OFDMA 802.11ax

В IEEE 802.11ax представлены значительные усовершенствования по сравнению с существующим стандартом 802.11ac [2]. Одним из ключевых улучшений является OFDMA, который является расширением технологии цифровой модуляции ортогонального частотного деления (OFDM) в многопользовательское окружение. Принцип OFDMA состоит в том, чтобы эффективно использовать доступный разнос частот. OFDMA разделяет полосу пропускания канала на несколько взаимоисключающих поддиапазонов, называемых RU. Путем разбиения полосы пропускания канала многие пользователи могут одновременно получить доступ к беспроводному интерфейсу. В результате одновременные передачи малых систем координат на многих пользователей возможны одновременно. Для примера обычный канал 20 МГц может быть разделен максимум на девять подканалов. Впоследствии, используя OFDMA, AP 802.11ax может одновременно передавать небольшие системы координат на девять станций 802.11ax. Одновременная передача систем координат не только снижает чрезмерные накладные расходы в MAC, но и минимизирует накладные расходы на конфликты. В OFDMA выделение RU полностью контролируется AP. Стандарт 802.11ax задает два типа передач OFDMA, а именно нисходящий (DL) и восходящий (UL) OFDMA.

Сравнение OFDM и OFDMA

Этот раздел иллюстрирует различие между OFDM и OFDMA. На этом рисунке AP 802.11n/ac/ax передает DL 4 станциям OFDM независимо с течением времени. Вся пропускная способность канала используется для связи DL между AP и одной станцией OFDMA. То же самое относится и к любой передаче по восходящей линии связи от одного клиента 802.11n/ac/ax к AP 802.11n/ac/ax.

Этот рисунок показывает, что, когда используется OFDMA, AP 802.11ax разделяет полосу пропускания канала на RU для нескольких станций OFDMA на непрерывном базисный для одновременных передач DL. Путем разбиения полосы пропускания канала OFDMA эффективно использует доступный частотный спектр, что приводит к уменьшению противоборства MAC и накладных расходов на преамбулу PHY.

AP 802.11ax может также координироваться со станциями OFDMA 802.11ax для одновременных передач по восходящей линии связи.

Модель 802.11ax Сеть с OFDMA

Этот пример демонстрирует связь DL OFDMA в сети 802.11ax с одной AP и четырьмя станциями. Эти станции линейно расположены с AP, расположенной в начале. Эти станции реализуют чувствительный к несущей множественный доступ с предотвращением столкновения (CSMA/CA) с физическим значением несущей. Измерение физической несущей использует механизм оценки четкого канала (CCA), чтобы определить, занята ли среда перед передачей. Этот пример является расширением по сравнению с 802.11 MAC и примером измерения пропускной способности приложения. Усовершенствования связаны с добавлением поддержки 802.11ax DL OFDMA в библиотечные блоки MAC и PHY. Однако Node Position Allocator (NPA), Visualizer и Application Traffic Generator блоки те же, что и в примере MAC 802.11 и измерения пропускной способности приложения.

Компоненты узла WLAN показаны на этом рисунке. Информация извлекается нажатием кнопки со стрелой для каждого узла на приведенном выше рисунке.

Строение приложения

Этот пример использует те же блоки прикладного слоя (генератор трафика и приемник трафика), что и в примере MAC 802.11 и измерения пропускной способности приложения. Можно добавить или удалить любое количество блоков приложений с различными опциями строения, такими как Packet Size, Packet Interval, Destination Name, и Access Category (AC). Несколько приложений с одним и тем же AC могут быть включены одновременно с различными Destination Names. Чтобы добавить или удалить приложения, введите Applications блок подсистемы узла путем двойного нажатия по нему. Этот рисунок показывает приложения в Applications блок подсистемы.

Этот рисунок показывает опции строения для приложения. Дважды кликните по Application Traffic Generator блок для извлечения этих опций.

MAC- Строения

Ограничения модели с форматом HE-MU-OFDMA:

Когда PHY Tx Format является HE-MU-OFDMA, а Ack Policy, RTS Threshold, и Number of Transmit Chains опции отключены.

Результаты симуляции

Для измерения пропускной способности сети выполняются симуляции для этих двух сценариев:

Результаты пропускной способности, полученные посредством этих симуляций, строятся как функция от количества станций DL как для OFDM (HE-SU), так и для OFDMA (HE-MU-OFDMA) строений.

Область Строения

Создайте сеть 802.11ax с девятью станциями и одной AP. В AP добавьте девять Application Traffic Generator блоки, генерирующие данные для девяти станций. Чтобы включить станции в качестве передатчиков, сконфигурируйте AppState Application Traffic Generator блокируйте в On. Сконфигурируйте AP/терминал (ы) со значениями, показанными в этой таблице.

Моделируйте сеть для HE-SU и HE-MU-OFDMA форматы путем изменения количества приложений, разрешенных как 1, 2, 4, 6, 8 и 9 для каждой симуляции. В конце каждого прогона симуляции значения пропускной способности для каждого узла извлекаются из statistics.mat файл и суммирован, чтобы получить общую пропускную способность.

Стройте графики результатов производительности для строений OFDM и OFDMA.

AP как передатчик

Этот код строит графики строений OFDM и OFDMA, используя только AP в качестве передатчиков:

figure;

% Number of DL stations
numStations = [1 2 4 6 8 9];

% Throughput results for OFDMA configuration (Mbps)
throughputOFDMA = [32.64 46.08 59.52 55.68 72.96 82.08];

% Throughput results for OFDM configuration (Mbps)
throughputOFDM = [33.76 33.76 33.76 33.76 33.76 33.76];

% Plot throughput obtained from OFDM simulations
plot(numStations, throughputOFDM,'-o');
% Retain OFDM throughput plot
hold on;
% Plot throughput obtained from OFDMA simulations
plot(numStations, throughputOFDMA,'-x');
grid on;
xlabel('Number of DL Stations');
ylabel('Throughput (Mbps)');
legend('OFDM', 'OFDMA', 'Location', 'northeastoutside');
title('Downlink Throughput at AP');

AP и станции как передатчики

Этот код строит графики строений OFDM и OFDMA, используя как AP, так и станции в качестве передатчиков:

figure;

% Number of DL stations
numStations = [1 2 4 6 8 9];

% Throughput results for OFDMA configuration (Mbps)
throughputOFDMA = [20.8 27.52 32.64 29.76 40.96 38.88];
% Throughput results for OFDM configuration (Mbps)
throughputOFDM = [21.44 16.64 10.72 8.16 8 7.2];

% Plot throughput obtained from OFDM simulations
plot(numStations, throughputOFDM,'-o');
% Retain OFDM throughput plot
hold on;
% Plot throughput obtained from OFDMA simulations
plot(numStations, throughputOFDMA,'-x');
grid on;
xlabel('Number of DL Stations');
ylabel('Throughput (Mbps)');
legend('OFDM', 'OFDMA', 'Location', 'northeastoutside');
title('Downlink Throughput at AP');

Вышеописанные графики показывают сравнение пропускной способности OFDM и OFDMA 802.11ax. Когда OFDMA уменьшает конкуренцию MAC и накладные расходы на преамбулу PHY, пропускная способность, полученная с OFDMA, больше, чем пропускная способность, полученная с использованием OFDM. Когда в качестве передатчика сконфигурирована только AP, пропускная способность DL не показывает изменений для OFDM. Однако, когда и AP, и станции сконфигурированы как передатчики, пропускная способность DL показывает устойчивое снижение. Это связано с тем, что AP получает меньше возможностей для передачи, когда количество передающих станций увеличивается в сети.

Этот пример позволяет вам смоделировать коммуникацию DL OFDMA в многочленовой сети IEEE 802.11ax. Поддержка DL OFDMA добавляется к библиотечным блокам PHY и MAC. Приложение слоя строения позволяет включать несколько приложений с одним и тем же AC, используя различные станции назначения. Стратегия округлого планирования используется для выбора станций для следующей передачи. Назначение RU фиксируется исходя из количества пользователей. Графики подтверждают, что пропускная способность в AP с OFDMA больше, чем пропускная способность, полученная с использованием OFDM.

Дальнейшие исследования

Станции планирования для передачи

Этот пример использует алгоритм округлого планирования, чтобы выбрать станции для следующей передачи.

Выделение RU

В передаче индекс выделения определяет назначение RU. Индекс распределения определяется в таблице 27-24 [1]. Для каждого подканала 20 МГц 8-битный индекс описывает количество RU, размер RU и количество пользователей, передаваемых на каждом RU. В этом примере выделение RU станциям DL фиксируется на основе количества пользователей, как показано в этой таблице. На обоих вышеупомянутых графиках падение пропускной способности для OFDMA с четырех станций до шести станций может быть связано с размером RU. Время передачи в RU с 52 тонами короче по сравнению с RU с 26 тонами. Когда передается кадр MU, все блоки PSDU в системе координат MU заполняются для выравнивания в одно и то же время передачи. Наличие 26-тонового RU для шести пользователей приводит к более длительному времени передачи, тем самым вызывая падение пропускной способности между четырьмя и шестью пользователями.

Модель, используемая в этом примере, реализует четыре станции (индекс 112 выделения). Можно изменить алгоритм планирования станций и выделение RU путем обновления вспомогательной функции roundRobinScheduler, используемой EDCA MAC блок.

Приложение

В примере используются следующие помощники:

Ссылки