802.11ax หรือ Wi-Fi 6 มาพร้อมฟีเจอร์ใหม่ๆมากมายเช่นรองรับ 1024-QAM, BSS-Coloring, 8x8 Spatial Streams และ Target Wake Time (TWT) แต่เราคงปฎิเสธไม่ได้ว่า นวัตกรรมชูโรงตัวจริงของ Wi-Fi 6 คือ OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) ซึ่งหลายคนคงผ่านหูผ่านตากันมาบ้าง แต่ถ้าใครไม่คุ้นเลยบทความนี้ผมจะมาสรุปแบบรวบรัดให้ครับ

แต่ก่อนอื่นเรามาดูว่า OFDMA ถูกพัฒนาขึ้นมาเพื่อแก้ปัญหาอะไร

ข้อจำกัดของ OFDM

Wi-Fi รุ่นพี่อย่าง 802.11n (Wi-Fi 4) และ ac (Wi-Fi 5) ใช้ OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) ซึ่งเป็น single-user technology ในการ modulate signal โดยที่ AP จะใช้ช่องสัญญาณทั้งช่องในการ transmit data ให้ client หนึ่งเครื่องโดยไม่คำนึงถึงขนาดของ data ที่ต้องส่ง

โดยหลักการแล้ว Wi-Fi device ทุกตัวรวมถึง AP ต้องช่วงชิงโอกาสในการ transmit หรือที่เราเรียกว่า Transmission Opportunity (TxOP) แต่ถ้ามีอุปกรณ์ใน BSS ยิ่งเยอะ โอกาสที่ AP จะชนะต่อรอบก็น้อยลง (ให้จินตนาการเราเล่นโอน้อยออก แต่ละรอบจะมีผู้ชนะแค่คนเดียว และโอกาสที่ชนะจะลดลงถ้ามีผู้เล่นมากขึ้น) ฉะนั้นการที่ AP จะส่ง data ให้ client 3 เครื่องจำเป็นจะต้องชนะ TxOP 3 ครั้ง เสมือนว่าเราใช้รถกระบะบรรทุกน้ำขวด 1500ml 1 แพ็คไปส่งลูกค้า A กลับมาที่โรงงานแล้วขนอีกลังไปส่งลูกค้า B วนกลับมาแล้วไปส่งลูกค้า C ทั้งๆที่กระบะมีพื้นที่พอที่สามารถขนทั้ง 3 แพ็คแล้วรวดไปส่งพร้อมกันทีเดียวก็ได้

OFDMA ในมาดพระเอกขี่ม้าขาว

OFDMA เป็น multi-user technology ที่ถูกพัฒนาขึ้นมาให้ AP สามารถ transmit data ให้ client หลายตัวพร้อมๆกันใน 1 TxOP (AP ยังต้องแข่งโอน้อยออกเพื่อให้ได้ TxOP ก่อนส่ง) โดยใช้เทคนิค sub-channel หรือแบ่งช่องสัญญาณ เช่นแบ่งช่อง 20MHz เป็นช่องสัญญาณย่อยขนาด 2MHz, 4MHz, 8MHz หรือจะใช้ 20MHz เต็มก็ได้ ซึ่งยืดหยุ่นได้ตามขนาด data ที่จะส่งให้ client แต่ละตัว และด้วยเทคโนโลยีนี้ AP สามารถจัดสรร client data หลายชุด มัดรวมแล้วแล้วส่งใน TxOP เดียวกัน

Resource Unit

ในเชิงเทคนิคแล้ว ช่องสัญญาณ OFDMA ประกอบด้วย subcarrier หรือ tone ซึ่งเป็นหน่วยที่เล็กที่สุด มีความกว้าง 78.125KHz โดยช่องสัญญาณขนาด 20MHz จะมี tone ทั้งหมด 256 ชุด (78.125kHz x 256 = 20MHz)

พอกรุ๊ป tone ด้วยกันจะได้ Resource Unit (RU) โดย RU จะมีหลายขนาด ซึ่ง RU ที่มีจำนวน tone มากจะจุ data ได้มากกว่า RU ที่มี tone น้อย

RU ขนาดเล็กที่สุดมี 26 tones (ประมาณ 2MHz) ดังนั้นเราสามารถแบ่งช่องสัญญาณขนาด 20MHz ได้มากสุด 9 RUs (256 / 26 = 9.84 ปัดเศษลง) ซึ่งในทางทฤษฎีหมายถึง OFDMA AP สามารถส่ง downlink transmission ให้ Wi-Fi 6 clients ได้พร้อมกันถึง 9 เครื่อง หรือ AP อาจจะแบ่งเป็น 106-sub RU 1 เครื่อง และ 52-sub RU 2 เครื่องก็ได้แล้วแต่ความเหมาะสมและการใช้งาน แต่ทั้งนี้ทั้งนั้นจำนวนของ client และขนาดของ RU ต่อ 1 TxOP จะถูกจำกัดด้วยความกว้างของช่องสัญญาณที่ AP ใช้

ดังนั้น ถ้าย้อนกลับมาดูตัวอย่างข้างบน AP อาจจะส่ง data ของ client ทั้งสามตัวใน transmission เดียวกันถ้าขนาดของ channel กว้างพอที่จะรองรับ data ได้ทั้งหมด

สรุปคือ OFDMA ใช้ sub-channel เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการส่งข้อมูลให้ client หลายตัวพร้อมๆกันใน 1 TxOP โดยจัดสรรขนาด RU ที่เหมาะสมสำหรับการใช้งานของ client แต่ละตัว ช่วยลดความหน่วง (latency) โดยเฉพาะในพื้นที่ที่มีจำนวน client หนาแน่น และรับส่ง frame ขนาดเล็กจำนวนมากเช่น IoT

Reference

WiFi 6 for Dummies - Extreme Networks 2nd Edition OFDMA: The Key Technology of 802.11ax https://www.youtube.com/watch?v=owBrkFk9afM