使用适应性的信道选择以增强无线对接的性能

摘要

公开了一种适应性的信道选择(ACS)系统。计算设备使用无线对接来提供单独的监视器和全尺寸的输入设备。所述计算设备请求对接；从所述全尺寸输入设备无线地接收数据；以及无线地提供压缩的视频显示数据，以用于显示在单独的监视器上。适应性的对接适配器接收压缩的视频显示数据并且对其进行解码，并且将解码后的压缩的视频显示数据提供给单独的监视器以用于显示。无线连接被设置在所述计算设备与适应性的对接适配器之间，从而提供对在所述计算设备与所述适应性的对接适配器之间的信号的无线传输。

说明书

本申请要求于2012年9月28日提交的美国专利申请序列号NO.13/631473的优先权的权益，该申请的全部内容通过引用的方式被并入本文。

背景技术

无线对接是一种在不需要物理连接至扩展坞的情况下使用无线技术(即，电气与电子工程师协会(IEEE)802.11n标准、IEEE 802.11ac标准等)与计算设备进行对接的技术。在建立无线对接连接之后，用户能够使用外置鼠标、人体工学键盘和不同的监视器(通常比计算设备的显示器更大)。

为了提供无线对接，对计算设备的显示器进行编码，并且通过无线连接(例如，)将其无线地发送至对接适配器。对接适配器接收压缩的显示数据(例如，分组)；对压缩的显示数据进行解码；以及将解码后的显示数据发送至不同的监视器。可以使用无线连接将通过通用串行总线(USB)的互联网协议(IP)分组(即，来自键盘和鼠标的USB数据)发送回计算设备。

为了在对接使用期间保留文本的高质量，需要更高的编码器速率，以及由此需要无线连接上更高的吞吐量(例如，30Mbps)。IEEE 802.11n标准使用2x2多输入多输出(MIMO)无线通信和20MHz信道来提供约150Mbps的物理速率。实际总信道吞吐量为约80Mbps。使用更宽的40MHz信道来使系统吞吐量加倍。当在密集的办公室环境中采用无线对接时，可能需要容纳20个或者30个并发的对接用户，并且由此容量成为主要问题。

使用包括2.4GHz和5GHz频带的非许可的频谱。传统的2.4GHz频带具有三个非重叠的20MHz信道，以及由此必须与许多消费产品(即，蓝牙、微波等)共享该信道。5GHz频带具有更宽的带宽(例如，美国的22个非重叠的20MHz信道)。另外，使用几乎完整的IEEE 802.11ac标准的技术即将面世。IEEE 802.11ac标准可以被实现为：当使用2x2MIMO和80MHz信道时，提供867Mbps物理速率。IEEE 802.11ac标准还支持更高效的调制方案，并且可以结合高达160MHz的更宽的信道带宽以提高链接速度。然而，更宽的带宽也增加了对共信道和相邻信道干扰的敏感性。

附图说明

在附图中，这些附图并不一定是按照比例绘制而成的，相同的附图标记可以在不同视图中描述相似的部件。具有不同字母后缀的相同符号可以代表相似部件的不同实例。附图作为示例而非限制地示出了在本文中所论述的各种实施例。

图1示出了根据实施例的无线对接适配器系统的框图；

图2是根据实施例的由无线对接适配器进行的适应性的信道选择以用于在空闲时间测量信道负载的框图；

图3是根据实施例的适应性的信道选择方法的流程图；

图4a至图4b示出了基于平均功率的具有共信道干扰的待测设备(DUT)；

图5是示出了根据IEEE 802.11ac标准的5个80MHz信道的图；

图6示出了根据另一实施例的适应性的信道选择的系统图；以及

图7a至图7b示出了根据实施例的基于可用的对接信道信息从而在现有的对接会话期间的适应性的信道切换。

具体实施方式

根据实施例，适应性的信道选择涉及对接适配器，所述对接适配器测量信道负载而不是平均能量以计算每信道可用的带宽。空闲对接适配器还可以用于信道负载扫描和在邻近的范围中传递用于现有的对接适配器的最佳信道，以用于执行适应性的信道切换。空闲对接适配器可以智能地分布无线对接业务信息，并且有效地利用可用的信道容量。

图1示出了根据实施例的适应性的信道选择(ACS)适配器100的框图。对计算设备110的显示器进行编码，并且通过无线连接120(例如，)，将其无线地发送至对接适配器。对接适配器130接收压缩的显示数据(例如，分组)；对压缩的显示数据140进行解码；以及将解码后的数据发送至不同的监视器/显示器150。可以经由无线连接120将通过USB的IP分组142，即来自键盘和鼠标160的USB数据，无线地发送回计算设备110。其他设备还可以经由USB数据142将数据发送至计算设备110。例如，摄像头和麦克风162可以耦合至无线对接适配器130。可以分别使用在计算设备110和无线适配器130上的多个天线122、124来完成无线连接。例如，多个天线122、124可以用于支持MIMO和其他智能天线或者传感器技术。

无线对接适配器130包括：处理器170、存储器180、发射机/接收机(收发机)174和ACS引擎176。收发机174发送并且接收用于对接适配器130的无线信号。处理器170包括信道负载测量(CLM)逻辑模块172。CLM逻辑模块172执行信道负载测量，以计算每信道的可用的带宽。ACS引擎176定期地监控所有可用的无线信道和信道负载测量；对从其他适应性的对接适配器接收的广播分组进行解码；确定用于各种信道配置的信道负载测量；确定具有最高期望吞吐量的信道；选择最佳无线配置和选择具有确定的最高期望吞吐量的信道作为当前信道；识别用于建立对接会话的站标识符(ID)和信道号；以及根据预定的调度表来存储选定的最佳无线配置和确定具有最高期望吞吐量的信道。当接收到对接请求时，ACS引擎176使用所存储的选定的最佳无线配置和被确定具有最高期望吞吐量的信道用于无线对接。ACS引擎176还对用于每一个信道中的由通过站ID进行区分的对接对的数量进行计数并且使所述数量增加；以及根据预定的调度表来更新信道映射。

存储器180可以包括用于提供在ACS适配器100中的信道的状态的指示的信道映射器182。存储器180还可以包括其他对接信道信息184。附加的存储器(例如，大容量存储设备164)可以耦合至对接适配器130，以提供附加的存储空间。例如，大容量存储设备164可以是直接连接至无线对接适配器130的USB设备。在计算设备110与无线对接适配器130对接之后，存储设备164可以针对计算设备110的用户被配置用于通过例如在USB上的IP分组来在计算设备110与存储设备164之间远程地和无线地发送和/或接收数据。存储设备164还可以使用其他类型的通信总线，从而将大容量存储设备164连接至无线适配器130，以用于在大容量存储设备164与计算设备110之间进行无线数据传送。ACS引擎176根据预定调度表来向在范围内的其他适应性的对接适配器进行广播，从而使ACS适配器100感知由在范围内的其他ACS无线适配器使用的无线连接120，并且可以在检测到任何变化时更新其信道映射182。

存储器设备164、180可能已经存储了体现本文所描述的任何一个或者多个技术或者功能或者由所述任何一个或者多个技术或者功能利用的数据结构或者指令166、186(例如，软件)的一个或多个集合。指令166、186还可以完全或者至少部分地驻留在存储器设备164、180内或者在由处理器170执行这些指令期间完全或者至少部分地驻留在处理器170内。在示例中，处理器170和存储设备166、186中的一个或者任何组合可以构成机器可读介质。进一步地，术语“机器可读介质”可以包括被配置为存储一个或者多个指令166、186的单个媒介或者多个介质(例如，集中式或者分布式数据库；和/或相关联的高速缓存或者服务器)。

术语“机器可读介质”可以包括能够存储、编码或者携带用于由处理器170执行，并且使处理器170履行本公开的一个或者多个技术的指令的任何介质；或者能够存储、编码或者携带由这样的指令所使用的或者与这样的指令相关联的数据结构的任何介质。非限制性机器可读介质示例可以包括固态存储器以及光和磁性介质。在示例中，大容量机器可读介质包括：具有多个具有静止质量的粒子的机器可读介质。大容量机器可读介质的具体示例可以包括：非易失性存储器，例如，半导体存储器设备(例如，电可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM))和闪速存储器设备；磁盘，例如，内置硬盘和可移除磁盘；磁光盘；以及CD-ROM(光盘只读存储器)和DVD-ROM(数字视频光盘只读存储器)盘。

可以利用各种类型的无线协议在无线连接120上进一步发送或者接收指令166、186以及其他消息(例如，显示数据140和IP分组142)，所述无线协议例如是移动电话网络(例如，信道接入方法包括码分多址(CDMA)、时分多址(TDMA)、频分多址(FDMA)、正交频分多址(OFDM)(包括正交频分多址(OFDMA))以及蜂窝网络(例如，全球移动通信系统(GSM))、通用移动通信系统(UMTS)、CDMA 2000lx*标准和长期演进(LTE)))、简易老式电话(POTS)网络和无线数据网络(例如，包括IEEE802.11标准IEEE 802.16标准以及其他在内的IEEE802标准族)、对等(P2P)网络或者现在已知的或者以后开发的其他协议。

图2是根据实施例的由无线对接适配器200进行适应性的信道选择以用于在空闲时间测量信道负载的框图。硬件逻辑210感知信道并且引导信道负载测量。将信道负载测量212提供给ACS引擎214。由于无线对接适配器200在空闲/断开模式期间为AC(交流电)供电，所以ACS引擎214驻留在无线对接适配器200中。ACS引擎214基于信道负载测量定期地监控用于各种信道配置的信道负载，并且选择最佳信道配置216。根据预定调度表(例如，每隔X分钟)将选定的最佳信道配置216存储在存储器218中。在对接计算设备发起与无线对接适配器200的无线连接之后，无线对接适配器200使用存储的最佳信道配置216作为当前信道以用于无线对接连接。ACS引擎214向硬件逻辑210提供信道控制信息220，以根据预定模式来设立无线广播信道。因此，ACS引擎214智能地分布无线对接业务，并且使可用的信道容量的有效使用最大化。

图3是根据实施例的适应性的信道选择300的操作的流程图。ACS引擎首先根据IEEE 802.11n 20MHz信道模式通过信道控制链路来设置无线310，以及然后在5GHz频带中测量并且存储20MHz信道的22个信道负载结果(C₁、C₂……C₂₂)312。然后，ACS引擎根据IEEE 802.11n宽信道模式来设置无线320，以及测量并且节省40MHz信道的10个信道负载结果(C₁^40MHz、C₂^40MHz、……、C₂₂^40MHz)322。接下来，ACS引擎根据IEEE802.11ac模式来设置无线330，以及测量并且节省用于五个IEEE 802.11ac 80MHz信道的信道负载(C₁^80MHz、C₂^80MHz、……、C₂₂^80MHz)332。ACS引擎然后根据IEEE 802.11ac模式来设置无线340，以及测量并且节省用于一个IEEE 802.11ac 160MHz信道的一个信道负载(C₁^160MHz)342。针对每一个信道负载测量，专用的逻辑每隔预定的时间段或者根据预定调度表来对信道进行采样和测量。当以下三个事件中的任何事件被触发时，对计数器进行增量：

1)能量大于空闲信道评估(CCA)阈值；或者

2)其为有效802.11分组；或者

3)网络分配向量(NAV)为非零。

基于测量，ACS引擎根据以下内容来计算期望的吞吐量350：

期望的吞吐量(TPT)＝TPT(带宽、11n或者11ac)*(1-CL)，

CL＝C₁,C₂,…,C_22；C₁^40MHz,C₂^40MHz,…,C₂₂^40MHz；

C₁^80MHz,C₂^80MHz,…,C₅^80MHz,C₁^160MHz。

ACS引擎选择确定的最佳配置和具有最高期望吞吐量的信道。TPT(带宽、11n或者11ac)是具有限定的配置的最大吞吐量。ACS引擎将IEEE 802.11ac模式的高频谱效率考虑在内，例如，TPT(11ac)比TPT(11n)高45％，并且在IEEE 802.11ac模式上放置更多权重。如果IEEE802.11ac模式的信道负载明显重于使用40MHz信道的IEEE 802.11n模式的信道负载，则可能选择IEEE 802.11n信道作为最佳无线配置。例如，IEEE802.11ac模式通过将八个20MHz信道结合在一起来使用160MHz信道。例如，如果20MHz信道中的一个信道当前充满低调制和编码方案(MCS)率业务和大量共信道业务，则信道负载将会很大(即，90％)。根据IEEE802.11ac模式，信道的期望吞吐量为：

(1-90％)*1.7Gbps*50％＝85Mbps(假设50％MAC效率)。

如果使用IEEE 802.11n 40MHz信道，则期望的吞吐量为：

(1-0％)*300Mbps*50％＝150Mbps。

ACS引擎适应性地选择最好的信道360。将最好的信道存储在对接适配器中(370)，并且每隔X分钟(即，根据预定的时间段)来对其进行更新380。

当计算设备对于到这样的对接适配器的无线对接连接进行授权时，对接适配器选择存储在无线显示(WiDi)适配器中的最新的最佳信道。由此，对接适配器避免了使用由低MCS率(更长传输时间)和大业务负载所占用的信道。ACS引擎智能地分布无线对接业务，并且有效地利用可用的信道容量。

图4a至图4b示出了基于平均功率的具有共信道干扰的DUT的两个示例400。上面关于图1至图3所描述的适应性的信道选择比基于平均能量的信道选择更精确。图4a中，用于信道A 412的共信道干扰410接近DUT 420，而由于低占空比422，平均能量为-50dBm。图4a还示出了CCA阈值430。

在图4b中，用于信道B 462的共信道干扰460远离DUT 470，而平均能量为-60dBm。图4b还示出了CCA阈值480。如果信道选择是基于最少数量的能量的，则将选择信道B 462。只要共信道干扰410、460的能量大于CCA阈值430、480，则在DUT 420、470中的保持传输，并且可用的吞吐量受影响。由此，信道B 462实际上比信道A 412更差。

如果如上面关于图1至图3所描述的，测量了信道负载，并且基于信道负载测量而得出了对吞吐量的估计，则可以选择最好的信道。当对接适配器是空闲的时，如上面关于图1至图3所描述的，ACS方法包括：用于定期地测量信道负载并且计算期望的吞吐量的专用硬件。该方法是精确的，但需要时间来测量所有无线信道的负载。

图5是示出了根据IEEE 802.11ac标准的五个80MHz段的图500。在某些网络定义中，可以将可用的信道集合成段，并且可以单独地指示每一个段中的选定的信道。选定的信道可以具有任何预定宽度，例如，20MHz、40MHz或者其他宽度。在图5中，段被布置在5GHz频带上，从5.15GHz开始，范围直到5.825GHz，这取决于该国的监管当局。针对根据IEEE802.11ac标准的80MHz段，可以将四个20MHz信道分成一组，以形成一个80MHz段。美国的可用信道510为每一个都具有20MHz带宽的信道36、40、44、48、52、56、60、64、149、153、157和161，并且其范围从5150MHz 520到5825MHz 530。由此，根据IEEE 802.11ac标准的第一80MHz段，即，段1 540，与IEEE 802.11a信道36、40、44和48相对应。段2 542与IEEE 802.11a信道52、56、60和64相对应；段3 544与IEEE 802.11a信道100、104、108和112相对应；而段4 546与IEEE 802.11a信道132、136、140和144相对应。信道116被设置在段3与信道4之间。段5 548与IEEE802.11a信道149、153、157和161相对应。

图6示出了根据另一实施例的用于适应性的信道选择的系统图600。在图6中，对接适配器630、632、634交换对接信道信息。根据系统图600，对接适配器630、632、634包括存储器，所述存储器用于存储信道映射640、642、644，信道映射640、642、644指示什么信道是可供使用的，以及从由相邻对接适配器系统使用/释放的信道映射640、642、644移除信道/向其中添加信道。例如，请求无线对接会话的计算设备A 650通过发送对接请求(request to dock，RTD)分组652而发起无线对接请求。

对接适配器A 630例如在ACS引擎处(见图1的175和图2的214)从请求无线对接会话的计算设备接收与无线对接请求相关联的RTD分组。对接适配器A 630识别所存储的最佳无线配置和信道，并且发送许可对接(clear to dock，CTD)分组654以与计算设备(即，计算设备A 650)设立无线对接会话。CTD分组654还包括用于其对接的信道号，即信道1 80MHz。CTD分组654可以为多播分组，并且因此将由对接适配器630、632、634对CTD分组654进行解码。一旦对接适配器B 632和对接适配器C 634接收到CTD分组654，而CTD分组654指示了80MHz信道1用于现有对接，则对接适配器B-C 632、634从其信道映射642、644中移除在信道映射642、644中由“X”表示的该信道。接下来，当计算设备B 660通过发送RTD分组662而发起对接请求时，对接适配器B 642通过发送CTD分组664来回复该请求。CTD分组664还包括用于对接的信道号，即信道5 80MHz。在所述情况中，对接适配器B 632选择距用于现有对接(即，对接适配器A 630)的信道最远的可用信道(Chan5_80MHz)，以避免可能的干扰。

一旦对接适配器A 630和对接适配器C 634从对接适配器B 632接收到指示信道5用于对接的CTD分组664，则对接适配器A 630和对接适配器C 634从其信道映射640、644中移除该信道。此外，当计算设备A 650想要终止对接会话时，对接适配器A 630发送结束对接请求(request to enddock，RTED)分组656。然后，对接适配器A 630通过发送用于指示无线对接会话终止的许可结束对接(clear to end dock，CTED)分组658来回复来自计算设备A 650的请求。CTED分组658包括用于其对接的信道号，即，在该示例中的信道1。CTED分组658可以为多播分组，从而使对接适配器可以对其进行解码。

一旦对接适配器B 632和对接适配器C 634接收到指示信道1是由对接适配器A 630释放的并且信道1是再次可用的CTED分组658，对接适配器B 632和对接适配器C 634将该信道添加回其信道映射642、644。可以使用预定信息信道690来交换信道映射640、642、644的信息。例如，对接适配器可以在5GHz频带中使用信道116。还可以使用2.4GHz频带中的任何特定的信道。

另外，上面所描述的适应性的信道选择方法还可以一起使用，以便减少80MHz和160MHz IEEE 802.11ac配置的信道负载测量，这节省了处理功率和时间。

在美国，根据联邦通信委员会(FCC)，在5.250-5.350GHz和5.47-5.725GHz上工作的设备均可以采用动态频率选择(DFS)来扫描和选择最不拥挤的可用的信道，从而更好地共享频谱。因此，对于根据IEEE 802.11ac标准的80MHz信道，可以使用5个信道中的3个信道(例如，C₂^80MHz、C₃^80MHz、C₄^80MHz)，来支持DFS。针对5GHz频带中的40MHz信道，可以使用10个信道中的6个信道来支持DFS。另外，对于5G频带中的20MHz信道，可以使用22个信道中的13个信道来支持DFS。

图7a至图7b示出了根据实施例的基于可用的对接信道信息700在现有的对接会话期间的适应性的信道切换。在图7a中，对接适配器730、732、734与其他对接适配器交换对接信道信息。另外，对接适配器730、732、734知道哪个信道更不拥挤，并且可以支持更高的吞吐量。DFS能力由此可以在现有的对接会话期间用于切换至其他信道。

在图7a至图7b中，5G频带中的信道具有多个用户(为简单起见，假设它们使用80MHz信道)。仅示出了由计算设备A 750、B 760和C 780所利用的信道。在图7a中，计算设备A 750使用信道1741C₁^80MHz来进行对接。向对接适配器B 732和C 734发送信道1 741不再可用的通知702。对接适配器B 732和C 734更新其信道映射742、744，以显示信道1对于743、745是不可用的。

计算设备B 760使用信道5 746C₅^80MHz来请求对接。计算设备B 760通过将RTD分组762发送至对接适配器B 732来发起对接请求。对接适配器B 732通过发送CTD分组764来回复请求。对接适配器B 732向对接适配器A 730和C 734发送信道5 746不再可用的通知704。对接适配器A 730和C 734更新了其信道映射740、744，以显示信道5对于747、748是不可用的。

计算设备C 780使用信道3 770C₃^80MHz来请求对接。对接适配器C 734向对接适配器A 730和B 732发送信道3 770不再可用的通知706。对接适配器A 730和B 732更新了其信道映射740、742，以显示信道3对于772、774是不可用的。

然后，在图7b中，对接适配器A 730检测到信道4 790C₄^80MrIz已经变得不那么繁忙，并且已经具有更高的期望吞吐量。例如，使用信道4 790对接的其他用户完成了其对接会话，从而使信道4 790是空闲的。对接适配器A 730然后在其现有的对接会话期间使用由信道映射740所反映的DFS能力来切换791至信道4 790。向对接适配器B 732和C 734通知改变，并且对接适配器B 732和C 734相应地更新了其信道映射742、744，从而在对接适配器B 732和C 734中的信道映射742、744中许可了由对接适配器A730所使用的信道1 743、745，并且更新了在对接适配器B 732和C 734的信道映射742、744中的信道4 792、794，以显示信道4 792、794现在由对接适配器A 730使用。

上面参照图1至图3所描述的信道负载扫描可以用于识别不那么繁忙的信道以用于适应性的信道切换。由于所连接的无线对接适配器忙于处理对接数据通信，并且受到为信道负载扫描分配额外时间的挑战，因此，相邻的空闲无线对接适配器796可以用于信道负载扫描，并且识别最佳信道。可以使用不同的方法(例如，接收到的信号强度指示器(RSSI)、基于音频的近距离传感器等)来确认空闲对接适配器是否在附近。RSSI是对在接收到的无线信号中存在的功率进行的测量。由空闲无线对接适配器796所测得的最不拥挤的信道对于在近距离范围内的对接适配器系统是有效的。可以使用信息信道798来在对接适配器之间交换信道映射信息，该信息信道798可以为5GHz频带中的一个特定信道或者2.4GHz频带中的任何特定的信道。实施例在密集的环境中协调对接适配器系统，并且通过均匀地分布无线对接业务并且有效地利用可用的信道容量来增强性能。实施例可以用于WiDi产品以增强在密集(即，办公室)环境中使用的WiDi对接解决方案。无线对接因此对于共信道和相邻信道干扰而言是更加鲁棒的。

上面的具体实施方式包括对形成了具体实施方式的一部分的附图的参考。附图作为举例示出显示了可以进行实践的具体实施例。这些实施例在本文中还被称为“示例”。这样的示例可以包括除了所示出或者描述的元件之外的元件。而且，或者相对于特定的示例(或者，其一个或多个方面)，或者相对于本文所示出或描述的其他示例(或者，其一个或多个方面)，还设想了使用所示出或描述的这些元件(或者，其一个或多个方面)的组合或置换的示例。

本文所参考的出版物、专利和专利文件的全部内容以引用的方式被并入本文，如同以引用的方式单独并入本文中一样。在本文件和以参考的方式并入本文中的这些文件之间的使用出现不一致的事件中，所并入的参考中的使用是对本文件的使用的补充；对于不可调和的不一致，以本文件中的使用为准。

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上面的说明是举例说明性的，而非限制性的。例如，上述示例(或者，其一个或者多个方面)可以彼此组合使用。其他实施例可以由例如本领域中的技术人员在阅读了上述说明之后使用。摘要用于允许读者能够快速地确定本技术公开的本质，例如，以遵从美国37C.F.R.§1.72(b)。基于以下理解来提交本摘要：本摘要不用于解释或限制权利要求的范围或含义。同样，在上述具体实施方式中，各种特征可以组合在一起以组织本公开。这不应被解释为试图使权利要求书列举所公开的特征。相反，实施例可以包括比特定的示例中公开的特征更少的特征。由此，以下的权利要求书据此被并入到具体实施方式中，每一个权利要求自身均作为单独的实施例。本文所公开的实施例的范围连同这些权利要求所拥有的等效物的整个范围应参考所附的权利要求来进行确定。