Wi-Fi 技术学习：802.11ax MU-PPDU的帧格式与字段解析全解

MU-PPDU：

我们已在另一篇文章中探讨过 MU-OFDMA 传输的第一部分（MU 触发帧）。

当满足以下任一条件时：

AP 已发送 MU-RTS 触发帧
设备返回 CTS 响应，或 AP 主动发送 CTS

此时 AP 即可开始发送数据。我们会看到 AP 向触发帧中包含 AID（关联标识符）的客户端设备发送 MU PPDU。

当 AP 收到客户端设备返回的 ACK（确认帧）后，本次传输流程即完成。

图 1：（采用 MU-RTS/CTS 及 Nav 设置的 MU-OFDMA 传输）

在我们开始用 Wireshark 分析 MU-PPDU 之前，有必要先了解 802.11ax 标准中存在多种不同的帧格式。

HE-SU：这是单站点到另一站点的传输方式，属于单用户模式（上下行通用，UL-DL）。

HE-EXT-SU

这种 PPDU 适用于远距离传输

单用户模式（上下行通用，UL-DL）
专为户外场景设计（长距离传输）
仅支持 20MHz 带宽，采用固定的调制与编码方式

HE-MU

MU-PPDU 用于下行 MU-OFDMA 传输，我们将在本文档中详细讨论这种模式。

多用户模式（仅下行，DL）
支持一个或多个用户

HE-TRIG

基于触发帧的 PPDU（仅上行，UL）
用于响应接入点（AP）发出的触发帧
承载单用户传输数据

同样需要了解的是，在 IEEE 802.11-2016 标准中，前导码（preamble）被分为两部分：

一部分是传统前导码（legacy part），这是所有帧都包含的通用部分；

另一部分则是**PHY 相关前导码**，其内容取决于所使用的物理层（PHY）类型。

图 2：802.11 帧前导码

虽然前导码的信息很重要，但可能不是所有人都感兴趣。

因此，我们将重点放在更吸引人的部分 ------HE-SIGA 和 HE-SIGB 信息字段，它们与 MU-OFDMA 或 MU-MIMO 技术直接相关。

L-STF、L-LTF 和 L-SIG 都是传统字段，存在于所有 PPDU 格式中。
RL-SIG（重复传统 SIG） 的作用是确认帧的类型，判断其为传统 OFDM、HT、VHT 还是 HE。

图 3：MU-PPDU 帧格式

在本文中，我们将仅聚焦两个字段：

HE-SIG-A 字段
HE-SIG-B 字段

HE-SIG-A 字段

HE-SIG-A 字段承载了解析 HE-PPDU 所需的信息。其内容会根据帧的类型而变化。

例如，HE SU PPDU、HE ER SU PPDU 和 HE MU PPDU 的 HE-SIG-A 字段内容各不相同。我们将仅关注 MU-OFDMA 传输中的 MU PPDU。

HE-SIG-B 字段

SIG-B 字段提供了与 OFDMA 和下行 MU-MIMO 资源分配相关的必要信息。

该字段仅存在于多用户传输中。

因此，可以说抓包文件（PCAP）中的大部分 HE 信息数据都来自 SIG-A。

单用户传输的 PPDU 中仅包含 HE 信息字段，如下方图 7 所示。

图 4：（单用户 PPDU）

我们将借助 Wireshark，通过展开 MU-PPDU 来识别抓包文件（PCAP）中的这两个字段。

注意：在 PCAP 文件的 MU-PPDU 中，并没有名为 SIG-A 或 SIG-B 的字段，而是用 HE 信息（HE information） 和 HE-MU 信息（HE-MU information） 分别表示 SIG-A 和 SIG-B 的内容。

理论上，抓包文件可以对这些字段进行更清晰的命名或排列，这样就不会混淆哪些字段属于 SIG-A，哪些属于 SIG-B 了。

图 5：MU-PPDU 抓包（PCAP）

既然我们正在分析 MU-PPDU，那么在抓包文件（PCAP）中就会同时包含这两个字段：

HE 信息（HE information）
HE-MU 信息（HE-MU information）

HE 信息字段还可以进一步细分为多个子字段。

前两个子字段 HE data 1 和 HE data 2 仅为状态信息，用于指示某些值是已知还是未知。

接下来我会逐一解析这些字段，梳理它们的含义，并将其归类到 SIG-A 或 SIG-B 中。

HE 信息字段：

图 5：HE 字段

从 Data 3 到 Data 6 的子字段，以及 HE-MU 信息字段，包含了来自 SIG-A 和 SIG-B 的信息。

图 6：Data 3 至 Data 6

HE-MU 信息：

HE-MU 信息仅在 MU-PPDU 中存在，因此该字段的大部分数据都对应 SIG-B。

图 8：HE-MU 信息

HE SIG-B 内容信道包含一个公共字段（如果存在的话），其后是用户专属字段。

如果 SIG-A 中的 HE-SIG-B 压缩字段值为 1（表示全带宽 MU-MIMO），则公共字段不会出现。

但正如上方图 6 所示，来自 SIG-A 的 Flag2 SIG-B 压缩字段为 false，这意味着它不是全带宽 MU-MIMO，因此在 MU-PPDU 中存在公共字段。

HE-MU 信息结构：

Flag1：如上方图 8 所示，所有 Flag1 子字段均为状态字段。
Flag2：部分子字段为状态字段，部分子字段包含具体数值，详见下方表 1。
Channel 1 RU's（信道 1 的资源单元）
Channel 2 RU's（信道 2 的资源单元）

注意：目前在抓包文件（PCAP）中，尚不清楚哪些元素属于 SIG-B 公共字段，哪些属于用户专属字段。

这会带来一些混淆，因为 SIG-A 和 SIG-B 的元素会同时显示在 HE 信息和 HE-MU 信息中。

表 2：MU-HE 信息字段

现在让我们把这些信息整合起来：

如上方图 8 所示，来自 SIG-A 的 Flag2 SIG-B 压缩字段为 false，这意味着当前不是全带宽 MU-MIMO，因此 MU-PPDU 中存在公共字段，也说明我们正在使用资源单元（RU）。
当 HE-SIG-A 字段中的带宽值为 2、4 或 5 时，MU-HE 信息显示 N=2（表示 80 MHz HE MU PPDU）。
SIG-B 符号数 Flag2 显示有 4 台设备。
综上，我们在 80 MHz 带宽上使用了资源单元，且连接了 4 台设备。