OFDMA 技术详解

OFDMA（Orthogonal Frequency Division Multiple Access，正交频分多址）是 WiFi 6 的核心创新。它将 OFDM 的"频分"能力扩展到"多址"——让多个用户同时共享同一信道。

OFDM vs OFDMA

传统 OFDM（WiFi 5 及之前）

一个 OFDM 符号 = 一个用户独占所有子载波

|--- Symbol for User A ---|--- Symbol for User B ---|--- Symbol for User C ---|
[███████████████████████][███████████████████████][███████████████████████]
     (48/234/1092 subcarriers)    (全部子载波)         (全部子载波)

时间复用: User A → User B → User C（轮流发送）

OFDMA（WiFi 6+）

一个 OFDM 符号 = 多个用户共享不同子载波组（RU）

|--- Single Symbol, Multiple Users ---|
[███UserA███][████UserB████][██████UserC██████]
  (26 SC)      (52 SC)        (106 SC)

频分复用: User A + User B + User C（同时发送）

RU（Resource Unit，资源单元）

RU 是 OFDMA 的基本调度单位——一组连续或离散的子载波：

支持的 RU 大小

RU 类型	子载波数	数据子载波	适用场景
RLTFM (26-tone)	26	24	IoT 小数据包（CoT, Trigger-based）
RLSD (52-tone)	52	48	中等数据量
RLSM (106-tone)	106	98	标准数据帧
RLLG (242-tone)	242	234	大用户分配
RLXL (484-tone)	484	468	超大用户分配
RLUL (996-tone)	996	980	几乎整个信道
RLALL (2046+26)	2072	1998+24	全信道单用户

RU 分配示例（80 MHz）

方案 A: 8 × 106-tone RU（服务 8 个中等数据用户）
[106][106][106][106][106][106][106][106]

方案 B: 36 × 26-tone RU（服务 36 个 IoT 设备）
[26][26][26][26][26][26][26][26]...×36

方案 C: 混合分配
[242][106][106][26][26][26][996]
 ↑     ↑     ↑    ↑    ↑    ↑   ↑
 UserA UserB UserC IoT1 IoT2 IoT3 UserG

下行 OFDMA（DL-OFDMA）

工作流程

AP → 多个 STA:

1. AP 发送 Trigger Frame (TF)
   - 包含每个 STA 的 RU 分配信息
   - AID12 → RU offset, size, MCS

2. AP 在同一个 PPDU 中发送多用户数据
   ┌─────────────────────────────────────┐
   │ L-LTF | L-STF | L-LTF | L-LTF      │
   │ L-SIG | RL-SIG | HE-SIG-A | HE-SIG-B│
   │ HE-STF | HE-LTF | [UserA][UserB]... │ ← 不同 RU
   └─────────────────────────────────────┘

3. 各 STA 在 SIFS 后同时发送 Block Ack

HE-SIG-B 字段（RU 分配描述）

HE-SIG-B Content Channel:
├── Common Field (每个 RU 条目):
│   ├── RU Allocation (4-6 bits)
│   └── Number of Users in RU
├── User Specific Field (每个用户):
│   ├── AID12 (12 bits)
│   ├── FEC Code Word Length
│   ├── Modulation and Coding (MCS)
│   ├── Discrete Fourier Transform (DFT)
│   └── Spatial Stream

示例: RU=106-tone, 3 users → 每个用户获得 ~32 数据子载波

上行 OFDMA（UL-OFDMA）

工作流程

多个 STA → AP:

1. AP 发送 Trigger Frame (TF)
   - "STA_A, 使用 RU#1, MCS=4, 在 T 时刻开始发送"
   - "STA_B, 使用 RU#2, MCS=6, 在 T 时刻开始发送"
   - "STA_C, 使用 RU#3, MCS=5, 在 T 时刻开始发送"

2. 各 STA 在精确的同一时刻开始发送（AP 提供时间同步）
   ┌─────────────────────────────────────┐
   │ [UL-UserA] | [UL-UserB] | [UL-UserC]│ ← 同时到达 AP
   └─────────────────────────────────────┘

3. AP 接收并分离各 RU 的数据
4. AP 发送 Multi-STA Block Ack

UL OFDMA 的挑战与解决

挑战	解决方案
时间同步	Trigger Frame 提供精确时序；AP 补偿定时偏移
功率控制	STA 根据距离调整 TX 功率（避免近远效应）
频率对齐	AP 在 TF 中指定频偏补偿值

WiFi 7 Multi-RU 增强

802.11be 允许单个用户分配多个非连续的 RU：

WiFi 6: User A → [106-tone RU]（连续）
WiFi 7: User A → [52-tone] + [26-tone] + [26-tone]（离散组合）

优势:
├── 更灵活的频谱利用（填补碎片化空间）
├── 更好的频率选择性调度
└── 减少 RU 浪费

OFDMA 性能增益

小数据包场景（典型 IoT/控制流量）

无 OFDMA (轮询):
8个26-byte包 × (header + backoff + ACK) = ~800 μs

有 OFDMA (同时):
1个符号含8个RU = ~100 μs

增益: ~8x 效率提升

混合流量场景

DL-OFDMA 单帧服务:
├── 2 × VoIP packets (26-tone RU each)
├── 4 × HTTP headers (52-tone RU each)
├── 1 × Video chunk (242-tone RU)
└── 1 × File download (996-tone RU)

总: 8个用户，1个PPDU，~100 μs
（无 OFDMA 需要 ~800+ μs）