Ofdma что это в роутере

Сегодня пользователи, которые выбирают для покупки современный роутер и интересуются техническими характеристиками устройства, сталкиваются со множеством непонятных обычному человеку обозначений. Например, на коробках новых моделей TP-Link, Mercusys, Asus, Keenetic, D-Link, Tenda и других брендов часто попадаются аббревиатуры BSS Color, Beamforming TX, MU-MIMO, 802.11 AX, DFS и т.д. Среди них также можно видеть такое понятие, как DL OFDMA. Что такое OFDMA в wifi роутере и какую пользу он несет? Разбираемся вместе.

Что такое OFDMA (DL)?

Если вы откроете Википедию или введете в поисковике фразу «что такое OFDMA в роутере», то в результатах Яндекс или Google выдаст вам тексты типа: «OFDMA — это множественный доступ с ортогональным частотным разделением каналов, который используется в сетях Wi-Fi 6 (802.11 AX)» Является расширением архитектуры OFDM (мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов)». Или такой: «OFDMA являются многопользовательской технологией, которая способна обеспечить одновременную двунаправленную связь между точкой доступа и конечным пользователем».

Вы все поняли? Именно, вот и я ничего не понял, как и большинство из вас.

Простыми словами, OFDMA — это технология, которая разделяет один канал роутера на несколько подключенных устройств одновременно.

На практике это означает, что вы, например:

1. Ввели в адресную строку браузера адрес какого-то сайта. То есть отправили по беспроводному каналу на роутер запрос
2. Маршщрутизатор в свою очередь передает его на удаленный сервер в интернете
3. Далее получает ответ и передает его обратно на ваш ПК, ноутбук или смартфон
4. В вашем браузере открывается страница

Все это происходит в доли секунды, поэтому незаметно для человеческого глаза, если сервер (компьютер), на котором расположены файлы сайта, расположен рядом. А что, если вы открываете американский сайт, который находится на сервере за океаном? Правильно, он открывается существенно медленне, так как время ожидания дольше. Особенно это заметно, если вы пользуете VPN для Яндекс Браузера, Opera, Chrome или отдельным приложением ВПН для Android (iOS).

А что, если в интернет через одну сеть wifi выходят одновременно сразу несколько пользователей?

• «Обычный» роутер с WiFi 5 (стандарт 802.11 AC) получает эти обращения и по очереди отдает ответ каждому из клиентов.

  
• А вот роутер, поддерживающий OFDMA сразу в одно действие отправляет данные на всех пользователей. Что сокращает время ожидания и повышает скорость работы.

  

То есть, OFDMA способен поддерживать более высокую скорость работы пользователей при высокой нагрузке. Когда в доме или офисе одновременно работает множество устройств — ноутбуки, ПК, смартфоны, IP камеры наблюдения, ТВ и т.д.

Для того, чтоб наглядно представить себе производительность OFDMA, можно привести один простой пример. Сегодня один из самых распространённых каналов WiFi 6 — 20 МГц. Его поддерживают все смартфоны, ноутбуки и прочие гаджеты, которые используются дома или на работе. Так вот, при работе OFDMA к одному роутеру может быть подключено сразу несколько пользователей, каждый из которых спокойно без тормозов будет смотреть онлайн видео в разрешении 4К.

При этом система остается достаточно гибкой и может либо распределять нагрузку поровну между всеми клиентами. Либо наоборот, выделить приоритет для одного и все ресурсы в определённый нужный момент направить на работу с ним. Также DL OFDMA неразрывно работает в связке с еще одной технологией — MU-MIMO.

Таким образом канал 20 MHz на WiFi 6 будет использоваться максимально эффективно. Особенно это важно, если вы активно используете системы умного дома и прочие девайсы из так называемого мира «интернета вещей». Когда одновременно подключённых устройств к роутеру огромное количество, но они требуют себе выделение ресурсов только в отдельные моменты. И нужно распределить нагрузку в сети таким образом, чтобы они не мешали работе основных пользователей — компьютеров, ноутбуков, смартфонов или ТВ приставок.

Если же ваши устройства не поддерживают WiFi 6, то роутер не будет использовать OFDMA, и потенциал данного стандарта беспроводной связи не будет полностью раскрыт. А значит и переплачивать за наличие OFDMA в маршрутизаторе нет смысла.

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

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.

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.

FAQ

Продукт
GT-AX11000, GT-AX11000 (Call of duty 4), RT-AX3000, RT-AX56U, RT-AX58U, RT-AX88U, RT-AX89X, RT-AX92U, TUF-AX3000

[Беспроводное устройство] Что такое OFDMA?

Что такое OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access)?

OFDMA — это многопользовательская версия цифровой модуляции OFDM. В Wi-Fi 6 (802.11ax) OFDMA — одна из важнейших функций для повышения производительности сети.

И OFDM, и OFDMA разделяют передаваемые данные на несколько небольших пакетов, чтобы просто перемещать небольшие биты информации. Кроме того, OFDMA подразделяет канал на меньшие частотные выделения, называемые поднесущими. Благодаря разделению канала небольшие пакеты могут одновременно передаваться на несколько устройств. Прибывшие пакеты продолжают передачу, и им не нужно ждать других пакетов. В OFDMA нисходящей линии связи маршрутизатор может использовать разные группы поднесущих для отправки пакетов разным клиентам, и можно управлять задержкой. Этот гибкий и децентрализованный метод связи увеличивает скорость и эффективность сети.

Преимущества маршрутизатора AX с функцией OFDMA:

1. Снижение накладных расходов и более высокая производительность — объединение коротких пакетов в один дает значительную экономию.
2. Меньшая задержка передачи — параллельная связь более эффективна при использовании длинных кадров и низкоскоростной передачи.
3. Улучшение общего QoS и эффективное использование полосы пропускания в среде с высокой плотностью размещения.
4. Большее количество клиентов — для каждого пакета OFDMA позволяет маршрутизатору поддерживать большее количество клиентов.
5. Уменьшите расход заряда батареи ваших устройств после передачи данных.

Эта информация была полезной?

Yes
No

• Приведенная выше информация может быть частично или полностью процитирована с внешних веб-сайтов или источников. Пожалуйста, обратитесь к информации на основе источника, который мы отметили. Пожалуйста, свяжитесь напрямую или спросите у источников, если есть какие-либо дополнительные вопросы, и обратите внимание, что ASUS не имеет отношения к данному контенту / услуге и не несет ответственности за него.
• Эта информация может не подходить для всех продуктов из той же категории / серии. Некоторые снимки экрана и операции могут отличаться от версий программного обеспечения.
• ASUS предоставляет вышеуказанную информацию только для справки. Если у вас есть какие-либо вопросы о содержании, пожалуйста, свяжитесь напрямую с поставщиком вышеуказанного продукта. Обратите внимание, что ASUS не несет ответственности за контент или услуги, предоставляемые вышеуказанным поставщиком продукта.

Время на прочтение
11 мин

Количество просмотров 22K

В своих разработках Huawei делает ставку на Wi-Fi 6. И вопросы от коллег и заказчиков о новом поколении стандарта подтолкнули нас к тому, чтобы написать пост о теоретических основах и физических принципах, заложенных в него. От истории перейдём к физике, подробно разберёмся, зачем нужны технологии OFDMA и MU-MIMO. Поговорим и о том, как принципиально переработанная физическая среда передачи данных позволила добиться гарантированной пропускной способности каналов и такого уменьшения общего уровня задержек, что они стали сопоставимы с «операторскими». И это при том, что современные сети на основе 5G дороже (в среднем в 20–30 раз) аналогичных по возможностям indoor-сетей на Wi-Fi 6.

Для Huawei тема отнюдь не праздная: решения с поддержкой Wi-Fi 6 — среди самых прорывных наших продуктов в 2020 году, в которые были вложены огромные ресурсы. Вот только один пример: исследования в области материаловедения позволили нам подобрать сплав, использование которого в радиоэлементах точки доступа увеличило соотношение «сигнал — шум» на 2–3 дБ: снимаем шляпу в почтении перед Дороном Эзри (Doron Ezri) за это достижение.

Немного истории

Историю Wi-Fi имеет смысл отсчитывать с 1971 года, когда в Университете Гавайев профессор Норман Абрамсон с группой коллег разработал, построил и запустил беспроводную сеть пакетной передачи данных ALOHAnet.

В 1980 году была утверждена группа стандартов и протоколов IEEE 802, описывающих организацию двух нижних слоёв семиуровневой сетевой модели OSI. До релиза первой версии 802.11 оставалось ждать долгих 17 лет.

С принятием в 1997 году стандарта 802.11, за два года до появления организации Wi-Fi Alliance, первое поколение самой популярной сегодня технологии беспроводной передачи данных шагнуло в большой мир.

Стандарт IEEE 802. Поколения Wi-Fi

Первым стандартом, по-настоящему массово поддержанным производителями оборудования, стал 802.11b. Как видите, частота нововведений с конца XX века была достаточно стабильной: для качественных изменений требуется время. В последние годы основная работа велась над улучшением физической среды передачи сигнала. Для того чтобы лучше понять современную проблематику Wi-Fi, обратимся к его физическим основам.

Вспомним основы!

Радиоволны являются частным случаем электромагнитных волн — распространяющихся от источника возмущений электрического и магнитного поля. Они характеризуются тремя основными параметрами: волновым вектором, а также векторами напряжённости электрического и магнитного полей. Все три взаимно перпендикулярны между собой. Частотой волны при этом принято называть количество повторяющихся колебаний, укладывающихся в единицу времени.

Всё это общеизвестные факты. Однако чтобы дойти до конца, начать мы вынуждены с самого начала.

На условной шкале частотных диапазонов электромагнитного излучения радиодиапазон занимает самую нижнюю (низкочастотную) часть. К нему относятся электромагнитные волны с частотой колебаний от 3 Гц до 3000 ГГц. Все прочие диапазоны, включая видимый свет, имеют гораздо более высокую частоту.

Чем выше частота, тем большую энергию можно сообщить радиоволне, однако вместе с тем она хуже огибает препятствия и быстрее затухает. Верно и обратное. С учётом этих особенностей для работы Wi-Fi были выбраны два основных частотных диапазона — 2,4 ГГц (полоса частот от 2,4000 до 2,4835 ГГц) и 5 ГГц (полосы частот 5,170—5,330, 5,490—5,730 и 5,735—5,835 ГГц).

Радиоволны распространяются во все стороны, и для того, чтобы сообщения не влияли друг на друга из-за эффекта интерференции, частотную полосу принято разбивать на отдельные узкие отрезки — каналы с той или иной полосой пропускания. На схеме выше видно, что находящиеся по соседству каналы 1 и 2 с полосой пропускания 20 МГц будут мешать друг другу, а 1 и 6 — не будут.

Сигнал внутри канала передаётся с помощью радиоволны на определённой несущей частоте. Для передачи информации параметры волны могут модулироваться по частоте, амплитуде или фазе.

Разделение каналов в частотных диапазонах Wi-Fi

Частотный диапазон 2,4 ГГц разделён на 14 частично накладывающихся друг на друга каналов оптимальной ширины — 20 МГц. Когда-то считалось, что этого вполне достаточно для организации сложной беспроводной сети. Вскоре выяснилось, что ёмкость диапазона стремительно исчерпывается, так что к нему был добавлен диапазон 5 ГГц, спектральная ёмкость которого гораздо выше. В нём, помимо 20-мегагерцовых, возможно выделение каналов шириной 40 и 80 МГц.

Для дополнительного повышения эффективности использования радиочастотного спектра в настоящее время широко применяется технология мультиплексирования с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM).

Она подразумевает использование наряду с несущей частотой ещё и нескольких поднесущих частот в том же канале, что даёт возможность осуществлять параллельную передачу данных. OFDM позволяет распределять трафик достаточно удобным «гранулярным» способом, но в силу своего почтенного возраста сохраняет ряд существенных минусов. Среди них принципы работы по сетевому протоколу CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance), в соответствии с которыми в определённые моменты времени на одной несущей и поднесущей может работать только один пользователь.

Пространственные потоки

Важный способ увеличить пропускную способность беспроводной сети — использование пространственных потоков.

Точка доступа несёт на себе несколько радиомодулей (один, два или более), которые подключены к некоторому количеству антенн. Эти антенны излучают по определённой схеме и модуляции, и мы с вами получаем информацию, переданную по беспроводной среде. Пространственный поток может формироваться между конкретной физической антенной (радиомодулем) точки доступа и пользовательским устройством. Благодаря этому общий объём передаваемой от точки доступа информации увеличивается кратно количеству потоков (антенн).

По текущим стандартам в диапазоне 2,4 ГГц можно реализовать до четырёх пространственных потоков, в диапазоне 5 ГГц — до восьми.

Прежде при работе в диапазонах 2,4 и 5 ГГц мы ориентировались только на количество радиомодулей. Наличие второго радиомодуля давало дополнительную гибкость, так как позволяло старым абонентским устройствам функционировать на частоте 2,4 ГГц, а новым — на частоте 5 ГГц. С появлением третьего и последующих радиомодулей возникали кое-какие проблемы. Излучающие элементы склонны создавать наводки друг на друга, что повышает стоимость устройства в связи с необходимостью более качественного проектирования и оснащения точки доступа компенсационными фильтрами. Так что только недавно стало возможным одновременное поддержание 16 пространственных потоков на одну точку доступа.

Скорость практическая и теоретическая

Из-за механизмов работы OFDM мы не могли получить максимальную пропускную способность сети. Теоретические расчеты для практического внедрения OFDM проводились очень давно и лишь применительно к идеальным средам, где предсказуемо ожидались достаточно высокий показатель отношения «сигнал — шум» (SNR) и вероятность ошибки на бит (BER). В современных условиях сильной зашумлённости всех интересующих нас радиочастотных спектров показатели пропускной способности сетей на основе OFDM удручающе малы. И протокол до последнего времени продолжал нести в себе эти недостатки, пока на помощь не подоспела технология OFDMA (orthogonal frequency-division multiple access). О ней — чуть дальше.

Поговорим про антенны

Как вы знаете, у каждой антенны есть коэффициент усиления, в зависимости от значения которого формируется пространственный паттерн распространения сигнала (beamforming) с определённой площадью покрытия (мы не учитываем переотражение сигналов и т. д.). Именно на это всегда опирались рассуждения проектировщиков касательно того, где именно должны быть размещены точки доступа. Долгое время форма паттерна оставалась неизменяемой и лишь увеличивалась или уменьшалась пропорционально характеристикам антенны.

Современные антенные элементы становятся всё более управляемыми и позволяют динамически изменять пространственный паттерн распространения сигнала в реальном времени.

Слева на рисунке вверху показан принцип распространения радиоволн при использовании стандартной всенаправленной антенны. Увеличивая мощность сигнала, мы могли изменять только радиус покрытия в отсутствие возможности значительно влиять на качество использования канала — KQI (Key Quality Indicators). А этот показатель чрезвычайно важен при организации связи в условиях частого перемещения абонентского устройства в беспроводной среде.

Решением проблемы стало применение большого количества маленьких антенн, нагрузку на которые можно регулировать в реальном времени, формируя паттерны распространения в зависимости от пространственного положения пользователя.

Таким образом удалось вплотную подойти к применению технологии MU-MIMO (Multi-User Multiple Input, Multiple Output). С её помощью точка доступа в любой момент времени формирует потоки излучения, направленные именно в сторону абонентских устройств.

От физики к стандартам 802.11

По мере развития стандартов Wi-Fi менялись принципы работы с физическим слоем сети. Использование других механизмов модуляции дало возможность — начиная с версий 802.11g/n — вмещать в тайм-слот гораздо большее количество информации и, соответственно, работать с большим числом пользователей. Помимо прочего, это достигалось и благодаря использованию пространственных потоков. А новообретённая гибкость в отношении ширины канала позволила формировать большее количество ресурсов для MIMO.

На следующий год намечено утверждение стандарта Wi-Fi 7. Что же изменится с его приходом? Помимо привычного прироста скорости и добавления диапазона 6 ГГц появится возможность работать с широкими агрегированными каналами, такими как 320 МГц. Это особенно интересно в разрезе индустриального применения.

Теоретическая пропускная способность Wi-Fi 6

Теоретическая формула расчёта номинальной скорости работы Wi-Fi 6 достаточно сложна и зависит от многих параметров, начиная с количества пространственных потоков и заканчивая той информацией, которые мы можем вложить в поднесущую (или поднесущие, если их несколько) в единицу времени.

Как видите, от пространственных потоков зависит очень многое. А ведь прежде увеличение их количества в сочетании с использованием STC (Space-Time Coding) и MRC (Maximum Ratio Combining) ухудшало работу беспроводного решения в целом.

Новые ключевые технологии физического уровня

Перейдём к ключевым технологиям физического уровня — и начнём с первого уровня сетевой модели OSI.

Напомним, что в OFDM используется определённое количество поднесущих, которые, не затрагивая друг друга, способны передавать некий объём информации.

В примере мы используем диапазон 5,220 ГГц, вмещающий в себя 48 подканалов. Агрегируя этот канал, мы получим большее количество поднесущих, на каждой из которых применяется своя схема модуляции.

В Wi-Fi 5 используется квадратурная модуляция 256 QAM (Quadrature Amplitude Modulation), которая позволяет формировать в рамках несущей частоты в одном тайм-слоте поле 16 х 16 точек, различающихся по амплитуде и фазе. Неудобство заключается в том, что в каждый отдельный момент осуществлять передачу на несущей частоте может только одна станция.

Мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов (OFDMA) пришло из мира операторов мобильной связи, получило распространение одновременно с LTE и применяется для организации downlink (канала связи к абоненту). Оно позволяет работать с каналом на уровне так называемых ресурсных юнитов. Эти юниты помогают разбить блок на определённое количество компонентов. В рамках блока мы можем в каждый момент не работать строго с одним излучающим элементом (пользователем или точкой доступа), а комбинировать десятки элементов. Это позволяет добиваться примечательных результатов.

Простое соединение каналов в Wi-Fi 6

Соединение каналов (Channel Bonding) в Wi-Fi 6 позволяет получать объединённые каналы шириной от 20 до 160 МГц. Причём соединение не обязательно делать в близлежащих диапазонах. Например, один блок можно взять из диапазона 5,17 ГГц, а второй — из диапазона 5,135 ГГц. Это позволяет гибко строить радиосреду даже при наличии сильных интерференционных факторов или при соседстве с другими постоянно излучающими станциями.

От SIMO к MIMO

Метод MIMO был с нами не всегда. Когда-то мобильной связи приходилось ограничиваться режимом SIMO, который подразумевал наличие у абонентской станции нескольких антенн, одновременно работающих на получение информации.

MU-MIMO призван передавать информацию пользователям, используя весь текущий антенный фонд. Это снимает накладывавшиеся прежде протоколом CSMA/CA ограничения, связанные с отправкой абонентским устройствам токенов на передачу. Теперь пользователи объединяются в группу и каждый участник группы получает свою часть ресурса антенного фонда точки доступа, а не ждёт своей очереди.

Формирование радиолуча

Важным правилом работы MU-MIMO является поддержание такого режима работы антенного фонда, который не приводил бы к взаимному перекрытию радиоволн и потере информации из-за сложения фаз.

Это требует сложных математических расчётов на стороне точки доступа. Если терминал поддерживает эту функцию, MU-MIMO позволяет ему сообщать точке доступа, с какой задержкой он получает сигнал на каждую конкретную антенну. А точка доступа, в свою очередь, подстраивает свои антенны для формирования оптимально направленного луча.

Что это нам даёт в целом?

Белыми кружками с цифрами в таблице отмечены текущие сценарии применения Wi-Fi предыдущих поколений. Синие кружки (см. иллюстрацию выше) описывают возможности Wi-Fi 6, а серые — дело недалёкого будущего.

Основные преимущества, которые приносят новые решения с поддержкой OFDMA, связаны с ресурсными юнитами, реализованными на уровне, аналогичном TDM (Time Division Multiplexing). Прежде в Wi-Fi такого не было. Это позволяет чётко контролировать выделяемую полосу, обеспечивая минимальное время прохождения сигнала через среду и требуемый уровень надёжности. Благо ни у кого не возникает сомнений в том, что показатели надёжности Wi-Fi нуждаются в улучшении.

История движется по спирали, и текущая ситуация похожа на ту, которая сложилась в своё время вокруг Ethernet. Уже тогда утвердилось мнение, что среда передачи CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) не обеспечивает никакой гарантированной пропускной способности. И так продолжалось вплоть до перехода на IEEE 802.3z.

Что касается общих моделей применения, то, как видите, с каждым поколением Wi-Fi множатся сценарии его использования, всё более чувствительные к задержкам, общему джиттеру и надёжности.

И снова о физической среде

Ну а теперь о том, за счёт чего формируется новая физическая среда. При использовании CSMA/CA и OFDM рост количества активных точек (Active STA) приводил к тому, что пропускная способность 20-мегагерцового канала серьёзно падала. Связано это было с тем, о чём уже упоминалось: с не самыми новыми технологиями STC (Space-Time Coding) и MRC (Maximum Ratio Combining).

OFDMA за счёт использования ресурсных юнитов может эффективно взаимодействовать с дальними и маломощными станциями. Мы получаем возможность работы в одном несущем диапазоне с пользователями, потребляющими разные объёмы ресурсов. Один пользователь может занимать один юнит, а другой — все остальные.

Почему раньше не было OFDMA?

И наконец, главный вопрос: почему раньше не было OFDMA? Как ни странно, всё упиралось в деньги.

Долгое время считалось, что цена Wi-Fi-модуля должна быть минимальной. При запуске протокола в коммерческую эксплуатацию в 1997 году было решено, что себестоимость производства такого модуля не может превышать $1. Как следствие, развитие технологии пошло по неоптимальному пути. Здесь мы не принимаем в расчёт операторский LTE, где OFDMA используется уже достаточно давно.

В конце концов рабочая группа по Wi-Fi решила взять эти наработки из мира операторов связи и перенести их в мир корпоративных сетей. Основной задачей стал переход на использование более качественных элементов, таких как фильтры и осцилляторы.

Почему нам было так сложно работать в старых кодировках MRC с интерференцией или без неё? Потому что механизм формирования луча MVDR (Minimum Variance Distortionless Response) резко увеличивал число ошибок, как только мы пытались совместить большое количество передающих точек. OFDMA доказал, что проблема решаема.

Борьба с интерференцией теперь основана на математике. Если окно передачи информации достаточно длинное, возникающая динамическая интерференция приводит к проблемам. Новые алгоритмы работы позволяют уйти от них, исключая влияние не только интерференции, связанной с передачей Wi-Fi, но и любой другой, возникающей в этом диапазоне.

Благодаря адаптивной борьбе с интерференцией мы можем получить выигрыш до 11 дБ даже в сложной неоднородной среде. Использование собственных алгоритмических решений Huawei позволило добиться серьёзной оптимизации именно там, где нужно, — в indoor-решениях. То, что хорошо в 5G, не обязательно хорошо в среде Wi-Fi 6. Подходы Massive MIMO и MU-MIMO различаются в случае с indoor- и outdoor-решениями. Там, где требуется, уместно использовать дорогостоящие решения, как в 5G. Но необходимы и другие варианты, такие как Wi-Fi 6, способные обеспечить задержки и другие показатели, которых мы привыкли ожидать от операторов связи.

Мы заимствуем у них те инструменты, которые будут полезны для нас, как для корпоративных потребителей, и всё это для того, чтобы обеспечить физическую среду, на которую можно будет положиться.

***

Кстати, не забывайте про наши многочисленные вебинары по новинкам Huawei 2020 года, проводимые не только в русскоязычном сегменте, но и на глобальном уровне. Список вебинаров на ближайшие недели доступен по ссылке.

Содержание страницы

• Ключевые особенности
  • MU-MIMO
  • OFDMA
  • Сравнение потенциальной выгоды

Для более эффективного подключения пользователей служат два ключевых метода: OFDMA и MU-MIMO.

• OFDMA – обеспечивает многопользовательский доступ путем разделения канала
• MU-MIMO – обеспечивает многопользовательский доступ с использованием различных пространственных потоков, также известен как многопользовательский MIMO.

Обе эти многопользовательские технологии являются значительными техническими усовершенствованиями Wi-Fi.

• DL-MU-MIMO (нисходящего канала) было представлено с точками доступа WiFi 5 (802.11ac Wave 2). Клиентов 802.11ac с поддержкой MU-MIMO существуют крайне мало. Однако клиенты WiFi 6 (802.11ax) поддерживают MU-MIMO нисходящего канала.
• UL-MU-MIMO и OFDMA было представлено с точками доступа WiFi 6 (802.11ax).

Ключевые особенности

MU-MIMO

• Требуется пространственное разнесения клиентских устройств. Следовательно, необходимо физическое расстояние между клиентами, большинство современных WiFi сетей с высокой плотностью пользователей, не смогут получить преимущества от MU-MIMO
• Требует формирования диаграммы направленности передачи (TXBF), для чего требуются кадры зондирования. Фреймы зондирования добавляют чрезмерные накладные расходы, особенно когда большая часть фреймов данных небольшая
• Будет подходящим вариантом только в средах с очень низкой плотностью и высокой пропускной способностью, например в частных домах, таунхаусах или где количество клиентов не большое

OFDMA

• Может одновременно выделить весь канал одному пользователю или разделить канал для одновременного обслуживания нескольких пользователей, при разделении канала общая пропускная способность делится на всех клиентов OFDMA
• Отличная функция для приложений с низкой пропускной способностью, поскольку она обеспечивает лучшее повторное использование частот, сокращение задержки и повышение эффективности в плотных средах

Оба метода дополняют друг друга, но так же и ограничивают, при их использовании стоит понимать какие ограничения они дают. Другими словами, OFDMA разделяет канал, а MU-MIMO использует отдельные каналы.

Сравнение потенциальной выгоды

	Более высокая скорость на пользователя
Лучше всего подходит для приложений с низкой пропускной способностью	Лучше всего подходит для приложений с высокой пропускной способностью
Лучше всего с небольшими пакетами	Лучше всего с большими пакетами

---

Дополнительная информация

• Extreme Networks
• Actiontec: The difference between OFDMA and MU-MIMO
• Qualcomm: 802.11ax WiFi with unprecedented capacity