Wi-Fi 技术学习：基于 IEEE 802.11ax 的 MU-OFDMA 触发帧结构与抓包解析

MU-OFDMA 传输可以从 MU - 触发帧 开始，之后各站点会返回 CTS（清除发送）帧；或者也可以由 AP 主动发送 CTS 帧，以确保在 AP 传输期间，其他设备不会发起传输。

下图出自 IEEE 802.11ax 草案。

图 1：（MU-RTS/CTS）下行 MU PPDU/ACK 响应及网络分配向量（NAV）设置

PCAP 抓包中的 MU-OFDMA 流程

以下抓包是通过 Intel AX210 无线网卡采集的，我已隐去了 MAC 地址。

你可以看到，该抓包的结构与上方图 1 中草案定义的流程完全一致。

MU-RTS 触发帧
CTS 响应：按图 1 中的流程，本应由各设备返回 CTS，但在本次抓包中是 AP 向自身发送 CTS（CTS to self），以确保 AP 传输期间没有其他设备发起传输。
数据传输 ：HE-MU PPDU，使用 160 音调的资源单元（RU）。
ACK 响应：AP 完成数据发送后，各设备返回 ACK。如果 HE 非 AP 站点收到触发帧或 UMRS 控制字段，会以 HE TB PPDU 的形式进行响应。

图 2：基于 AX210 的抓包（PCAP）

让我们来研究 MU - 触发帧：

触发帧有多种类型，而我们关注的是在 MU-OFDMA 传输中，用于向不同用户分配资源的触发帧。

那么，我们可以从 MU - 触发帧中获得哪些信息呢

图 3：触发帧 ------ 基于 AX210 的抓包（PCAP）

抓包（PCAP）中显示的字段，与 IEEE 草案图 9-64 里定义的帧格式完全一致。现在我们来逐一解析每个字段：

帧控制（Frame control） ：
- 版本控制（Version control）
- 帧类型与子类型（Frame type and subtype）
- 标志位（Flags），这也是帧控制字段的一部分，我之前未重点标注。
持续时间（Duration）：传输该帧所需的时间。
RA/TA 字段（RA/TA field） ：这是一个广播帧，因此接收地址始终为 ff:ff:ff:ff:ff:ff；在本场景中，发送地址为 AP 的地址。
公共信息（Common info）：包含 AP 的部分配置信息，供客户端配置其上行传输。
用户信息（User info） ：与客户端设备关联的资源单元（RU）信息，包含对应的关联标识符（AID）。
填充位（Padding）与帧校验序列（FCS）：功能显而易见，不再赘述。

触发帧的大多数字段都沿用了传统帧的格式，但有两个新增的信息字段需要重点关注：

公共信息（Common info）
用户信息（User info）

现在我们来看抓包（PCAP）中的公共字段。

图 4：触发帧公共信息字段

这里包含了一些关键信息，我们将从第一个字段开始逐一解析：

我们已知这是一个 MU-RTS 触发帧，这一点在公共信息字段中也有体现。
UL 长度子字段：表示所请求的 HE TB PPDU 中 L-SIG LENGTH 字段的值。
更多触发帧（More TF）：指示后续是否还有触发帧需要传输。
载波侦听（CS）：该字段设为 1 时，表示用户信息字段中标识的站点（STA）需要使用能量检测（ED）来侦听信道状态，并结合网络分配向量（NAV）判断是否响应。
上行带宽（UL BW）：通常用于描述响应的上行带宽。但在 MU-RTS 中，公共信息字段的 UL BW 子字段表示承载 MU-RTS 的帧自身的带宽。

表 1：UL BW 编码

其他公共信息字段解析

保护间隔（GI）与 HE-LTF 类型：指示 HE TB PPDU 响应所使用的 GI 和 HE-LTF 类型。

表 2：GI 和 HE-LTF 子字段编码

MU-MIMO HE-LTF 模式：公共信息字段的该子字段用于指示，当 HE TB PPDU 的资源单元（RU）占用整个带宽且分配给多个非 AP 站点（即上行 MU-MIMO）时，所使用的 HE-LTF 模式。
当 GI & HE-LTF 类型子字段的值为 2x HE-LTF + 1.6 μs GI 或 4x HE-LTF + 3.2 μs GI 时，需参考表 3；否则，该子字段设为指示 HE 单流导频 HE-LTF 模式。

表 3：MU-MIMO HE-LTF 模式编码

用户信息（User Info）

顾名思义，该字段包含与用户相关的信息，用于指示 AP 为客户端设备配置的传输类型。

20MHz 带宽（最多支持 9 个用户）

在我们这个示例的触发帧中，仅包含了 2 台设备。

图 5：用户信息字段

AID（关联标识符）是在关联响应阶段分配给设备的。AID12 子字段的编码规则如下：

资源单元（RU）分配

RU 分配需要结合公共信息字段中的上行带宽（UL BW），因为 RU 分配的范围取决于信道带宽大小。RU 分配区域仅在使用 80+80 MHz 或 160 MHz 信道带宽时有效：

如果 UL BW 子字段表示 20 MHz、40 MHz 或 80 MHz PPDU，则 RU 分配子字段的 B0 位设为 0。
如果 UL BW 子字段表示 80+80 MHz 或 160 MHz，且 RU 分配子字段的 B0 位设为 0，则表示 RU 分配仅适用于主 80 MHz 信道。
如果 UL BW 子字段表示 80+80 MHz 或 160 MHz，且 RU 分配子字段的 B0 位设为 1，则表示 RU 分配适用于副 80 MHz 信道。
下一个字段 "RU 分配（音调数）"，表示为该设备或站点分配了多少音调 / 资源单元（RU）用于下行传输。

用户信息字段的其他子字段

上行 FEC 编码类型（UL FEC Coding Type）：指示所请求的 HE TB PPDU 使用的编码类型。设为 0 表示 BCC 编码，设为 1 表示 LDPC 编码。
上行 HE-MCS（UL HE-MCS）：指示所请求的 HE TB PPDU 使用的 HE-MCS（调制与编码策略）。
上行 DCM（UL DCM）：指示所请求的 HE TB PPDU 是否使用 DCM（双载波调制）。设为 1 表示启用 DCM，设为 0 则表示不启用。如果公共信息字段中的 UL STBC 子字段设为 1，该字段也会设为 0。
空间流分配（SS Allocation）：指示所请求的 HE TB PPDU 的空间流数量及格式。
上行目标接收功率（UL Target Receive Power）：表示 AP 天线连接器处预期接收到的信号功率（所有天线的平均值），针对 HE TB PPDU 的 HE 部分，其定义见下表：

总结：

文章内容主要介绍了IEEE 802.11ax 标准与 Intel AX210 抓包，也解析了 MU-OFDMA 触发帧流程与结构：传输可由 MU 触发帧启动，AP 可发 CTS-to-self 防冲突；触发帧含传统字段与新增公共信息、用户信息；公共信息配置上行传输参数，用户信息分配 RU、MCS、空间流等资源，指导站点上行响应，等这些内容.