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序言
筆者將本身對於802.11ax中的MU-MIMO和OFDMA的區別作了一個簡單的總結。由於不少非通訊技術專業的童鞋，關於這兩項技術不是很清楚區別。同時，這兩項技術在MAC層的接入機制上有很高的相似性，兩種物理層的接入機制是基於同一個框架的。因此這裏筆者大體按照本身的理解，把筆記作了一下。安全
OFDMA和MU-MIMO是兩種不一樣的技術，兩者獨立存在，並能夠疊加使用。這二者的共性是，這兩種技術在同一個時間均可以讓多個用戶同時接入。除此以外，(目前在NOMA中採用被採用的) SIC（串行干擾消除）與CDMA也能夠作到這一點。如下分開討論下。微信
再次說明，本文僅僅做爲我的筆記，並非打算梳理清楚MIMO相關概念，因此中間有部分可能解釋有不妥的地方，若是有不對的地方，還請見諒。框架
OFDMA
OFDMA RU示意圖
OFDMA是基於OFDM的物理層技術，其將頻譜資源分割成多個頻譜資源塊，分配給多個節點同時使用。其沒有多天線的要求，在單天線條件下，也能夠作到OFDMA。less
OFDMA中的資源是時頻資源，能夠理解成橫軸是時間軸，縱軸是頻譜軸，而後按照網格劃分紅多個資源片斷，在Wi-Fi中稱爲RU，LTE裏面稱爲RB。資源片斷會根據需求被分配到各個用戶上。這裏要區分上下行，若是是下行的話，那麼AP或者eNodeB（LTE裏面基站概念），直接發送一個數據幀便可，固然，該幀內部的資源映射關係是提早告知用戶的，Wi-Fi幀中是經過Trigger幀告知，LTE是在RLC子層創建鏈接的時候告知，而後節點對應解調的。用戶實際上能夠解調全部的信息，即所有片斷均可以解調，而後根據映射關係，選取本身的信息便可。安全性是經過數據層的加密完成的。ide
上行的話，Wi-Fi是容許上行的OFDMA，LTE上行不採用OFDMA，採用的是SC-FDMA。OFDM有一個問題就是PAPR，峯均比，也就是全部的子載波因爲是週期成倍數關係的，因此若是全部子載波都是加載相同數據的時候，出來的峯值就是全部子載波上單位峯值的疊加。若是你們都是1，那麼這個1衝到很高，若是你們都是0，那麼就是0，換言之是0（打個比方，雖然傳輸的時候是用雙極性的，因此不會有0的存在）。（這樣峯值和均值的區間很大，就會對放大器的工做區有要求)函數
- LTE子載波多，一共2048個，因此峯均比空間大，最後就沒有采用OFDMA作上行。LTE的上行是SC-FDMA。主要緣由是PAPR高，可是不是技術不可行，是相應實現時候，PA須要更高的成本，以及會產生更高的功耗。
- Wi-Fi子載波最多256個（上述都是在20MHz信道帶寬下），因此峯均比還能夠承受，因此上行能夠容許OFDMA。
目前OFDMA在Wi-Fi 6裏面是一次性添加了上行和下行，下行在整個接入過程當中很簡單，AP搶到的信道，而後發送便可。上行接入的時候包含了有兩種接入方式，一共是基於競爭的（就是UORA），一種是基於非競爭的，也就是基於BSR的，緩存狀況，根據節點的緩存狀況，AP進行資源分配，而後告知。其實搞兩種接入方式也是和LTE相似的，LTE中在PRACH信道上也有兩種接入模式，基於競爭和基於非競爭，基於競爭的是隨機選擇競爭序列（也就是競爭所採用的Code），而非競爭的則是經過eNodeB指定。這點上LTE和WiFi 6在框架上是相似的。ui
在這裏還須要注意的一個是，OFDMA和CDMA同樣，存在遠近效應。其含義是接收方，也就是AP，在接收信號的時候，須要全部節點發送到AP處的信號功率，近似相等。若是功率差別過大，那麼就不可以很好解調了。（功率差別大就是用SIC技術，而不是OFDMA技術了）。編碼
因此在上行發送的時候，觸發幀實際上包含了三個重要信息，1）資源分配，2）發送速率指定，3）功率指定。經過以上技術，在OFDMA的場景下，Wi-Fi基本和LTE可以作到的差很少了，精準的頻譜資源分配。加密
MU-MIMO
MU-MIMO是基於多天線技術的，這個技術的物理層是多天線技術。多天線能夠實現多種技術，不只僅是MU-MIMO，以下圖所示：
參考：aruba的802.11ax白皮書
上圖中，咱們能夠看到多天線能夠作CSD，TxBF，STBC，SDM，MRC等等，這些技術所有在802.11協議中都有應用。這裏細節不少，本文不展開了，相關技術我可能會在該技術用到地方再提到。
MU-MIMO的實現是結合波束成型的，波束成型有兩種實現方式，一種是智能天線波束成型，一種是基於全向天線的波束成型。在CWNA一書中，已經給出了其定義。
具體描述如原文：
翻譯版：
MIMO包含2D-MIMO和3D-MIMO兩種，目前5G NR已經有3D-MIMO的波束了，Wi-Fi 6裏面還停留在2D-MIMO上。打個比方就是說利用定向天線，天線輻射能夠參考手電筒打光，波束的概念就是從光束來的，手電筒打的光就是定向的光束，同理，定向天線輻射的信號就是定向的波束。若是發送和接收方同時用兩個手電筒打信號，那麼一次性就能夠傳遞更多的信息，這種多天線的發送方式就是MIMO。
MIMO和全雙工存在區別，MIMO模式下兩根天線，只可以同時處於發送，或者接收狀態。而全雙工能夠一根天線是發送狀態，一根是接收狀態。（PS：全雙工也能夠經過EBD之類的設備，一根天線實現全雙工，這裏不加以討論）
MIMO的概念比較多，是針對多根天線而言的，主要是兩個概念分集和複用。若是有多個通路的時候，好比有兩個通路。咱們能夠簡單理解以下，若是兩個通路傳同一個信息，那麼就是分集。若是兩個通路傳兩個不一樣的信息，那麼就是複用。在802.11協議的相關培訓書籍裏面，這個概念實際上給的是比較粗的解釋，MIMO 其實是分集和複用結合的技術，波束成型是發送分集。
在咱們經常使用的路由器中都是配備了全向天線。利用全向天線實現定向天線其實是基於干涉抵消的機制來作的，經過預編碼，讓數據流經過兩根天線具備必定的相位差發送出去，達到接收方接收功率疊加，或者干擾方接收功率抵消的效果。
預編碼能夠經過數字編碼的形式添加相位差，目前Wi-Fi就是採用這一種。移動通訊（好比LTE或者5G NR）裏面方式多了一種是電相位差，是經過基帶鏈接到RF這一段的線路上，經過線路的長度差別來作相位差。總之，有了相位差就能夠作波束成型了。2維平面上的干涉抵消就是2D-MIMO，3維平面就是3D-MIMO了。
而後須要回顧下，基於MIMO技術，能夠作到多發多收。基本的MIMO就是，一個發送者有兩根天線，一個接受者有兩根天線，發送者一次用兩根天線發，接受者用兩根天線收，而後兩倍傳輸速率，這個就是802.11n時代作的MIMO技術。
WRT54M路由
多天線不等於MIMO，在802.11g時代，就有多天線了，Cisco當時的經典路由WRT54M就是多天線的，可是這個不是作MIMO，是作天線選擇（實際上也是分集的一種），一次只用一根天線發，可是有可能用左天線，有可能用右天線，也有可能交替（技術上這屬於發送分集）。在DD-WRT下咱們還能夠看到這個選項，以下圖
DD-WRT的配置界面
MIMO是兩根天線同時發，同時在物理上兩根天線須要差半個波長距離，另外兩根天線不可以發送相同的信息，要編碼以後，不然就會存在默認的干涉效果，對通訊無心義。通過預編碼後，兩根天線才能夠同時發送（編碼後的對應兩根天線上的數據不一樣）。
LTE，5G NR和Wi-Fi相比，在波束這一塊思想差很少，不過具體實現的時候取目標函數會有點區別，前二者可能偏向波束追蹤，也就是目標接收功率最大化，Wi-Fi裏面是偏向對其餘人的干擾最小化（好比interference nulling技術），用干擾抵消的原理來講明，就是前二者偏向干涉疊加最大，後者偏向干涉抵消最強，這會影響一些預編碼結構的設計。因此Wi-Fi強調的是多個波束覆蓋到多個用戶，各個用戶之間不會進行干擾。
在Wi-Fi中，802.11ac僅僅支持下行的MU-MIMO傳輸。到802.11ax，也就是wi-fi 6之後才支持上行的MU-MIMO傳輸。
MAC層部分（MU-MIMO和OFDMA）
在MAC層協議部分，MU-MIMO的傳輸和OFDMA傳輸的過程很像，都是一開始一個TF幀，而後開始一個傳輸。兩個能夠疊加，不過先導過程不同。
- OFDMA過程的先導是BSRP,BSR過程，就是問緩存狀況，而後作OFDMA資源分配。若是沒有先導過程的話就是UORA，基於隨機接入的競爭模式。協議中還有一個BQRP，相似於BSRP可是關注的參數不同，這也是用來作資源分配預判的，這裏就不展開了。
- MU-MIMO的先導過程是NDPA,NDP,beamforming reporting，這樣的過程是一個測量過程，測量每個節點的信道狀態，也就是CSI，而後基於該CSI作預編碼（協議裏面要旋轉矩陣）。
同時咱們須要注意的是，這兩個先導機制都包含了主動模式和被動模式（也就是隱式反饋的模式），這也說明了二者在MAC層協議上的相似性。
NDP過程
另外這兩個先導的過程，NDP和BSR過程也能夠結合起來一塊兒使用，以下圖
參考：Aruba的802.11ax白皮書
有了測量矩陣才能夠作編碼，因此MI-MIMO會作這樣的過程。協議沒有給定BSR，NDP這樣的測量過程和傳輸過程的關係，因此不是每一次傳輸都須要測量一次，可選，也可不選。測量週期也是給開發商本身搞定的。關於NDP過程而言，其實與應用場景有關，Wi-Fi大概是100ms左右就能夠了，這個從理論上有一個概念，叫作海森堡時間。
參考：802.11ac: A Survival Guide
而後有了BSP和NDP過程後，就能夠執行一次傳輸了。這個傳輸過程內，能夠作MU-MIMO，能夠作OFDMA，也能夠作OFDMA+MU-MIMO，協議不規定，給開發商本身折騰的。可是前提是要先導過程，有獲取了足夠信息。
還有點須要注意的是，目前Wi-Fi協議都是任意長數據幀的，不像LTE，5G NR同樣，始終是按照一個小資源片的時間封幀，也就是其幀，半幀之類大小都是固定的，因此沒有幀長度不等的問題。
Wi-Fi中只有一個最大幀傳輸時間和最大幀長度的限制，這個大小隨着協議演進過程當中是有變化的。下圖所示是截至802.11ac目前的最大值：
參考：802.11-2016版本
在Wi-Fi中，因爲是多用戶同時傳輸，不管上行仍是下行，都是存在幀長度不等的。一個基本思想是補，補隨機的東西弄到長度相等。在802.11ac裏面，因爲只有下行發送，因此發送時間是按照最長幀來的，其餘短的不夠就補。在802.11ax裏面，因爲引入上行傳輸，那麼傳輸時間是AP猜的，根據BSR之類的信息來猜的，因此這段時間有可能會長，長就補0，若是短的話，那麼引入了一個新概念，就是動態幀切片，把幀給切短了，而後發送。以上這點在動態幀切換中咱們已經討論過了，因此這裏就不展開了。
結語
以上，筆者大體把802.11ax中相關MU-MIMO和OFDMA的技術內容作一個技術筆記，本文僅僅偏向於技術筆記，覺得不少物理層相關技術，尤爲是MIMO的包含不少定義明確的概念，可是本文並無考究。故本文若是有不對的地方，還請見諒。
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