств передают по одному и тому же каналу одновременно, сигналы могут конфликтовать и мешать друг другу. Когда это происходит, устройства должны дождаться другой возможности передачи (TXOP) и повторить попытку. Чтобы не мешать друг другу, устройства по очереди используют канал. На следующей диаграмме показано, как этот процесс выглядит с OFDM.

Когда используется OFDMA, точка доступа 802.11ax может распределять группы поднесущих для разных устройств, чтобы связь могла происходить параллельно. Этот аспект OFDMA известен как многопользовательский OFDMA (MU-OFDMA).

На следующей диаграмме показано, как может выглядеть использование поднесущей с течением времени при использовании OFDMA.

Единицы ресурсов (RU)

В OFDMA группы поднесущих, назначенные клиентским STA, называются ресурсными единицами (RU).

RU могут состоять всего из 26 поднесущих, что в сумме составляет 2 МГц, для всех поднесущих в канале. На следующей диаграмме показаны различные возможные размеры RU для канала 20 МГц.

Как видно из уравнения максимальной пропускной способности PHY, увеличение количества доступных поднесущих увеличивает общую пропускную способность. Следовательно, RU большего размера обеспечивают большую пропускную способность, чем RU меньшего размера. Однако более крупные RU оставляют меньше доступных для одновременной передачи другим устройствам.

Точка доступа разумно решает, как смешивать и согласовывать размеры RU на каждом TXOP, чтобы адаптироваться к потребностям клиента в полосе пропускания. AP может назначать более крупные RU устройствам, требующим более высокой пропускной способности, таким как передача файлов и потоковое видео, и назначать меньшие RU устройствам, потребляющим меньшую полосу пропускания, таким как просмотр веб-страниц и голос.

Тот же процесс распределения RU применяется также к ширине канала 40 и 80 МГц. В следующей таблице показано максимальное количество клиентов, которые могут одновременно обмениваться данными (максимальное количество пользователей OFDMA) в заданном TXOP, с учетом различных размеров канала и RU. Например, 37 клиентов могут одновременно общаться по каналу 80 МГц, если каждому клиенту назначен RU 2 МГц. Максимальное количество пользователей OFDMA не связано с максимально возможным количеством клиентов, связанных с AP.

OFDMA восходящей и нисходящей линий связи

Одновременные передачи с MU-OFDMA могут происходить либо от клиента к AP (восходящая линия связи / UL-OFDMA), либо от AP к клиенту (нисходящая линия связи / DL-OFDMA). Во время одного TXOP AP выбирает, инициировать ли синхронизированный трафик восходящей линии связи или синхронизированный трафик нисходящей линии связи.

В следующих разделах описываются различные процессы для UL-OFDMA и DL-OFDMA.

OFDMA по нисходящей линии связи (DL-OFDMA)

В этом разделе описывается процесс DL-OFDMA. Здесь AP имеет данные, готовые для отправки нескольким связанным клиентам 802.11ax, и будет передавать каждому клиентскому STA параллельно.

AP отправляет кадр многопользовательского запроса на отправку (MU-RTS) связанным клиентским STA.
- Кадр MU-RTS содержит список назначений RU для каждого клиента 802.11ax и помогает координировать многопользовательский обмен кадрами.
- Кадр MU-RTS также содержит таймер (вектор распределения сети (NAV)) для уведомления клиентов, сколько времени займет обмен.
- Этот кадр передается с использованием OFDM по всему каналу, чтобы унаследованные клиенты знали, что нужно сохранять молчание через обмен кадрами OFDMA.
OFDMA восходящего канала (UL-OFDMA)

В этом разделе подробно рассматривается процесс UL-OFDMA. Здесь AP координирует одновременные передачи от клиентских STA.

Обратите внимание, что ранние наборы микросхем AP 802.11ax, такие как MR45 / 55, не поддерживают UL-OFDMA. Вместо этого клиенты передают свои данные в AP последовательно, используя процесс OFDM. Более подробная информация о конкретных моделях точек доступа Meraki доступна на нашем сайте.

OFDM ( Orthogonal frequency-division multiplexing — мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов ) - вид модуляции на текущий момент является одним из самых эффективных способов передачи данных, что нашло применение в самых разных областях техники. В том числе этот способ дает возможность образовать весьма надежный канал связи с беспилотными летательными аппаратами, а вместе с технологиями телекоммуникаций это теперь одно главных направлений развития техники в военной области.

Основные свойства

Обыкновенный фазомодулированный сигнал с резким переходом между фазами несущей гармоники в частотной области создает картину довольно разбросанной по частотам энергии сигнала.

Основная энергия сигнала, конечно, содержится в главном лепестке, ширина которого равна удвоенной скорости манипуляции гармоники информационными битами.

Следующие энергетические лепестки убывают довольно неспешно и создают помехи для соседних сигналов.

В случае распараллеливания информационных бит в тысячи потоков скорость каждого из них снижается в тысячи раз. Это приводит к тысячекратному сужению спектра сигнала каждого из битовых потоков. Добавляя в эфир сигналы фазовой модуляции параллельных потоков на частотах, отстоящих от ближайших соседей так, чтобы энергетика главного лепестка приходилась в минимум мощности соседней (см. рисунок выше), мы получим довольно широкий спектр.

Весьма примечательно то, что эффективность передачи данных при таком способе формирования сигнала повышается многократно. Такой же по ширине спектр высокоскоростного сигнала фазовой модуляции не способен передать столько же бит в единицу времени. Кроме того, его боковые лепестки весьма продолжительны по частотам и создают помехи другим сигналам.

Способ формирования сигнала

Дискретное прямое преобразование Фурье

Чтобы понять как сформировать и обработать такой сложный сигнал, нужно пройтись по такому важному математическому инструменту, как преобразование Фурье. Если сигнал представлен своими дискретными отсчетами, то преобразование сигнала будет называться дискретным.
Дискретизированные ортогональные гармонические сигнала Дискретизированные ортогональные гармонические сигнала
В основе преобразования лежит поэлементное умножение сигнала на ортогональные гармоники синус и косинус. Вернее будет сказать, что это сумма поэлементных произведений сигнала и ортогональных гармоник.
Расчет синфазного коэффициента разложения сигнала в гармонический ряд Расчет синфазного коэффициента разложения сигнала в гармонический ряд
Каждый из коэффициентов получается путем умножения сигнала на гармонику с частотой, которая формируется при помощи номера k этой гармоники. Сначала при умножении на косинус, затем другой коэффициент при умножении на синус.
Расчет квадратурного коэффициента разложения сигнала в гармонический ряд Расчет квадратурного коэффициента разложения сигнала в гармонический ряд
Таким образом, мы можем посмотреть какова мера похожести сигнала на гармоники с указанной частотой.

Для другого порядкового номера коэффициента рассчитываются другие меры похожести сигнала с гармониками на другой частоте. Каждый получившийся коэффициент это так называемый коэффициент разложения функции в гармонический ряд. Такое преобразование сигнала из временной в частотную форму называется прямое дискретное преобразование Фурье .

Увеличивая порядковый номер k коэффициента разложения мы увеличиваем частоты гармоник, на которые умножаем сигнал. В какой-то момент мы рассчитаем все коэффициенты разложения в отведенной сигналу полосе частот. Эти самые коэффициенты являются элементами спектра мощности сигнала. Он показывает на каких частотах сосредоточена мощность сигнала.

Дискретное обратное преобразование Фурье

Обратное дискретное преобразование Фурье позволяет вновь получить отсчеты сигнала на основании коэффициентов разложения.

Достаточно умножить коэффициенты разложения a, b на отрезки гармоник на соответствующих частотах и сложить все составляющие. Этим действием мы вернемся в исходное временное представление сигнала.

Каждый бит в параллельных низкоскоростных потоках в самом простейшем случае двухпозиционной фазовой манипуляции будет отрезком синусоиды с какой-то фазой. Если коэффициенты разложения это передаваемые биты, то обратное дискретное преобразование Фурье сравнительно несложно сформирует сигнал, где будут заложена информация об одновременно передающемся множестве бит.

Как формирование, так и обработка сигналов OFDM модуляции подчиняется математическому аппарату преобразований Фурье.

После переноса сигнала на низкую частоту путем умножения на опорную гармонику мы можем произвести прямое дискретное преобразование Фурье получившегося сигнала. Коэффициенты ряда разложения покажут какой битовый массив был передан.
Схема приема и обработки сигнала c OFDM модуляцией Схема приема и обработки сигнала c OFDM модуляцией
Удары с безопасного расстояния

Концепция применения ударных и разведывательных беспилотных летательных аппаратов показывает свою эффективность. На мировой арене в схватку вступили эти летающие платформы носители вооружения, снизу с ними борются радиоэлектронные комплексы подавления, а также ракетно-пушечные системы, обладающие невиданным ранее техническим уровнем радиолокационных станций .

Возможность передачи видео с места разведки на многие километры в безопасную зону это заслуга разновидностей OFDM модуляции. Совместно с избыточным кодированием данных модуляция создает чрезвычайно устойчивый высокоскоростной канал передачи цифровой информации.

Поддержите статью лайком если понравилось и подпишитесь чтобы ничего не пропускать.

Также не обойдите вниманием канал на YouTube . Подписки и лайки будут приятным ответом от аудитории.

Рассмотрим систему, в которой имеется множество модуляторов, каждый модулятор формирует сигнал на своей несущей частоте, сигнал с некоторой фазовой модуляцией или с квадратурно-амплитудной модуляцией (КАМ).

p, blockquote 1,0,0,0,0 -->

p, blockquote 2,0,0,0,0 -->

На картинке ниже спектр одного из сигналов, который получаем.

p, blockquote 3,0,0,0,0 -->

p, blockquote 4,0,0,0,0 -->

Минимальное частотное расстояние между каналами, при котором каналы не будут влиять друг на друга, обеспечивается ортогональностью сигналов при разнице частот Δf=1/Ts.

Ортогональность выполняется в том случае, если разность частот Δf, будет связана обратно пропорционально с длительностью символа 1/Ts. Интересует не просто абстрактная разница частот, а она должна быть связана с длительностью символа. Все модуляторы должны работать с одной символьной скоростью, синхронно, но на разных частотах. Если это условие выполняется, помех не будет.

p, blockquote 6,0,0,0,0 -->

Мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов OFDM

Концепция OFDM подразумевает передачу информации на нескольких ортогональных несущих – называемых поднесущими. На картинке ниже средняя это несущая, а остальные поднесущие.

p, blockquote 7,0,0,0,0 -->

p, blockquote 8,0,0,0,0 -->

Количество поднесущих в различных РТСПИ с OFDM может варьироваться от нескольких десятков до нескольких тысяч. Например, стандарт цифрового ТВ DVB-T2 имеет 32 тысячи поднесущих. Если бы мы реализовывали в лоб, то должны были бы взять 32 тысячи модуляторов и каждый модулятор формировал бы сигнал на своей частоте, так конечно же не делается из-за больших вычислительных затрат.

p, blockquote 9,0,0,0,0 -->

Как формируется OFDM

p, blockquote 10,0,0,0,0 -->

p, blockquote 11,0,0,0,0 -->

p, blockquote 12,0,0,0,0 -->

p, blockquote 13,0,0,0,0 -->

Это обратное дискретное преобразование Фурье (ДПФ). Зачем нужны все эти преобразования? Чтобы можно было формировать OFDM сигнал, т.е. у которого множество поднесущих на разных частотах, каждая несущая ортогональна с помощью обратного ДПФ.

p, blockquote 14,0,0,0,0 -->

Существуют алгоритмы быстрого обратного преобразования Фурье. Они характерны высокой скоростью. Эти алгоритмы работают гораздо быстрее, чем, если бы мы пытались организовать формирование сигнала в “лоб”, т.е. брать много параллельных модуляторов.

p, blockquote 15,0,0,0,0 -->

Структура OFDM передатчика

По формулам выше, сделав ряд преобразований пришли от непрерывной записи ofdm сигнала к дискретной и сделали вывод, что модулятор это и есть обратное ДПФ. За счет этого можно добиться большого количества поднесущих: десятки тысяч.

p, blockquote 16,0,0,0,0 -->

p, blockquote 17,0,0,0,0 -->

На схеме d(k) идёт поток бит, информационных символов, далее нужно их распараллелить. Если мы хотим 32 тыс поднесущих, соответственно мы должны распараллелить на 32 тыс параллельных каналов.

p, blockquote 18,0,0,0,0 -->

Формирователь созвездия для каждой поднесущей, там стоят КАМ модуляторы. Если рассматривать 4-ФМн (QPSK) соответственно, там приходится 2 бита на символ.

p, blockquote 19,0,1,0,0 -->

p, blockquote 20,0,0,0,0 -->

Допустим, каждая поднесущая будет модулирована QPSK. Идёт поток бит и мы разделяем их на группы по 2 бита (00, 01, 10 и 11). Эти коэффициенты определяют амплитуду и фазу каждой поднесущей. На выходе получаем две квадратуры I и Q. И эти коэффициенты подаются на блок обратного преобразования Фурье (FFT-1).

p, blockquote 21,0,0,0,0 -->

Блок обратного БПФ, он заменяет набор квадратурных модуляторов. Если на вход блока БПФ пришло N комплексных чисел, то на выходе тоже N комплексных чисел, только мы их разделяем на реальную часть и на мнимую.

p, blockquote 22,0,0,0,0 -->

p, blockquote 23,0,0,0,0 -->

ОДПФ как набор квадратурных модуляторов

Обратное дискретное преобразование Фурье (ОДПФ) можно рассматривать как множество квадратурных модуляторов.

p, blockquote 25,0,0,0,0 -->

Квадратурный модулятор, который переносит сигнал из комплексной огибающей с НЧ эквивалентом, которые представлены двумя квадратурами, в какую-то высокочастотную вещественную форму. ОДПФ можно представить, как набор квадратурных модуляторов, на картинке выше справа.

p, blockquote 26,0,0,0,0 -->

Структура OFDM приёмника

Посмотрим структуру демодулятора. Здесь всё в обратном порядке. На вход приходит ВЧ сигнал. Сначала ВЧ сигнал нужно преобразовать в BaseBand (комплексная огибающая или сигнал с нулевой несущей) сигнал, чтобы мы могли подавать его на блок прямого преобразования Фурье.

p, blockquote 27,0,0,0,0 -->

Квадратурный демодулятор преобразует ВЧ вещественный сигнал в комплексную огибающую. Прием OFDM сигнала осуществляется аналогичным образом, с использованием прямого дискретного преобразования Фурье.

p, blockquote 28,0,0,0,0 -->

p, blockquote 29,0,0,0,0 -->

Для формирования сигнала использовали ОДПФ, а для приема используем БПФ. Обратите внимание на спектр, групповой сигнал сидит на несущей частоте, например 100 МГц. После квадратурного демодулятора, весь сигнал переносится в ноль, и оцифровывается.

p, blockquote 30,0,0,0,0 -->

p, blockquote 31,0,0,0,0 -->

Преимущества OFDM

Основным преимуществом OFDM является:
1. устойчивость к межсимвольной интерференции (МСИ)
2. устойчивость к частотно-селективным замираниям, вызванными многолучевым распространением.
Влияние межсимвольной интерференции усиливается с увеличением скорости передачи данных, когда длительность символа становится соизмеримой с разницей во времени прихода лучей.

p, blockquote 33,0,0,0,0 -->

Чем выше скорость передачи данных, т.е. чем меньше длительность символа, тем сильнее сказывается межсимвольная интерференция.

p, blockquote 34,0,0,0,0 -->

Рассмотрим случай двухлучевого распространения. Первый луч прямой, второй отраженный. Отраженный луч преодолел на 100м больше первого. Тогда разница во времени прихода лучей составит: τ=100/3*10^8=0.3 мкс.

p, blockquote 35,0,0,0,0 -->

Длительность символа при скорости 10 Мбит/с и передаче с одной несущей с 2-ФМн составит 0.1 мкс. Таким образом, МСИ охватывает 3 символа!

p, blockquote 36,0,0,0,0 -->

В случае OFDM длительность символа увеличивается пропорционально количеству поднесущих.

p, blockquote 37,0,0,0,0 -->

Так при количестве поднесущих = 200 и информационном потоке 10 Мбит/с с модуляцией каждой поднесущей 2-ФМн длительность символа OFDM уже составит: Ts=200/10*10^6=20 мкс.

p, blockquote 38,0,0,0,0 -->

Таким образом, интерференция охватывает всего 1.5% длительности символа.

p, blockquote 39,1,0,0,0 -->

p, blockquote 40,0,0,0,0 -->

За счет чего увеличилась длительность символа? Информация передается параллельно на разных частотах, и мы на каждой поднесущей длительность символа можем увеличить, но скорость будет ниже. За счет увеличения длительности символа, мы снизили влияние межсимвольных интерференций в результате многолучевого распространения радиоволн.

p, blockquote 41,0,0,0,0 -->

Защитный интервал

Мы уже уменьшили влияние МСИ, но всё равно есть область, где первый символ накладывается со вторым. Дополнительно, между информационными символами вставляют защитный интервал.

p, blockquote 42,0,0,0,0 -->

Длительность защитного интервала должна превышать длительность межсимвольной интерференции. Если в нашем примере выше, мы говорили, что разница между первым и вторым лучом 0,3 мкс, то длительность защитного интервала, должна быть больше чем 0,3 мкс. Длительность защитного интервала обычно составляет 1/4, 1/8, 1/16 или 1/32 от длительности символа.

p, blockquote 43,0,0,0,0 -->

p, blockquote 44,0,0,0,0 -->

На рисунке выше изображено 3-х лучевое распространение. Символ 1 с символом 2 не накладываются, символ 1 накладывается с защитным интервалом (ЗИ).

p, blockquote 45,0,0,0,0 -->

Что если в качестве защитного интервала использовать паузу?

p, blockquote 46,0,0,0,0 -->

p, blockquote 47,0,0,0,0 -->

Используя паузу, видим, что символ 1 не накладывается на символ 2, нету межсимвольных искажений.

p, blockquote 48,0,0,0,0 -->

Рассмотрим одну поднесущую: S1=Asin(ωt+φ). Если взять множество таких сигналов с той же самой частотой, все равно получим сигнал, который будет гармоническим с той же самой частотой и с какой-то фазой и амплитудой: S1+S2+S13=Asin(ωt+φ).

p, blockquote 49,0,0,0,0 -->

p, blockquote 50,0,0,0,0 -->

На картинке выше, в определенный момент существуют S1, S1+S2 и просто S2. Они все будут с одной и той же частотой, но фазы разные φ1, φn, φ2. Получается, если в определенный момент времени будем проводить анализ, кусочек синусоиды будет иметь разрыв фаз. Это плохо, при демодуляции, сигнал с разрывом фаз будет не ортогонален другим поднесущим.

p, blockquote 51,0,0,0,0 -->

Вставлять паузу в качестве защитного интервала не нужно! Это не эффективно, появляются разрывы фаз.

Циклический префикс

В качестве защитного интервала ставят циклический префикс. Но нужно понимать, что по сути циклический префикс это удлинение длительности символа.

p, blockquote 53,0,0,0,0 -->

p, blockquote 54,0,0,0,0 -->

С конца OFDM символа берем кусок сигнала и копируем в начало, в то место, где должен был стоять защитный интервал. На самом деле мы просто взяли и увеличили длительность символа не получив разрыв фаз.

p, blockquote 55,0,0,0,0 -->

p, blockquote 56,0,0,0,0 -->

На рисунке выше есть одна поднесущая. Частоты сигнала выбирали из выражения fn=n/Ts. И при формировании сигнала, всегда будет так, что каждая поднесущая будет начинаться в том же самом месте, начальная фаза φ, будет совпадать с той фазой, которая в конце φk. Увеличили длительность символа.

p, blockquote 57,0,0,0,0 -->

p, blockquote 58,0,0,0,0 -->

При использовании циклического префикса не происходит нарушения ортогональности при сдвиге во времени участка обработки в пределах полной длительности символа. На картинке ниже взяли кусок сигнала равный длительности Ts, слева получилось красивое созвездие. Если сместиться по времени, рисунок справа, выполним демодуляцию, тоже получится созвездие, которое не рассыпается, ортогональность не нарушена, только созвездие немного повернется, но это можно восстановить.

p, blockquote 59,0,0,1,0 -->

p, blockquote 60,0,0,0,0 -->

Борьба с частотно-селективными замираниями (ЧСЗ) и селективными помехами

p, blockquote 61,0,0,0,0 -->

На картинках выше спектр начального сигнала, и на какой-то частоте сигналы пришли в противофазе, подавили друг друга и возник завал это и есть частотно-селективное замирание.

p, blockquote 62,0,0,0,0 -->

Если спектр провалился на пару дБ, то его можно вытянуть эквалайзером, фильтром который на нужной частоте будет иметь подъем АЧХ.

p, blockquote 63,0,0,0,0 -->

p, blockquote 64,0,0,0,0 -->

В случае если ЧСЗ велики (20 дб и более), вытягивать сигнал из помех может оказаться нецелесообразно. В случае с OFDM можно часть поврежденного спектра взять и отбросить. Спектр состоит из множества поднесущих, часть поднесущих отбросили, оставили те, которые можно демодулировать.

p, blockquote 65,0,0,0,0 -->

Мы выкинули часть поднесущих, следовательно потеряли информацию, тогда как её восстановить? Восстановить можно с помощью помехоустойчивого кодирования! OFDM и вообще любой вид модуляции работает в паре с помехоустойчивым кодированием.

p, blockquote 66,0,0,0,0 -->

Пилот-сигналы

Пилот-сигнал – это немодулированная поднесущая. Пилот-сигналы используются для частотной и фазовой синхронизации, а также для оценки характеристики канала связи с целью дальнейшего исправления ее эквалайзером.

p, blockquote 67,0,0,0,0 -->

p, blockquote 68,0,0,0,0 -->

Распределение пилот-сигналов по OFDM символу

p, blockquote 69,0,0,0,0 -->

Недостатки OFDM
- Высокий пик-фактор. Существенно ограничивает среднюю излучаемую мощность.
Высокий ПИК фактор плох на стороне передающего устройства, например на стороне усилителя мощности. Рассмотрим усилитель мощности, у него есть ограничение по АЧХ. Максимальная средняя мощности и максимальная пиковая мощность.

p, blockquote 70,0,0,0,0 -->

Средняя мощность ограничена тем, что он нагревается, до определенного момента он терпит, а дальше сгорает. А пиковая мощность определяется искажениями. Если не превышать пиковую мощность, сигнал усиливается без искажений, если превышаем, то искажения возникают.

p, blockquote 71,0,0,0,0 -->

Чем выше пик фактор, тем нужно сделать меньше среднюю мощность, чтобы сигнал проходил без искажений, но уменьшая среднюю мощность, уменьшается и помехоустойчивость.
- Чувствительность к доплеровскому сдвигу и частотному рассеянию.
Рассмотрим две спектра, спектр поднесущей OFDM и 2-ФМн сигнала, с одной несущей. Допустим, в результате эффекта Доплера возник сдвиг частот.

p, blockquote 73,0,0,0,0 -->

В OFDM будет сильнее проявляться эффект Доплера, чем в 2-ФМн. Потому что относительно длины спектра, в ofdm может быть подавлена целая поднесущая, а в 2-ФМн, малая часть.
- Необходима высокая степень синхронизации по частоте.
Так как ofdm более чувствителен к любому сдвигу частот, соответственно для него необходимо применять более точные системы синхронизации с несущей.
- Использование защитных интервалов снижает информационную скорость передачи данных.
Защитный интервал ставим, чтобы бороться с межсимвольной интерференцией (МСИ), но полезную информацию он не передает. Длительность полного символа мы увеличили, тем самым уменьшили информационную скорость.
- Использование пилот-сигналов уменьшает энергетическую эффективность. На передачу немодулированных поднесущих тратится энергия, несмотря на то, что они не передают информацию.
OFDM применяют только в тех случаях, когда есть многолучевое распространение!

Где применяется OFDM

OFDM применяется в тех радиотехнических системах, где сигнал испытывает значительные межсимвольные искажения, вызванные например многолучевым распространением.

Режим OFDMA в 802.11ax (Wi-Fi 6)

Стандарт Wi-Fi 6 (802.11ax) имеет ряд важных отличий от всех беспроводных сетей предыдущих поколений. Пожалуй, наибольшие возможности предоставляет режим ортогонального частотного мультиплексирования - OFDMA. Рассмотрим принцип работы OFDMA и практическое применение этой, без преувеличения, долгожданной технологии.

Суть технологии OFDMA

По сути OFDMA представляет собой «многопользовательскую» вариацию старой технологии параллельной передачи данных с частотным разделением OFDM.

OFDMA также делит канал связи на поднесущие с помощью быстрого преобразования Фурье. При этом используется ортогональный интервал, который разделяет смежные частоты поднесущих. Наглядно это можно увидеть на рисунке ниже.

Структура канала передачи данных на базе OFDMA. Пилотные поднесущие предназначены для синхронизации передатчика и приемника

Поднесущие плотно упакованы и несут большой объем информации, не требуя разделительных частотных полос. Данная особенность хорошо заметна при сравнении более старых стандартов и нового 802.11ax.

Сравнение поднесущих разных стандартов

Точка доступа с WiFi 6 на канале 20 МГц может иметь до 256 поднесущих, тогда как WiFi 5 (802.11ac) — только до 64. Ортогональность позволяет приемнику выделить каждую поднесущую из множества, разделяя канал на так называемые единицы ресурса.

Канал OFDMA 20 МГц состоит из 256 поднесущих, из которых выделяются 242 единицы ресурсов

Точка доступа Wi-Fi 6 может назначать единицы ресурсов для каждого пользователя сети. Проще говоря, канал разделяется для нескольких пользователей, как в почтовом грузовике с пакетами для разных получателей. При этом сохраняется высокая пропускная способность канала.

Возможности, предоставляемые OFDMA в WiFi 6

В приведенном выше примере, с использованием канала 20 МГц, точка доступа может обеспечить одновременное подключение до девяти пользователей. При этом можно гибко настроить пропускную способность: с равным разделением или передачей всего канала одному пользователю в случае необходимости.

Вероятно, в большинстве случаев в офисах и на других объектах будут использоваться точки доступа Wi-Fi 6 с каналом 20 МГц. Это минимизирует возможные проблемы с помехами и обеспечивает максимальную производительность. При такой конфигурации сразу несколько клиентов могут через Wi-Fi 6 использовать сервисы, которые раньше были недоступны в обычных беспроводных сетях. Например, несколько потоков видео с разрешением 4К, которое теперь используется в промышленном дизайне, видеонаблюдении, здравоохранении и т. д.

На рисунке ниже изображен процесс распределения ресурсов при разделении 20 МГц. Канал, вмещающий 242 поднесущие, разделяется на два канала по 106 поднесущих, которые в первой передаче отправляют данные пользователям под номерами 1 и 2.

Работа OFDMA с несколькими пользователями

Технология OFDMA позволяет разделять каналы 40 МГц, 80 МГц и 160 МГц. Разные комбинации подключений можно увидеть на следующем рисунке.

Варианты использования пропускной способности WiFi 6

Теоретически, к одной точке доступа Wi-Fi 6 можно подключить до 74 пользователей. Разумеется, это экстремальное использование ресурсов одной точки, и оно будет применяться в редких случаях. Тем не менее, возможность расширить количество подключений есть, и она демонстрирует уникальные возможности OFDMA. Например, максимальная емкость в пересчете на одну точку доступа может пригодиться для подключения устройств интернета вещей (IoT), не требующих большой скорости подключения.

При этом в большинстве случаев рекомендуется оставлять неиспользуемые поднесущие, которые выполняют функцию защиты от помех со стороны соседних каналов.

В целом, Wi-Fi 6 обладает большей максимальной емкостью, чем предыдущие стандарты. Это найдет широкое применение в разных условиях, например, гостевых зонах крупных компаний, аэропортах и других местах, требующих подключения большого количества пользователей к ресурсоемким сервисам. При этом технология OFDMA способна существенно сократить расходы на закупку оборудования и эксплуатацию сети Wi-Fi без снижения ее производительности.

Обратная совместимость

Стандарт 802.11ax имеет обратную совместимость с предыдущими стандартами 802.11 a/g/n/ac. Для этого в сети WiFi 6 управляющие сигналы передаются с помощью старой технологии OFDM. Это означает, что на канале 20 МГц будут использоваться только 64 поднесущие, и весь потенциал Wi-Fi 6 не будет реализован. Поэтому для реализации всех возможностей OFDMA необходимо, чтобы эту технологию поддерживали и точки доступа, и клиентские устройства.

OFDMA как этап эволюции WiFi

OFDMA как этап эволюции WiFi

Технология OFDMA уже давно используется в специальных системах связи, например военных. Ее имплементация в сети Wi-Fi был лишь вопросом времени и, вероятно, выбран наиболее удачный способ для этого. OFDMA включена в спецификации нового стандарта WiFi 6, который также имеет и другие важные новинки, такие как протокол безопасности WPA3. Во многих случаях это делает целесообразным скорейшее обновление сетей, так как новый стандарт предлагает существенные преимущества.

Читайте также: