CN113228740B - 用于获得最佳性能的无线设备的引导放置 - Google Patents

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Abstract

本文描述了用于无线设备的引导放置的技术。在示例实施方式中，wi‑fi无线设备包括耦接至基带处理器的射频(RF)收发器。RF收发器被配置成接收通过无线信道传输的RF信号，并且将RF信号转换成调制的数字信号。基带处理器被配置成从RF收发器接收调制的数字信号，从调制的数字信号中提取无线分组，并且基于无线分组的前导码计算指数有效SNR映射(EESM)值，其中，计算的EESM值指示无线设备的当前位置处的无线信道的质量。基带处理器还被配置成基于针对无线设备的当前位置的EESM值来提供质量指示符。

Description

用于获得最佳性能的无线设备的引导放置
相关申请的交叉引用
本申请是于2019年3月19日提交的美国非临时申请第16/360,218号的国际申请，其要求于2019年1月29日提交的美国临时申请第62/798,342号的优先权和权益，所有这些申请的全部内容通过引用合并到本文中。
技术领域
本公开内容涉及通过IEEE 802.11协议进行的无线通信。
背景技术
已经开发了IEEE 802.11(wi-fi)标准来提供高吞吐量的无线局域网(WLAN)。通常，无线设备被配置成提供通过特定WLAN的无线信道接收的信号强度的一些视觉指示(例如，屏幕上的视觉图标)。例如，信号强度指示可以基于测量无线设备处的传入信号功率的接收的信号强度指示符(RSSI)度量。然而，基于RSSI的指示可能会误导关于无线信道的实际质量，因为RSSI度量基于模拟射频(RF)信号的评估，可能包括信号干扰，并且可能掩盖信道中可能导致传输错误的深度衰落(deep fade)。因此，当涉及预测和反映到无线设备的无线信道的质量(例如，吞吐量)时，这样的基于RSSI的指示并不十分可靠。
附图说明
图1示出了根据一些实施方式的用于无线设备的引导放置的所述技术的示例操作环境。
图2示出了同一无线信道模型的两个信号实现的仿真示例的图。
图3A示出了在一些实施方式中可以用于无线设备的引导放置的协议数据单元(PPDU)无线分组的结构。
图3B示出了在一些实施方式中可以用于无线设备的引导放置的空数据分组(NDP)无线分组的结构。
图4示出了根据示例实施方式的用于无线设备的引导放置的质量指示符逻辑的示意图。
图5示出了根据示例实施方式的用于无线设备的引导放置的方法的流程图。
图6示出了根据一些实施方式的示例无线设备的示意图。
具体实施方式
以下说明书阐述了许多具体细节，例如具体系统、部件、方法等的示例，以提供对下述技术的各种实施方式的良好理解，所述技术用于无线设备的引导放置以获得最佳无线信道性能。然而，对于本领域技术人员将明显的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践至少一些实施方式。在其他实例中，为了避免使本文所描述的主题不必要地模糊，未详细描述而是以简单的框图格式呈现公知的部件、元件或方法。因此，在下文中阐述的具体细节仅是示例性的。特定实现方式可以不同于这些示例性细节，并且仍然被认为在本发明的精神和范围内。
在说明书中对“实施方式”、“一个实施方式”、“示例实施方式”、“一些实施方式”和“各种实施方式”的引用意指结合实施方式描述的特定特征、结构、步骤、操作或特性包括在本发明的至少一个实施方式中。此外，在说明书中各个地方出现的短语“实施方式”、“一个实施方式”、“示例实施方式”、“一些实施方式”和“各种实施方式”不一定都指的是相同的实施方式。
说明书包括对附图的参照，这些附图形成具体实施方式的一部分。附图示出了根据示例性实施方式的图示。以足够详细的方式对在本文中也可以被称为“示例”的这些实施方式进行描述，以使得本领域技术人员能够实践本文所描述的要求保护的主题的实施方式。在不脱离所要求保护的主题的范围和精神的情况下，可以对实施方式进行组合、可以利用其他实施方式或者可以进行结构、逻辑和电气改变。应当理解，本文所描述的实施方式并不旨在限制主题的范围，而是使本领域技术人员能够实践、制造和/或使用本主题。
本文描述了用于无线设备的引导放置以获得最佳无线信道性能的技术的各种实施方式。这样的无线设备的示例包括但不限于个人计算机(例如，膝上型计算机、笔记本计算机等)、移动计算设备(例如，平板电脑、平板计算机、电子阅读器设备等)、针对wi-fi操作配置的移动通信设备(例如，智能电话、蜂窝电话、个人数字助理、消息设备、掌上PC等)、支持wi-fi的音频/视频/数据记录和/或回放设备(例如，摄像机、录音机、手持扫描仪、监视器等)、针对wi-fi操作配置的印刷电路板(PCB)模块、片上系统(SoC)wi-fi半导体器件和多芯片半导体封装以及其他可以使用wi-fi协议和接口进行通信的类似电子或芯片级器件。
如本文所使用的，“无线”(“wi-fi”)分组、信道、协议、接口、设备或系统是指符合一个或更多个IEEE 802.11标准(例如，诸如IEEE 802.11a/g/n/ac/p/ax或后期标准)的分组、信道、协议、接口、设备或系统。(注意，除了IEEE 802.11标准中的一个或更多个之外，无线设备或系统也可以是符合诸如蓝牙的其他标准的组合设备。)已经开发了IEEE 802.11无线标准来提供高吞吐量无线局域网(WLAN)，例如，诸如高吞吐量(HT)和非常高吞吐量(VHT)WLAN。例如，在HT WLAN中，无线设备(也称为“站”，或STA)可以与在40MHz无线信道中操作的接入点设备(也称为AP)例如无线路由器相关联。在VHT WLAN中，无线设备可以与在80MHz无线信道中操作的AP相关联。无线信道是针对AP与STA之间的通信建立的频率范围或频带。在传输期间，无线信道可以被分成多个子载波频带(子载波)，每个子载波频带为几百kHz(例如，300kHz)，并且传输数据可以例如通过使用正交频分复用(OFDM)被复用到子载波上。
无线信道的质量通常由其吞吐量(例如，通过无线信道成功接收的以比特每秒为单位的数据量)来指示，尽管也可以使用诸如等待时间的其他信道特性。无线设备的吞吐量可能非常依赖于其位置。如本文所使用的，“位置”是指无线设备的物理位置和/或物理方向。将无线设备移动仅几英寸可以显著提高无线信道的吞吐量(并且因此提高无线信道的质量)。然而，用户通常没有将无线设备放置在何处以获得更好的吞吐量的引导。
常规的用于放置引导的方法通常基于RSSI度量。但是，RSSI度量仅测量传入模拟RF信号的功率，并且不能区分有效信号与其他附近的设备可能存在的任何干扰，这些干扰在未经许可的2.4GHz和5GHz频段中可能是显著的。此外，RSSI度量易于掩盖可能存在于无线信道的一些但不是全部子载波上的任何深度衰落。因此，虽然无线设备可以提供接收到的RF信号强度的基于RSSI的视觉指示，但是这样的指示对于无线信道的预期吞吐量(并且因此无线信道的质量)可能会产生误导。例如，如果感兴趣的RF信号被附近的干扰所支配，则高RSSI度量可能会产生误导。此外，高RSSI度量可能掩盖了无线信道中的深度衰落，这可能导致传输错误，并且因此降低信道吞吐量。
为了解决针对无线设备的放置引导的这些和其他问题，本文描述的技术提供了使用指数有效SNR映射(EESM)度量来预测到无线设备的无线信道的质量(例如，诸如吞吐量)。EESM是量化无线信道质量的复杂度量。EESM度量基于无线信道的每个子载波的信号强度，并且以指数方式对每个子载波的信噪比(SNR)进行加权。以这种方式，EESM度量考虑了无线信道的瞬时特征(例如，诸如深度衰落)，并且反映了更准确地表示信道的吞吐量和整体质量的度量值。此外，使用EESM度量作为信道质量的预测器还可以为具有定向、极化和/或切换天线的无线设备提供更好的放置引导。(切换天线设备是在一个RF链上具有两个或更多个天线的设备，因此设备可以选择/切换到提供更好传输质量的天线。)当具有这样的天线的无线设备提供良好的无线通信时，该无线设备非常依赖于位置，因为设备的物理位置及其方向(例如，其天线相对于AP的角度)可以显著提高无线信道的吞吐量。
在一个示例实施方式中，无线设备包括射频(RF)收发器和耦接至RF收发器的基带处理器。RF收发器被配置成接收通过无线信道传输的RF信号，并且将RF信号转换成调制的数字信号。基带处理器被配置成从RF收发器接收调制的数字信号，从调制的数字信号中提取无线分组，并且基于无线分组的前导码来计算EESM值，其中，EESM值指示无线设备的当前位置处的无线信道的质量。基带处理器还被配置成基于针对无线设备的当前位置的EESM值来提供质量指示符。在该实施方式的一些方面，无线分组可以是空数据分组(NDP)或协议数据单元(PPDU)分组。为了计算EESM值，在一个方面，基带处理器还被配置成在查找表中查找β参数值，该查找表存储针对多个调制和编码方案(MCS)预先计算的β参数值。在一些方面，为了计算EESM值，基带处理器被配置成估计针对无线信道的信噪比(SNR)值，并且使用针对无线信道的每个子载波的信号强度值。在示例方面，基带处理器被配置成确定无线分组是否有效(例如，无线分组是否被专门发送至无线设备)。在一个方面，无线设备包括显示器，并且质量指示符作为可视图标显示在显示器上。在另一方面，无线设备包括多个发光二极管(LED)组，并且质量指示符显示在LED组上。在一些方面，基带处理器还被配置成周期性地重新计算EESM值。例如，基带处理器可以被配置成当无线设备的当前位置改变时，计算新的EESM值，并且提供基于新的EESM值的新的质量指示符。在另一示例中，基带处理器可以被配置成基于预设的时间间隔和/或接收到的无线分组的特定类型来计算新的EESM值和新的质量指示符。
在另一示例实施方式中，用于无线设备相对于无线信道的引导放置的方法包括：由无线设备在第一位置处通过无线信道接收第一无线分组，其中，第一无线分组包括第一前导码；基于第一无线分组的第一前导码计算第一EESM值，其中，第一EESM值指示第一位置处的无线信道的第一质量；基于针对无线设备的第一位置的第一EESM值提供第一质量指示符；由无线设备在不同于第一位置的第二位置处通过无线信道接收第二无线分组，其中，第二无线分组包括第二前导码；基于第二无线分组的第二前导码计算第二EESM值，其中，第二EESM值指示第二位置处的无线信道的第二质量；以及基于针对无线设备的第二位置的第二EESM值提供第二质量指示符。在该实施方式的一些方面，第一无线分组和第二无线分组中的一个或两个可以是NDP和/或PPDU。在示例方面，计算第一EESM值和计算第二EESM值可以包括查找针对一个或更多个相应的MCS的一个或更多个β参数值。在一个方面，计算第一EESM值包括估计针对无线信道的第一SNR值，以及计算第二EESM值包括估计针对无线信道的第二SNR值。在一些方面，计算第一EESM值和计算第二EESM值还包括确定针对无线信道的每个子载波的信号强度值。在示例方面，该方法还包括确定第一无线分组和/或第二无线分组是否有效(例如，诸如确定无线分组是否被专门发送至无线设备)。在一个方面，提供第一质量指示符和提供第二质量指示符包括在无线设备的显示器上显示可视图标。在另一方面，提供第一质量指示符和提供第二质量指示符包括驱动无线设备的多个LED组。在一些方面，该方法还可以包括周期性地计算指示在无线设备的当前位置处的无线信道的当前质量的当前EESM值，其中，计算的周期性可以基于预设的时间间隔和/或接收到的无线分组的特定类型。
在另一示例实施方式中，用于无线设备相对于无线信道的放置的方法包括：在无线设备处接收无线分组，其中，无线分组包括训练字段数据(例如，诸如NDP或PPDU)；由无线设备至少基于训练字段数据计算EESM值，其中，EESM值指示在无线设备的当前位置处的无线信道的质量；以及由无线设备基于针对无线设备的当前位置的EESM值来提供质量/吞吐量指示符。在该实施方式的一个方面，计算EESM值包括：查找针对多个相应的调制和编码方案(MCS)的多个β参数值；基于多个β参数值计算多个EESM值；以及选择多个EESM值中的最高值作为针对无线设备当前位置处的无线信道质量的EESM值。在另一方面，计算EESM值包括基于无线信道的SNR值和无线信道的每个子载波的信号强度值来导出EESM值，其中，可以基于训练字段数据中的相同符号来估计无线信道的SNR值以及/或者可以确定无线信道的每个子载波的信号强度值。在该实施方式的方面，该方法还可以包括确定无线分组是否有效。在一个方面，提供质量/吞吐量指示符可以包括在无线设备的显示器上显示可视图标，而在另一方面，提供质量/吞吐量指示符可以包括驱动多个LED组。在该实施方式的方面，该方法还可以包括周期性地重新计算EESM值，其中，计算的周期性可以基于预设的时间间隔和/或接收到的无线分组的特定类型。
图1示出了本文描述的用于无线设备的引导放置的技术的示例操作环境。无线设备(STA)100被配置成通过无线信道与接入点设备(AP)10进行通信。在位置A(20)处，STA100根据本文描述的技术计算EESM值，其中，EESM值指示该位置处的吞吐量A(25)。基于计算出的EESM值，STA100提供质量指示符来打开其LED中的(六个中的)两个。随后，STA100被移动到位置B(30)。在位置B(30)处，STA100根据本文描述的技术计算新的EESM值，其中，新的EESM值指示该位置处的吞吐量B(35)。基于新的EESM值，STA100提供了质量指示符来打开其LED中的所有六个LED。基于该视觉指示，无线设备100的用户可以容易地确定到AP 10的无线信道的吞吐量和相应地质量在位置B(30)处比在位置A(20)处好得多。通常，针对特定位置的较高EESM值指示比具有较低EESM值的位置更高的无线信道质量，并且因此指示在该特定位置处可以实现更高的吞吐量。因此，通过将图1中的无线设备100从位置A(20)移动到位置B(30)，用户可以通过查看LED组来容易地确定在位置B处无线设备将经历比位置A处更高的吞吐量。以这种方式，本文描述的技术提供了无线设备的引导放置以获得最佳无线信道性能。
注意，图1所示的操作环境仅仅是示例。在一些实施方式中，从位置A到位置B的改变可能涉及设备的物理位置的改变(例如，诸如物理坐标中的位移)。在其他实施方式中，从位置A到位置B的改变可以仅涉及无线设备的方向的改变(例如，诸如其天线相对于接入点设备的角度的改变)，而不改变其物理位置。在一些实施方式中，无线设备可以在显示器上提供质量指示符作为可视图标(例如，当无线设备具有显示器时)。在其他实施方式中，无线设备可以向智能电话或平板电脑提供计算的EESM值和/或质量指示符——例如，当无线设备是不具有装置和/或不适合提供视觉指示的固定设备(例如，安全摄像机或打印机等)时。因此，图1中的操作环境被认为是示例性的而非限制性的。
在一些实施方式中，本文描述的技术提供了在无线设备的每个新位置处计算新的EESM值，以及提供基于此的新的质量指示符和新的视觉指示。可替选地或另外地，在一些实施方式中，可以周期性地计算EESM值，并且可以向用户连续地显示基于此的质量指示符。在各种实施方式中，以这种方式使用EESM度量值可以取决于无线设备的特定特征——其形状因素、特定使用情况、环境(例如，诸如信道路径中是否存在障碍物)。在一些实施方式中，所计算的EESM值和/或基于此的质量指标符可以通过应用编程接口(API)展示给最终用户设备(例如，智能电话、平板电脑、膝上型/笔记本计算机等)以便提供最大的使用灵活性。在各种实施方式中，提供给用户的视觉指示可以是各种wi-fi信号图标或wi-fi条图标(例如，用于具有触摸屏的无线设备)，或者是用于不具有显示器的无线设备的其他类型的视觉指示(例如，改变颜色的一个或更多个LED)。
常规地，在蜂窝通信中使用EESM度量来预测针对链路速率自适应方案的分组差错率(PER)。与使用EESM进行PER预测的这样的常规方案相比，本文描述的技术出于不同的目的——引导无线设备的更好位置的选择——使用EESM度量。此外，与使用RSSI度量来指示接收的模拟RF信号的强度的常规解决方案相比，本文描述的技术提供了计算和使用ESSM度量来提供在无线设备处配置的无线信道的质量的视觉指示。图2示出了使用RSSI和EESM度量来预测信道性能之间的差异。
在图2中，将在具有相同信道模型的两个无线信道上的两个信号实现(信号H1和H2)的仿真示例相对于子载波(沿着x轴)和针对每个子载波的信号强度(沿着y轴)进行绘制。线图201和202指示两个相应无线信道的子载波上的相应信号H1和H2的平均功率。信号H1具有-28.2173dB的平均功率强度，而信号H2具有-26.7107dB的平均功率强度。由于线202指示信号H2具有比信号H1更高的平均功率，因此信号H2的RSSI值将高于信号H1的RSSI值。然而，线202示出了深度衰落202a(频率选择性信道特性的示例)，这可能导致在信号H2的信道上发送的无线分组失败。因此，即使信号H2的平均功率高了近2dB，其无线信道的吞吐量也比信号H1的信道的吞吐量低，因为在深度衰落202a中在子载波上发送的比特将会丢失。注意，如根据本文描述的技术所使用的，EESM度量不具有这个问题，因为其考虑了其所有子载波上的无线信道的质量。因此，信号H1将具有比信号H2更好的EESM度量值，并且因此信号H1的信道将比信号H2的信道具有更好的质量(例如，吞吐量)。
根据本文描述的技术，根据下面的等式(1)和(2)计算EESM度量值：
Figure BDA0003133582670000081
γi＝|Hi|2SNR (2)
在等式(1)中，γeff是针对无线信道上接收的无线分组的前导码中的特定符号计算的EESM值，N是无线信道上的子载波的数量，β是针对可以在无线信道上使用的每个调制和编码方案(MCS)预先计算的参数值，以及γi是根据等式(2)针对每个子载波计算的信号强度(或功率)。在等式(2)中，\Hi\2是在第i子载波上测量(或以其他方式导出)的信号强度的平方，以及SNR值是在无线信道上针对接收分组的前导码中的特定符号估计的信噪比。
根据等式(1)，γi与β的比率以指数方式相加，并且该和在N个子载波上被平均。实际上，EESM值γeff反映了在子载波上针对接收的分组中的特定符号的平均功率的非线性比例。如此计算，EESM值考虑了整个信道上特定符号的SNR，但是无线信道中任何外部信号干扰和衰落的影响已经被消除。此外，β参数取决于MCS，这允许根据所选择使用的MCS来对EESM值进行微调。以这种方式计算的EESM值有效地将无线信道的瞬时状态映射成指示信道质量的奇异值(singular value)。根据本文描述的技术，计算的EESM值然后被用于生成质量指示符，该质量指示符又被用于指示潜在的无线设备的好的或坏的位置。
在各种实施方式中，可以针对特定无线设备预先确定β参数的不同值，以便考虑该设备的特性，例如形状因子、天线类型、处理能力(例如，CPU的类型)等。下面的表1示出了当使用EESM度量来预测给定位置处的无线信道的质量(例如，吞吐量)时，各种β参数值可以如何用于各种MCS。
表1.每个MCS的示例吞吐量预测
Figure BDA0003133582670000091
在表1中，β参数值是基于针对一些示例实施方式执行的仿真来计算的。在仿真中，使用无线信道模块来扫描不同的符号实现，并且基于针对针对仿真信道的每个第i子载波的信号强度Hi生成EESM值。然后，通过在加性高斯白噪声(AWGN)模型(用作参考曲线)上尝试各种β参数值，将生成的EESM值与各种MCS进行匹配。出于计算β参数值的目的，仿真以这种方式确保EESM值仅受白噪声影响，而不受任何衰落影响。
表1还示出了wi-fi通信中最常用于符号调制和数据位编码的MCS。在VHT WLAN上操作的无线设备可以使用各种速率适配机制来在设备的给定操作条件下选择最佳的MCS。例如，这样的速率适配机制可以被配置成选择最高可能的MCS(因为它提供最高吞吐量)，同时考虑信道中的高噪声、弱信号或任何衰落。在表1中列出的MCS中，MCS0是最稳健的方案，因为它使用二进制相移键控(BPSK)调制，其中，每个符号只有一位被编码，而MCS1使用正交相移键控(QPSK)调制，其中，每个符号有4位被编码，等等。因此，MSC0需要比MCS1更低的β参数值，因为它需要更低的SNR才能正常操作。本文描述的技术针对每个MCS提供β参数值的预先计算，这允许对计算的EESM度量进行微调。此外，本文描述的技术提供了将预先计算的β参数值存储在无线设备中的查找表(LUT)中，这允许在设备操作期间动态选择这些参数值。
在各种实施方式中，本文描述的技术提供了使用各种类型的无线分组的前导码来计算EESM值并提供基于此的质量指示符。例如，在一些实施方式中，无线设备可以被配置成基于任何接收到的PPDU的前导码来连续地计算EESM值，并且以连续的方式提供基于此的质量指示符。在一些实施方式中，无线设备可以被配置成基于任何接收到的NDP的前导码来计算EESM值，其中，可以在特定时间窗口内(例如，在设置或配置期间)以重复的方式从接入点发送NDP，以便允许用户找到无线设备的最佳位置(例如，在安装安全摄像机期间)。
图3A示出了PPDU分组的结构。PPDU 301A包括传统前导字段304、VHT前导字段306和数据字段308。传统前导字段304包括三个前导段——短训练字段(L-STF)、长训练字段(L-LTF)和信号字段(L-SIG)。传统前导段存储被IEEE 802.11ax和所有802.11ax之前的协议用于分组检测(也称为帧检测)的训练符号(具有数字值“-1”或“1”的一个或更多个比特的集合)。存储在L-STF和L-LTF段中的数据用于分组识别和前端同步，以及L-SIG段以字节为单位存储分组的数据速率和长度。VHT前导字段306包括VHT-SIGA、VHT-STF、VHT-LTF和VHT-SIGB段，它们存储用于另外的VHT格式特定训练和信令的符号。VHT-SIGA段存储针对VHT格式分组的实际速率值、信道编码、保护间隔、多输入多输出(MIMO)方案和其他配置详细信息。VHT-STF段存储用于在MIMO传输中改进自动增益控制估计的符号。VHT-LTF段存储用于MIMO信道估计和导频子载波跟踪的符号。VHT-SIGB段存储用于在多用户场景下设置数据速率和微调MIMO接收的符号。数据字段308存储PPDU 301A的有效载荷，其可以包括服务位、服务数据单元、尾位和填充位。
图3B示出了在波束成形处理期间一起发送的两个NDP分组的结构。(波束成形是将传输能量朝向接收器集中的传输处理。)NDP分组301B包括NDP通告分组302，其后是包括传统前导字段304和VHT前导字段306的NDP分组。NDP通告分组302存储预期波束成形器的控制信息。传统前导字段304和VHT前导字段306具有与PPDU 301A的对应前导字段相同的格式并存储相同的信息。NDP分组301B不携带任何有效载荷，并且因此不包括任何数据字段。
图4示出了根据示例实施方式的被配置用于无线设备的引导放置的质量指示符逻辑的操作流程的示意图。如本文所使用的，“逻辑”是指具有一个或更多个电路的硬件块，所述一个或更多个电路包括被配置成处理模拟和/或数字信号以及响应于由中央处理单元(CPU)执行的控制信号和/或固件指令来执行一个或更多个操作的各种电子部件。这样的电子部件的示例包括但不限于晶体管、二极管、逻辑门及其各种阵列和电路。在各种实施方式中，质量指示符逻辑可以被实现为状态机、专用电路和/或可以被配置成响应于控制信号和/或固件指令来控制硬件的其他逻辑块和模拟/数字电路。例如，图4中的质量指示符逻辑430可以被实现为状态机，其被配置成对接收到的无线分组执行一系列状态(操作)。质量指示符逻辑430中的状态在将信号从一个状态传递到另一状态并管理流程的基带物理层(PHY)硬件(例如，逻辑门、寄存器和在数字域中操作的其他硬件电路)中实现。
在无线设备的操作期间，模拟RF信号在无线信道上被接收，并且被转换成调制的数字信号。从调制的数字信号中提取无线分组，并且向无线设备的质量指示符逻辑430通知接收到的分组(状态431)。例如，基带处理器逻辑(未示出)可以接收和处理调制的数字信号，并且可以通过使用合适的机制(例如，寄存器、共享存储器等)相应地通知质量指示符逻辑430。相关器块对接收分组的STF进行相关(状态433)。信道估计器块估计(或以其他方式确定)针对无线信道的每个子载波的信号强度，并且将信道估计数据发送至质量指示符逻辑430的验证块(状态435)。信道估计数据还可以包括各个OFDM子载波的相位和幅度，以捕获由无线设备附近的各种对象的形状和/或组成引起的干扰。地址块提取(或以其他方式确定)接收到的分组的介质访问控制(MAC)地址，并且将地址数据发送至验证块(状态437)。噪声估计块估计无线信道的SNR，并且将SNR数据发送至质量指示符逻辑430的EESM计算块(状态439)。验证块使用信道估计数据和地址数据来确定接收的分组是否是有效分组(例如，分组是否是噪声或干扰以及/或者分组是否属于到无线设备的无线信道)，并且如果分组有效，则将信道估计数据传递给EESM计算块(状态441)。EESM计算块在LUT中查找针对无线分组选择的MCS的β参数值，并且根据上述等式(1)和(2)基于信道估计数据、SNR数据和β参数值计算EESM值(状态443)。在一些实施方式中，所计算的EESM值可以是若干EESM值的平均值(或以其他方式根据若干EESM值中导出)，若干EESM值可以基于来自同一分组的前导码的多个符号和/或来自多个分组的前导码的符号来计算。计算的EESM值被传递到质量指示符块，质量指示符块确定从质量指示符逻辑430输出的质量指示符(状态445)。输出质量指示符可以是计算的EESM值本身，或者可以是一些其他数据值或根据(或基于)计算的EESM值导出的值。
例如，在一些实施方式中，计算的EESM值可以作为吞吐量指示符经由无线设备的主机接口提供给主机应用。在这些实施方式中，主机应用可以被配置在无线设备本身上，或者配置在通信耦接至无线设备的独立设备上。在其他实施方式中，在状态445中，质量指示符逻辑430可以将计算的EESM值与预定的数据范围进行比较，以指示信道质量(例如，好、中或差)，并且可以输出与所确定的无线信道的质量相对应的质量指示符值。然后，质量指示符值可以被(例如，通过合适的API)提供给无线设备的应用，该应用可以设置对应的wi-fi信号图标或wi-fi条图标(例如，针对具有显示器的无线设备)或其他类型的可视指示例如LED(针对不具有显示器的无线设备)。
以这种方式，本文描述的技术提供了基于EESM度量来预测无线信道的质量(例如，吞吐量)，该EESM度量是基于无线分组(例如，PPDU或NDP分组)的前导码中的训练字段数据来计算的。这样的训练字段数据可以从传统前导码以及VHT前导码中获得。因此，为了预测信道质量，对于AP来说，发送可以仅包含前导码而不包含数据的无线分组就足够了，并且对于无线设备来说，接收可以仅包含前导码而不包含数据的无线分组就足够了。
图5示出了用于无线设备的引导放置的方法的流程图。根据示例实施方式，图5中的方法的操作被描述为由接入点设备(AP)10和具有其质量指示符逻辑的无线设备(STA)100来执行。然而，注意，各种实现方式和实施方式可以使用各种并且可能不同的部件来执行图5中的方法的操作。例如，在各种实施方式中，片上系统(SoC)wi-fi设备或单芯片wi-fi/蓝牙组合设备可以配置有固件指令，该固件指令在由一个或更多个处理器或其他硬件部件(例如，微控制器、状态机等)执行时能够被操作成执行图5中的方法的操作。在另一示例中，在各种实施方式中，集成电路(IC)设备可以包括被配置成执行图5中的方法的操作的单芯片或多芯片wi-fi控制器。因此，下文中对由无线设备和/或其逻辑执行的图5中的方法的描述应当被视为示例性的而非限制性的。
在操作501中，AP 10通过无线信道向STA 100发送无线分组。例如，在一些实施方式中，AP 10可以被配置成发送在其前导字段中携带合适的训练数据的PPDU分组或其他类型的无线分组。在一些实施方式中，AP 10可以被置于波束成形模式下，以在无线信道上发送NDP分组。由于一些信道向量可能在波束成形处理中变得失效，因此AP 10被配置成周期性地发送NDP分组并从STA 100接收反馈。这允许STA 100接收足够数量的NDP分组，以用于根据本文描述的技术计算足够的EESM值。
在操作503中，STA 100在无线信道上从AP 10接收无线分组。例如，STA 100中的收发器接收模拟RF信号，并且将其转换成被发送至基带处理器的调制的数字信号，基带处理器从调制的数字信号中提取无线分组。
在操作505中，根据本文描述的技术，STA 100基于接收到的无线分组中的一个或更多个来计算EESM值。例如，STA 100中的质量指示符逻辑验证接收到的分组，并且估计(或以其他方式确定)针对无线信道的每个子载波在接收到的分组的前导码中的选定符号上的信号强度。质量指示符逻辑还估计无线信道的SNR，并且使用LUT来找到针对接收到的分组的MCS的β参数值。然后，质量指示符逻辑根据上面的等式(1)和(2)基于每个子载波的信号强度、SNR数据和β参数值来计算EESM值。
在操作507中，STA 100向主机(或其上运行的应用)提供质量指示符，该主机可以被配置在芯片上或芯片外。例如，在一些实施方式中，STA 100的质量指示符逻辑可以向主机发送计算的EESM值本身作为质量指示符值。在一些实施方式中，质量指示符逻辑可以将计算的EESM值转换成与信道质量(例如，好、中或差)相对应的质量指示符值。基于质量指示符值，主机可以设置对应的wi-fi信号图标或wi-fi条图标(例如，如果STA 100具有显示器)或其他类型的视觉指示例如LED(例如，如果STA 100不具有显示器)。
在操作507之后，该方法可以继续重复多次，其中，AP 10发送另外的无线分组并且STA 100接收另外的无线分组。可替选地或另外地，可以在将STA 100移动到不同位置之后重复该方法(操作509)。STA 100的位置的改变可以涉及STA 100的物理位置的改变和/或STA 100或其天线相对于AP 10的方向的改变。以这种方式，重复操作503、505和507包括周期性地计算可能与STA 100的新位置相对应的新EESM值。
在一些实施方式中，图5中的方法可以用于为位置固定的无线设备(例如，诸如安全摄像机)选择地点。一旦安装了位置固定的设备，当与位置相关的情况改变时(例如，当干扰源被布置在附近时)，可以重新计算新的EESM值。在一些实施方式中，无线设备可以使用从AP发送的信标(带数据或不带数据)来周期性地计算表示无线信道的质量的EESM值。例如，无线设备可以使用信标或数据分组的前导码中的训练符号，并且连续地估计EESM值，随后在无线设备上可视化。以这种方式，无线设备可以具有连续更新的质量可视化(例如，诸如wi-fi条或wi-fi信号图标)。
本文描述的用于无线设备的引导放置的技术可以在包含wi-fi芯片组的各种类型的便携式无线设备上实现。图6示出了根据本文描述的技术配置的示例无线设备。在图6所示的实施方式中，无线设备600可以是在半导体管芯上制造的单芯片IC设备，或者是被制造为片上系统(SoC)的单芯片IC。在其他实施方式中，无线设备600可以是封装在单个半导体封装中的多芯片模块。因此，图6中的无线设备600被认为是示例性的而非限制性的。
无线设备600包括CPU 652、只读存储器(ROM)654、随机存取存储器(RAM)656、主机接口658、数字基带PHY 620和RF收发器610。CPU 652、ROM 654、RAM 656、主机接口658和数字基带PHY 620耦接至一个或更多个总线650。数字基带PHY 620还耦接至RF收发器610，RF收发器610耦接至至少一个天线601。在一些实施方式中，天线可以与无线设备600的其余部件整体形成或结合在同一IC芯片上，或者可以被布置在单独的芯片或衬底上。可替选地，天线可以单独连接至无线设备600安装或附接至的印刷电路板(PCB)。
CPU 652包括被配置成执行可以存储在ROM 654、RAM 656或闪存(未示出)中的指令的一个或更多个处理核心。ROM 654是只读存储器(或其他合适的存储介质)，其被配置用于存储启动例程、配置参数以及其他固件参数和设置。RAM 656是易失性存储器，其被配置用于存储由CPU 652访问的数据和固件指令。闪存(如果存在的话)可以是被配置用于存储数据、程序和/或其他固件指令的嵌入式或外部非易失性存储器(例如，NAND闪存、NOR闪存等)。
主机接口658可以包括控制寄存器、数据寄存器和被配置成在数字基带PHY 620与主机(未示出)之间传输数据的其他电路。主机可以是被布置在芯片上的微控制器子系统，或者可以是芯片外IC器件。主机可以包括其自己的CPU，该CPU能够被操作成执行主机应用或其他固件/软件，这些固件/软件被配置成根据本文描述的技术接收和处理质量指示符(以及其他功能)。
总线650可以包括一个或更多个总线，例如系统互连和外围设备互连。系统互连可以是单级或多级高级高性能总线(AHB)——其被配置为将CPU 652耦接至无线设备600的其他部件的接口——以及各种部件与外围设备互连之间的数据和控制接口。外围设备互连可以是高级可扩展接口(AXI)总线，其在CPU 652与其外围设备和其他资源(例如，系统资源、输入/输出(I/O)块、直接存储器访问(DMA)控制器等)之间提供主要数据和控制接口，其可以被编程为在外围块之间传输数据，而不会给CPU带来负担。
数字基带PHY 620包括被配置成处理在RF收发器610与耦接至一个或更多个总线650的各种部件之间传输的信号和数据的各种逻辑块和电路。数字基带PHY 620包括TX BBP622和RX BBP 624。TX BBP 622包括被配置成从无线设备600中的其他部件接收数字数据(例如，一系列字节)并将接收的数据转换成发送至RF收发器610的调制数字信号的电路。RXBBP 624包括被配置成从RF收发器610接收调制数字信号并将接收的信号转换成数字数据的电路。
RF收发器610包括被配置成处理在数字基带PHY 620与天线601之间传输的信号的各种逻辑块和电路。RF收发器610包括发射器电路612和接收器电路614。发射器电路612包括数模转换器(DAC)和被配置成从TX BBP 622接收调制数字信号并将其转换成模拟RF信号以通过天线601传输的其他电路。接收器电路614包括模数转换器(ADC)和被配置成从天线601接收模拟RF信号并将其转换成发送至RX BBP 624的调制数字信号的其他电路。
在发射器路径上的操作中，TX BBP 622通过一个或更多个总线650从部件(例如，CPU 652、主机接口658等)接收一系列数据字节。TX BBP 622将接收到的数据字节转换成具有前导码和尾端CRC的分组，对分组进行加扰，并且将加扰后的分组串行化成数据比特流。TX BBP 622然后将数据比特流相位调制成调制信号的余弦(I)和正弦(Q)部分，并且将调制信号发送至发射器电路612。发射器电路612使用DAC将调制信号的I和Q部分转换成模拟信号，将模拟信号组合成RF信号，并且通过天线601发射RF信号。
在接收器路径上的操作中，接收器电路614从天线601接收RF信号，使用ADC将接收的RF信号转换成调制数字信号的I和Q部分，并且将调制信号发送至RX BBP 624。RX BBP624恢复/跟踪调制信号的定时间隔和相对相位，并且使用该定时信息将接收的信号解调成比特流。RX BBP 624然后对比特流进行解串行化，将比特重组为分组，并且对分组进行解扰。然后，分组中的任何有效载荷数据被转换成通过一个或更多个总线650发送至部件(例如，CPU 652、主机接口656等)的一系列字节。
根据本文描述的技术，RX BBP 624包括质量指示符逻辑430，其被配置成基于接收的分组的前导码来计算EESM值，并且向无线设备600的各种部件(例如，诸如CPU 652和/或主机接口658)提供无线信道质量指示符。RX BBP 624的质量指示符逻辑430类似于图4所示的质量指示符逻辑430。在图6所示的实施方式中，质量指示符逻辑430被实现为可编程状态机(PSM)的一部分，该可编程状态机是微编码引擎，其包括针对流量控制操作高度优化的微控制器并且提供实现IEEE 802.11规范所需的各种硬件电路的低级控制。例如，在操作中，PSM从微码存储器中获取指令，并且使用共享存储器为其指令获取操作数，并且使用暂存存储器(类似于寄存器库)来存储频繁访问的临时变量。PSM通过对内部硬件寄存器(IHR)进行编程来对硬件电路进行细粒度控制，这些内部硬件寄存器与它们所控制的硬件功能位于同一位置。
在操作中，当无线分组被接收和解扰时，RX BBP 624通知质量指示符逻辑430。质量指示符逻辑430验证接收到的分组，并且估计(或者以其他方式确定，例如，基于来自接收器电路614的信号信息)针对无线信道的每个子载波在接收到的分组的前导码中的选定符号上的信号强度。质量指示符逻辑430还估计无线信道的SNR，并且访问LUT以找到针对接收到的分组的MCS的β参数值。质量指示符逻辑430然后基于每个子载波的信号强度、SNR数据和β参数值计算EESM值，并且生成表示接收分组的无线信道的质量的质量指示符值。质量指示符值然后可以被发送至主机接口658、CPU 652，或者可以被存储在RAM 656中。在一些实施方式中，质量指示符逻辑430可以将EESM值计算为基于来自同一分组的前导码的多个符号和/或来自多个分组的前导码的符号计算的若干EESM值的平均值。在一些实施方式中，质量指示符逻辑430可以发送或存储计算的EESM值本身作为质量指示符值。在其他实施方式中，质量指示符逻辑430可以将计算的EESM值转换成与信道质量(例如，好、中或差)相对应的质量指示符值。
在各种实施方式中，本文描述的用于无线设备的引导放置的技术提供了改进的吞吐量性能，这导致更高的数据速率、更少的数据分组重传以及设备电池寿命的延长。例如，在一些实施方式中，上行链路(UL)上的接入点设备可以被配置成使用EESM度量来检查无线设备的信道质量，并且决定是否将无线设备切换到对该设备具有更好EESM的另一接入点设备。在一些实施方式中，本文描述的基于EESM的技术也可以用于解决无线设计问题，例如波束成形、切换天线分集以及极化或定向天线的使用。
本文描述的用于无线设备的引导放置的技术的各种实施方式可以包括各种操作。这些操作可以由硬件部件、数字硬件和/或固件以及/或者其组合来执行和/或控制。如本文所使用的，术语“耦接至”可以意指直接连接或通过一个或更多个中间部件间接连接。通过各种片上总线提供的任何信号可以与其他信号进行时分复用并且可以通过一个或更多个公共的片上总线提供。另外，电路部件或块之间的互连可以被示出为总线或单根信号线。每条总线可以可替选地是一根或更多根单信号线，并且每条单信号线可以可替选地是总线。
某些实施方式可以被实现为计算机程序产品，该计算机程序产品可以包括存储在非暂态计算机可读介质例如易失性存储器和/或非易失性存储器上的指令。这些指令可以用于对包括处理器(例如，CPU)或其等同物(例如，诸如处理核、处理引擎、微控制器等)的一个或更多个设备进行编程和/或配置，使得在通过处理器或其等同物执行这些指令时，这些指令使设备执行所描述的用于无线设备的引导放置的操作。计算机可读介质还可以包括用于以可以通过机器(例如，设备或计算机)读取的形式(例如，软件、处理应用等)来存储或传输信息的一种或更多种机制。非暂态计算机可读存储介质可以包括但不限于电磁存储介质(例如软盘、硬盘等)、光学存储介质(例如，CD-ROM)、磁光存储介质、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、可擦可编程存储器(例如，EPROM和EEPROM)、闪速存储器或其他现在已知或以后开发的适于存储信息的非暂态型介质。
尽管以特定顺序示出并描述了本文中的电路和块的操作，但是在一些实施方式中，每个电路/块的操作的顺序可以改变使得可以以相反的顺序执行某些操作，或者使得可以至少部分地与其他操作同时和/或并行地执行某些操作。在其他实施方式中，可以以间歇和/或交替的方式执行不同操作的子操作或指令。
在前述说明书中，已经参照本发明的具体示例性实施方式描述了本发明。然而，将明显的是，在不脱离如所附权利要求书中阐述的本发明的更宽泛的精神和范围的情况下，可以在本发明中进行各种修改和改变。因此，说明书和附图应当被认为是示例性的而非限制性的。

Claims (20)

1.一种无线设备，包括：
射频(RF)收发器，其被配置成接收通过无线信道传输的RF信号，并且将所述RF信号转换为调制的数字信号；以及
基带处理器，其耦接至所述RF收发器，其中，所述基带处理器被配置成至少：
从所述RF收发器接收所述调制的数字信号；
从所述调制的数字信号中提取无线分组，其中，所述无线分组包括前导码；
基于所述无线分组的前导码计算指数有效SNR映射(EESM)值，其中，所述EESM值指示所述无线设备的当前位置处的无线信道的质量；以及
基于针对所述无线设备的当前位置的EESM值提供质量指示符。
2.根据权利要求1所述的无线设备，其中，为了计算所述EESM值，所述基带处理器还被配置成在查找表中查找β参数值，所述查找表存储针对多个调制和编码方案(MCS)预先计算的β参数值。
3.根据权利要求1所述的无线设备，其中，为了计算所述EESM值，所述基带处理器还被配置成估计针对无线信道的信噪比(SNR)值。
4.根据权利要求1所述的无线设备，其中，为了计算所述EESM值，所述基带处理器还被配置成使用针对无线信道的每个子载波的信号强度值。
5.根据权利要求1所述的无线设备，其中，所述基带处理器还被配置成确定所述无线分组是有效的。
6.根据权利要求1所述的无线设备，其中，所述无线设备还包括显示器，并且其中，所述质量指示符作为可视图标显示在所述显示器上。
7.根据权利要求1所述的无线设备，其中，所述无线设备还包括多个发光二极管(LED)，并且其中，所述质量指示符显示在所述多个LED上。
8.根据权利要求1所述的无线设备，其中，所述基带处理器还被配置成周期性地重新计算所述EESM值。
9.根据权利要求1所述的无线设备，其中，所述基带处理器还被配置成当所述无线设备的当前位置改变时，计算新的EESM值，并且提供基于所述新的EESM值的新的质量指示符。
10.根据权利要求1所述的无线设备，其中，所述无线分组是空数据分组(NDP)或PHY协议数据单元(PPDU)分组。
11.一种用于无线设备的引导放置的方法，包括：
由无线设备在第一位置处通过无线信道接收第一无线分组，其中，所述第一无线分组包括第一前导码；
由所述无线设备基于所述第一无线分组的第一前导码计算第一指数有效SNR映射(EESM)值，其中，所述第一EESM值指示所述第一位置处的无线信道的第一质量；
由所述无线设备基于针对所述无线设备的所述第一位置的所述第一EESM值提供第一质量指示符；
由所述无线设备在不同于所述第一位置的第二位置处通过无线信道接收第二无线分组，其中，所述第二无线分组包括第二前导码；
由所述无线设备基于所述第二无线分组的第二前导码计算第二EESM值，其中，所述第二EESM值指示所述第二位置处的无线信道的第二质量；以及
由所述无线设备基于针对所述无线设备的所述第二位置的所述第二EESM值来提供第二质量指示符。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，计算所述第一EESM值和计算所述第二EESM值包括查找针对一个或更多个相应的调制和编码方案(MCS)的一个或更多个β参数值。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，计算所述第一EESM值包括估计针对无线信道的第一信噪比(SNR)值，并且其中，计算所述第二EESM值包括估计针对无线信道的第二SNR值。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，计算所述第一EESM值和计算所述第二EESM值包括确定针对无线信道的每个子载波的信号强度值。
15.根据权利要求11所述的方法，还包括：
确定所述第一无线分组有效；以及
确定所述第二无线分组有效。
16.根据权利要求11所述的方法，其中，提供所述第一质量指示符和提供所述第二质量指示符包括在所述无线设备的显示器上显示可视图标。
17.根据权利要求11所述的方法，其中，提供所述第一质量指示符和提供所述第二质量指示符包括驱动所述无线设备的多个发光二极管(LED)。
18.根据权利要求11所述的方法，其中，所述第一无线分组和所述第二无线分组中的至少一个是空数据分组(NDP)。
19.根据权利要求11所述的方法，其中，所述第一无线分组和所述第二无线分组中的至少一个是PHY协议数据单元(PPDU)分组。
20.根据权利要求11所述的方法，还包括周期性地计算指示在所述无线设备的当前位置处的无线信道的当前质量的当前EESM值。
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