扩展无线网络的范围的系统和方法

摘要

提供了一种用于扩展在传统无线网络中的设备的范围的系统和方法。通常，该方法包括在系统的发射机中提供具有包括多个前导码区段的第一字段和包括多个数据区段的第二字段的帧。然后，操作在系统中的发射机来至少以第一发射功率传输前导码区段中的至少一个，并以第二发射功率传输第二字段的区段，其中第一发射功率大于第二发射功率。还描述了其他实施例。

权利要求

1.一种方法，包括：

在无线网络中的站的发射机中提供具有包括多个前导码区段的第一字段和包括多个数据区段的第二字段的帧；

操作所述发射机来至少以第一发射功率传输所述帧的所述多个前导码区段中的至少一个，并以第二发射功率传输所述帧的所述第二字段的数据区段，其中，所述第一发射功率大于所述第二发射功率；以及

在操作所述发射机来至少以所述第一发射功率传输所述多个前导码区段中的至少一个之后：

确定传输的帧是否已经由所述无线网络中的接入点检测到，以及如果所述传输的帧没有被检测到，则在操作所述发射机来以逐渐增加的发射功率传输所述多个前导码区段中的至少一个时重新传输所述帧，直到确定所述帧已经由所述接入点检测到或者预定最大发射功率被达到为止。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括在操作所述发射机来至少以大于所述第二发射功率的第一发射功率传输所述多个前导码区段中的至少一个之前，基于从在所述无线网络中的另一个站STA或接入点AP接收的信号的预定低接收发射功率指示(RSSI)或预定高信噪比(SNR)，或者基于确定指定帧还没有由所述STA或AP接收到，来启用在所述发射机中的前导码增强电路。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一发射功率基于以所述第一发射功率传输的所述前导码区段中的所述至少一个的时段来被选择，以符合监管的最大平均功率。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，操作所述发射机来至少以第一发射功率传输所述前导码区段中的至少一个包括：操作所述发射机以传输多个前导码区段，其中，所述多个前导码区段中的每一个的发射功率独立于其他前导码区段的发射功率。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述发射机包括前导码增强电路，所述前导码增强电路耦合到射频RF放大器，并且包括多个开关电路，以针对所述多个前导码区段中的每一个在增强的RF增益和非增强的RF增益之间进行选择，并且其中操作所述发射机来至少以大于所述第二发射功率的第一发射功率传输所述多个前导码区段中的至少一个包括：在每字段基础上调整所述RF放大器的增益。

6.根据权利要求1所述的方法，所述发射机包括前导码增强电路，所述前导码增强电路耦合到射频RF放大器，并且包括多个开关电路，以针对所述多个前导码区段中的每一个在增强的RF增益和非增强的RF增益之间进行选择，并且其中，操作所述发射机来至少以大于所述第二发射功率的第一发射功率传输所述多个前导码区段中的至少一个包括：当传输所述多个前导码区段时，在每区段基础上调整所述RF放大器的增益。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述发射机包括前导码增强电路，所述前导码增强电路耦合到在所述发射机中的数字信号路径，并且包括多个开关电路，以针对所述多个前导码区段中的每一个在增强的缩放因子和非增强的缩放因子之间进行选择，并且其中操作所述发射机来至少以大于所述第二发射功率的第一发射功率传输所述多个前导码区段中的至少一个包括：在数字地处理和传输所述前导码区段之前将所述前导码区段中的至少一个与增强的缩放因子相加。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述帧使用802.11ax之前的协议进行格式化，并且其中所述多个前导码区段包括传统短训练字段(LSTF)、传统长训练字段(LLTF)和传统信号字段(LSIG)中的一个或更多个。

9.一种集成电路IC，包括：

发射机，所述发射机被配置为在无线网络中以使用具有包括多个前导码区段的第一字段和包括多个数据区段的第二字段的帧的格式来传输帧，其中，所述发射机包括前导码增强电路，所述前导码增强电路被配置为至少以第一发射功率传输所述多个前导码区段中的至少一个并且以第二发射功率传输所述第二字段的数据区段，其中，所述第一发射功率大于所述第二发射功率；以及处理逻辑，所述处理逻辑用于确定传输的帧是否已经由在所述无线网络中的接入点接收到，并且其中所述发射机还被配置为如果所述传输的帧没有被接收到则重新传输所述帧，其中，所述多个前导码区段中的至少一个以大于所述第一发射功率的第三发射功率被传输。

10.根据权利要求9所述的IC，其中，所述发射机还被配置为传输多个前导码区段，其中，所述多个前导码区段中的每一个的发射功率独立于其他前导码区段的发射功率。

11.根据权利要求9所述的IC，其中，所述前导码增强电路耦合到在所述发射机中的射频RF放大器，并且包括多个开关电路，以针对所述多个前导码区段中的每一个在增强的RF增益和非增强的RF增益之间进行选择，并且其中所述前导码增强电路被配置为在每字段基础上调整所述RF放大器的增益。

12.根据权利要求9所述的IC，其中，所述前导码增强电路耦合到在所述发射机中的射频RF放大器，并且包括多个开关电路，以针对所述多个前导码区段中的每一个在增强的RF增益和非增强的RF增益之间进行选择，并且其中所述前导码增强电路还被配置为当传输所述多个前导码区段时，在每区段基础上调整所述RF放大器的增益。

13.根据权利要求9所述的IC，其中，所述前导码增强电路耦合到在所述发射机中的数字信号路径，并且包括多个开关电路，以针对所述多个前导码区段中的每一个在增强的缩放因子和非增强的缩放因子之间进行选择，并且其中所述发射机被配置为在数字地处理和传输所述前导码区段之前，将在所述数字信号路径中的所述前导码区段中的至少一个与由所述前导码增强电路选择的增强的缩放因子相加。

14.一种系统，包括：

一个或更多个天线；以及

集成电路IC，其包括：

耦合到所述天线的发射机，所述发射机被配置为在无线网络中以使用具有包括多个前导码区段的第一字段和包括多个数据区段的第二字段的帧的格式来传输帧，其中，所述发射机包括前导码增强电路，所述前导码增强电路被配置为至少以第一发射功率传输所述多个前导码区段中的至少一个并且以第二发射功率传输所述第二字段的数据区段，并且其中，所述第一发射功率大于所述第二发射功率；以及处理逻辑，所述处理逻辑用于确定传输的帧是否已经由在所述无线网络中的接入点接收到，并且其中所述发射机还被配置为如果所述传输的帧没有被接收到则重新传输所述帧，其中，所述多个前导码区段中的至少一个以大于所述第一发射功率的第三发射功率被传输。

15.根据权利要求14所述的系统，其中，所述发射机还被配置为传输多个前导码区段，其中，所述多个前导码区段中的每一个的发射功率独立于其他前导码区段的发射功率。

16.根据权利要求14所述的系统，其中，所述前导码增强电路耦合到在所述发射机中的射频RF放大器，并且包括多个开关电路，以针对所述多个前导码区段中的每一个在增强的RF增益和非增强的RF增益之间进行选择，并且其中所述前导码增强电路被配置为在每字段或每区段基础上调整所述RF放大器的增益。

17.根据权利要求14所述的系统，其中，所述前导码增强电路耦合到在所述发射机中的数字信号路径，并且包括多个开关电路，以针对所述多个前导码区段中的每一个在增强的缩放因子和非增强的缩放因子之间进行选择，并且其中所述发射机被配置为在数字地处理和传输所述前导码区段之前，将在所述数字信号路径中的所述前导码区段中的至少一个与由所述前导码增强电路选择的增强的缩放因子相加。

说明书

扩展无线网络的范围的系统和方法

[0001] 相关申请的交叉引用

[0002] 本申请是于2019年3月20日提交的序列号为16/359,714的美国非临时专利申请的国际申请，该美国非临时专利申请根据美国法典第35编第119条(e)款要求2018年4月3日提
交的序列号为62/651,869的美国临时专利申请的优先权权益，所有申请通过引用以其整体
并入本文。

技术领域

[0003] 本公开总体上涉及无线通信网络，且更具体地涉及使用IEEE 802.11标准的WiFi或无线局域网(WLAN)以及用于扩展在这种无线网络中的接入点和站的范围的方法和系统。

[0004] 背景

[0005] 近年来已经看到在无线网络(诸如WiFi和无线局域网(WLAN))的使用中的扩展超出了用于将个人计算机和外围设备连接到彼此、连接到局域网和/或互联网。如今，无线网
络用于将大量不同类型的设备(包括电话、平板电脑和IoT(物联网)系统和设备(诸如无线
扬声器和头戴式受话器、汽车、可穿戴设备和医疗设备))连接到接入点(AP)。在无线网络的
使用中的这个扩展伴随着许多新的技术挑战。在这些挑战当中首要的是需要使用最新技术
通信标准或协议的无线网络来与移动无线系统和设备通信，移动无线系统和设备通常指使
用早期技术和前几代通信协议的站(STA)。与接入点相比，这些站经常具有较低的最大发射
功率，常常导致非对称链路，其中，站可以接收来自接入点的传输，但是站的传输不能到达
接入点，这限制了无线网络的有效范围。

[0006] 因此，存在对用于扩展在无线网络中的接入点和站的范围的系统和方法的需要。

[0007] 概述

[0008] 提供了用于扩展在无线网络中的接入点和站的范围的系统及操作其的方法。

[0009] 通常，该方法包括在系统的发射机中提供具有包括多个前导码区段的第一字段和包括多个数据区段的第二字段的帧。然后，系统中的发射机被操作来至少以第一发射功率
传输前导码区段中的至少一个，并以第二发射功率传输第二字段的区段，其中，第一发射功
率大于第二发射功率。

[0010] 在一个实施例中，该方法还包括在操作发射机来至少以第一发射功率传输多个前导码区段中的至少一个之后，确定所传输的帧是否已经由无线网络中的接入点接收到；以
及如果所传输的帧没有被接收到，则在操作发射机来以大于第一发射功率的第三发射功率
传输多个前导码区段中的至少一个时重新传输该帧。

[0011] 在另一个实施例中，操作发射机包括操作发射机来发射多个前导码区段，其中前导码区段中的每个的发射功率在第一发射功率和第二强度之间，并且独立于其他前导码区
段的发射功率。

[0012] 本发明的实施例的另外的特征和优点以及本发明的各种实施例的结构和操作在下面参考附图被详细描述。注意，本发明不限于本文中描述的特定实施例。在本文中仅为了
说明性目的介绍了这样的实施例。基于本文中包含的教导，另外的实施例对于相关领域中
的技术人员将是明显的。

[0013] 附图简述

[0014] 现在将参考所附示意图仅作为示例描述本发明的实施例，其中，相应的参考符号指示相应的部分。此外，被并入本文且形成说明书的一部分的附图图示了本发明的实施例，
并连同该描述一起进一步用来解释本发明的原理，并使相关领域中的技术人员能够制造并
使用本发明。

[0015] 图1是图示在无线网络中的接入点(AP)和站(STA)之间的非对称链路的框图，本公开的系统和方法对于该链路是特别有用的；

[0016] 图2是描绘在使用IEEE 802.11标准或协议操作的无线网络中的标准帧的格式的实施例的框图；

[0017] 图3A至图3D是描绘根据本公开的实施例的范围扩展帧的各种实施例的框图，其中，用于传输传统前导码字段的功率通过应用于这些字段中的一个或更多个的可变功率增
强而被增加或增强；

[0018] 图4是描绘通信系统的框图，具有前导码增强电路并根据本公开的方法操作的发射机对于该通信系统是特别有用的；

[0019] 图5是描绘根据本公开的实施例的发射机的一部分的实施例的框图，该发射机包括前导码增强电路以增强用于传输传统前导码字段的功率；

[0020] 图6是描绘根据本公开的另一实施例的发射机的一部分的实施例的框图，该发射机包括前导码增强电路以增强用于传输传统前导码字段的功率；

[0021] 图7是根据本公开的实施例的用于操作配备有前导码增强电路的发射机以提高在使用802.11ax之前的协议的无线网络中的接入点(AP)和站(STA)的范围的方法的流程图；

[0022] 图8是根据本公开的实施例的针对在使用802.11ax之前的协议的无线网络中的双天线接收机的分组出错率与如由功率计(PM)测量的每接收天线的平均功率的关系曲线图
(PER曲线图)，在该发射机中，用于传输传统前导码字段的功率按变化量的协议增强；

[0023] 图9是根据本公开的实施例的针对在使用802.11ax之前的协议的无线网络中的单天线接收机的PER与如由功率计(PM)测量的功率的总和的关系曲线图，在该发射机中用于
传输传统前导码字段的功率已经被增强了一定量；以及

[0024] 图10是将根据本公开的实施例的发射机的频谱输出与模型输出进行比较的频谱遮蔽，在该发射机中传统前导码字段已经被增强了变化的量。

[0025] 本发明的实施例的特征和优点从当结合附图理解时阐述的详细描述中将变得更明显。在附图中，类似的参考数字一般指示相同的、在功能上类似的、在和/或结构上类似的
元件。

[0026] 详细描述

[0027] 公开了用于扩展在无线通信网络中的接入点、站或设备的范围的系统和方法。由于与接入点相比，站或设备的最大发射功率较低，因此本公开的系统和方法在使用IEEE 
802.11ax之前或WiFi第6代标准或协议的基于帧的无线网络(诸如WiFi或无线局域网
(WLAN))中是特别有用的，常常导致在站或设备与接入点之间的非对称链路。

[0028] 图1是图示在接入点(AP 102)和站(STA 104)之间的在无线网络100中的非对称链路的框图。图1示出了从AP 102传输的传输106可以如何到达STA 104，但是由于STA传输108
的一般较低的发射功率和较小的STA场110，通过STA进行的传输不能由AP接收。在基于帧的
无线通信系统或网络(诸如WiFi或无线局域网(WLAN))中，这些传输被格式化为帧，并且通
常包括在帧的第一字段中的前导码区段和在第二字段中的数据区段。由STA 104传输的未
接收到的帧(传输108)可以是由STA传输的单播帧，或者是在进入AP场112或AP 102的范围
时响应于由AP传输的单播帧而发送的确认(ACK)帧，例如清除发送(CTS)帧或请求发送
(RTS)帧。

[0029] 图2是描绘在使用IEEE 802.11协议操作的无线网络中的帧格式的实施例的框图。参考图2，注意，在使用802.11ax之前的协议的系统中，标准OFDM(正交频分复用)帧200通常
包括第一或传统前导码字段202和数据字段204或由第一或传统前导码字段202和数据字段
204组成，第一或传统前导码字段202包括多个前导码子字段或区段，数据字段204可以具有
PHY层的训练字段或报头信息，后面是FEC(前向纠错)编码的数据有效载荷。传统前导码字
段202通常包括短训练字段(STF)、长训练字段(LTF)和信号字段(SIG)。这些传统前导码区
段在所有802.11ax和802.11ax之前的协议中用于帧检测。STF和LTF区段用于帧识别和前端
同步。SIG区段以字节为单位描述数据速率和帧的长度。帧200的字段202、204所用的功率或
发射功率在图2中由如箭头206所指示的字段的垂直高度示意性地表示。如图2所示，在标准
帧200中，传统前导码字段202和数据字段204以相同的发射功率被传输。

[0030] 已经发现，在许多商业实现中，由于无能力检测帧而不是由于无能力对在帧的数据字段中的数据解码，因此基于帧的无线网络范围是有限的。因此，本公开的系统和方法通
过独立地增加或增强在传统前导码字段中的一个或更多个区段(STF、LTF、SIG)被传输所用
的发射功率，增强或增加在使用IEEE 802.11ax之前的协议的WiFi或WLAN中的接入点、站或
设备的范围的有效范围。这提高了所传输的这种帧的检测能力，并扩展了它可以由AP或任
何其他无线站或设备接收的范围。

[0031] 图3A至图3D是示出根据本公开的各种实施例的在使用IEEE 802.11协议操作的无线网络中的范围扩展帧的格式的框图。参考图3A，注意，在该帧300中，前导码字段302的前
导码区段(STF、LTF、SIG)的发射功率已增强到第一信号强度或超过数据字段304的第二发
射功率的发射功率，如由箭头306所指示的。尽管在图3A所示的实施例中大体上所有的前导
码区段(STF、LTF、SIG)已增强了大体上相等的量，然而不需要在每个实施例中都是这种情
况。替代地，在前导码字段302中的每个前导码区段被传输所用的发射功率可以独立地增加
到在数据字段304的第二发射功率和预定最大发射功率之间的发射功率。另外，如下面更详
细解释的，发射功率不需要在初始帧的传输之前增加到最终强度，而是一个或更多个前导
码区段的发射功率可以在多个连续帧中逐渐增加，直到帧被检测到或者预定最大发射功率
被达到为止。预定最大发射功率可以基于常用的无线发射机的功率限度或者基于监管或协
议功率限度。例如，在使用802.11ax之前的协议的无线网络中，只要没有监管限度被违反，
以及像EVM(误差矢量幅度)和频谱遮蔽一样的IEEE发射度量被满足，在前导码字段302中的
每个前导码区段被传输所用的发射功率可以在数据字段304的发射功率之上以0.25或
0.5dB的增量被增强高达大约6dB。应当没有监管问题出现，因为高达最大值为6dB的增强仅
应用于4到24μs的时段，且因此在前导码字段302中的前导码区段的平均功率比高达在数据
字段304的平均功率之下的几dB。

[0032] 在图3B所示的另一个实施例中，只有在前导码字段302中的前导码区段STF和LTF被传输所用的发射功率被增强到数据字段304的发射功率之上，而前导码区段SIG的发射功
率相对于数据字段的发射功率大体上不变。

[0033] 在图3C所示的实施例中，在前导码字段302中的前导码区段STF和LTF被传输所用的发射功率被增强到在数据字段304的第二发射功率之上的第一发射功率，而前导码区段
SIG的发射功率被增强到第三发射功率，第三发射功率大于数据字段304的第二发射功率但
小于前导码区段STF和LTF的第一发射功率。

[0034] 在图3D所示的实施例中，只有在前导码字段302中的前导码区段STF被传输所用的发射功率被增强到在数据字段304的发射功率之上，而前导码区段LTF和SIG的发射功率相
对于数据字段的发射功率大体上不变。

[0035] 现在将参考图4描述一种通信系统，根据本公开的方法操作的具有前导码增强电路的发射机对于该通信系统是特别有用的。图4是描绘使用802.11ax之前的协议的基于帧
的通信系统400(诸如WiFi或WLAN)的实施例的简化框图。因为一般的通信系统(并且特别是
广播设备)在本领域中是众所周知的，在图4中描绘的通信系统400的众所周知的功能和合
并的结构的详细描述被省略，以避免使本公开的主题模糊。

[0036] 参考图4，通信系统400通常包括天线402和射频(RF)收发机406及处理器408或中央处理单元(CPU)(诸如微处理器和存储器单元(μPU))以及一个或更多个主机接口410，该
通信系统通过主机接口410与主机计算机或设备(未示出)通信。RF收发机406包括发射机
412和接收机414，发射机412被配置成传输由处理器408中的调制电路114提供的信号，接收
机414接收经调制的信号并将经调制的信号提供到处理器中的解调电路以供处理。

[0037] 在一个实施例中，收发机406、处理器408和接口410的部件整体地被形成或合并在单个集成电路(IC)芯片404上。天线402也可整体地被形成在同一IC芯片上或者在被封装在
单个多芯片IC封装中的单独芯片或衬底上，IC芯片包括收发机406、处理器408和接口410。
可替代地，天线402以及通信系统400的其他部件可在IC芯片404被安装或附接到的印刷电
路板(PCB)上单独地实现。

[0038] 现在将参考图5和6描述通信系统的发射机的实施例，该发射机包括前导码增强电路以将前导码字段的至少一个前导码区段(STF、LTF、SIG)的发射功率增加或增强到超过数
据字段的发射功率。

[0039] 图5是描绘包括前导码增强电路的发射机500的一部分的实施例的示意性框图，在前导码增强电路中增强在时域中实现。参考图5，除了前导码增强电路502之外，发射机500
还包括数字信号路径504、耦合到天线508的射频(RF)功率放大器(RF 506)以及多个开关电
路或多路复用器(MUX)。如上面所提到的，天线508可以与发射机500的其他电路和元件在同
一IC芯片上整体地形成，或者与发射机分离。

[0040] 数字信号路径504包括混合或求和电路510、时域发射(Tx)数字处理电路(DSP 512)和多个数模转换器(DAC 514)。求和电路510被配置成将从系统中的处理器(在该图中
未示出)接收的前导码和数据样本与802.11ax缩放逻辑或来自第一开关电路或多路复用器
(MUX 516)的缩放因子组合。DSP 512被配置成将来自求和电路510的数字流编码或转换成
802.11帧格式。DAC 514被配置成将来自DSP 512的数字信号转换成适于RF传输的模拟信
号。第一MUX 516被配置为从处理器接收802.11ax/传统帧信号，并且耦合到求和电路510，
如果帧将以802.11ax格式被传输，则耦合到802.11ax缩放逻辑，或者如果帧将以802.11ax
之前的格式被传输，则耦合到标准或增强的缩放因子。通过第二MUX 518为每个字段(数据
或前导码)和为每个区段(STF、LTF、SIG)独立提供标准缩放因子，第二MUX 518通过前导码
增强电路502耦合到第一MUX 516。响应于字段/区段选择信号，从第二MUX 518顺序地输出
每个数据区段/字段和前导码区段的标准缩放因子。通常，标准缩放因子是预定的固定值，
其被硬连线到第二MUX 518的输入端或者从处理器中的寄存器或者通信系统的存储器(在
该图中未示出)被提供。

[0041] 前导码增强电路502通常包括至少两个附加的开关电路或多路复用器，包括第三MUX 520，第三MUX 520耦合到第一MUX 516的输入端并耦合到第二MUX 518的输出端和在前
导码增强电路中的第四MUX 522的输出端。第四MUX 522被配置为响应于施加到第二MUX 
518的相同字段/区段选择信号而独立地或顺序地为每个数据区段/字段和前导码区段选择
缩放因子。第三MUX 520被配置为从处理器接收传统前导码增强使能信号，并且如果传统前
导码增强被启用则将从第四MUX 522输出的增强的缩放因子耦合到第一MUX 516，或者如果
传统前导码增强未被启用则将从第二MUX 518输出的标准缩放因子耦合到第一MUX 516。在
指示由发射机500传输的初始帧没有被在无线网络中的另一个接入点(AP)或站(STA)接收
之后，传统前导码增强使能信号可以由处理器生成。这个指示可以例如通过发射机500在初
始传输之后的指定时间段内没有从接收站接收到确认(ACK)帧、发送请求(RTS)帧或清除发
送(CTS)帧来实现。可替代地，可以基于从在无线网络中的另一个接入点(AP)或站(STA)接
收的单播帧或信号的预定低接收发射功率指示(RSSI)或预定高信噪比(SNR)在初始传输之
前由处理器生成传统前导码增强使能信号。

[0042] 增强的缩放因子耦合到第四MUX 522的预定的固定或可变值，其被硬连线到第四MUX的输入端，或者从处理器中的寄存器或通信系统的存储器被提供。所谓可变值意指增强
的缩放因子对于每个字段和/或前导码区段可以是不同的，以及每个单独的字段和/或前导
码区段的缩放因子可以随着时间的过去从一个所传输的帧到下一个所传输的帧改变。如上
面参考图3A至图3D所提到的，在一个实施例中，每个单独字段和/或前导码区段的增强的缩
放因子可以随着时间的过去而改变，以按0.25或0.5dB增量将在前导码字段中的每个前导
码区段被传输所用的发射功率增强到高达预定最大发射功率。预定最大发射功率可以基于
发射机500的功率限度或者基于监管或协议功率限度。例如，在使用802.11ax之前的协议的
无线网络中，在前导码字段中的每个前导码区段可以被传输所用的最大发射功率是在数据
字段的发射功率之上的大约6dB。可以通过在与诸如在图4中示出的发射机相关联的处理器
中执行的算法或者通过在系统的存储器中的查找表(LUT)来确定每个字段和/或前导码区
段的增强的缩放因子的可变值。

[0043] 图6是描绘包括前导码增强电路的发射机600的一部分的实施例的示意性框图，在前导码增强电路中增强在频域中实现。参考图6，除了前导码增强电路602之外，发射机600
还包括DSP 612、耦合到天线608的射频(RF)功率放大器(RF 606)、在数字信号路径604中的
DAC 614以及第一MUX 616和第二MUX 618。

[0044] 第一MUX 616被配置成从处理器接收802.11ax/传统帧信号，并且如果该帧将以802.11ax格式被传输，则将802.11ax帧RF增益耦合到RF功率放大器606，或者如果该帧将以
802.11ax之前的格式被传输，则将标准或增强的RF增益耦合到RF功率放大器606。响应于字
段/区段选择信号，针对数据区段/字段以及针对每个字段(数据或前导码)以及针对每个前
导码区段(STF、LTF、SIG)，通过第二MUX 618独立地提供标准RF增益，第二MUX 618通过前导
码增强电路602耦合到第一MUX 616。通常，标准RF增益是预定的固定值，其被硬连线到第二
MUX 618的输入端，或者从处理器中的寄存器或者通信系统的存储器(在该图中未示出)被
提供。

[0045] 前导码增强电路602通常包括至少两个附加的开关电路或多路复用器，包括第三MUX 620，第三MUX 620耦合到第一MUX 616的输入端并耦合到第二MUX 618的输出端和在前
导码增强电路中的第四MUX 622的输出端。第四MUX 622被配置为响应于施加到第二MUX 
618的相同的字段/区段选择信号而独立地或顺序地为每个数据区段/字段和前导码区段选
择RF增益。第三MUX 620被配置为从处理器接收传统前导码增强使能信号，并且传统前导码
增强被启用则将来自第四MUX 622输出的增强的RF增益耦合到第一MUX 616，或者如果传统
前导码增强未被启用，则将从第二MUX 618输出的标准RF增益耦合到第一MUX 616。在指示
由发射机600传输的初始帧还没有被在无线网络中的另一个接入点(AP)或站(STA)接收到
之后，传统前导码增强使能信号可以由处理器生成。这个指示可以例如由在初始传输之后
的指定时间段内没有从接收站接收到确认(ACK)帧、发送请求(RTS)帧或清除发送(CTS)帧
的发射机600实现。可替代地，可以基于从在无线网络中的另一个接入点(AP)或站(STA)接
收的单播帧或信号的预定低接收发射功率指示(RSSI)或预定高信噪比(SNR)，在初始传输
之前由处理器生成传统前导码增强使能信号。

[0046] 增强的RF增益耦合到第四MUX 622，预定的固定的或可变的值被硬连线到第四MUX的输入端，或者从处理器中的寄存器或通信系统的存储器被提供。所谓可变值意指增强的
RF增益对于每个字段和/或前导码区段可以是不同的，以及每个单独的字段和/或前导码区
段的RF增益可以随着时间的过去从一个所传输的帧到下一个所传输的帧改变。如上面参考
图3A至图3D所提到的，在一个实施例中，每个单独字段和/或前导码区段的增强的RF增益可
以随着时间的过去而改变，以按0.25或0.5dB增量将在前导码字段中的每个前导码区段被
传输所用的发射功率增强到高达预定最大发射功率。预定最大发射功率可以基于发射机
600的功率限度或者基于监管或协议功率限度。例如，在使用802.11ax之前的协议的无线网
络中，在前导码字段中的每个前导码区段可以被传输所用的最大发射功率是在数据字段的
发射功率之上的大约6dB。可以通过在处理器中执行的算法或者通过在系统的存储器中的
查找表(LUT)来确定每个字段和/或前导码区段的增强的RF增益的可变值。

[0047] 在图6的另一个可替代的实施例中，提供到MUX 618和622的RF增益信号是在发射机600内产生的或通过处理器(诸如图4所示的处理器)提供到发射机的固定的或可变的模
拟信号或值。

[0048] 现在将参考图7的流程图描述一种用于操作配备有发射机的通信系统的方法，该发射机包括前导码增强电路以提高其范围。

[0049] 参考图7，该方法以在发射机中或向发射机提供帧(702)开始，该帧包括具有多个前导码区段(包括STF、LTF和SIG区段)的第一字段和具有多个数据区段(例如数据、报头和/
或VHT区段)的第二字段。接下来，该帧由站(STA)、接入点(AP)或配备有包括前导码增强电
路的发射机的设备传输(704)。如上面参考图1所述的，该初始帧可以是由STA传输的单播
帧，或在进入AP的场或范围时响应于由AP传输的单播帧而传输的确认(ACK)帧，诸如清除发
送(CTS)帧或请求发送(RTS)帧。第一、前导码字段的前导码区段和数据字段可以以大体上
相同的发射功率被传输，或者如上面参考图3A至3D所述的，一个或更多个前导码区段可以
以大体上高于数据字段的区段被传输时的第二场强的第一场强被传输。可选地，每个前导
码区段的发射功率在第一发射功率和第二强度之间，并且独立于其他前导码区段的发射功
率。

[0050] 接下来，确定在站或接入点中是否接收到先前传输的或指定的帧(706)。指定的帧可以包括关联请求帧、认证响应或请求帧、代码请求等。例如，可以由在发射机中或在与发
射机相关联的处理器中的处理逻辑确定发射站已经在传输之后的指定时间段内从接收站
接收到确认(ACK)帧、发送请求(RTS)帧或清除发送(CTS)帧，来实现指定帧已经被接收的确
定。如果这样的ACK、RTS或CTS帧由发射站接收到，则STA继续使用前导码和数据字段的先前
发射功率与AP通信(708)。如果这样的ACK、RTS或CTS帧在预定的时间段之后没有由发射站
接收到，则做出该帧没有在站或接入点中被接收到的确定，以及至少一个前导码区段(STF、
LTF、SIG)的发射功率被至少增强到大于数据字段的第二发射功率的第一发射功率并且该
帧被重新传输(710)。做出在站或接入点中是否接收到包括增强的前导码区段的帧的第二
确定(712)。如果确定帧被接收到，则STA继续使用前导码区段的增强的发射功率与AP通信
(714)。如果在预定时间段之后没有接收到该帧，则至少一个前导码区段(STF、LTF、SIG)的
发射功率被至少增强到大于第一发射功率的第三发射功率，并且该帧被重新传输(716)。如
果确定帧被接收到，则STA继续使用前导码区段的较高增强的发射功率与AP通信(718)。

[0051] 如果在预定时间段之后没有接收到帧，则确定前导码区段的较高增强的发射功率是否等于前导码区段的预定最大发射功率(720)。如果确定较高增强的发射功率等于预定
最大发射功率，则发射站在有效增强范围之外，并且在传输时的尝试暂时停止(722)。如果
较高增强的发射功率不等于预定最大发射功率，则一个或更多个前导码区段的发射功率逐
渐增加，并且716至722重复，直到帧被检测到或者预定最大发射功率被达到为止。如上面所
提到的，预定最大发射功率可以基于常用无线发射机的功率限度，或者基于监管或协议功
率限度。例如，在使用802.11ax之前的协议的无线网络中，在前导码字段中的每个前导码区
段被传输所用的发射功率可以以0.25或0.5dB增量被增强到高达在数据字段的发射功率之
上的约6dB。

[0052] 如上面结合图5和图6所述的，还可以基于从AP接收到的单播帧或信号的接收发射功率指示(RSSI)或信噪比(SNR)在由STA进行初始传输之前启用前导码增强。

[0053] 可替代地，也可以在发射机接收到重试率超过指定最大值的指示或检测到重试率超过指定最大值时在连续传输期间的任何时间启用前导码增强。过大的重试率指示在给定
的时间段内的在到达正确的目的地时被损坏并且必须被重新发送的帧或分组的数量。

[0054] 现在将参考图8到图10的曲线图和图表以及下面的表1描述本公开的系统和方法的实施例的特征和优点。

[0055] 图8和图9是针对在非网络模式中在20MHz下操作的802.11ax接入点或站的分组出错率与平均和总接收功率的关系曲线图(PER曲线图)，其示出了在通过回放样本从模拟器
软件产生的范围内的增益，在样本中一个或更多个前导码区段的发射功率增强了3或6dB。

[0056] 图8是针对在使用802.11ax之前的协议的无线网络中的双天线接收机的PER与如由功率计(PM)测量的每接收天线的平均功率的关系曲线图。在图8中，线802表示针对在
802.11ax之前的协议中传输的帧的PER与每接收天线的平均接收功率的关系曲线，在该协
议中，前导码区段(STF、LTF或SIG)中没有一个的发射功率被增强。线802指示低于约‑
95.5dB的接收功率(诸如由离接入点的更大范围或距离产生)，PER不可接受地超过约10％，
并且可以被称为系统的灵敏度。

[0057] 线804表示针对在相同模拟条件下操作的相同发射机但在有帧(其中STF前导码区段的发射功率已经增强了6dB)的情况下的PER与平均接收功率的关系曲线。线804指示在接
收到的功率下降到大约‑95.8dB之下以前PER不超过10％，对应于显著提高的灵敏度和离接
入点的更大范围或距离。

[0058] 线806表示针对帧(其中STF前导码区段的发射功率已经增强了6dB，并且LTF前导码区段的发射功率已经增强了3dB)的PER与平均接收功率的关系曲线。线806指示在接收到
的功率下降到大约‑99.4dB之下以前PER不超过10％，对应于进一步提高的灵敏度和离接入
点的更大范围。

[0059] 线808表示针对帧(其中STF和LTF前导码区段的发射功率都已经增强了3dB)的PER与平均接收功率的关系曲线。线808指示在接收到的功率下降到大约‑99.3dB之下以前PER
不超过10％。

[0060] 线810表示针对帧(其中STF和LTF前导码区段的发射功率都增强了6dB)的PER与平均接收功率的关系曲线。线810指示在接收到的功率下降到大约‑100.3dB以下以前PER不超
过10％，对应于仍然进一步提高的灵敏度和离接入点的更大范围。

[0061] 箭头812指示可以通过将一个或更多个前导码区段的发射功率增强3至6dB在指定的最大PER(10％)下实现的灵敏度的增益。

[0062] 图9是针对在使用802.11ax之前的协议的无线网络中的单天线接收机的PER与总PM功率的关系曲线图。在图9中，线902表示针对在802.11ax之前的协议中传输的帧的PER与
每接收天线的平均接收功率的关系曲线，在该协议中，前导码区段(STF、LTF或SIG)中没有
一个的发射功率被增强。线902指示低于约‑95.2dB的接收功率(诸如由离接入点的更大范
围或距离产生)，PER不可接受地超过约10％，并且可以被称为系统的灵敏度。

[0063] 线904表示针对在相同模拟条件下操作的相同发射机但在有帧(其中STF前导码区段的发射功率已经增强了6dB)的情况下的PER与平均接收功率的关系曲线。线904指示在接
收到的功率下降到大约‑95.8dB以下以前PER不超过10％，对应于显著提高的灵敏度和离接
入点的更大范围或距离。

[0064] 线906表示针对帧(其中STF前导码区段的发射功率已经增强了6dB，以及LTF前导码区段的发射功率已经增强了3dB)的PER与平均接收功率的关系曲线。线906指示在接收到
的功率下降到大约‑96.8dB以下以前PER不超过10％，对应于进一步提高的灵敏度和离接入
点的更大范围。

[0065] 线908表示针对帧(其中STF和LTF前导码区段的发射功率都增强了3dB)的PER与平均接收功率的关系曲线。线908指示在接收到的功率下降到大约‑97dB以下以前PER不超过
10％。

[0066] 线910表示针对帧(其中STF和LTF前导码区段的发射功率都增强了6dB)的PER与平均接收功率的关系曲线。线910指示在接收到的功率下降到大约‑97.2dB以下以前PER不超
过10％，对应于仍然进一步提高的灵敏度和离接入点的更大范围。

[0067] 箭头912指示可以通过将一个或更多个前导码区段的发射功率增强了3至6dB在指定的最大PER(10％)下实现的灵敏度的增益。

[0068] 下面在表1中总结了增益灵敏度、范围和面积方面的这些改进。

[0069]

[0070] 表1

[0071] 图10是将根据本公开的实施例的发射机的频谱输出与模型输出进行比较的频谱遮蔽，在该发射机中，传统前导码字段已经被增强了变化的量。图10中的线1002指示如使用
计算机验证或检验软件(诸如 )建模的根据802.11ax之前的协议操作的无线网
络的理想频谱遮蔽。线1004图示在没有增强的情况下操作的且在有STF和LTF前导码区段的
前导码增强的情况下的无线网络的频谱遮蔽的曲线的覆盖图。参考图10，注意，在无增强和
前导码区段被增强了在3和6dB之间的实施例之间大体上没有差分频谱发射。这指示根据
802.11ax之前的协议操作的无线网络包括一个或更多个增强的前导码区段以扩展系统的
有效范围，而没有不利地影响频谱发射。

[0072] 因此，公开了一种用于使用IEEE 802.11ax之前的协议或WiFi第六代协议来扩展在WiFi或WLAN中的接入点、站或设备的范围的通信系统及操作其的方法。上面借助于说明
指定功能及其关系的实现的功能和示意性框图来描述本发明的实施例。为了描述的方便，
在本文任意定义这些功能构造块的边界。可以限定替代边界，只要指定的功能及其关系被
适当地执行。

[0073] 特定实施例的前述描述将这样揭示本发明的一般性质：其他人可以通过应用在本领域的技术内的知识容易针对各种应用在没有过度实验的情况下修改和/改造这样的特定
实施例，而不偏离本发明的一般概念的情况。因此，基于在本文呈现的教导和指导，这样的
改造和修改被规定为落在所公开的实施例的等同物的含义和范围内。应当理解，本文的措
辞或术语是为了描述而不是限制的目的，使得本说明书的术语或措辞将由技术人员按照教
导和指导来解释。

[0074] 应当理解，详细描述章节而不是概述和摘要章节意欲用于解释权利要求。概述和摘要章节可以阐述如发明人所设想的本发明的一个或更多个但不是所有示例性实施例，且
因此并不意欲以任何方式限制本发明及所附权利要求。

[0075] 本发明的广度和范围不应被上面描述的任何示例性实施例限制，而是只应根据所附的权利要求和它们的等同物来被限定。