【WLAN从入门到精通-Wi-Fi 6】第2期——物善其用 OFDMA

无线和有线通信不同。有线通信中信息是承载在线缆上，通过高低电平来标识不同的信息010010。但是在无线通信中，信息的载体就变成了高频信号，这种将信息加载到某个高频信号进行传播的过程就叫做载波调制，而承载着信息的高频信号，我们也称之为载波。拿日常生活中的例子来说，Wi-Fi通信类似快递送货，载波就像是送货的小车，发送方通过载波调制将货物(信息)放到小车上再送达到接收方。

当然在Wi-Fi中，载波也不是随意选择的，802.11协议详细定义了允许使用的频段，并精确划分出频率范围，每个频率范围就是我们所说的信道。下图展示了5GHz频段的信道资源。

不过这些频段不仅Wi-Fi可以用，其他短距无线传输技术比如RFID、蓝牙等，也都可以使用，所以干扰也很多。

在Wi-Fi4/5，载波调制用的是正交频分复用OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技术。

什么是OFDM

OFDM实际上是一种多载波技术，那为什么要用到多载波技术呢，其实主要还是为了克服Wi-Fi中的多径干扰。无线电波在传播过程中是向着各个方向传播的，在遇到不同障碍物的时候，会发生折射、反射，因此接收方可能会受到多个相同的电波，这就是多径干扰效应。

多径干扰的会直接带来码间串扰。如下图所示，对于一组串行信号，由于信号的多径传输，接收端在收到两组相同的信号时，如果两组信号之间时延t小于信号的传输间隔T，就会造成接收端在解析出正确是信号难度很大，这就是码间干扰。

我们换一种思路，如果我们把这组信号一分为二，同样的时间，单个信号的传输间隔就可以拉开，而对于接收端而言，码间干扰对比上一种小很多。这就采用多载波调制可以减少多径干扰的原因。

前面已经介绍过了，802.11协议已经规定好了信道的频宽，为了能在有限的频宽下得到最多的没有干扰的载波（又称为“子载波”）就必须利用正交的特性来划分，因为正交的子载波之间既没有干扰又挨的足够近。

下图是802.11a/g下的子载波划分，20MHz信道被划分成64个子载波，子载波的间隔为312.5KHz。当然中间有部分子载波（例如边带保护子载波、导频子载波等）是有自己的用途的，可供传输与数据的子载波还是有48个。在802.11n/ac这个中数据子载波数量为52个，而在802.11ax中，20MHz被划分成256子载波，子载波的间隔为78.125KHz，数据子载波数量为234。

综上，OFDM可以将高速串行的数据，变成一组并行低速的数据，尽可能地减低了码间串扰。

为何引入OFDMA

然而OFDM也是有自己缺点的，因为在Wi-Fi 4/5中，通信都是单用户的，即每次发送数据，不管用户数据量大小，一个用户要全部占用全部子载波。我们把全部的子载波整体看成一辆送货的小车，如果用户的数据包很小，例如即时消息，浏览网页，用不了全部子载波，那么小车是装不满的，剩下闲置的子载波就浪费了。

如何把这一部分闲置的子载波利用起来呢？为此Wi-Fi 6引入了5G中的正交频分多址OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)。OFDMA和OFDM虽然看起来差了一个字母，但OFDMA本质上是一种多址技术。

这里为大家科普一下，什么是多址技术，多址技术简单说就是一种区分不同用户的方法。无线通信中，常用的多址技术有频分多址FDMA、时分多址TDMA和码分多址CDMA。顾名思义，频分多址就是用不同的频率的信道来区分不同的用户；时分多址就是大家都用一个信道，但是把信道分成不同的时间片，用不同时间片区分不同用户；码分多址则是使用不通的码“码序列”来区分用户，每个用户都会分配一个独特的序列码，因此用户见也不会干扰。

有个很经典的例子来讲清楚这3者的关系，假设一群人聚会，频分多址就是把会场分成不同的小房间，房间里面双方自然可以很清楚的听到对方讲话；时分多址，就是在这个小房间的所有人每人只能讲10分钟，这10分钟轮到你讲了，超过10分钟，就要给下一个人；码分多址，就是在场的人，使用不同的语言交流，打个比方两个中国人，虽然背景叽叽喳喳英语、日语、韩语，但是因为两人只听得懂中国话，那些都可以作为噪声直接忽略。

好了，再说回OFDMA。OFDMA将信道划分成不同资源单元RU(Resource Unit)，当然这些RU彼此之间都是正交的。在发送数据，不同的用户只会用某一个资源单元而非整个信道，这样就能实现一次向多个用户发送数据。

还是拿小车来举例，OFDMA相当于在小车中划出专门的隔间，通过调度每个隔间放置不同用户的货物，这样一次可以为多个接收方送货。

总结来说，对OFDM而言，AP与每个用户都是单点通信的，如果需要跟3个用户通信，那就得3个周期；但是OFDMA则是点对多点通信的，一个周期就完成了与3个用户之间的通信，效率自然就高了。

预告：下期将为大家介绍另一个多用户技术MU-MIMO，敬请期待。

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来源：华为产品资料公众号