CN113424456B - 用于扩展Wi-Fi接入点的覆盖范围的中继设备和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于中继由接入点(10)发送的Wi‑Fi信号的设备(12)和一种用于扩展Wi‑Fi接入点的覆盖范围的系统。本发明包括这种中继设备(12)以及用于扩展(11)Wi‑Fi接入点(10)的设备。所述用于中继所述Wi‑Fi信号的设备(12)包括：用于经由连接到用于扩展Wi‑Fi接入点(10)的设备(11)的有线连接(13)来接收数字信号(S′)的部件(121)，所述数字信号(S′)是通过对来自旨在要由所述Wi‑Fi接入点在预定频率载波周围发送的信号(s)的功率划分的模拟信号(s′)进行模数转换以便传送第一Wi‑Fi信号而得到的，数模转换部件(122)，被配置为将经由所述有线连接接收的数字信号(S′)转换为模拟信号(s″)，以及无线电重传部件(123、124、125)，被配置为在所述预定频率载波周围发送由所述数模转换部件(122)提供的模拟信号(s″)，以便传送与所述第一Wi‑Fi信号基本相同的第二Wi‑Fi信号。

Description

用于扩展Wi-Fi接入点的覆盖范围的中继设备和系统

技术领域

本发明涉及一种用于增加Wi-Fi接入点的Wi-Fi覆盖范围的装备。

背景技术

Wi-Fi覆盖范围性能问题是住宅或商业(SME)互联网服务订户的主要投诉之一。这样的问题可以由各种原因引起，包括干扰或缺乏接收到的足够的Wi-Fi信号电平，例如当Wi-Fi接入点(通常是住宅网关)太远时或当存在障碍物(诸如厚墙壁或干扰Wi-Fi信号的装备)时。

为了增加Wi-Fi接入点的Wi-Fi覆盖范围，可以将称为“Wi-Fi扩展器”的设备放置在要覆盖的环境中，例如放置在接入点的Wi-Fi信号为零的位置。

这样的“Wi-Fi扩展器”以与环境的主Wi-Fi接入点类似的方式操作。想要具有Wi-Fi连接的终端必须从可用接入点、住宅网关或“Wi-Fi扩展器”中选择Wi-Fi接入点，并与该接入点相关联。然而，客户终端不一定很好地支持管理多个Wi-Fi接入点以与之相关联。

此外，这种“Wi-Fi扩展器”的使用可能是乏味的，因为它们需要在两个Wi-Fi接入点之间实现复杂的“切换”机制(例如当终端在环境中移动时)，以迫使Wi-Fi终端选择提供最佳Wi-Fi信号的接入点，因为Wi-Fi终端在给定时刻只能与一个Wi-Fi接入点通信。Wi-Fi客户端终端并不总是适当地支持这些切换机制。

国际申请WO2004/045125提出了一种家庭无线网络系统，其中分离模块位于接入点和其天线之间，以便与接入点相距一定距离将预期用于天线的信号的一部分直接耦合(而不耦合与要发送的该信号相关的控制信号)到有线扩展，该有线扩展本身连接到负责发送该信号的该部分的扩展模块。

然而，由于其必须发送的信号的频谱特性，该系统需要特定使用诸如同轴电缆的有线扩展，以便能够通过“电缆无线电”类型的模拟形式的传输来原样传送无线电信号。特别地，如果接入点以5GHz频率发送信号，则通过电缆发送的信号也将处于该5GHz频率，从而需要具有所需带宽的同轴电缆来传送这种无线电信号。因此，该系统需要存在预先存在的同轴电缆或铺设新的同轴电缆以将扩展模块连接到接入点，这是不方便的并且可能是昂贵的。

此外，该现有技术系统仅旨在扩展单天线接入点的覆盖范围，并且难以变换到多天线接入点(即，MIMO类型)，因为这种变换将意味着利用专用同轴电缆将多天线接入点的每个天线连接到多天线扩展模块的每个天线。

发明内容

本发明改进了现有技术。

为此目的，本发明提出了一种Wi-Fi信号中继设备，该Wi-Fi信号中继设备包括：

用于经由连接到用于扩展Wi-Fi接入点的设备的有线连接接收数字信号的部件，所述数字信号是通过对来自旨在要由所述Wi-Fi接入点在预定频率载波周围发送的信号的功率划分的模拟信号进行模数转换以便传送第一Wi-Fi信号而得到的；

数模转换部件，被配置为将经由所述有线连接接收的数字信号转换为模拟信号；以及

无线电重传部件，被配置为在所述预定频率载波周围发送由所述数模转换部件提供的模拟信号，以便传送与所述第一Wi-Fi信号基本相同的第二Wi-Fi信号。

相关地，本发明还涉及一种用于扩展Wi-Fi接入点的覆盖范围的系统，包括如上所述的扩展设备和至少一个中继设备，所述扩展设备包括模数转换部件，被配置为将来自要由所述Wi-Fi接入点在预定频率载波周围发送的信号的功率划分的模拟信号转换为数字信号，以便传送第一Wi-Fi信号；以及用于经由有线连接将所述数字信号发送到所述至少一个中继设备的部件，

所述至少一个中继设备被配置为在所述预定频率载波周围发送模拟信号，以便传送与所述第一Wi-Fi信号基本相同的第二Wi-Fi信号，所述模拟信号是由从所述扩展设备接收的数字信号的数模转换得到的。

根据本发明，提出了一种用于中继Wi-Fi信号的设备和Wi-Fi覆盖范围扩展系统。这种系统包括用于中继由Wi-Fi接入点发送的Wi-Fi信号的设备和用于扩展该Wi-Fi接入点的至少一个设备，该至少一个设备可以被包括在该Wi-Fi接入点中。

这些设备可以扩展Wi-Fi接入点的Wi-Fi覆盖范围而不具有现有技术的缺点，特别是通过以轻微偏移相同地中继由Wi-Fi接入点发送的Wi-Fi信号，而不限于在Wi-Fi接入点和扩展设备之间使用同轴电缆。

从Wi-Fi客户端终端的角度来看，它接收两个Wi-Fi信号的组合：由Wi-Fi接入点发送的第一Wi-Fi信号和由中继设备发送的第二Wi-Fi信号(或者如果存在若干中继设备，则更多个Wi-Fi信号)，每个Wi-Fi信号已经在其自己的多径传播信道上传播。

有利地，中继设备不是Wi-Fi接入点。因此，Wi-Fi终端将利用Wi-Fi中继器扩展的Wi-Fi网络视为源自单个Wi-Fi接入点。因此避免了由于Wi-Fi接入点的选择或Wi-Fi接入点之间的切换而引起的问题。

此外，中继设备不需要Wi-Fi编码/解码模块，因为要重传的接收信号已经根据Wi-Fi标准进行了编码。中继设备在无线电/物理层级别上操作。

由Wi-Fi接入点发送的第一Wi-Fi信号和由中继器发送的第二Wi-Fi信号基本上相同。这意味着两个信号使用相同的频率载波在相同的信道上传送相同的数据。使用例如基于OFDM调制的相同调制方案来发送信号。因此，这两个信号具有相同的波形。唯一可能的差异是功率上的差异，因为由中继设备发送的分接(tapped)信号来自要由Wi-Fi接入点发送的信号的功率划分，然后可能在由中继设备的天线系统发送之前被放大(在监管的ERIP(等效各向同性辐射功率)限制内)，以及轻微偏移，特别是由于分接信号到中继设备的传输时间。

根据本发明的特定实施例，所述中继设备的接收部件还被配置为从扩展设备接收由该扩展设备从Wi-Fi接入点获得的、旨在要由所述Wi-Fi接入点发送的信号的信号控制，该中继设备的无线电重传部件被配置为考虑所述控制信号发送由数模转换部件提供的模拟信号。

特别地，该控制信号可以在接入点以模拟形式检索，然后在经由有线连接发送到中继设备之前由扩展设备转换为数字形式，其中该控制信号可以由该中继设备的数模转换部件转换为模拟形式。

通常由Wi-Fi接入点的Wi-Fi编码/解码电路传送的该控制信号可以特别地包括由接入点的Wi-Fi模块的无线电传输部件用于发送第一Wi-Fi信号的信息(例如，Wi-Fi信号的信道号和带宽)。然后，中继设备的重传部件考虑该控制信号(特别是其包含的信息)，以发送由数模转换部件提供的模拟信号，从而传送第二Wi-Fi信号。

由中继设备对控制信号的上述检索允许中继设备具有与第一Wi-Fi信号的传输特性有关的信息，并且因此更好地确保第一和第二Wi-Fi信号之间的传输特性的相似性，尽管在接入点处分接的信号在到达中继设备之前已经经历了模拟-数字转换并且然后经历了数字-模拟转换，这可能导致该信息的丢失。

相关地，根据本发明的该特定实施例，扩展设备被配置为从Wi-Fi接入点(特别是从该接入点的Wi-Fi编码/解码电路)获得旨在由所述Wi-Fi接入点在所述预定频率载波周围发送的信号的控制信号，并将所述控制信号发送到所述中继设备。

根据本发明的另一特定实施例，中继设备还包括用于在预定频率载波周围对第三Wi-Fi信号进行无线电接收的部件，以及用于经由所述有线连接将所述接收的第三Wi-Fi信号发送到所述扩展设备的部件。相关地，根据本发明的该另一特定实施例，扩展系统的扩展设备还包括用于接收由中继设备经由所述有线连接发送的所述第三信号的部件，并且Wi-Fi接入点的Wi-Fi模块包括用于对在所述预定频率载波周围从终端接收的第四Wi-Fi信号和从中继设备接收的第三信号进行求和以传送要由Wi-Fi接入点的Wi-Fi编码/解码电路解码的信号的部件。

根据本发明的该特定实施例，当由终端在预定频率载波周围发送的Wi-Fi信号被Wi-Fi接入点的天线和与其相关联的中继设备的天线两者接收时，两个接收的Wi-Fi信号在被Wi-Fi接入点的Wi-Fi编码/解码电路解码之前被求和。

根据本发明的另一特定实施例，当中继设备在接收模式下操作时，由中继设备接收的第三Wi-Fi信号包括表示至少一个传输信道的使用的一条信息。相关地，在扩展系统中，Wi-Fi接入点被配置为在选择用于发送Wi-Fi信号的传输信道时使用这条信息。

根据本发明的该特定实施例，在接收模式下，中继设备可以监听环境中的其他Wi-Fi接入点的SSID/RSSI，并将该信息反馈给与其相关联的Wi-Fi接入点。例如，中继设备接收指示Wi-Fi信道被使用的“信标”信号。以这种方式，与中继设备相关联的Wi-Fi接入点可以优化用于发送Wi-Fi信号的传输信道的选择，因为它从环境中的不同位置(即，放置中继设备的位置)获得信道使用信息。

根据本发明的另一特定实施例，Wi-Fi接入点包括旨在于所述预定频率载波周围发送信号的多个天线，并且中继设备的无线电重传部件包括被配置为在所述预定频率载波周围发送模拟信号的多个天线。

该实施例旨在扩展多天线接入点类型的Wi-Fi覆盖范围(即，使用例如MIMO发送/接收技术)，本发明对此尤其有利，因为它允许通过在接入点和中继设备之间(即使这些是多天线类型的)使用单个有线传输硬件介质(例如，单个以太网电缆、单个光纤等)来扩展该覆盖范围。

根据本发明的另一特定实施例，扩展设备在所述Wi-Fi接入点的所述Wi-Fi模块的Wi-Fi编码/解码组件与Wi-Fi接入点的射频集成电路之间的链路处获得模拟信号。根据本发明的该特定实施例，在将Wi-Fi信号提供给Wi-Fi接入点的RFIC模块之前，刚好在Wi-Fi接入点的MAC/BB Wi-Fi芯片组(即，用于对要根据Wi-Fi标准发送或接收的信号进行编码/解码的模块)之后获得要由中继模块相同地重传的信号。

根据本发明的另一特定实施例，Wi-Fi接入点包括至少一个前端模块，该至少一个前端模块连接到旨在发送第一Wi-Fi信号的至少一个天线，并且扩展设备被配置为从所述至少一个天线中的每一个或所述至少一个前端模块中的每一个的输入信号获得模拟信号。

根据本发明的该特定实施例，要由中继模块相同地重传的信号是在Wi-Fi接入点的天线处或在上游前端模块处获得的，特别是在以MIMO模式传输的情况下，是通过若干天线获得的。该实施例提供了中继设备的RFIC电路是标准的优点。它不需要与Wi-Fi接入点的RFIC电路相同。因此，RFIC电路可以更简单，因为它本质上是不需要信号格式化的先验知识的频率变换模块。

根据本发明的另一特定实施例，由Wi-Fi接入点发送的第一Wi-Fi信号和由中继设备发送的第二Wi-Fi信号是根据OFDM无线电技术发送的。

根据本发明的另一特定实施例，中继设备和/或扩展设备包括偏移模块，该偏移模块用于使所述第二Wi-Fi信号相比于所述第一Wi-Fi信号偏移。在本发明的这个特定实施例中，在两个不同的位置发送相同的信号(但不同时发送)，从而增加了无线电信号的多径的空间-时间分集。使用无线电信号的多径的无线电传输技术(例如OFDM)甚至更强大。

本发明还涉及一种用于由中继设备发送Wi-Fi接入点的Wi-Fi信号的方法，所述方法包括以下步骤：

经由连接到用于扩展Wi-Fi接入点的设备的有线连接，获得数字信号，所述数字信号是通过对来自旨在要由所述Wi-Fi接入点在预定频率载波周围发送的信号的功率划分的模拟信号进行模数转换以便传送第一Wi-Fi信号而得到的；

将经由所述有线连接接收的数字信号转换为模拟信号；以及

在所述预定频率载波周围发送由对所接收的数字信号的转换而得到的模拟信号，以便传送与所述第一Wi-Fi信号基本相同的第二Wi-Fi信号。

根据一个实施例，该方法还包括从扩展设备接收旨在要由所述Wi-Fi接入点发送的信号的控制信号，模拟信号的传输考虑了所述控制信号。

根据另一实施例，该方法还包括由所述Wi-Fi接入点发送第一Wi-Fi信号，其中，在发送由对所接收的数字信号的转换得到的模拟信号之前，在第二Wi-Fi信号和第一Wi-Fi信号之间添加偏移。

本发明还涉及一种用于由Wi-Fi接入点经由广域Wi-Fi网络接收Wi-Fi信号的方法，包括以下步骤：

由中继设备在预定频率载波周围对第一Wi-Fi信号的无线电接收，

经由连接所述中继设备和扩展设备的有线连接，将所述接收的信号发送到所述Wi-Fi接入点的扩展设备，

由所述Wi-Fi接入点的所述Wi-Fi模块在第二Wi-Fi信号的所述预定频率载波周围进行无线电接收，

将由Wi-Fi接入点的Wi-Fi模块接收的第二Wi-Fi信号与从中继设备接收的所述第一Wi-Fi信号进行求和，以传送要解码的信号，以及

将要解码的信号发送到Wi-Fi接入点的Wi-Fi编码/解码电路。

根据本发明的特定实施例，第一Wi-Fi信号包括表示至少一个传输信道的使用的一条信息。

附图说明

在阅读作为简单的非限制性说明性示例提供的特定实施例的以下描述和附图后，本发明的其他特性和优点将更清楚地显现，其中：

-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，

-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，

-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4图示了根据本发明的特定实施例的用于发送Wi-Fi接入点的Wi-Fi信号的方法的步骤，以及

-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。

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。

Claims (13)

1.一种用于Wi-Fi信号的中继设备(12)，包括：

用于经由有线连接(13)接收数字信号(S')的部件(121)，所述有线连接(13)连接到用于扩展Wi-Fi接入点(10)的扩展设备(11)，所述数字信号(S')是通过对一模拟信号(s')进行模数转换而得到的，所述模拟信号(s')来自信号(s)的功率划分，所述信号(s)旨在要由所述Wi-Fi接入点(10)在第一预定频率载波周围发送以便传送第一Wi-Fi信号；

数模转换部件(122)，被配置为将经由所述有线连接(13)接收的数字信号(S')转换为模拟信号(s”)；以及

无线电重传部件(123、124、125)，被配置为在所述第一预定频率载波周围发送由所述数模转换部件(122)提供的模拟信号(s”)，以便传送与所述第一Wi-Fi信号使用相同频率载波的第二Wi-Fi信号；并且

所述中继设备(12)还包括用于在第二预定频率载波周围对第三Wi-Fi信号进行无线电接收的部件(125)，以及用于经由所述有线连接(13)向所述扩展设备(11)发送所述第三Wi-Fi信号的部件(121)，所述第三Wi-Fi信号旨在与由所述Wi-Fi接入点(10)在所述第二预定频率载波周围从终端接收的第四Wi-Fi信号相加，以便传送要由所述Wi-Fi接入点(10)的Wi-Fi编码/解码电路(101)解码的信号。

2.根据权利要求1所述的中继设备(12)，其中：

用于接收的部件(121)被配置为还从所述扩展设备(11)接收由所述扩展设备(11)从所述Wi-Fi接入点(10)获得的、旨在要由所述Wi-Fi接入点(10)发送的信号的控制信号(c)；

所述无线电重传部件(123、124、125)被配置为考虑所述控制信号(c)来发送所述模拟信号(s”)。

3.根据权利要求1所述的中继设备(12)，其中，所述第三Wi-Fi信号包括表示至少一个传输信道的使用的一条信息。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的中继设备(12)，其中，所述Wi-Fi接入点(10)包括旨在于所述第一预定频率载波周围发送所述信号(s)的多个天线，并且所述无线电重传部件(123，124，125)包括被配置为在所述第一预定频率载波周围发送所述模拟信号(s”)的多个天线。

5.一种用于扩展Wi-Fi接入点(10)的覆盖范围的系统，包括扩展设备(11)和至少一个根据权利要求1所述的中继设备(12)，所述扩展设备(11)包括：

模数转换部件(111)，被配置为将一模拟信号(s')转换为数字信号(S')，所述模拟信号(s')来自信号(s)的功率划分，所述信号(s)要由所述Wi-Fi接入点(10)在第一预定频率载波周围发送以便传送第一Wi-Fi信号；以及

用于经由有线连接(13)将所述数字信号(S')发送到所述至少一个中继设备(12)的部件(112)，

所述至少一个中继设备(12)被配置为在所述第一预定频率载波周围发送模拟信号(s”)，以便传送与所述第一Wi-Fi信号使用相同频率载波的第二Wi-Fi信号，所述模拟信号(s”)是由从所述扩展设备(11)接收的数字信号(S')的数模转换得到的；并且

所述中继设备(12)还包括用于在第二预定频率载波周围对第三Wi-Fi信号进行无线电接收的部件(125)，以及用于经由所述有线连接(13)向所述扩展设备(11)发送所述第三Wi-Fi信号的部件(121)；

所述扩展设备(11)还包括用于接收由所述中继设备(12)经由所述有线连接(13)发送的所述第三Wi-Fi信号的部件(112)；并且

所述Wi-Fi接入点(10)的Wi-Fi模块(15)包括用于对在所述第二预定频率载波周围从终端接收的第四Wi-Fi信号和从所述中继设备(12)接收的所述第三Wi-Fi信号进行求和以便传送要由所述Wi-Fi接入点(10)的Wi-Fi编码/解码电路(101)解码的信号的部件。

6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述扩展设备(11)还被配置为：

从所述Wi-Fi接入点(10)获得旨在要由所述Wi-Fi接入点(10)在所述第一预定频率载波周围发送的信号(s)的控制信号(c)；以及

将所述控制信号(c)发送到所述中继设备(12)。

7.根据权利要求5所述的系统，其中：

从所述中继设备(12)接收的所述第三Wi-Fi信号包括表示至少一个传输信道的使用的一条信息；以及

所述Wi-Fi接入点(10)被配置为在选择用于发送Wi-Fi信号的传输信道时使用所述一条信息。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的系统，其中，所述扩展设备(11)获得所述模拟信号(s'):

-在所述Wi-Fi接入点(10)的所述Wi-Fi模块(15)的Wi-Fi编码/解码电路(101)与射频集成电路(102)之间的链路上；或

-当所述Wi-Fi接入点(10)包括至少一个前端模块(103)时，所述至少一个前端模块(103)连接到至少一个天线(104)，所述至少一个天线(104)旨在发送来自所述至少一个天线(104)中的每一个或所述至少一个前端模块(103)中的每一个的输入信号的所述第一Wi-Fi信号。

9.根据权利要求5至7中任一项所述的系统，其中，由所述Wi-Fi接入点(10)发送的所述第一Wi-Fi信号和由所述中继设备(12)发送的所述第二Wi-Fi信号是根据OFDM无线电技术类型发送的。

10.根据权利要求5至7中任一项所述的系统，其中，所述中继设备(12)和/或所述扩展设备(11)包括偏移模块，所述偏移模块用于使所述第二Wi-Fi信号相比于所述第一Wi-Fi信号偏移。

11.一种用于由中继设备(12)发送Wi-Fi接入点(10)的Wi-Fi信号的方法，所述方法包括以下步骤：

经由连接到用于扩展Wi-Fi接入点(10)的扩展设备(11)的有线连接(13)，获得(E43)数字信号(S')，所述数字信号(S')是通过对一模拟信号(s')进行模数转换而得到的，所述模拟信号(s')来自信号(s)的功率划分，所述信号(s)旨在要由所述Wi-Fi接入点(10)在第一预定频率载波周围发送以便传送第一Wi-Fi信号；

将经由所述有线连接(13)接收的数字信号(S')转换(E44)为模拟信号(s”)；以及

在所述第一预定频率载波周围发送(E45)由对所接收的数字信号(S')的转换而得到的模拟信号(s”)，以便传送与所述第一Wi-Fi信号使用相同频率载波的第二Wi-Fi信号；以及

接收第二预定频率载波周围的第三Wi-Fi信号；以及

经由所述有线连接(13)向所述扩展设备(11)发送所述第三Wi-Fi信号，所述第三Wi-Fi信号旨在与由所述Wi-Fi接入点(10)在所述第二预定频率载波周围从终端接收的第四Wi-Fi信号相加，以便传送要由所述Wi-Fi接入点(10)的Wi-Fi编码/解码电路(101)解码的信号。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括：从所述扩展设备(11)接收所述信号(s)的旨在要由所述Wi-Fi接入点(10)发送的控制信号(c)，所述模拟信号(s”)的发送考虑了所述控制信号(c)。

13.根据权利要求11或12中任一项所述的方法，还包括：由所述Wi-Fi接入点(10)发送(E40)所述第一Wi-Fi信号，在发送由对所接收的数字信号(S')的转换得到的模拟信号(s”)之前，在所述第二Wi-Fi信号和所述第一Wi-Fi信号之间添加偏移。