具体实施方式

本发明提出了一种用于扩展Wi-Fi接入点的Wi-Fi覆盖范围的新解决方案，其不具有现有技术的缺点。

图1图示了根据本发明的特定实施例的用于扩展Wi-Fi接入点的覆盖范围的系统。

这种系统包括Wi-Fi接入点(10)，例如，位于订阅运营商的用户的家中的家庭网关，或者订阅通信运营商的公司的互联网接入网关，Wi-Fi接入点(10)包括Wi-Fi模块15(Wi-Fi芯片组)，该Wi-Fi模块15被配置为实现向与该接入点(10)相关联的Wi-Fi终端发送Wi-Fi信号以及从与该接入点(10)相关联的Wi-Fi终端接收Wi-Fi信号。换句话说，Wi-Fi模块(15)是接入点(10)的根据所使用的IEEE标准(主要是802.11abg/n/ac/ax/ad/ay/be)在物理层和MAC层实现通信协议的元件。

由Wi-Fi接入点(10)发送的信号可以使用OFDM调制类型，并且特别是OFDMA多址技术类型，但是本发明不限于这些类型的接入或调制技术。

接入点(10)通常还包括其操作和其它信息传输层的应用所需的其它模块(处理器、存储器等)。这些常规元件对于理解本发明不是必需的，它们未在图1中示出。

图1所示的系统还包括扩展设备(11)，该扩展设备(11)有利地集成在Wi-Fi接入点(10)中，但是也可以在不集成的情况下连接到Wi-Fi接入点(10)。该扩展设备(11)被配置为检索旨在要由接入点(10)的Wi-Fi模块(15)发送的模拟信号。

图1所示的系统还包括中继设备(12)，该中继设备是相同地中继由Wi-Fi接入点(10)发送的Wi-Fi信号的远程无线电模块。

为此目的，扩展设备(11)和中继设备(12)通过诸如同轴电缆、光纤或以太网电缆的有线介质(13)连接。有线介质(13)也可以是电力线类型，即家庭电力网络内的电缆，以向壁式插座供电。

由扩展设备(11)检索的Wi-Fi信号经由有线介质(13)发送到中继设备(12)，中继设备(12)将其相同地中继到Wi-Fi接入点。

因此，这里呈现的用于扩展Wi-Fi覆盖范围的系统通过以轻微偏移远程中继Wi-Fi接入点的Wi-Fi信号来扩展Wi-Fi接入点(AP)的无线电覆盖范围。

该原理包括在基带中或在其频率载波周围分接旨在要由Wi-Fi接入点的Wi-Fi模块发送的信号的功率的一部分，以使用一个或多个远程无线电模块(在下文中也称为中继设备)进一步且相同地重新发送它。

相同的重传意味着中继设备使用与Wi-Fi接入点相同的信道、相同的调制(MCS、带宽、空间流的数量等)、相同的数据，但是具有轻微的偏移。因此，Wi-Fi接入点和中继设备分别发送第一Wi-Fi信号和基本上相同的第二Wi-Fi信号。

可以通过插入扩展(11)和中继(12)设备中的不同组件的处理时间以及通过有线介质(13)中的行进时间自然地生成偏移。

根据本发明的特定实施例，如果偏移相对于由Wi-Fi接入点使用的OFDM调制的保护间隔太短，则可以将特定延迟添加到由专用组件(例如，延迟线)分接的信号，该专用组件可以并入扩展设备和中继设备中的任一个中。

该技术可以被视为空间和时间宏分集的组合。

Wi-Fi客户端站或Wi-Fi客户端终端(图1中的14)最终接收两个(或更多个)无线电信号WF1、WF2的组合，每个无线电信号已经在其自己的多径传播信道上传播：来自主Wi-Fi接入点(10)的用于无线电信号WF1的传播信道和来自远程无线电模块(中继设备12)的用于无线电信号WF2的传播信道。

信道信息在控制信号(在稍后描述的图2和图3中表示为“c”)中被传递到远程模块(12)。

该信道是已知的，或者由Wi-Fi接入点(10)使用常规选择算法来选择。通常，根据在Wi-Fi接入点(10)侧看到的SSID(服务集标识符)的功率水平来选择信道。

根据本发明的特定实施例，在接收模式下，中继设备(12)可以将环境的SSID的RSSI功率水平反馈给Wi-Fi接入点(10)。因此，Wi-Fi接入点(10)可以在其想要发送Wi-Fi信号时考虑该信息来选择传输信道。例如，在由Wi-Fi接入点(10)使用的SSID功率电平的列表中，还将存在在中继设备(12)侧看到的SSID的功率电平。

下面描述在添加单个中继设备的情况下的原理，但是该系统当然可以被推广到若干远程中继设备。在这种情况下，每个中继设备将需要连线到Wi-Fi接入点以获得要重传的Wi-Fi信号。

如果由Wi-Fi接入点(10)在基带中发送的信号的频率响应被表示为S(F)，则终端(14)接收由有用信号和噪声组成的信号，有用信号对应于乘积S(F-F0)×(H1(F-F0)+H2(F-F0))，其中H1(F-F0)和H2(F-F0)分别表示Wi-Fi接入点(10)和客户终端(14)之间以及中继设备(12)和客户终端(14)之间在相同频率载波F0周围的多径无线电信道的传递函数。

根据现有技术，利用常规Wi-Fi扩展器，即作为Wi-Fi接入点操作，终端接收由有用信号和噪声组成的信号，其中有用信号对应于乘积S1(F-F0)×H1(F-F0)或S′2(F-F1)×H2(F-F1)，其中S1对应于由主Wi-Fi接入点发送的信号的频率响应，并且S′2对应于由常规Wi-Fi扩展器发送的信号的频率响应，并且S1和S′2可以不同，以及主Wi-Fi接入点的载波频率F0和常规Wi-Fi扩展器的载波频率F1，也可以是不同的。

根据现有技术，这特别是可能导致性能下降的原因，例如当Wi-Fi终端使用接收到的信号S1xH1保持在第一主Wi-Fi接入点上，而由常规Wi-Fi扩展器发送的信号S′2xH2可以提供更好的比特率时。然而，当Wi-Fi接入点和Wi-Fi扩展器在MIMO(多输入多输出)中操作时，这是非常难以预期的。实际上，通过这样的操作，更好的信号电平不一定确保更好的比特率。

根据本发明，根据所涉及的住宅的大小，可以通过添加若干远程无线电模块或中继设备(12)来扩展关于图1描述的系统。此外，可以为每个频带(2.4GHz、5GHz、60GHz...)和被认为有用的技术(4G、5G...)添加远程无线电模块(12)。所有中继设备和Wi-Fi接入点使用相同的无线电传输技术(例如，OFDM(正交频分复用))就足够了。

根据本发明的系统还在上游方向上操作，即，在由Wi-Fi接入点(10)的Wi-Fi芯片组(15)解码之前，对一方面由Wi-Fi接入点(10)接收的信号和另一方面由(多个)远程无线电模块(12)接收的信号进行求和。上游和下游方向由双工器的标准系统分开。

所描述的用于扩展Wi-Fi无线电覆盖范围的原理在比特率和范围方面显著提高了接入点的Wi-Fi无线电覆盖范围。

由接入点和与其相关联的根据本发明的(多个)中继设备建立的Wi-Fi网络被Wi-Fi终端视为来自单个接入点。这消除了主Wi-Fi接入点和常规Wi-Fi扩展器之间的切换或“客户端转向”(强制Wi-Fi终端与除其自己的Wi-Fi连接管理器默认选择的AP之外的AP相关联的技术)问题。与使用有线/Wi-Fi或Wi-Fi/Wi-Fi常规Wi-Fi扩展器的现有技术解决方案不同，利用本发明，终端不必选择与哪个Wi-Fi接入点相关联，因为它仅看到一个Wi-Fi接入点。

初始配对也变得更容易。实际上，与Wi-Fi接入点的实况配对机制没有改变，除了Wi-Fi客户端终端将能够在被放置得更远时进行配对。保持相同的安全密钥。

根据本发明的用于扩展Wi-Fi无线电覆盖范围的原理还允许通过利用这种覆盖范围扩展系统在任何覆盖位置中使用相同的信道来节省频谱。

因此，优化了Wi-Fi信道的选择，Wi-Fi接入点根据现有技术通过使用检测到的相邻Wi-Fi接入点的信号电平来选择信道。根据本发明的特定实施例，Wi-Fi接入点还将访问(多个)中继设备的其他相邻Wi-Fi接入点的信号电平。

根据本发明，Wi-Fi接入点可以通过使用在Wi-Fi接入点侧以及在(多个)中继设备侧看到的SSID/RSSI(接收信号强度指示)数据来保持其算法。然后，所选择的信道优选地是接入点和与其相关联的(多个)中继设备的覆盖区域上的最佳信道，并且不再是限于Wi-Fi接入点或常规Wi-Fi扩展器的覆盖区域上的最佳信道。

于是，信道选择比现有技术解决方案更“最优”，因为在住宅中的若干不同位置处的干扰信息被用于信道选择，而不仅仅是在放置主Wi-Fi接入点的单个位置处的本地的干扰信息。

图2图示了根据本发明的特定实施例的用于扩展Wi-Fi接入点的覆盖范围的系统的元件的布置。

在图2中，仅示出了Wi-Fi接入点(10)中的本发明所必要的那些元件。这里使用3x3MIMO传输的示例示出了Wi-Fi模块(15)，然而本发明的原理扩展到其他类型的MIMO传输。

常规上，Wi-Fi模块(15)包括Wi-Fi编码/解码(MAC/BB)模块(101)、射频(RFIC)电路(102)和3个FEM(前端模块)模块(103)，其中，FEM模块具体地包括信号放大器、低噪声放大器(LNA)和用于分离信道的上游和下游方向的双工器。图2所示的Wi-Fi模块(15)还包括分别连接到三个FEM模块的三个天线(104)。

根据本发明，扩展设备(11)包括模数(A/D)转换器(111)和调制器-解调器(112，调制解调器)，用于将要发送的信号适配到所使用的有线介质。

根据这里描述的特定实施例，扩展设备(11)获得从要由Wi-Fi模块(15)发送的信号(在图2中表示为“s”并且以实线示出)分接的模拟信号(在图2中表示为“s”)。该信号s′通常在Wi-Fi编码/解码模块(101)和RFIC电路(102)之间的链路处获得。信号s是来自MAC/BB编码器/解码器的I/Q信道基带OFDM信号。

通过在MAC/BB和RFIC链路与扩展设备的A/D转换器(111)之间添加功率分配器(110)来执行信号的一部分的分接。分接在这里被理解为分接信号s的功率的小百分比。因此，这种分接是通过划分信号s的功率以传送信号s′来完成的。

扩展设备(11)还通过向射频(RFIC)电路(102)和FEM模块(103)提供信息(诸如Wi-Fi信号的信道号和带宽)来检索旨在控制Wi-Fi模块(15)对信号s的传输的控制信号(在图2中表示为“c”)。该控制信号c通常也是模拟形式，例如0V或5V TTL信号。

信号s′和c由转换器(111)转换成数字信号S′和C，它们经由调制解调器(112)和有线链路(13)发送到中继设备(12)。这可以用于适配于用于以模拟形式发送信号s′的介质的带宽约束，并因此适配于用于遵守这种约束的有线链路类型的任何限制。此外，将“有用”信号s′和控制信号c两者转换成数字信号S′和C使得可以在有线链路(13)上一起发送这两个数字信号，或者甚至可能对它们应用任何适当的数字处理以便优化该传输。

根据本发明，中继设备(12)包括连接到数模转换部件(122)的调制器-解调器(121，也称为“调制解调器”)，数模转换部件(122)本身连接到无线电重传部件。特别地，数模转换部件(123)可以被实现为数模(D/A)转换器。重传部件可以以连接到N个(这里作为示例N＝3)FEM(前端模块)模块(124)的RFIC射频电路(123)的形式实现，其中，每个FEM模块(124)连接到N个天线(125)。

因此，中继设备(12)经由有线链路(13)接收数字信号S′和C，调制器-解调器(121)解调这两个信号S′和C，然后将它们提供给转换器(122)，转换器(122)将它们分别转换为模拟信号s″和c′。然后，模拟信号s″和c′被发送到RFIC电路(123)，以便发送与信号s相同的模拟信号s″，但是与由Wi-Fi模块(15)发送的第一Wi-Fi信号s相比具有轻微的偏移。可能地，信号s″在由中继设备的天线系统发送之前在监管的ERIP限制内被放大。

为了发送模拟信号s″，RFIC电路(123)使用从Wi-Fi接入点接收的控制信号“c”，特别是其可以包含的信道和调制信息。

根据这里描述的特定实施例，RFIC电路(123)有利地与Wi-Fi模块(15)的RFIC电路(102)相同，使得模拟信号s″以与信号s被分配到Wi-Fi模块(15)的FEM模块(103)和天线(104)相同的方式被分配到中继设备(12)的FEM模块(124)和天线(125)。

图3图示了根据本发明的另一特定实施例的用于扩展Wi-Fi接入点的覆盖范围的系统的元件的布置。图3中的元件与图中所示的元件几乎相同。只有信号s′的分接点是不同的。

根据本发明的该特定实施例，扩展设备(11)在每个FEM模块(103)和每个天线(104)之间的链路上分接信号s′。可替代地，信号s′也可以由扩展设备(11)在RFIC电路(102)和每个FEM模块(103)之间的链路上分接。

控制信号“c”在Wi-Fi(MAC/BB)编码/解码模块(101)处被分接。

通过在每个天线(104)与其对应的FEM模块(103)之间或在RFIC电路(102)与每个FEM模块(103)之间添加功率分配器(110)来执行信号s的一部分的分接以传送分接信号s′，以便将分接信号s′提供给扩展设备的A/D转换器(111)。

根据本发明的该特定实施例，信号在FEM模块之前或之后被分接(取决于连接器)。需要非常小部分的发射功率。实际上，A/D转换器不需要发射23至30dBm(0dBm或甚至更小可能就足够了，即小于发射功率的1/1000可能就足够了)。中继设备(12)的RFIC电路(123)在这里比关于图2描述的其中信号在基带被分接的特定实施例中的RFIC电路更标准。实际上，根据关于图3描述的特定实施例，RFIC电路(123)本质上是频率变换模块，其不需要信号格式化的知识。

这里，在天线或FEM处分接的信号s′具有3个维度(在3x3 MIMO的情况下)，其可以在A/D转换器或调制解调器处串联放置。该串行化是CPRI协议或允许将信号s′发送到中继设备的任何其他协议的目的。根据本发明的该特定实施例，与天线的格式/匹配在此是已知的。

这里已经针对要由接入点的Wi-Fi模块发送(即，在下游方向上)的信号描述了本发明的一般原理。关于图2和图3描述的元件在上游方向上(由天线(104和125)接收Wi-Fi信号)以互逆的方式操作。

上游和下游方向之间的无线电信号的分离需要双工器，通常该功能集成在“FEM”模块中。类似地，RFIC电路还必须能够在两个方向上操作(频率变换到下游方向上的期望频率，变换到上游方向上的基带)。

A/D转换器和调制解调器还必须在两个方向上操作，而不是同时操作，因为Wi-Fi不能同时接收和发送。

在上游方向上，由接入点的Wi-Fi模块(15)和由(多个)远程无线电模块(中继设备12)接收的信号在Wi-Fi模块(15)处被求和。

更确切地说，例如在关于图3描述的实施例的情况下，在天线或FEM模块连接器处对所接收的信号求和。

在关于图2描述的实施例的情况下，在MAC/BB-RFIC链路处对接收到的信号求和。

在下游方向上，如上所述，信号由功率分配器分接。在上游方向上，信号由功率耦合器求和。

根据不同的实施例，相同的组件可以执行两种功能(分离器/耦合器)。

在信号在天线或FEM处被分接的情况下，优选地每个天线或FEM连接器具有一个分离器/耦合器。

根据本发明的特定实施例，可以向信号s′添加时间延迟(与信号s相比)，或者可以向信号s添加时间延迟(与信号s′相比)。例如，这可以使用专用延迟线型组件(图2或图3中未示出)来完成。

因此，与由Wi-Fi接入点发送的第一Wi-Fi信号相比，向由中继设备发送的第二Wi-Fi信号添加偏移，反之亦然，这取决于所选择的实现方式变型。这样的延迟可以在发送和接收中添加。

Wi-Fi标准根据所使用的标准定义了被称为保护间隔的若干间隔值：例如，在802.11n/ac中，2个值是可能的：400ns或800ns。

选择该间隔以便吸收传播信道的多径相关延迟并优化OFDM性能。特别地，存在的多径越多(具有延迟分布在保护间隔限制内)，OFDM性能将越好。换句话说，对于相同的接收功率电平，可以获得更好的比特率。

例如，在由家庭网关实现Wi-Fi接入点的情况下，因此对于家庭内部的Wi-Fi通信，基于根据802.11n/ac标准的400ns的保护间隔，要添加的延迟可以是例如100ns，而没有超过系统对多径的容限的风险。

根据为实现本发明而添加的电子组件的性能，不同的实施例变型可以添加该延迟。

根据第一变型，如果扩展模块和功率划分的处理时间T(ns)非常快(例如，<100ns)，则在中继设备处添加附加延迟(100-T)。

根据第二变型，如果扩展模块和功率划分的处理时间“相对高”(例如，几微秒的量级(表示为x))，则在这种情况下，当信号在旨在要由Wi-Fi接入点发送的信号s的信道上被分接时，在Wi-Fi接入点处添加延迟。然后，该延迟为x微秒-100ns，以在由Wi-Fi接入点发送的第一Wi-Fi信号与由中继设备发送的第二Wi-Fi信号之间具有100ns的偏移。

图4图示了根据本发明的特定实施例的用于由中继设备发送Wi-Fi接入点的Wi-Fi信号的方法的步骤。

在步骤E40，Wi-Fi接入点(10)在预定频率载波周围从模拟信号s发送第一Wi-Fi信号。预定频率载波对应于例如与由Wi-Fi接入点选择的传输信道相关联的频率。

在步骤E41，Wi-Fi接入点(10)的扩展设备(11)从Wi-Fi接入点的Wi-Fi模块(15)获得与在步骤E40中发送的信号s的一部分相对应的模拟信号s′，以及可能地获得旨在控制Wi-Fi接入点对信号s的发送的控制信号c。获得步骤E41可以在步骤E40之后或与步骤E40同时实现。

在步骤E42，扩展设备(11)将在步骤E41中获得的模拟信号s′转换为数字信号S′。如果在步骤E41中获得控制信号c，则它还可以在同一步骤期间将控制信号c转换为控制数字信号C。

在步骤E43，扩展设备(11)将数字信号S′(以及可能的控制数字信号C)发送到经由有线连接(13)连接到扩展设备的中继设备(12)。

在步骤E44，在接收到数字信号S′之后，中继设备(12)将该数字信号S′转换为其旨在要发送的模拟信号s″。如果在步骤E43中获得控制数字信号C，则它还可以将控制数字信号C转换为此时的控制模拟信号。

在步骤E45，中继设备(12)通过预定频率载波周围的无线电波发送从步骤E42′中执行的转换得到的模拟信号s″。该无线电信号传输以与由Wi-Fi接入点的Wi-Fi模块(15)执行的Wi-Fi信号传输基本相同的方式完成。换句话说，使用相同的频率载波，并且因此使用相同的信道以及相同的调制。

图5图示了根据本发明的特定实施例的用于接收Wi-Fi接入点的Wi-Fi信号的方法的步骤。

在步骤E50，中继设备(12)经由其无线电天线在预定频率载波周围接收Wi-Fi信号。这样的Wi-Fi信号可能已经由与Wi-Fi接入点通信的终端发送，或者由另一Wi-Fi接入点发送。例如，在这种情况下，Wi-Fi信号对应于来自Wi-Fi接入点的“信标”帧，该“信标”帧包括与由Wi-Fi接入点使用的信道的RSSI水平相关联的Wi-Fi接入点的SSID信息片段。这样的信息因此对应于关于传输信道的使用的一条信息。

在步骤E51，中继设备(12)将接收到的模拟信号转换为数字信号，并经由连接中继设备和扩展设备的有线连接(13)将该数字信号发送到Wi-Fi接入点的扩展设备(11)(步骤E52)。

在步骤E53，扩展设备将来自中继设备的数字信号转换为模拟信号，然后将该模拟信号提供给Wi-Fi接入点的Wi-Fi模块(15)。

在步骤E54，Wi-Fi模块(15)可能经由Wi-Fi模块(15)的天线104在相同的预定频率载波周围接收Wi-Fi信号。该Wi-Fi信号可以源自终端或另一Wi-Fi接入点。

在步骤E55，将由Wi-Fi接入点的Wi-Fi模块(15)接收的信号和由扩展设备(11)提供的来自中继设备(12)的信号在Wi-Fi接入点中求和，以传送要解码的Wi-Fi信号。

在步骤E56，将要解码的Wi-Fi信号发送到Wi-Fi接入点的Wi-Fi编码/解码电路(101)。

根据本发明的特定实施例，解码的Wi-Fi信号是另一Wi-Fi接入点的“信标”帧。因此，它包括表示该另一Wi-Fi接入点对与所述预定频率载波相关联的传输信道的使用的一条信息。然后将这样的一条信息反馈到Wi-Fi接入点的软件模块，该软件模块实现用于数据传输的信道选择算法。因此，由Wi-Fi接入点实现的信道选择算法被优化，因为它受益于在与其相关联的远程中继设备处可用的信道使用信息。

用于经由上述用于扩展Wi-Fi覆盖范围的系统在扩展Wi-Fi网络中发送和接收Wi-Fi信号的方法通过向远程接入点和无线电模块的传输时间添加偏移来向信道添加时间分集。只要传输之间的延迟保持在系统的保护间隔限制内，这种分集就有益于OFDM性能。

此外，Wi-Fi覆盖范围在纯无线电级别扩展，因此没有软件升级约束。

为了将扩展设备连接到Wi-Fi接入点的Wi-Fi模块，需要适当的连接器来分接要中继的信号以及同步信号/命令(图2和图3中的信号“c”)。

取决于所考虑的实施例，在无线电功能的日益增加的集成和新Wi-Fi芯片组上的连接器的消失的上下文中，这可能是复杂的，特别是对于基于基带信号分接的实施例(图2)。这就是为什么对于该特定实施例，芯片组制造商和工业/集成商之间的协作将需要具有适当的连接器。

可能需要协议(专有或非专有)来在有线介质类型(同轴、光纤、以太网等)上远程发送中继信号，特别是以便不限制Wi-Fi性能(可能用于802.11ax下一代的2.5G双向以太网)。可以容易地使用或适配来自移动域的协议，诸如链接移动基站的基带单元(BBU)和远程无线电头端(RRH)的CPRI(通用公共无线电接口)协议、或者用于通过以太网发送无线电信号的IEEE P1904.3协议。

还应当注意，接入点的信号被相同地中继，并且因此特别是所有发送的SSID被相同地中继。为了避免这种情况，可以在接入点的Wi-Fi芯片组处添加对期望的SSID的过滤。

与常规Wi-Fi扩展器一样，必须遵守用于定位远程无线电模块的规则，以避免扰乱主接入点，特别是在接入点的初始覆盖范围令人满意的情况下。

当存在以不同技术操作的若干Wi-Fi接入点时，或者如果一个接入点能够根据不同的Wi-Fi技术(Wi-Fi 2.4GHz、Wi-Fi 5GHz、Wi-Fi 60GHz)或3GPP(4G、5G......)操作，则有利的是为覆盖范围应当被扩展的每种技术(Wi-Fi 2.4GHz、Wi-Fi 5GHz、Wi-Fi 60GHz、4G、5G......)添加远程无线电模块(并且因此还有对应的扩展设备)。实际上，取决于技术和频带，电子组件和天线不一定相同。