فناوری OFDMA چیست؟ بررسی مفهوم دسترسی چندگانه با تقسیم فرکانس متعامد

دسترسی چندگانه با تقسیم فرکانس متعامد که در انگلیسی با عنوان Orthogonal Frequency Division Multiple Access و به اختصار OFDMA شناخته می‌شود، یک روش پیشرفته برای اشتراک‌گذاری منابع فرکانسی میان چندین کاربر به صورت هم‌زمان است.

در این روش، پهنای باند موجود به تعداد زیادی زیرحامل (Subcarrier) باریک تقسیم می‌شود. این زیرحامل‌ها به صورت «متعامد» نسبت به یکدیگر تنظیم می‌شوند؛ یعنی به گونه‌ای طراحی می‌شوند که در حوزه فرکانس، با کمترین تداخل ممکن کار کنند. سپس این زیرحامل‌ها در قالب گروه‌هایی به کاربران مختلف تخصیص می‌یابند تا چندین کاربر بتوانند در یک بازه زمانی واحد، از یک کانال فیزیکی مشترک استفاده کنند.

به عبارت دیگر، OFDMA ترکیبی هوشمند از تقسیم فرکانس و زمان در قالب یک ساختار منسجم مبتنی بر OFDM است که برای شبکه‌های پهن‌باند مدرن طراحی شده است.

بررسی کلی OFDM و OFDMA

برای درک بهتر دسترسی چندگانه با تقسیم فرکانس متعامد، ابتدا باید به صورت کوتاه با OFDM آشنا شویم.

OFDM چیست؟

در فناوری OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing):

• پهنای باند کانال به تعداد زیادی زیرحامل باریک تقسیم می‌شود.

• داده‌ی یک کاربر بر روی تمامی این زیرحامل‌ها توزیع می‌گردد.

• متعامد بودن زیرحامل‌ها باعث کاهش تداخل بین فرکانسی و بهبود عملکرد در محیط‌های چندمسیره می‌شود.

OFDMA چه تغییری ایجاد می‌کند؟

در OFDMA یا همان دسترسی چندگانه با تقسیم فرکانس متعامد:

• زیرحامل‌ها به صورت گروهی به چند کاربر مختلف اختصاص می‌یابند.

• هر کاربر تنها بر روی بخشی از زیرحامل‌ها داده ارسال یا دریافت می‌کند.

• چندین کاربر به طور هم‌زمان، اما بر روی زیرحامل‌های جداگانه، از یک کانال مشترک بهره می‌برند.

به این ترتیب، به جای آن‌که یک کاربر از تمام ظرفیت فرکانسی در یک لحظه استفاده کند، ظرفیت موجود به صورت بهینه میان کاربران مختلف تقسیم می‌شود. این رویکرد، بهره‌وری طیف و ظرفیت شبکه را به شکل قابل توجهی افزایش می‌دهد.

کاربردهای دسترسی چندگانه با تقسیم فرکانس متعامد در شبکه‌های مدرن

فناوری OFDMA در قلب بسیاری از استانداردهای مخابراتی و شبکه‌ای نسل جدید قرار دارد. برخی از مهم‌ترین کاربردهای آن عبارت‌اند از:

1. شبکه‌های 4G LTE

در شبکه‌های 4G LTE:

• در مسیر Downlink (دریافت از شبکه به کاربر) از OFDMA استفاده می‌شود.

• این انتخاب موجب افزایش ظرفیت سلول، بهبود بهره‌برداری از طیف و امکان سرویس‌دهی هم‌زمان به تعداد زیادی کاربر شده است.

2. شبکه‌های 5G NR

در نسل پنجم ارتباطات سیار (5G NR):

• از دسترسی چندگانه با تقسیم فرکانس متعامد در هر دو جهت Downlink و Uplink استفاده می‌شود (در کنار برخی روش‌های مکمل).

• انعطاف‌پذیری در انتخاب فاصله زیرحامل‌ها و پهنای باند، باعث شده است 5G در بازه گسترده‌ای از فرکانس‌ها (از باندهای زیر 1 گیگاهرتز تا امواج میلی‌متری) عملکرد مطلوبی داشته باشد.

3. استانداردهای Wi-Fi 6 و Wi-Fi 7

در Wi-Fi 6 (802.11ax) و Wi-Fi 7 (802.11be)، استفاده از OFDMA یکی از مهم‌ترین تفاوت‌ها نسبت به نسل‌های قبلی وای‌فای است:

• در نسل‌های گذشته، در هر لحظه تنها یک کاربر می‌توانست روی کانال فعال باشد.

• با استفاده از OFDMA، اکسس‌پوینت می‌تواند در یک بازه زمانی، به چندین کاربر مختلف (گوشی، لپ‌تاپ، دستگاه‌های IoT و …) خدمات ارائه کند.

  بیشتر بخوانید: مقایسه اینترنت موبایل و وای فای: کدام گزینه بهتر است؟

• این ویژگی در محیط‌های پرتراکم مانند ادارات، مراکز خرید و اماکن عمومی، تأثیر چشمگیری در کاهش تأخیر و افزایش کارایی دارد.

مزایای دسترسی چندگانه با تقسیم فرکانس متعامد

استفاده از فناوری دسترسی چندگانه با تقسیم فرکانس متعامد مزایای متعددی برای شبکه‌ها و کاربران به همراه دارد. از مهم‌ترین این مزایا می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

1. بهره‌وری بالاتر طیف فرکانسی

طیف فرکانسی یک منبع محدود و بسیار ارزشمند است. OFDMA با تخصیص پویا و هوشمندانه زیرحامل‌ها:

• از هدررفت منابع فرکانسی جلوگیری می‌کند؛

• امکان استفاده‌ی بهتر از بخش‌های مختلف طیف را فراهم می‌سازد؛

• و ظرفیت کلی شبکه (Throughput) را افزایش می‌دهد.

2. کاهش تأخیر در شرایط پرترافیک

در روش‌هایی نظیر TDMA، کاربران باید منتظر نوبت زمانی خود بمانند. در مقابل، در OFDMA:

• چندین کاربر می‌توانند در یک بازه زمانی مشترک، هر یک بر روی زیرحامل‌های متفاوت داده رد و بدل کنند؛

• این ساختار منجر به کاهش تأخیر به‌ویژه برای سرویس‌های حساس به زمان مانند تماس صوتی بر بستر IP، بازی‌های آنلاین و ویدئوهای زنده می‌شود.

3. امکان ارائه کیفیت سرویس (QoS) متنوع

با استفاده از دسترسی چندگانه با تقسیم فرکانس متعامد، شبکه می‌تواند:

• برای کاربران با نیاز به نرخ داده بالا، زیرحامل‌های بیشتری تخصیص دهد؛

• برای دستگاه‌های IoT با حجم ترافیک بسیار کم، واحدهای فرکانسی کوچک‌تر تعریف کند؛

• و به این ترتیب، سطوح مختلفی از کیفیت سرویس را به صورت هم‌زمان مدیریت نماید.

4. سازگاری با MIMO و شبکه‌های پرکاربر

OFDMA به خوبی با تکنیک‌های MIMO و MU-MIMO قابل ترکیب است. این ترکیب منجر به:

• افزایش ضریب بهره‌وری طیف از طریق استفاده هم‌زمان از چندین آنتن؛

• امکان سرویس‌دهی به تعداد زیادی کاربر در محیط‌های پرتراکم؛

• و بهبود چشمگیر ظرفیت و پوشش شبکه می‌شود.

مقایسه دسترسی چندگانه با تقسیم فرکانس متعامد با سایر روش‌های دسترسی چندگانه

در جدول زیر، یک مقایسه کلی میان OFDMA و برخی روش‌های رایج دسترسی چندگانه ارائه شده است:

این مقایسه نشان می‌دهد که OFDMA جایگاهی کلیدی در نسل‌های جدید شبکه‌های پهن‌باند به دست آورده و بسیاری از محدودیت‌های روش‌های قدیمی‌تر را به شکل موثری برطرف کرده است.

نتیجه گیری:

OFDMA به عنوان یکی از مهم‌ترین فناوری‌های لایه فیزیکی در شبکه‌های مدرن، نقش تعیین‌کننده‌ای در افزایش ظرفیت، کاهش تأخیر و بهبود بهره‌وری طیف فرکانسی دارد. حضور این فناوری در استانداردهایی مانند 4G LTE، 5G NR، Wi-Fi 6 و Wi-Fi 7 نشان می‌دهد که آینده‌ی شبکه‌های بی‌سیم، به شدت به راهکارهای مبتنی بر تقسیم هوشمند زمان و فرکانس وابسته است.

شناخت دقیق مفهوم دسترسی چندگانه با تقسیم فرکانس متعامد برای مهندسان مخابرات، طراحان شبکه و حتی مدیران فناوری اطلاعات، امری ضروری است؛ چرا که بسیاری از تصمیم‌های مربوط به طراحی، انتخاب و بهینه‌سازی تجهیزات، بر پایه‌ی درک درست از این فناوری و توانمندی‌ها و محدودیت‌های آن استوار خواهد بود.

فروشگاه اینترنتی آ.اس.پ (اقتباس از مقاله‌ای از Huawei)
در صورت استفاده از این مقاله، نام و آدرس فروشگاه اینترنتی آ.اس.پ را به عنوان منبع ذکر کنید.