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.
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.
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
Во второй передаче точка доступа разделяет канал на четыре отдельных подканала с 52 поднесущими и отправляет данные пользователям 3, 4, 5 и 6. В третьей передаче алгоритм
OFDMA может направить всю мощность канала с 242 поднесущими пользователю 5. Четвертая передача нацелена на пользователей 4 и 6, в пятой — пользователю 1, в шестой — снова
разделяет канал между пользователями. Таким образом, OFDMA эффективно использует весь канал 20 МГц при работе 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.
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
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.
Подписка на новости