最近有很多关于Wi-Fi 6的传言。每项标准都引入了一系列新功能，提高了Wi-Fi网络的速度；然而Wi-Fi 6它是第一个专门为更好地支持企业应用程序而构建的标准。
关于Wi-Fi 6，我最兴奋的事情是OFDMA（正交频分多址）。我将在本文后面提供更多关于OFDMA的细节，但在此之前，让我们回顾一下Wi-Fi 6的新功能。
Wi-Fi 6进修：什么是新的
Wi-Fi 6技术的主要优势包括更高的数据速率、更大的容量、在具有许多连接设备的高密度环境中的性能以及更高的电源效率。
为了提高效率和容量，Wi-Fi 6引入了MU-MIMO（高效多用户MIMO），这是MU-MIMO的改进版本。MU-MIMO（多用户多输入多输出）允许AP（接入点）同时与多个客户端设备通信。多用户MIMO将RF介质划分为空间域，并允许多个设备同时发送或接收多个数据流。
除了MU-MIMO之外，我们认为Wi-Fi 6标准中最重要的新功能是OFDMA（正交频分多址）。OFDMA类似于MU-MIMO，以便它允许AP同时与多个客户端设备通信;然而，代替将RF媒体划分为空间域并将不同的空间流传输到不同的用户，OFDMA将信道划分为频域。OFDMA允许AP将RF媒体划分为名为RUS（资源单位）的较小块并将其分配给不同的用户。RU是用于表示在下行链路和上行链路传输中使用的一组子载波（或音调）的单元。例如，在OFDMA传输中，可以将20MHz通道分为9个RU。频道带宽越高，可以将其分成越多的RU，在160 MHz通道带宽中最多可获得高达74 RUS。这意味着AP可以在单个OFDMA传输中拥有高达74个用户。在OFDMA传输中，AP可以根据用户的要求将不同的大小RU分配给不同的用户。例如，可以给出用户流传输高清视频。
mu-mimo和ofdma是互补的。Mu-MIMO旨在提高网络容量，更适合高吞吐量全缓冲应用程序，例如庞大的文件传输或4K视频流。但是，OFDMA专为具有较小数据包的应用而设计，并且具有紧密延迟和抖动要求，例如VoIP（IP的语音）。OFDMA通过在大量用户中倒置前导码和帧间空间开销来增加效率。
OFDMA提高了效率并减少了延迟
在本博客中，我们试图验证OFDMA如何提高效率和减少延迟。我们还试图回答一些问题，如“为什么OFDMA比MU-MIMO对于较小的数据包更有效？”和“前导码开销是多少？”
让我们以一个VoIP应用程序为例，找出使用OFDMA可以支持的最大用户数，以及可接受的延迟和抖动。我们首先计算理论极限，然后通过对实际用户进行测试来验证该极限。
以下部分有很多关于OFDMA帧的持续时间计算的细节，可能对某些读者看起来有点太多信息，但一些Wi-Fivvy的人可能会发现它很有用。让我们从显示OFDMA传输看起来像什么。
图1
图1示出了在20 MHz带宽内向8个用户发送OFDMA PPDU（PLCP协议数据单元）的下行链路，其中AP将不同客户端的帧打包到不同的RU中，每个RU具有26个音调/子载波。虽然在20 MHz中，26音RU最多可支持9个用户，但在我们的示例中，我们仅使用8个用户。
图2
图2以时序图的形式说明了OFDMA传输。它从AP在AIFS（仲裁帧间空间）加上退避间隔后争夺信道开始。之后，AP在OFDMA PPDU中向多个用户发送数据，并从多个用户获得确认帧。从客户端获取ack涉及AP调度上行链路OFDMA传输。AP通过在SIFS（短帧间空间）持续时间之后发送MU-BAR（多用户块ACK请求）帧来实现这一点，SIFS（短帧间空间）持续时间充当触发帧。用户等待来自AP的触发器进行传输，以便同步传输。在接收到触发帧时，用户在上行链路OFDMA传输中的SIFS持续时间之后用BA（块确认）帧响应。这就完成了一个OFDMA传输序列。
现在，让我们计算下行链路OFDMA帧的传输所需的时间。图3说明了HE-MU-PPDU（高效多用户PLCP协议数据单元）的格式。
图3.
PPDU具有前导、数据和PE（分组扩展）字段。前导字段允许用户了解要侦听和解调的OFDMA组。添加PE字段以在PPDU结束时为接收器提供额外的处理时间。除了HE-SIG-B和HE-LTF之外，前导中所有字段的持续时间都是固定的。
HE-SIG-B由公共字段和用户特定字段组成。公共字段包含有关RU结构的信息，如RU大小和位置，用户特定字段包含有关哪些用户被分配到公共字段定义的RU结构的信息。该标准允许不同的MCS（调制和编码方案）速率（MCS 0-5）传输HE-SIG-B场。HE-SIG-B场通过一个空间流传输，AP可以根据用于数据传输的MCS使用不同的MCS速率进行HE-SIG-B传输。在我们的实验中，我们保守地假设HE-Sig-B传输的MCS为0。
图4显示了HE-SIG-B字段的格式。
图4.
表1给出了发送OFDMA帧的持续时间计算。对于我们的示例，我们需要计算8个用户的HE-Sig-B的大小，每个用户具有RU-26（RU具有26个音调/子载波）。
表格1
前导码、数据和PE的总持续时间将等于188.2微秒。这里需要注意的一个关键点是，所有用户只需要一个前导码，因为所有用户的数据都组合/交织在一个数据包有效负载中。这就是OFDMA如何在大量用户上分摊前导码和帧间空间开销。
在传输数据之后，AP需要从每个用户获取ACK。为此，AP使用SU（单个用户）发送模式发送MU栏帧。图5中给出了HE SU PPDU的格式。
图5.
8个用户的MU-Bar帧的大小等于96个字节，包括16位MAC头，8位用于常见信息，用户信息为8位9位。让我们假设24 Mbps作为MU-BAR传输的PHY速率。在24 Mbps发送的MU栏帧中的数据持续时间等于32微秒。
因此，包括前导码和PE的MU栏帧的总持续时间大约是100微秒。
Mu-Bar框架用作触发帧，以从多个站中获取上行链路的多个站的BA。他触发的PPDU的格式在图6中给出。
图6.
从所有站点获得的BA帧的总持续时间计算如下。
序言的持续时间：8+8+4+4+8+8+14.4+16=70.4微秒。
BA帧具有57字节的数据，该数据使用RU-26中的两个空间流MCS 7传输。因此，BA帧传输的持续时间等于26.20（57×8/17.4）微秒。
从所有用户接收BA帧的总持续时间等于96.6微秒。
我们还需要考虑ifs（帧间空间）持续时间和退避间隔。完整序列包括AIFS加2 SIFS周期。5GHz频带的SIFS持续时间等于16微秒，语音访问类别的AIFS持续时间等于25微秒。让我们假设随机退避的2个插槽，其等于18微秒。因此，总IFS加回关闭持续时间将等于75微秒。
现在，让我们添加所有内容来计算将8个VoIP数据包传输到8个站点的总时间。图7说明了这一点，其中我们使用了与之前相同的OFDMA序列图，并标记了每个部分所需的时间。总时间为458.2微秒。因此，我们可以假设AP应该能够使用OFDMA在大约500（舍入458.2）微秒的时间内向8个用户发送8个VoIP数据包。
图7.
基于上述计算，我们可以估计使用具有可接受等待时间和抖动的OFDMA在20 MHz中支持的语音呼叫数。
让我们假设一个50％的占空比，意味着AP正在发送或仅接收50％的时间。要考虑此功能并简化我们的计算，让我们将500微秒的时间加倍到1000微秒。因此，AP可以使用1000微秒（或1毫秒）的OFDMA向8个用户发送8个VoIP数据包。
由于RTP数据包每20毫秒传输一次，AP应该能够传输20个单独的OFDMA序列，其中每个序列包含8个新用户的数据，然后为第一组8个用户重复该序列。请注意，我们的计算表明，AP可以在1毫秒内为8组新用户提供服务。
因此，在20毫秒内，AP可以传输到160（20 x 8）个用户。由于语音呼叫是双向的，在下一个RTP数据包序列传输之前，我们可以使用OFDMA在20 MHz内支持多达80个呼叫。
我们可以将这一数字外推到80 MHz信道带宽，其中AP在单个OFDMA传输中最多可支持37个用户。由于OFDMA开销与用户数量不成线性比例，因此AP应能够在80mhz OFDMA传输中支持320多个同时语音呼叫。
为了将这个数字与SU（单用户）传输模式进行比较，我们进行了类似的计算。我们发现AP在80 MHz带宽内只能支持40个语音呼叫。
为了验证这些理论数字，我们执行了真实用户的实验。我们连接了Wi-Fi 6支持AP和使用Ixia Chariot工具的模拟语音呼叫。我们运行160个同时VoIP流程和仪器化Aruba AP Wi-Fi软件，可以使用OFDMA发送所有语音流量。我们测量了每个流程的丢包，延迟和抖动。值在表2中给出。
表2
VoIP的最大可接受抖动应小于30毫秒，单向延迟应小于150毫秒。我们可以在OFDMA的情况下看到（表2），从该实验中获得的值在可接受的限度内很好。另一方面，在SU发送模式的情况下，AP必须逐个为每个用户提供服务，并且每个传输具有与其相关联的前导码和帧间间隔开销。AP可以缓冲分组并在聚合帧中将它们传输，以避免开销，但这会导致延迟的增加。因此，在SU模式的情况下，延迟和抖动值将非常高。这就是为什么AP使用单个用户模式支持语音应用程序数量较少的用户。
提供更好的企业用户体验
与往常一样，Wi-Fi 6比以前的标准更快。但Wi-Fi 6不仅仅是更高的吞吐量。它更多的是在大量用户连接时提高效率。MU-MIMO和OFDMA是Wi-Fi 6标准中提高网络容量和效率的两个关键特性。
在本文中，我们主要关注OFDMA，并了解OFDMA如何减少协议开销。从我们的实验中，我们发现OFDMA非常适合于要求相对较低带宽但延迟和抖动范围较窄的应用。从逻辑上讲，OFDMA不会增加每个用户的平均吞吐量，因为子载波的总数仍然与SU的情况相同。然而，它通过减少争用和前导开销来提高频谱效率。在企业部署中，用户体验比总吞吐量更重要。这是因为大多数企业应用程序的性能主要由于延迟和抖动要求得不到满足而受到影响。OFDMA将提高延迟敏感型企业应用程序（如Skype、Zoom或Slack）的性能，特别是在密集部署中。这就是为什么我们认为OFDMA比其他Wi-Fi 6功能更重要的原因。
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