淺談OFDMA

什麼是OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access)-正交頻分多址

是無線通訊系統的標準,通過將子載波子集分配給不同用戶在OFDM系統中添加多址的方法。
而多址接入系統將傳輸頻寬劃分成正交的互不重疊的一系列子載波集,將不同的子載波集分配給不同的使用者來實現多址。
(圖一)為OFDMA系統的原理示意圖,其中紅色,橘色以及黃色時頻柵格代表不同的子載波集,它們在頻帶上是互不重疊的,並分別分配給不同使用者,因此OFDMA可以看作將總資源(時間,頻寬)在頻率上進行分割,來實現多使用者接入的方式,且OFDMA系統可動態地把可用頻寬資源分配給需要的使用者,實現系統資源的最佳化利用。

                                                                                     (圖一)OFDMA原理示意圖

802.11ax是第一個將OFDMA引入WLAN網絡的WLAN標準 , 此外802.11ax標準也仿效LTE專有名詞,將最小的子通道(subchannel)稱爲"資源單元Resource Units(RU)",而每個RU當中至少包含26個子載波,由於OFDMA允許同時提供具有不同帶寬需求的多個用戶,從而有效利用可用頻譜,因此子載波被分成若干組,每組表示爲具有最小尺寸爲26個子載波(約2MHz寬)和最大尺寸爲996個子載波(約77.8MHz寬)的資源單元(RU)。可參考(表二)資源單元表。

備註: 802.11ax中的OFDMA子載波寬度減少為78.125KHz,因此可參考(表一)計算

  (表一)OFDMA子載波計算表

 (表二)為資源單元表,一共定義了6種RU類型,分別為26 , 52 , 106 , 242 , 484 , 996個子載波,以BW 20MHz為例,分配最小的26子載波RU,最多可以支持9個用戶使用,如分配52子載波RU,則可以支持4個用戶使用,同樣如以BW 80MHz為例,分配最小的26子載波RU,則最多可以支持37個用戶,如分配996子載波RU,則是將整個頻譜資源分配給一個用戶.

 (表二)資源單元表

 

                                                                                                            
前面提到802.11ax的子載波寬度為78.125KHz ,以BW 20MHz為例 20MHz除以78.125KHz會得到256個子載波, 但這256個子載波並不是全部都用在數據傳輸上,因此我們將子載波分成三個種類: 數據子載波 , 導頻子載波和未使用子載波。

而未使用子載波又可分成: DC子載波 , 保護帶子載波和空子載波。
參考(圖二)20MHz Resource Units分配圖就可清楚子載波分配方式。
圖上紅色RU26對應的紅色數字從0 到8,對應(表二)的資源單位表就是代表分配最小的26子載波RU,最多可以支持9個用戶使用。
以(圖二)綠色部份來說明256個子載波的分配方式
EX: 6edge + 1 + 26 +26 +1 +26 +26 +13 + 7DC + 13 +26 +26 +1 + 26 + 26 +1 + 5edge加總數字=256子載波

 


                                                                                                                                                           (圖二)20MHz Resource Unit分配圖

子載波種類說明

Data subcarriers(數據子載波):

        用於數據傳輸.

Pilot subcarriers(導頻子載波):

       它們是傳輸的重要組成部分,由於它們不傳輸數據信息,而是用於相位信息和參數跟踪,且導頻的數量會保持在最低限度,並同時仍有足夠的空間來正確解調信號。
而在802.11ax導頻子載波的分配,以(圖二)20MHz Resource Unit分配圖來說,在26個子載波RU的情況下,每一個RU中都包含了兩個Pilot,而在52個子載波RU的情形,則每一個RU會包含4個Pilot,且這些Pilot會將整個通道資源分配的位置固定並對齊。

Unused subcarriers(未使用子載波):

        又可以分成下列三種

DC(direct-current) subcarrier(DC子載波):

        DC子載波對於OFDMA信號的恢復很重要,尤其是在DC附近的較小資源單元的情況下,在下行(downlink)中,額外的DC子載波將有助於緩解由於接收器LO洩漏和載波頻率偏移(CFO)而導致的問題,在上行(uplink)中,DC子載波更為關鍵,因為STA需要與AP的載波頻率同步,如果在數位領域(digital domain)進行頻率補償,則TX載波洩漏可能不在傳輸的OFDMA波形的中心,這可能會導致對數據音調的干擾,而AP在接收到信號時將無法校準這些載波洩漏,因為它不知道STA傳輸的頻率或幅度。

Guard band subcarriers(保護子載波):

      保護子載波以BW 20MHz來說,會選取最左邊6個子載波與最右邊5個子載波作為保護,主要功能為防止來自相鄰通道的干擾。

Null subcarriers(空子載波):

      在802.11ax中,空子載波則是指RU之間的保護間隔,用來防止來自相鄰RU的干擾,一般是一個子載波。