Одно из ключевых различий между Wi-Fi 6 и Wi-Fi 5 заключается в том, что в Wi-Fi 6 представлена многопользовательская технология OFDMA, которая позволяет более эффективно использовать спектр за счет совместного использования пользователями ресурсов канала. OFDMA можно рассматривать как многопользовательскую версию OFDM, где при каждой отправке данных один пользователь занимает весь канал независимо от объема пользовательских данных. В OFDMA ресурсы канала разделяются несколько ресурсных единиц. Разным пользователям выделяются эти ресурсные единицы и данные нескольких пользователей могут передаваться по одному каналу одновременно. Таким образом, можно сказать, что OFDMA – это многопользовательская технология, которая позволяет точке доступа общаться с несколькими пользователями в течение одного периода передачи. Например, если точке доступа необходимо связаться с тремя пользователями, для OFDM требуется три периода передачи, тогда как для OFDMA требуется только один период. Схематично различия OFDM и OFDMA представлены на рисунке 1 [1].

Рисунок 1. Различия между OFDM и OFDMA

Wi-Fi устройство, например точка доступа, использующее традиционную технологию MIMO в один момент времени может обслуживать и вести обмен данными только с одним абонентским устройством. Другие абонентские устройства, которые подключены к этой же точке доступа и работающие в этом же частотном канале, в момент обслуживания упомянутого выше абонентского устройства, в этот момент не могу вести обмен данными, вследствие чего возникает очередь передаваемых пакетов и увеличиваются задержки передачи, что неизменно ведет к снижению общей пропускной способности и производительности сети. В таком случае, чем больше пользователей единовременно подключено к рассматриваемой точке доступа, тем сильнее выражается описанный эффект.

Данную проблему можно решить путем разбиения единого пространственного потока передачи на несколько, каждый из которых будет единовременно обслуживать только одно абонентское устройство. Для реализации такого сценария предназначена технология MU-MIMO, являющаяся многопользовательским вариантом традиционной технологии MIMO. При ее использовании может обслуживаться несколько пользователей одновременно – их число зависит от поддерживаемого устройством числа пространственных потоков.

Схематично различия MIMO и MU-MIMO представлены на рисунке 2.

Рисунок 2. Различия MIMO и MU-MIMO

И MU-MIMO, и OFDMA служат для параллельной передачи, чтобы позволить более эффективную возможность соединения при многопользовательских сценариях и сложных условиях радиоканала, а также дополняют друг друга, уменьшая задержки и увеличивая скорость передачи данных.

Исследование системы передачи данных стандарта Wi-Fi 6 с использованием технологии формирования луча может быть осуществлено на базе модели, реализованной в программной среде MATLAB [2]. Модель представляет из себя систему передачи данных в нисходящей линии между точкой доступа и несколькими оконечными устройствами (в нашем случае четырьмя). Результатом работы модели является расчет скорости передачи данных в зависимости от потерь при распространении сигнала. Результаты расчета выводятся по отдельности для технологий OFDMA и MU-MIMO, а также для их совокупности, соответственно можно оценить эффективность совместной работы этих механизмов.

В модели можно задать модуляционно-кодирующую схему для каждого из устройств путем настройки параметра cfgMUMIMO.User{X}.MCS, а также выбрать мощность излучения путем настройки параметра cfgSim.TransmitPower. Для моделирования были выбраны значения в 20 и 30 дБм, что соответствуем максимальной мощности излучения в диапазонах 2,4 ГГц и 5 ГГц, что соответствует требованиям [3] [4].

Результаты расчета скорости передачи данных в Мбит/с для различных технологий в зависимости от потерь сигнала при распространении представлены в таблице 1. Зеленым выделены значения скорости передачи данных, отличные от нуля, красным – нулевые скорости.

Таблица 1

Результаты расчета скорости передачи данных в Мбит/с для различных технологий в зависимости от потерь сигнала при распространении

Таким образом, на основании полученных результатов моделирования можно сделать вывод, что совместная работа технологий OFDMA и MU-MIMO в отдельных случаях дает меньшую скорость передачи данных, чем при их использовании по отдельности, однако в других случаях их совместная работа увеличивает надежность радиоканала и оставляет возможность для передачи данных, чего, например, нельзя добиться использованием какой-то одной из этих технологий.

Работа выполнена в рамках прикладных научных исследований СПбГУТ, регистрационный номер 122020100465-3 от 01.02.2022 в ЕГИСУ НИОКТР.