OFDMA

OFDMA

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.

image8.png

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).

В каждой TXOP точка доступа 802.11ax решает, сколько поднесущих выделить каждой клиентской станции (STA), в зависимости от их потребностей в полосе пропускания. Цель – добиться максимально возможной эффективности использования эфирного времени. В одной TXOP несколько STA могут совместно использовать поднесущие и передавать одновременно. В другом TXOP одна STA может быть назначена всем поднесущим.

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.
  • Клиенты 802.11ax отправляют ответы готовности к отправке (CTS) параллельно, используя назначенные им RU.
  • AP передает данные каждого клиента параллельно, используя назначенные RU.
  • AP отправляет запрос подтверждения блока (BAR), чтобы подтвердить, что каждый клиент получил передачу успешно.
  • Если кадры данных были получены успешно, клиенты параллельно отвечают подтверждением блока (ACK).

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.

  • Точка доступа 802.11ax отправляет опрос отчета о состоянии буфера (BSRP), чтобы проверить, сколько буферизованных данных готовы отправить клиенты
  • Клиенты отвечают отчетом о состоянии буфера (BSR). Это помогает AP планировать размер и количество RU
  • Точка доступа отправляет всем клиентам кадр многопользовательского запроса на отправку (MU-RTS)
    • Кадр MU-RTS содержит список назначений RU для каждого клиента 802.11ax и помогает координировать многопользовательский обмен кадрами.
    • Кадр MU-RTS также содержит таймер для уведомления клиентов, сколько времени займет обмен.
    • Этот кадр передается с использованием OFDM по всему каналу, поэтому устаревшие клиенты знают, что нужно сохранять молчание через обмен кадрами OFDMA.
  • Клиенты 802.11ax отправляют ответы готовности к отправке (CTS) параллельно, используя назначенные им RU.
  • AP отправляет последний триггерный кадр для координации передачи каждого клиента.
  • Клиенты передают свои кадры данных в AP параллельно.
  • Если кадры данных были получены успешно, AP отвечает подтверждением блока (ACK).

Дополнительные материалы