Что такое ofdma в роутере

Обновлено: 01.07.2024

IEEE 802.11ax - Wi-Fi стандарт следующего поколения, также известный как Wi-Fi 6, является следующим шагом на пути эволюции беспроводных технологий. Стандарт взял все лучшее от своего предшественника Wi-Fi 5 - 802.11ac, при этом в 4 раза увеличилась пропускная способность, добавилась гибкость и масштабируемость сети. В ближайшие 10 лет IEEE 802.11ax будет основополагающим стандартом для обеспечения пользователей надежным и высокоскоростным беспроводным интернетом.

Экскурс в историю развития группы 802.11

По данным немецкого аналитического агентства на 2019 год в мире ежедневно около 15 миллиардов устройств подключается к Wi-Fi сети. Подсчитано, что уже через год это число может возрасти до 20 миллиардов.

Начиная с 2012 года, и по сегодняшний день, 802.11ac является последней действующей ревизией Wi-Fi.

Улучшения от 802.11n к 802.11ac

В стандарте 802.11ac увеличение скорости происходит за счет 3 улучшений:

Большая ширина канала, увеличено с максимума 40 МГц с 802.11n до 80 или даже 160 МГц (что дает увеличение скорости на 117 или 333 процента соответственно).
Более плотная модуляция, используется 256 квадратурно-амплитудная модуляция (QAM), по сравнению с 64-QAM в 802.11n (для увеличения скорости на 33 процента в более узких, но все еще пригодных для использования диапазонах).
Увеличено число приемников и передатчиков до 8, реализована схема MIMO 8x8, в то время как 802.11n остановился на четырех пространственных каналах (это еще одно увеличение скорости на 100 процентов).

Обратите внимание! Найти устройства с 8x8 можно только в провайдерском сегменте, но зато есть задел на будущее расширение функционала.

Конструктивные ограничения и экономичность, из-за которых продукты 802.11n находились в одном, двух или трех пространственных потоках, не сильно изменились для 802.11ac. Устройства первой волны стандарта 802.11ac построены на частоте 80 МГц и на физическом уровне работают на скорости до 433 Мбит/с (нижний уровень), 867 Мбит/с (средний уровень) или 1300 Мбит/с (верхний уровень).

802.11ас Wave 2

Устройства "второй волны" 802.11ac поддерживают большее количество каналов связи и пространственных потоков, при этом возможные конфигурации продукта работают на скорости до 3,47 Гбит/с.

Это надо знать! 802.11ac - это технология, работающая только на 5 ГГц, поэтому двухдиапазонные точки доступа и клиенты продолжают использовать 802.11n с частотой 2,4 ГГц. Однако клиенты 802.11ac работают в менее загруженной полосе 5 ГГц.

В Wave 2 добавили поддержку таких технологий как MU-MIMO (многопользовательское планирование) и Beamforming (формирование луча).

MU-MIMO означает многопользовательский, множественный вход, множественный выход и является беспроводной технологией, позволяющей взаимодействовать маршрутизаторам с несколькими пользователями одновременно.

MU-MIMO - это следующая эволюция однопользовательского MIMO (SU-MIMO), который обычно называют MIMO. Технология MIMO была создана для того, чтобы увеличить количество антенн на беспроводном маршрутизаторе, которые используются как для приема, так и для передачи, и повысить пропускную способность беспроводных соединений. На 2019 год многие устройства поддерживают MU-MIMO производитель микросхем Wi-Fi Qualcomm имеет список устройств - включая iPhone версий 6, 6 Plus и более поздних версий, которые включают в себя технологию 802.11ac MU-MIMO, а Wi-Fi Alliance имеет список из более чем 550 продуктов с использованием технологии MU-MIMO.

Больше, лучше, быстрее – новая мантра 802.11ax

Специфика 802.11ax

Позволяет точкам доступа обслуживать большее количество клиентов в сетях с высокой нагрузкой и поддерживает их лучшее взаимодействие в беспроводной локальной сети.
Обеспечивает большую производительность для high-load приложений, таких как 4K/8K видео высокой четкости.
Полностью беспроводные офисы и Интернет вещей (IoT).

Точки доступа 802.11ax

На рынке есть точки доступа 802.11ax, и уже сейчас можно протестировать новый стандарт Wi-Fi 6. Точки доступа, которые выпущены до начала сертификации, могут не поддерживать некоторые ключевые функции стандарта 802.11ax. Однако, когда они станут доступны, можно будет обновить программное обеспечение ТД для включения этих функций. Точно так же обстояло дело с внедрением предыдущих поколений, таких как 802.11ac и 802.11n.

Эволюция развития Wi-Fi стандартов

802.11n (2008)	802.11ac (2012)	802.11ax (2018)	Цели проекта 802.11ax (Wi-Fi 6)
Поддержка 2.4 и 5 ГГц	Только 5 ГГц	Поддержка 2.4 и 5 ГГц	Улучшить взаимодействие устройств на 2.4 и 5 ГГц
Ширина каналов (40 МГц)	Более широкий канал (80 и 160 МГц)	Канал (80 и 160 МГц), OFDMA на прием и передачу, Опция только 20 МГц для Интернета Вещей	Шире канал - больше возможностей.
Модуляция (64-QAM)	Улучшенная модуляция (256-QAM)	Улучшенная модуляция (1024-QAM)	Увеличить среднюю пропускную способность станции как минимум в 4 раза в средах с большой плотностью клиентских устройств
Дополнительные потоки (до 4)	Дополнительные потоки (до 8)	8 потоков, понятие "ресурсной единицы"	Применение: беспроводные корпоративные офисы, уличные Хот-споты, гостиницы, стадионы, концертные залы
Формирование луча (явное и универсальное)	Формирование луча (явное), MU-MIMO в нисходящем потоке	Формирование луча (явное), перераспределение пространственных потоков, MU-MIMO в нисходящем и восходящем потоке	Улучшенное энергосбережение на клиентских устройствах
Обратная совместимость 11a/b/g	Обратная совместимость 11a/b/g/n	Обратная совместимость 11a/b/g/n/ac	Работа внутри помещений и снаружи

16 сентября 2019 года Wi-Fi Alliance объявил об официальном запуске сертифицированной программы Wi-Fi Certified 6, которая обещает более высокую скорость беспроводного соединения, меньшую задержку, увеличенное время автономной работы и меньшую загрузку сети.

8 новых возможностей и преимущества технологии 802.11ax

OFDMA работает как на прием, так и на передачу;
Многопользовательский 8x8 MIMO на прием* и передачу;
Выше уровень модуляции - 1024-QAM;
Увеличенная длина символа OFDM, в 4 раза больше поднесущих;
Работа вне помещений;
Пространственное перераспределение и использование OBSS;
Сниженное энергопотребление;
Технология формирования луча (Beamforming) в передающем потоке*.

*- уже используется в 802.11ac

OFDMA в каналах DownLink и UpLink

OFDMA (множественный доступ с ортогональным частотным разделением каналов) обеспечивает возможность установления Uplink/Downlink соединений между точкой доступа и несколькими клиентами одновременно за счет выделения для отдельных клиентов подмножеств поднесущих, называемых "ресурсными единицами" (Resource Units, RU). Это одна из наиболее сложных функций в стандарте 802.11ax.

OFDMA в канале UpLink по работе эквивалентен OFDMA в DownLink, но в этом случае несколько клиентских устройств осуществляют передачу одновременно на разных группах поднесущих в одном и том же канале. OFDMA UpLink канала сложнее в управлении OFDMA DownLink канала, поскольку необходимо координировать множество разных клиентов: для этого точка доступа передает триггерные кадры, чтобы указать, какие подканалы может использовать каждый клиент.

Если клиент один, ТД отдаст ему весь канал, но как только в сети появятся новые клиенты, пропускная способность канала будет перераспределена между ними.

Важная особенность технологии OFDMA

Передача данных может осуществляться на тех поднесущих, которые для данного пользователя наименее подвержены частотно-селективной интерференции. Для выбора таких поднесущих каждая точка доступа отправляет отчеты о качестве передачи с использованием разных поднесущих.

Формат кадра Wi-Fi6

Каждый кадр начинается с преамбулы, которая состоит из двух частей:

Стандартной части, используемой для обеспечения обратной совместимости с предыдущими стандартами. Для синхронизации приемника и его настройки на принимаемый сигнал в кадре содержатся поля с символами обучающих последовательностей (LSTF и LLTF), а поле LSIG необходимо для вычисления длительности кадра.
Преамбулы 802.11ax, декодируется только станциями Wi-Fi 6. Новая преамбула содержит обязательное поле HE-SIG-A, опциональное поле HE-SIG-B, а также специальные обучающие последовательности для настройки MIMO.

OFDMA позволяет нарезать полосу 20, 40, 80 и 160 МГц на дополнительные более мелкие подканалы с предопределенным количеством поднесущих. Наименьший выделенный подканал в стандарте 802.11ax составляет 26 поднесущих (2 МГц). В канале 20 МГц имеется 9 доступных подканалов с 26 поднесущими, что позволяет использовать на прием и передачу до 9-ти различных кадров. IEEE использует термин «Ресурсная единица» (RU) для обозначения подканалов. Блок из 26 поднесущих, указанный выше, известен как RU-26, например: полный набор - RU-26, RU-52, RU-106, RU-242, RU-484 и RU-996.

Слева - 4 пользователя в канале с использованием OFDM. Справа мультиплексирование различных пользователей в одном канале с использованием OFDMA.

Есть и другие преимущества. Количество защитных и нулевых поднесущих по каналу может быть уменьшено как процент от количества используемых поднесущих, что снова увеличивает эффективную скорость передачи данных в данном канале.

Важно знать! Приведенные выше цифры показывают увеличение используемых поднесущих на

10% по сравнению со стандартом 802.11ac после учета коэффициента 4x.

Более длинный символ OFDM позволяет увеличить длину циклического префикса, не жертвуя спектральной эффективностью, что, в свою очередь, обеспечивает повышенную устойчивость к разбросам с большой задержкой, особенно в условиях вне помещения.

Уменьшая циклический префикс до минимального символьного времени, мы увеличиваем спектральную эффективность и устойчивость к условиям многолучевого распространения сигнала. Так же снижается чувствительность к джиттеру в передающем канале в многопользовательском режиме. Есть, конечно, и некоторые побочные эффекты. Точность частоты, необходимая для успешной демодуляции более близко расположенных поднесущих, является более строгой. Кроме того, быстрое преобразование Фурье (БПФ) требует немного более сложной схемотехники и вычислительной мощности.

Многопользовательский MIMO на прием и передачу

Расширена функция 802.11ac в канале DL, где точка доступа определяет, что условия многолучевого распространения позволяют передавать фреймы по одному и тому же каналу разным приёмникам одновременно за счёт использования нескольких пространственных потоков.

802.11ax увеличивает размер групп MU-MIMO во входящем потоке, обеспечивая более эффективную работу Wi-Fi сети. Многопользовательский MIMO исходящего канала является новым дополнением к 802.11ax, но откладывается до второй волны (Wave 2).

Это надо знать! MIMO 8TXх8RX:8SS обеспечивает одновременную передачу до 8 пространственных потоков в обоих направлениях.

Модуляция 1024-QAM и увеличенная длина символа OFDM

Символ OFDM является основным строительным блоком передачи в Wi-Fi сетях. Основные характеристики: размер быстрого преобразования Фурье (БПФ или FFT – Fast Fourier Transform), разнесение поднесущих и длительность символа OFDM связаны, учитывая фиксированную ширину канала. В Wi-FI 6 разнесение поднесущих уменьшается в 4 раза, а длительность символа OFDM увеличивается в 4 раза.

Предусмотрено увеличение защитного интервала (Guard Interval, GI) между OFDM-символами, что позволяет уменьшить межсимвольную интерференцию и обеспечивает более устойчивую связь в помещениях и в смешанных средах – помещение/улица.

Переход от 256-QAM к 1024-QAM увеличивает число битов, переносимых на символ OFDM, с 8 до 10, что повышает скорость передачи данных и эффективность использования спектра на 25%. Но, как и прежде, улучшение работает в условиях, где уровень сигнала высокий, а шум низкий. Это связано с тем, что приемник должен принять решение об уровне модуляции, выбрав одно из 32 состояний вдоль каждой оси (амплитуда и фаза или квадратура), а не одно из 16 для 256-QAM или одно из 8 для 64-QAM.

Для примера! Уровень мощности приема сигнала, необходимый для декодирования кадра в полосе 80 МГц, 1024-QAM 5/6, MCS-11, должен находиться на отметке -45 дБм, а достичь этого можно только когда приемник и передатчик находятся на близком друг от друга расстоянии!

Работа вне помещений

Ряд функций улучшает производительность при работе в уличных условиях. Наиболее важным является новый формат пакета, в котором наиболее чувствительное поле теперь повторяется для надежности. Более длинные защитные интервалы обеспечивают избыточность для корректировки ошибок.

OBSS – перекрывающиеся области радиовидимости

В Wi-Fi сетях каждый клиент и точка доступа прослушивают радиоэфир, декодируя преамбулу пакета, они знают, свободна среда для передачи данных или нет. Если шум в канале при этом превысит порог чувствительности на 20 Дб, среда так же считается занятой.

В стандартах 802.11 введено понятие виртуальной занятости среды (механизм NAV – Network Allocation Vector). В кадре есть поле, которое содержит значение счетчика, при получении кадров оно меняется во времени от некоторого значения до нуля. Если значение кода равно нулю, то канал свободен, иначе – занят.

В версиях Wi-Fi 4 и Wi-Fi 5 определение виртуальной занятости среды не зависит от того, к какой сети принадлежит устройство занявшее среду. Клиент в кадре имеет одно значение NAV. Wi-Fi 6 научился определять, из какой сети ведется передача – из своей собственной или чужой. На основании этих данных устройство может менять значение NAV и подстраивать мощность передатчика, меняя пороги чувствительности.

Преамбула 802.11ax содержит поле "цвет сети" (BSS color), что позволяет быстро определять принадлежность сети без полного декодирования пакета. Значение "цвета" выбирается точкой доступа случайным образом в момент инициализации сети. Длина поля BSS color 6 бит, этого достаточно, что бы помеченные пакеты у двух сетей находящихся в зоне радиовидимости не совпали.

Уменьшенное энергопотребление

Существующие режимы энергосбережения дополнены новыми механизмами, позволяющими увеличить интервалы ожидания и запланированное время пробуждения. Кроме того, для устройств IoT введен режим только для канала с частотой 20 МГц, позволяющий создавать более простые и менее мощные микросхемы, поддерживающие только этот режим. Надежная высокопроизводительная сигнализация для лучшей работы при значительно более низком уровне мощности принимаемого сигнала (RSSI).

Лучшее планирование и более длительное время автономной работы устройства с Target Wake Time (TWT – запланированное время активации). ТД может согласовывать с пользователями использование функции TWT для задания времени доступа к среде путем обмена информацией, которая включает ожидаемую продолжительность активности.

Технология формирования луча (Beamforming) явная и универсальная

Технология явного формирования луча к клиенту (explicit beamforming) решает ряд вопросов, связанных с замиранием и переотражением сигналов, с их не синфазностью. Приходя в разных фазах, сигнал теряет мощность, а это сильно влияет на дальнодействие и скорость передачи данных.

Explicit beamforming требует от клиента возврата диаграммы направленности. Роутер отправляет клиенту сигнальные пакеты со всех своих антенн, клиент в обязательном порядке отсылает назад информацию, что он увидел от этих антенн, роутер вычисляет местоположение клиента, вносит поправки в работу всех своих приемо-передатчиков. Таким образом роутер может устранить замирания, внести поправку в фазовый сдвиг на одной из антенн, увеличить амплитуду сигнала для преодоления препятствия.

Важно знать! Явное формирование луча работает только в случае, если есть 2 передатчика и больше, и есть поддержка на уровне клиента.

Если устройство не поддерживает передачу диаграммы направленности, есть упрощенный вариант алгоритма – implicit beamforming (универсальное формирование луча). В этом случае роутер оценивает канал связи, основываясь на том, каким образом клиент принимает данные. Роутер объявляет данные, на каких скоростях он может работать, а клиент уже отвечает, что он будет работать на такой-то скорости. Путем итераций роутер меняет скорость и фазовый сдвиг, и смотрит, что ответит клиент. Если клиент повысил скорость, принимается решение что все хорошо. Так продолжается до тех пор, пока не будет установлена максимальная скорость со стороны клиента.

Какие проблемы решает технология Beamforming

Распределение мощностей передатчиков – роутер может повышать и понижать мощность на каждом канале индивидуально;
Огибание препятствий, работа с переотраженными сигналами;
Устранение замирания одного или нескольких каналов;
Синфазность сигнала на приемнике клиента – увеличение мощности сигнала и скорости приема данных;
Увеличение дальности распространения сигнала.

Это очень ресурсоемкая задача, которая требует серьезных вычислительных мощностей и хорошего охлаждения роутера.

Обязательные и дополнительные функции 802.11ax на станции и клиенте

Точка доступа		Клиент
Обязательно	Дополнительно	Обязательно	Дополнительно
Передача OFDMA в нисходящем канале	Прием OFDMA в нисходящем канале
Прием OFDMA в восходящем канале	Передача OFDMA в восходящем канале
Передача MU-MIMO в нисходящем канале (если 4+ SS*)	Передача MU-MIMO в нисходящем канале (если 4

С момента анонсирования Wi-Fi 6 в 2018 году этот стандарт оброс множеством слухов и предположений. С тех пор прошло почти два года, и хотя окончательно стандарт еще не утвержден, первые устройства с его поддержкой уже появились в продаже. И теперь можно попытаться понять, что такое этот Wi-Fi 6, и как нам удалось не заметить пять предыдущих.

Почему Wi-Fi 6?

Потому что так решил консорциум Wi-Fi. Теперь новые версии протокола беспроводной передачи данных IEEE 802.11 будут обозначаться не непонятными цифрами и буквами, а просто порядковым номером. Wi-Fi 6 — это 802.11ах, а предыдущие версии, начиная аж с представленного в 1997 году оригинального 802.11, получили номера с 1 до 5. Во-первых, так проще и понятнее, а во-вторых, консорциум обещает, что в скором будущем номер поколения (начиная с Wi-Fi 4) появится в значке соединения в статусной строке.

И можно будет по одному взгляду на экран догадаться, что скорость Интернета низкая не по чьему-то злому умыслу, а потому что в настройках адаптера выставлен 802.11n.

Скорость соединения — быстрее и еще быстрее.

Каждое новое поколение 802.11 отличалось от предыдущего значительным увеличением максимальной скорости соединения. Не стал исключением и Wi-Fi 6 — теперь максимальная скорость между двумя беспроводными устройствами в идеальных условиях составляет 1,2 Гбит/с на канал шириной 160 МГц.

С учетом того, что количество каналов в новой редакции может достигать 8, максимально достижимая теоретическая скорость составляет 9,6 Гбит/с. И пусть практические скорости пока в 3-4 раза ниже, это все равно довольно много. Кроме того, Wi-Fi 6 — это не только возросшая скорость.

MIMO 8x8

Wi-Fi 6 поддерживает до 8 каналов MU-MIMO (Multipule User, Multiple Input, Multiple Output — Несколько пользователей, Множественный ввод-вывод). Это значит, что максимальная скорость роутера может быть распределена по нескольким клиентам в нужных пропорциях. Например, по одному каналу на смартфоны и три канала на ноутбук (конечно, если у него есть три приемных тракта).

Количество «мешающих» друг другу устройств в таком режиме снижается в разы. Wi-Fi 6 — отличное решение для построения небольших высокоскоростных сетей.

2,4 ГГц возвращается.

Когда было объявлено, что 802.11ac (Wi-Fi 5) не будет поддерживать частоту 2,4 ГГц, многие встретили эту новость с разочарованием. И не только из-за большого количества устройств, не работающих на 5 ГГц: чем меньше длина радиоволны (больше частота), тем меньше ее пробивная способность. Поэтому при одной и той же мощности передатчика площадь 5 ГГц сети может быть намного меньше, чем если бы она вещала на 2,4 ГГц.

Что же, Wi-Fi консорциум прислушался к пожеланиям пользователей, новый стандарт будет работать в обоих диапазонах, что, конечно же, расширяет его возможности.

Увеличиваем плотность сигнала с 1024-QAM модуляцией

Передача данных в Wi-Fi осуществляется при помощи квадратурной модуляции, когда сигнал кодируется подчастотами с одной длиной волны, но со сдвигом по фазе. В самом простом случае одно состояние сигнала предает два бита информации — это QAM-2 модуляция.

При увеличении подчастот количество бит, передаваемых одним состоянием сигнала увеличивается – 4, 8, 16, и т.д. до 256 в 802.11ac. Wi-Fi 6 поддерживает 1024-QAM модуляцию, что (теоретически) позволяет получить значительный прирост скорости. Однако при этом сигнал становится намного менее разборчивым и подверженным помехам. Поэтому реальный прирост скорости при использовании 1024-QAM будет заметен только в идеальных условиях.

OFDMA — избавляемся от очередей

А вот это действительно полезная технология для реальных городских условий. OFDMA позволит увеличить скорость соединения в условиях высокой загруженности диапазона. Как сейчас работает роутер, получив запрос от нескольких клиентов? Он подготавливает пакеты данных и отправляет их по очереди. Соответственно, чем больше клиентов в сети, тем больше задержки между запросом и ответом. OFDMA позволяет выделять на частоте канала отдельные подчастоты для отдельных клиентов и отправлять ответ всем им одновременно.

Более того, технология позволяет варьировать ширину клиентского канала в зависимости от объема отправляемого пакета.

BSS Coloring — раскрасим сети в разные цвета

Еще одна технология, призванная ускорить скорость в современных условиях. Сейчас любое устройство расшифровывает любой сигнал, полученный на «своей» частоте — неважно, от своей сети, чужой сети или вообще от радионяни. В современных реалиях это приводит к сильному снижению производительности устройств, если поблизости расположены другие сети и устройства, работающие в том же диапазоне. Ведь только полностью расшифровав пакет и выяснив, что он предназначен другой сети, роутер его отбраковывает. Технология BSS Coloring снабжает пакеты простейшей цифровой подписью, которую устройство может считать без полной расшифровки сигнала. Можно сказать, что сигналы в каждой сети «раскрашены» своим цветом и их принадлежность теперь видна сразу.

Это значительно экономит ресурсы и, как следствие, увеличивает скорость передачи данных.

TWT — каждой вещи свое время

Технология TWT (Target Wake Time — «время пробуждения устройства») ориентирована в основном на «интернет вещей» — умных устройств наподобие кофеварок, отопительных котлов и прочих устройств с Wi-Fi интерфейсом. Сейчас «умные» устройства находятся в сети все время, пока включены, увеличивая ее загруженность. Использование TWT позволит им выходить в сеть только тогда, когда она действительно нужна для передачи (или приема) данных.

Как видно, Wi-Fi 6 предлагает множество если и не революционных, то достаточно серьезных изменений, позволяющих надеяться, что проблемы низкой скорости однажды останутся в прошлом. Увы, большинство преимуществ Wi-Fi 6 работают только если все устройства в сети поддерживают этот протокол. Таких пока немного. Но Wi-Fi 6 обратно совместим со всеми предыдущими стандартами, поэтому роутер с поддержкой нового стандарта можно приобрести уже сегодня и надеяться, что переход на шестое поколение «вайфая» произойдет быстро и безболезненно.

На этот раз я хотел бы поделиться с вами интересной статьей о двух наиболее важных улучшениях, внесенных в Wi-Fi 6. Надеюсь, что вы найдете ее полезной!

Введение

Последний стандарт IEEE - 802.11ax был разработан для обеспечения высокой эффективности. Wi-Fi 6 обещает реальные улучшения производительности для мобильных пользователей и для IoT устройств. Для этого в стандарте 11ax было предложено более 50 функций. После принятия стандарта они будут выводиться на рынок поэтапно - волна 1 и волна 2, как и в случае с 802.11ac .

Многопользовательский множественный вход, множественный выход (MU-MIMO) и множественный доступ с ортогональным частотным разделением каналов (OFDMA) - два наиболее значительных технических усовершенствования 11ax. И MU-MIMO, и OFDMA являются многопользовательскими технологиями, которые обеспечивают одновременную двунаправленную связь между точкой доступа (AP) и конечными пользователями. Так чем же они отличаются? Давайте углубимся в каждую технологию и узнаем, как они используются по-разному.

MU-MIMO

По сути, технология MU-MIMO остается неизменной между 11ac и 11ax. Когда несколько клиентов пытаются получить доступ к среде одновременно, точка доступа использует радиочастотный множественный путь для отправки кадров нескольким клиентам в одно и то же время. Эта технология называется MU-MIMO и использует пространственное разделение.

Разница между MU-MIMO нисходящего канала в 11ac и 11ax заключается в том, что в последнем группы клиентов теперь больше (до восьми клиентов в группе) вместо максимум четырех клиентов в одной группе. Напротив, MU-MIMO в восходящем канале - это новая функция в 802.11ax, которая будет развернута на следующем этапе стандарта.

Использование MU-MIMO в современных устройствах Wi-Fi многократно увеличилось, и это широко распространенная технология в пространстве Wi-Fi . Одним из недостатков версии MU-MIMO для 11ac была сложность формирования групп клиентов. Из-за этого даже точка доступа к пространственному потоку 4x4: 4 редко может получить преимущества более высокого выигрыша по сравнению с однопользовательским MIMO. MU-MIMO нисходящего канала в 11ax позволяет группировать до восьми клиентов.

Как видно на диаграмме выше, теперь точки доступа могут группировать клиентов и передавать данные этим группам клиентов последовательно. На схеме представлены отчеты о формировании диаграммы направленности, но эта концепция применима и к другим типам пакетов. При восходящей линии связи MU-MIMO (вводятся в волне 2) узкое место, вызванное квитированием механизмов в восходящей линии связи, будет устранено, и передача данных по протоколам TCP / IP выиграет от более высокой производительности по восходящей линии связи. Таким образом, MU-MIMO - это многопользовательская технология, которая увеличивает пропускную способность, обеспечивает более высокие скорости и идеально подходит для приложений, требующих высокой пропускной способности.

OFDMA

OFDMA делит доступную полосу пропускания канала на несколько взаимно ортогональных поднесущих или единиц ресурса (RU). Доступ множеству пользователей предоставляется в OFDMA путем назначения подмножеств этих поднесущих отдельным пользователям. OFDMA по нисходящей линии связи - одна из сложных функций 11ax, которая позволяет разделять одну передачу по нисходящей линии связи (от точки доступа к клиентам) по частоте внутри канала. OFDMA восходящей линии связи аналогична OFDMA нисходящей линии связи, но в обратном направлении, то есть от множества клиентов к AP. Поскольку многие клиенты будут пытаться передавать одновременно, их необходимо согласовывать. Для достижения этой координации AP отправляет триггерные кадры клиентам, чтобы сообщить им, какие поднесущие (или RU) они могут использовать для отправки данных. OFDMA также используется сетями LTE как средство многопользовательской передачи.

На первый взгляд может показаться, что OFDMA не дает дополнительных преимуществ по сравнению с однопользовательским мультиплексированием с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM), поскольку скорость каналов передачи остается неизменной. Таким образом, когда половина канала выделена для передачи кадров в OFDMA, это займет в два раза больше времени. Но в OFDM каждый раз, когда должна происходить передача кадра, возникают значительные накладные расходы, вызванные конкуренцией среды. Однако в OFDMA, поскольку возможности передачи совместно используются несколькими кадрами, связанными вместе, служебные данные, связанные со средой конкуренцией, снижаются. Таким образом, эффективное использование канала приводит к повышению общей эффективности приложений с малыми пакетами в плотных средах.

Подводя итоги

OFDMA и MU-MIMO - это взаимодополняющие технологии. В то время как OFDMA , идеально подходит для низкой пропускной способностью, малой пакетные приложения, такие как IoT датчиков, MU-MIMO увеличивает пропускную способность и эффективность в приложениях с высокой пропускной способностью, как критически важных голосовых вызовов и потокового видео.

Это все, ребята, надеюсь, вы нашли мой пост полезным, и не забывайте комментировать, если у вас есть дальнейшие проблемы или замечания.

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.

Читайте также: