在802.11ax协议中,由于引入了OFDMA技术,所以我们需要定义时频资源块的概念,这些时频资源块都是彼此正交的。802.11ax中的OFDMA实际上是借鉴LTE的,但是没有LTE资源块那么复杂(比如RE,RB,CP,REG,CCE这些),802.11ax中仅仅有RU(Resource unit)的概念,故本节我们主要叙述802.11中子载波分配,以及RU的设置。本节我们讨论内容主要参考Draft 0.1中的相应描述,以及部分提案中的内容。
注:由于协议正在制定的过程中,所以会存在TBD(To Be Determined)的部分以及不断更新的协议内容,笔者未必跟上最新的协议进程,如果有错漏的地方,还请见谅。
我们以上图为例,左图是OFDM的工作模式,右图是OFDMA的工作模式。图中一共有4个节点,分别以4种颜色进行标识。图中横轴为时域,纵轴为频域(即对应不同的子载波)。
OFDMA相比OFDM一般有两点好处:
本节参考Draft 0.1中第26.3.7节(OFDMA and SU tone allocation)中的相关叙述。
在802.11ax中,一个最小的时频单位为RU。与LTE中的RE(Resource Element)和RB(Resource Block)不同,LTE中的RE和RB都是一个固定值,我们列举如下
图中,一共定义了6中RU类型,分别是26,52,106,242,484以及996个子载波。
注:笔者目前尚未确定是否存在不同类似RU共存的情况,比如在20M带宽情况下,2个52-subcarrier RU和1个106-subcarrier RU是否可以共存,这点有待后续理解。笔者比较倾向理解,不同的RU是可以共存的。这样设计的好处在于可以更有效的分配频率资源,比如在20M的信道条件下,一共可以存在9个26-subcarrier的RU,故需要9个人竞争才可以占据全部信道,否则就会有资源浪费(在802.11ax中,目前笔者理解每一个发送者每次只能够竞争一个信道)。所以在发送者数量不足的情况下,只有通过不均等的分配,才可以更加有效的利用信道资源。
由于我们在802.11ax简介中也提到了,在该协议中,相同的信道带宽采用的FFT的点数增加4倍。比如原来20M信道采用64点的FFT(即64个子载波),现在就变成了256点的FFT(即256个子载波)。参考上图中(CWB20,26-subcarrier RU)的RU的数量,我们计算26*9=234是小于总子载波数256的,所以图中数值是合理的。
在前面RU的计算结果中,20M信道一共应该有256个子载波,而实际RU总共只使用了234个,两者相差了22个子载波。这些子载波是用来做保护间隔的:包含了DC,Null Sub-carriers以及Guard Sub-carriers,如下图:
图中分别列举了RU为26,52,106个子载波的情况,我们具体解释如下:
DC保护:以中心子载波为核心,一共有7个子载波作为DC保护的,即DC的保护带宽一共是7*78.125kHz=546.875kHz,与原来的一个DC保护(即312.5kHz)是比较接近的。
Guard Sub-carriers:保护子载波这里指的是信道之间的保护子载波了(比如20MHz信道之间的保护),如上图所示,其选取了左边的6个子载波以及右边的5个子载波作为保护,这点设计是和802.11a的载波设计是一样的,只是子载波的带宽不一样而已。
Null Sub-carriers:在一些早期的书里面,比如《MIMO-OFDM Wireless Communications with MATLAB》,其中是将Guard Sub-carriers和Null Sub-carriers等价看待的。不过在802.11ax中,Null子载波是指的RU之间的保护间隔,一般是1个子载波。
下面这张彩图可能更清晰一些:
那么这里一共损耗了6+1+1+7+1+1+5=22个子载波,是和之前计算相等的。
在802.11中,始终是用特定的子载波作为导频子载波,从而完成信道估计的功能,在802.11ax中,导频子载波的分配如下:
其中红色的直线即代表导频子载波的位置,其导频资源是均匀分布在整个信道上的。比如在RU为26个子载波的情况下,每一个RU中都包含了2个pilot,在RU为52个子载波的情况下,每一个RU包含4个pilot。通过这些pilot的设置,在传输过程中,接收方才可以有效地估计信道,并完成解调的工作。