MU-MIMO, или чем OFDM в WiMAX/LTE отличается от OFDM в 802.11a/g/n
В продолжение поста Почему в WiMax и LTE используют OFDM. Автор разобрал практически все, осталась одна мелкая, но существенная деталь. Так как эта деталь затрагивает текущие стандарты Wi-Fi и обещает определенный прорыв в будущих, думаю, читателю будет интересно.
Давайте представим себе следующую ситуацию: у нас есть базовая станция (Wi-Fi или WiMax) на которой сидят 20 клиентов со, скажем, Skype. Кажый клиент ведет видеоконференцию (двунаправленную, unicast) которой требуется, скажем, 1Мб/с полосы пропускания и задержка не более 150мс.
Номальная точка доступа Wi-Fi 802.11n позволяет эффективно передавать (throughput, не datarate) от 150 Мб/с на радио и поддерживает 802.11e QoS для эффективной передачи мультимедийного трафика. WiMAX позволяет получить около 30Мб/с downlink и 20Мб/с uplink на канал. Итого, полоса пропускания на клиента Wi-Fi: 150/20 = 7.5Мб/с (в 7.5 раз больше, чем требуется); полоса пропускания на клиента WiMax: 1.5Мб/с downlink и 1Мб/с uplink. Внимание, вопрос: на какой технологии Skype будет работать «ровнее»?
Как ни странно, Wi-Fi при огромном преимуществе в полосе пропускания будет работать хуже. И чем больше будет клиентов — тем выгоднее (до определенного уровня, естественно) будет смотреться WiMAX. Связано это с одной определенной оптимизацией работы OFDM в WiMAX.
Важно помнить, что OFDM — технология мультиплексирования, т.е. уплотнения. OFDM делит сигнал на поднесущие, которых может быть много. В Wi-Fi по всем поднесущим передаются составляющие одного и того же потока данных: т.е. уплотнение используется для избыточности. Так сложилось по ряду технических и исторических причин. Таким образом, в один момент времени точка доступа Wi-Fi может обслуживать только одного клиента (не считая multicast/broadcast), даже со всем последними новомодными MIMO, Spatial Mutiplexing и Beamforming. При передаче по «трубе» в 150Мб/с потока данных, поступающего, скажем, из Интернет со скоростью 1Mб/с, у нас простаивает 149.150 ~= 99.3% полосы пропускания. И обидно то, что если у нас есть 20 клиентов, то точка доступа будет обслуживать их по-очереди с той же самой ужасающей эффективностью в 0.7%. Если для 802.11a/g с максимальной пропускной способностью в районе 26-29Мб/с это еще было нормально, то для 802.11n с его потенциально возможными теоретическими 300Мб/с+ при 4×4:4 MIMO это уже совсем нехорошо.
WiMax, подходит к вопросу несколько иначе. Во-первых, поднесущих больше. А во-вторых — разные поднесущие могут параллельно нести данные для разных клиентов! Таким образом в нашей ситуации со Skype клиенты будут передавать/принимать данные все вместе — параллельно — а не последовательно, как в Wi-Fi. Эта технология называется MU-MIMO (Multi-User MIMO), в отличие от SU-MIMO (Single User), используемой в Wi-Fi. Таким образом, эффективность использования полосы пропускания по всей ячейке заметно возрастает. Конечно, на самом деле все не так просто — требуется более сложный протокол (как дать клиенту знать, какие поднесущие — его?), более сложная обработка сигналов (удорожание клиентского и базового оборудования), контроль роуминга, да и сама технология MU-MIMO использует не только разделение поднесущих OFDM по пользователям. Но все это достижимо, хоть и лежит за рамками этого короткого поста.
Теперь вернемся к нашим реалиям. Сегодня у многих дома есть по 3-4 и более Wi-Fi устройств. Некоторые крупные компании заявляют, что собираются воткнуть Wi-Fi модуль вообще в каждую единицу бытовой техники (непонятно, правда, зачем это нужно, и почему не использовать ZigBee или BT4.0). Большинству из этих устройств не нужны десятки и сотни мегабит пропускной способности, не нужна минимальная задержка, но из-за SU-MIMO они будут портить жизнь другим. И чем больше устройств — тем больше проблем. Хорошей новостью является то, что будуший стандарт 802.11ac «WiGig» будет поддерживать MU-MIMO. Плохой новостью является очередной плановый апгрейд, но в условиях короткого жизненного цикла современных потребительских устройв — who cares? 🙂
Что Такое DL OFDMA в Роутере с WiFi 6 (802.11 AX, MU-MIMO) — Простыми Словами
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:
- Ввели в адресную строку браузера адрес какого-то сайта. То есть отправили по беспроводному каналу на роутер запрос
- Маршщрутизатор в свою очередь передает его на удаленный сервер в интернете
- Далее получает ответ и передает его обратно на ваш ПК, ноутбук или смартфон
- 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.