📚 课程目录第4章 Wi-Fi 6/6E协议栈与帧结构

4. Wi-Fi 6/6E协议栈与帧结构

Wi-Fi 6（802.11ax）与Wi-Fi 6E在物理层和MAC层引入了大量面向高密度场景的机制。理解这些机制，关键不是记住名词，而是看清一条完整的数据通路：一个上层数据包如何被封装成HE/EHT PPDU、如何在MAC层被聚合、如何通过触发帧实现多用户并行传输，以及接收端如何用Block ACK高效确认。下面按“物理层帧格式—MAC层聚合—确认机制—多用户调度”的顺序展开。

一、PHY层：HE/EHT PPDU的组成

HE PPDU（High Efficiency PLCP Protocol Data Unit）是Wi-Fi 6物理层的基本传输单元。它由前导码（Preamble）和数据字段（Data）组成。前导码又分为L-STF、L-LTF、L-SIG、RL-SIG、HE-SIG-A、HE-SIG-B、HE-STF、HE-LTF等字段。其中L-STF/L-LTF/L-SIG是传统字段，用于向后兼容；RL-SIG是L-SIG的重复，用于让接收端识别这是HE帧；HE-SIG-A承载带宽、MCS、空间流数、GI长度等公共参数；HE-SIG-B则承载资源单元（RU）分配信息，是OFDMA多用户传输的核心。

HE PPDU有四种格式：HE SU PPDU（单用户）、HE MU PPDU（多用户）、HE ER SU PPDU（扩展距离单用户）和HE TB PPDU（基于触发的多用户）。其中HE TB PPDU由AP发送触发帧后，多个STA同时上行发送，是Wi-Fi 6上行OFDMA的关键。EHT PPDU（Wi-Fi 6E/7）在此基础上扩展了EHT-SIG字段，支持320 MHz带宽和16空间流，并引入多链路操作相关字段。

二、MAC层帧聚合：A-MPDU与A-MSDU

Wi-Fi 6的高吞吐不仅靠物理层速率提升，更依赖MAC层聚合减少开销。802.11ax支持两种聚合方式：A-MPDU（Aggregate MAC Protocol Data Unit）和A-MSDU（Aggregate MAC Service Data Unit）。A-MPDU将多个MPDU（每个带独立MAC头和FCS）聚合在一个PHY PPDU中发送，接收端对每个MPDU单独确认；A-MSDU则将多个MSDU聚合在一个MPDU内，共享一个MAC头，接收端整体确认。实际部署中，A-MPDU是主流，因为每个子帧可独立重传，抗误码能力更强。

一个A-MPDU由多个A-MPDU子帧组成，每个子帧前有4字节的MPDU Delimiter，包含长度、CRC和签名模式。接收端通过Delimiter定位每个MPDU的边界。Wi-Fi 6将A-MPDU的最大长度从Wi-Fi 5的1MB提升到约6.5MB（取决于PPDU时长和MCS），显著降低了帧间间隔和竞争开销。

三、Block ACK：批量确认机制

传统802.11采用“一帧一ACK”机制，在高吞吐场景下ACK开销占比过高。Block ACK（BA）允许接收端用一个BA帧确认多个MPDU。建立过程分三步：ADDBA Request → ADDBA Response → 数据传输 → BA。BA帧包含起始序列号（SSN）和位图（Bitmap），位图中每一位对应一个MPDU的接收状态（1=成功，0=失败）。Wi-Fi 6支持Multi-TID Block ACK，可同时确认多个TID（业务流）的数据，进一步降低确认开销。

实际调优中，BA窗口大小（Buffer Size）和BA超时时间（Timeout）是关键参数。窗口过小会导致发送端频繁等待确认；窗口过大则增加接收端缓存压力。典型值：窗口64～256，超时约10～30ms，需根据业务时延要求调整。

四、触发帧与多用户传输机制

触发帧（Trigger Frame）是Wi-Fi 6实现上行OFDMA和上行MU-MIMO的核心。AP通过触发帧为多个STA分配RU资源、MCS、空间流和发送时机。STA收到触发帧后，在SIFS（16μs）后同时发送HE TB PPDU。触发帧类型包括Basic Trigger、Beamforming Report Poll、MU-BAR（Block ACK Request）、BSRP（Buffer Status Report Poll）等。

触发帧的公共信息字段包含：触发类型、UL长度、带宽、GI/LTF类型、AP TX功率等；用户信息字段包含：AID、RU分配、MCS、编码、空间流数、目标RSSI等。AP通过BSRP收集STA的缓存状态，再决定下一轮调度。这种“AP集中调度、STA并行响应”的机制，使上行效率从Wi-Fi 5的“竞争+串行”变为“调度+并行”。

五、参数关系与调优示例

以下是一个高密度教室场景的示例参数配置（属于合理假设，非实测数据）：AP带宽80MHz，分为4个20MHz子信道；每个子信道内划分2个52-tone RU，共8个RU；触发帧调度8个STA上行，每个STA分配1个52-tone RU，MCS 7，1空间流，GI 1.6μs。此时单次HE TB PPDU可承载约8×2.6Mbps≈20.8Mbps的上行聚合吞吐。若将MCS提升至9，理论速率可提升约25%，但需确保STA的RSSI高于-65dBm且信道条件良好。

参数	示例值	影响
触发帧类型	Basic Trigger	决定STA响应方式
RU大小	52-tone	RU越小，用户数越多，单用户速率越低
MCS	7	越高吞吐越大，但抗噪能力越弱
GI	1.6μs	短GI提升吞吐，但多径严重时误码率上升
BA窗口	128	影响重传效率和缓存占用

注意：触发帧调度依赖AP对信道状态和STA缓存的准确掌握。若BSRP上报延迟或RSSI估计偏差过大，可能导致RU分配不合理，出现部分STA速率骤降。建议在部署后通过抓包分析Trigger帧与HE TB PPDU的对应关系，验证调度有效性。

总结来看，Wi-Fi 6/6E的协议栈优化是一条从PHY到MAC的完整链路：HE/EHT PPDU提供更灵活的物理层封装，A-MPDU和Block ACK降低MAC开销，触发帧和OFDMA/MU-MIMO实现多用户并行。理解这些机制之间的配合关系，才能在设计和优化中做出合理取舍。