CN104094187B - 带有载波侦听控制的无线对接 - Google Patents
带有载波侦听控制的无线对接 Download PDFInfo
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Abstract
在共享的无线电频谱环境下的无线对接系统包括：对接站（220），配备有被连接到天线（222）的无线电装置（224）；被对接者（210），配备有被连接到天线（212）且使用带有载波侦听机制的无线电标准进行与对接站的通信的无线电装置（214）；以及用来减小在被对接者（210）的无线电装置（214）与对接站（220）的无线电装置（224）的至少一个中的载波侦听机制的灵敏度的系统。
Description
技术领域
本发明涉及无线对接（dock），更具体地，涉及具有用于链路性能改进和最佳化的载波侦听控制的无线对接站。
无线标准（诸如Wi-Fi）可被使用来支持无线对接。Wi-Fi工作在开放的（ISM）频段，所以Wi-Fi连接可能易受来自同一个信道的其他用户（例如其它Wi-Fi用户）的干扰。为了防止由于这种干扰造成的通信中断，Wi-Fi被设计成通过让所有的设备使用CSMA(载波侦听多址访问)机制而共享信道。这种机制确保在相互的范围中的所有设备轮流发送分组。
图1显示一个环境，其中被对接者 (dockee) A 110和E 130、对接站B 120和D140、Wi-Fi路由器150和膝上型电脑160正在使用同一个无线信道C。边界180指示其中被对接者 A 110可通过使用信道C而拾取来自另一个设备的信号的范围。这是一种简化，因为范围可以取决于其他设备的类型和发射功率设置值而不同。对于通过使用无线信道C而被对接到对接站B 120的被对接者 A 110来说，这意味着，当被对接者 E 130、对接站D 120、路由器150、或膝上型电脑160正在活动地使用同一个无线信道C（或部分重叠的信道）、正处在被对接者 A 110的范围180中时，与当没有其它活动的用户存在时的性能相比，它们对于信道的使用将造成被对接者 A 110的性能降级。这是由于这样的事实： 如果被对接者 A 110和对接站 B 120侦听到另一个设备正在使用信道C，则它们中的载波侦听机制将推迟（holdoff）使用信道C。这种降级会造成例如屏幕更新速度的降级，其会使得经由无线对接连接而舒服地观看视频是不可能的，即使它可能不造成连接的完全丢失。
载波侦听多址访问（CSMA）
假设图1上的被对接者 A 110是使用802.11n（‘Wi-Fi n’）无线电的一般用途的设备，诸如移动电话。在正常情况下，被对接者 A 110的载波侦听机制将拾取信号的范围可以由区域180指示。在诸如被对接者 A 110那样的、遵从802.11n的设备中的载波侦听（或载波检测）机制被要求在以下的任一项为真的情况下阻止由该设备进行的传输：
1. 按照Wi-Fi标准被编码的无线电信号在信道中被侦听到，具有至少X db的信号强度。
2. 任何信号在所述信道中被侦听到，具有至少X+Y db的信号强度（即，该信号必须比在第一种情形下明显更强）。
在802.11n的情形下，对于X和Y的确切值可以在IEEE 802.11n-2009标准文档的第20.3.22.5节中找到。对于在某些早期Wi-Fi标准中的某种信号编码，并不总需要实施第二个条件。
以上的两个条件是指：由任何设备130、140、150和160进行的传输可能造成被对接者 A 110在接入信道之前等待，使得被对接者 A 110与对接站B 120之间的通信的性能降级。
具体的问题是，通用的802.11n无线电实现（如预期为在被对接者A 110中存在的）将遵守以上的、关于设备何时可以发射的约束，即使被对接者A 110本身正在以低功率发射。例如，即使在以下的情况下仍旧将施加约束，即：被对接者A 110以低功率发射，该低功率被附近的对接站120理解为足够强，但其太弱以致于在更远离的设备130、140、150和160的天线处导致信号强度Z<<X，由此使得这个传输将非常不可能干扰设备130、140、150和160对于信道C的同时使用。Wi-Fi标准（和大多数无线标准）的设计没有考虑在非常短的距离内的无线通信的特殊情形。所以，这些Wi-Fi标准的通常实现典型地并不形成例外（makeexception）来在按照以上的例子被实施时去最佳化信道使用。按照标准的认证制度（regime）甚至可以禁止设备形成某些例外。
在图1情形下改进性能的一种方式是通过把被对接者 A 110和对接站B 120封入例如法拉第笼（faraday cage）而使得被对接者 A 110和对接站B 120 与它们的环境隔离。然而，对于无线对接的情形，这是不切实际的解决方案。改进性能的另一种方式是确保在区域中的大多数设备使用不同的、不重叠的信道。然而，可获得以供802.11n无线电使用的信道数是有限的，所以这充其量也仅仅是部分解决方案。例如，在开放式布置的办公楼中，假设每张桌子（每个雇员）一个对接站，且每个雇员5x5米的平均楼面面积，那么，在围绕单个对接站的50 x 50米的网格内，在同一楼层上可以找到99个其它的对接站。如果使用信道捆合（bonding）的802.11n，则只有约10对非重叠的信道可供选择。这意味着，在办公室环境中，在仅仅显示使用同一个信道的设备的假设下，图1显示了其它在范围中的设备的现实的、可能甚至是最佳的表示。 US 2007/0120752 公开了适合于与外部对接设备可拆卸地对接的膝上型电脑。膝上型电脑包括：被提供在主体的预定位置处的第一天线、第二天线和第三天线，当主体与对接设备对接时，与到第二天线相比，第三天线更靠近第一天线；以及被提供在主体中的第二无线电通信单元，它在主体与对接设备对接时通过使用第三天线经由无线电而与对接设备通信。Rakesh Kumar Jha 在2010 ITU-T Kaleidoscope AcademicConference intelligent的论文中公开了通过在无线接收机节点附近生成连续的高功率噪声而人为干扰WLAN的物理层。
在论文“Adaptive CSMA for Scalable Network Capacity in High-DensityWLAN: A Hardware Prototyping Approach,” by Zhu, J. Metzler, B. Guo, X. Liu,Y., in: INFOCOM 2006, 25th IEEE International Conference on ComputerCommunications, Proceedings, 中，描述了以上的问题，且提出在密集的WLAN环境下，载波侦听机制的高灵敏度会成为性能问题。提出了通过以下方式来解决该问题的解决方案，即：让所涉及的设备使用内建的载波侦听水平（CAA）适配算法（论文中的图3）来操纵朝向用于载波侦听机制的更高的阈值（更强的信号强度）。论文中的图11(a)显示，对于在论文的图9上所显示的开放式布置的办公室中的测试，通过使用这种技术实现了性能改进。然而，如果被应用到无线对接，则这个技术需要在被对接者和对接站两者中的专门的硬件和软件构件。而且，它需要在被对接者和对接站之间的复杂的控制环以实现最佳设置。这个技术的实施是复杂的和昂贵的，且不容易适配于现有的无线设备。
与以上的情形不同，这里描述的某些实施例实施载波侦听的控制，以使得被对接者对于检测来自其它设备的载波信号不太敏感。有利地，被对接者可以更容易与对接站通信，而没有来自由其它设备进行的传输的干扰。在一个实施例中，生成噪声信号以提升区域中的噪声本底（noise floor），这样使得只有来自附近设备的信号才强到足以达到高于这个本底。在另一个实施例中，信号吸收器被使用来减小穿过吸收器的信号强度，这样使得只有来自附近设备的信号才强到足以达到载波检测阈值。在另一个实施例中，在被对接者和/或对接站中的载波检测阈值被提升，这样使得只有来自附近设备的信号才强到足以达到这个阈值。
有利地，这里描述的几个实施例不依赖于被对接者中的任何内建机制，其使得被对接者的载波侦听机制使用不同的阈值。阈值由被对接者外部的机制降低。其次，如果使用在被对接者中的机制，则这个机制并不使用如在上述的论文中建议的控制环来通过使用无线电环境的属性而实现对于阈值的最佳设置。而是，物理对接的概念被用作为在进入“正常的”载波侦听制度与修改的载波侦听制度之间的鉴别器。这避免必须在控制环的设计中实施复杂的故障保险（fail-safe）机制，以使得在控制环故障的事件中，它不会有害地影响其它信道用户。
在应用这里描述的本发明的实施例后，图1所示的、其中被对接者 A 110可以拾取来自例如使用信道C的另一设备的信号的范围被减小，如由标记为190的较小范围指示的。因此，即使在范围中有使用信道C和/或重叠信道的Wi-Fi或其它设备，在被对接者与对接站之间的链路也将有改进的性能。如果许多无线对接站在单个房间或区域中（例如在网吧（web cafe）或开放式布置的办公室中）互相都非常靠近，则这会是特别可取的。
即使在范围中还有使用信道C和/或重叠信道的Wi-Fi（或其它）设备，这里的某些实施例也有利地允许使用信道C，由此使得被对接者 A 110与对接站B 120之间的链路的性能最大化。
这里的某些实施例优选地通过对被对接者 A 110的最小硬件或软件改变而实现最大的性能，且在某些实施例中，没有软件改变。本发明部分地依赖于这样的事实：有可能通过外部软件来控制（至少某些）Wi-Fi芯片组的载波侦听机制—即，这些机制没有被完全硬编码在固件中。
在一个实施例中，本发明涉及在共享无线电频谱环境下用于与被对接者进行无线对接的对接站，其中被对接者配置有使用带有载波侦听机制的无线电标准进行通信的、被连接到天线的无线电装置，对接站包括：被连接到天线的无线电装置；和噪声发生器；其中噪声发生器发射噪声，或者发射掩盖以该无线电标准进行的传输的另外的信号，以使得在被对接者周围的区域内，噪声发生器的信号不阻止对接站的无线电装置进行的传输由被对接者的无线电装置检测或接收到，但该噪声发生器的信号强到足以减小被对接者无线电装置的载波侦听机制在该共享的无线电频谱范围中检测其它设备进行的传输的能力。
在另一个实施例中，本发明涉及在共享无线电频谱环境下用于与被对接者进行无线对接的对接站，其中被对接者配置有使用带有载波侦听机制的无线电标准进行通信的、被连接到天线的无线电装置，对接站包括：被连接到天线的无线电装置；和无线电吸收器，其具有用于插入被对接者的插槽，以使得在被对接者插入后，无线电吸收器基本上包围被对接者的天线，其中无线电吸收器由用于吸收无线电信号的能量的无线电吸收材料制成。
在另一个实施例中，本发明涉及在共享无线电频谱环境下的无线对接系统，其中被对接者配置有使用带有载波侦听机制的无线电标准进行通信的、被连接到天线的无线电装置，以及对接站配置有被连接到天线的无线电装置；对接系统还包括：第一无线电修改模块，用于在至少第一模式与第二模式之间切换被对接者无线电装置的操作；传感器，用于检测在被对接者与对接站之间的物理对接；以及控制系统，被配置成至少取决于传感器的读数，而改变第一无线电修改模块的模式。
通常，本发明的各种方面可以以在本发明的范围内可能的任何方式组合和耦合。被看作为本发明的主题将在本申请书结论处的权利要求中具体地指出和清楚地要求保护。从结合附图来领会的以下的详细说明中前述的和其它的特征及优点将是明显的。
附图说明
图1显示使用同一个信道或重叠信道的多个无线设备。
图2显示按照本发明的实施例的被对接者与对接站。
图3显示按照本发明的实施例的、与对接的和解除对接的阈值相关的信号强度。
图4(a)和(b)分别显示按照本发明的实施例的、在加上噪声信号之前和之后的信号强度。
图5(a)和(b)分别显示按照本发明的实施例的、在加上无线电吸收器之前和之后的信号强度。
图6显示按照本发明的实施例的被对接者与对接站。
图7显示按照本发明的实施例的、在对接站中的无线电吸收器。
图8显示按照本发明的实施例的、相对于正常的和修改的阈值的信号强度。
图9显示按照本发明的实施例的被对接者与对接站。
图10显示按照本发明的实施例的第一操作情景的过程流。
图11显示按照本发明的实施例的第二操作情景的过程流。
图12显示按照本发明的实施例的第三操作情景的过程流。
图13显示按照本发明的实施例的第四操作情景的过程流。
具体实施方式
无线对接
无线对接使用无线技术来把诸如移动电话、膝上型电脑等等那样的便携式设备连接到典型地固定的对接环境。这样的便携式设备被称为被对接者或无线被对接者。无线对接环境给予被对接者对诸如大屏幕、键盘、鼠标和输入/输出端口那样的外围设备的接入，这些外围设备当与被对接者上运行的应用交互时，可被使用来改进最终用户的体验和生产力。无线对接的一个例子是当与移动电话上运行的应用（诸如电子邮件客户端或web浏览器）进行交互时，给予移动电话的用户使用更大屏幕（诸如TV或PC监视器）的能力。
为了实现无线对接，被对接者无线地连接到一个或多个无线对接站，也称为无线对接主机，以便得到对无线对接环境中的外围设备的接入。在最简单的情形下，无线对接环境通过以下方式实现，即：在某个位置处（在起居室、办公室的桌子上等等）有单个无线对接站，如TV、PC监视器、键盘等等那样的外围设备都被连接到该单个无线对接站。在一个具体的例子中，蓝牙无线键盘和USB网络摄像机可被连接到对接站，以便成为对接环境的一部分。因此，被对接者在与对接站对接后将被连接到无线键盘和USB 网络摄像机。
实际上，Wi-Fi将是使得能在对接站与被对接设备之间进行无线对接的最合理的无线协议，因为许多（潜在的）被对接设备是与已经内建的Wi-Fi支持一起供给的。然而，目标为以用户友好的方式确保在不同的被对接者和对接站之间跨设备和跨制造商的可兼容性的完全无线对接系统进一步由被对接者与对接站之间的一组机制或协议定义，所述机制或协议实现了在被对接者与对接站及其相关联的外围设备之间的容易的和方便的自动Wi-Fi连接设立。
在无线对接环境下，在本上下文中的“正被对接”的状态，例如对接状态，是指这样的状态，即：其中被对接者具有对无线对接环境中的所有外围设备的接入，或具有至少对无线对接环境中被对接者已选择接入的所有外围设备的接入。把许多外围设备编组到单个无线对接环境中，然后允许用户通过发起单次 “对接”动作而把被对接者与无线对接环境中的所有外围设备连接是使能使用的简易性的关键概念。正被“解除对接”的状态是指没有接入到无线对接环境中的任何外围设备的状态。优选地，对接和解除对接过程都尽可能自动化，从而需要最小的用户介入和由用户进行最小的在前配置。
对接站可以以许多方式实现。它可以是专门设计的单用途设备，或者它可以是例如运行某些软件应用的PC，其可以附连有某些额外的硬件以使得对接更方便和/或更有效。HDTV也可以具有起到对接站作用的内建的功能性。被考虑用于所有这些类的对接站的一个设计任选项是给对接站配备以其中可以安放被对接者的托架。把被对接者安放到托架中通常将具有触发对接动作的效果。另一个任选项是给对接站配备以其表面上可以放下被对接者的对接板。再次地，放下动作将触发对接动作，至少是在放下动作之前被对接者处在解除对接的状态时。
给对接站配备托架、板或其它划界的（demarcated）区域具有如下优点：如果在建筑物中的单个房间或单个区域包含全都处在潜在的无线范围内的许多对接站，则用户将有容易的方式来指示用户想要与哪个站和隐含的无线对接环境对接。
另一个触发动作可以是使用在被对接设备上的菜单。例如，在起居室，当用户坐在椅子上，他们的手中有被对接设备时，便利的将是通过使用被对接者上的菜单，触发与不在触手可及范围内的对接站的对接动作。从解除对接状态变成对接状态的另外的触发包括：(a)由被对接者扫描在对接站上的NFC(近场通信)标签；(b)按压在被对接者或对接站上的特定的按钮。最大限度地有用的无线对接标准使能这些类型的触发动作中的许多触发动作，由此给予设备制造商和最终用户选择权以选择对于他们最方便的触发动作。
为了产生最大的用户友好性，“解除对接”动作的触发不应当总是“对接”动作的触发的逆动作。例如，对接可以通过用户把移动电话被对接者安放在对接板上而自动发起。然而，如果当用户拿起移动电话来应答呼叫时就自动发生解除对接，则可能是不方便的。当用户已从对接板拿起电话时，在电话与对接站之间的Wi-Fi链路可以同样维持。然而，在某些情形下，当从对接板拿走电话时，例如，由用户用他们的身体阻挡直接信号路径时，链路的吞吐量可能受损害。
如果被对接者被放在对接板上、或安置在托架中、或由用户安放在与对接站或对接环境相关联的区域里面（物理划界的或者只是已知存在的区域），则被对接者被认为是处在“物理上对接”的状态。如果被对接者进入被物理上对接的状态，则这可触发对接动作，导致被对接者也成为逻辑上对接的。在被对接者离开物理上对接的状态的情况下，被对接者可能不会必然地停止逻辑上被对接。
物理对接可以因为许多理由而由用户完成，且可以同时应用这些理由中的几个：
1. 为了触发逻辑的对接过程。
2. 为了确保被对接者被连接到电源，例如，通过把电话安放在充电板上而进行无线充电。
3. 为了最佳化在被对接者与对接站/对接环境之间的无线通信的质量，或使得该无线通信的质量更可预测。通信的质量（速度、等待时间）和可预测性毕竟将影响被对接者与对接环境中的外围设备的组合的效用。
4. 为了创建对安全机制的输入，以使得(a)对接过程可以更安全地进行和/或(b)对接过程可以省略某些安全对话步骤，这些步骤要不然会是在从某个距离处进行逻辑对接时用户将必须经历的。无线连接可能易受中间人攻击，具有适当设备的（远端）攻击者通过中间人攻击可以对对接站假扮成被对接者，或者对被对接者假扮成对接站。虽然熟知的机制，如pin码鉴别（来自蓝牙），可以降低成功攻击的机会，但这些对用户不友好。因此，带有让远端的中间人攻击者很难影响的、用于物理对接的检测机制的物理对接是增强安全性而不失用户友好性的重要路径。
对于从解除对接状态通往对接状态的过程，识别了几个重要的过程元素。这些过程元素不必以固定的次序出现，它们也不必总是对于每种类型的所设想的对接过程发生。这些元素中的某些元素是：
1. 触发或开始（kickoff）机制/事件，使得对接过程进行，其中这种触发可以在全都处在无线范围内的多个无线对接环境中间选择单个无线对接环境。
2. 在被对接者与（多个）对接站或在对接环境中的其它单元之间的一个或多个安全无线连接的创建，令这些安全连接的初始化常常依赖于“信任关系创建/检测”机制，其提防中间人攻击。
3. 对于对接状态下要用于去往和来自外围设备功能的通信的最佳无线协议和接口设置的选择，例如，Wi-Fi信道。
噪声泡（Noise Bubble）
按照本发明的实施例的对接站在图2上示出。对接站B 220配备有天线P 222。虽然在对接站上的天线可以例如取决于天线所驻留的对接站的形状和尺寸而取不同的形状，但在优选实施例中，天线被定形为与覆盖对接站顶部的板相集成，以及被对接者被直接放在所述板上。
对接站B 220也配备有被连接到天线P 222的无线电装置R 224。在某些实施例中，噪声发生器N 226也被连接到天线P 222，这样使得噪声发生器N 226沿被对接者 A 210的天线的方向在信道C上发射噪声信号。噪声发生器N 226不是必须连接到天线P 222，而是可以连接到对接站中的另外的天线，如果可获得的话。
被对接者 A 210包括被连接到天线212的无线电装置214。任选地，在以下描述的某些实施例中，被对接者 A 210包括动态发射功率控制（TPC）机构218。
在对接时，当被对接者 A 210被带到接近对接站B 220的天线P 222时，创建某种关系。“被带到接近”是与离无线环境中所有其它设备的天线的距离相比较而言的。对于创建对接关系所需要的“接近度”受以下因素影响：
1. 天线P 222在物理上接近被对接者 A 210，和/或
2. 天线P 222指向被对接者 A 210的方向，和/或
3. 天线P 222和无线电装置R 224被配置成只检测非常强的信号，这样使得只有附近的被对接者 A 210的信号才强到足以被检测到。这可以以硬件和/或软件来实施，例如，用包含反馈环来确定最佳设置的机制。
应当指出，和使用标准Wi-Fi的正常情形相比较，以及和在被对接者A或对接站B与无线环境中任何的其它设备之间的链路预算相比较，被对接者 A 210与对接站B 220的接近度和/或天线P 222的方向性确保了被对接者与对接站之间的高的链路预算。这种相对高的链路预算在本发明的某些实施例中被利用。
有利地，在图2的有被对接者 A 210被物理地对接的配置中，如果被对接者 A 210正在发送，则在对接站B 220的无线电装置R 224中的CSMA机制将正确地延迟由对接站B220进行的传输，但如果在无线环境中的任何其它无线设备正在发送，则该CSMA机制将不延迟传输，因为由这些其它无线设备进行的传输低于无线电装置R 224的检测阈值。
如图3所示，对于对接状态的检测阈值可被修改成高于对于解除对接状态的检测阈值。因为来自被对接者 A的信号由于对接站B的紧紧靠近和/或天线P的方向而更高，所以即使在对接状态下检测阈值被提升，对接站B仍旧可检测出被对接者 A进行的传输。由其它设备进行的传输，诸如图3所示的E和F的传输，在对接状态下没有被检测出，但不同地将在解除对接状态下被检测出。
在一个实施例中，为了提升对于对接状态的检测阈值，噪声发生器N 226沿被对接者 A 210的天线的方向在信道C上发送噪声。图4(a)显示在噪声生成之前，在被对接者 A210处接收的、对接站B和其他设备E与F的信号强度。图4(b)显示在噪声生成之后，在被对接者 A 210处接收的、对接站B和其他设备E与F的信号强度。如图4(b)所示，这个噪声具有以下的有利效果，即：把被对接者 A 210中的无线电的噪声本底提升到其触及（meet）或超过从其它设备E和F接收的信号强度的水平。这造成被对接者 A 210中的无线电装置不能检测到由其它设备E和F进行的传输，而仍旧能够检测到来自B的传输。
如图2所示，通过加上噪声生成，被对接者 A 210的信号检测范围从范围280收缩到范围290。因此，被对接者 A 210处在由对接站B 220创建的 “噪声泡”中。
如果对接站B 220正在发送，则上述的“噪声泡”使得在被对接者 A 210的无线电装置中的CSMA能够延迟由被对接者 A进行的传输，但如果在无线环境中的任何其它无线设备正在发送，则将不延迟传输，因为由这些其它无线设备进行的传输被噪声掩盖。
由于以上的天线-无线电配置和噪声泡的结果，即使是在其它设备处在被对接者A 210的正常范围280中的场合下，被对接者 A 210和对接站B 220也可以使用信道C的全部频谱容量。
在被对接者 A 210的某些实施例中，无线电装置214被这样地配置，以使得由噪声发生器N 226生成的高的噪声本底不被解译为在信道中存在许多（已调制的）能量，即：存在使用被对接者 A所不知道的信道调制的无线电装置。这样的解译会促使被对接者 A中的CSMA机制――如果它是例如按照802.11n标准被构建的――延迟传输，可能是不确定地。因此，在另一个实施例中，被对接者 A被配置成通过使用载波信号鉴别方法而避免作出这些错误的解译。在另一个实施例中，噪声发生器N 226被配置，以使得噪声本底不被提升得太高去造成被对接者 A 210延迟传输。
应当指出，噪声发生器N的用途是生成具有一定幅度的扰动信号，该扰动信号阻止被对接者 A 210检测到除对接站B以外的其它设备的载波信号。在一个实施例中，扰动信号是白噪声。因为许多已调制的（非噪声）信号也能够有想要的效果，所以也预期有其他的扰动信号，只要被对接者 A不将这些信号解译为Wi-Fi载波信号即可。
虽然泄漏到信道C之外将不干扰以上实施例的正确工作，噪声发生器优选地将它的输出限制为在信道C上或在信道C的一部分上产生扰动来实现这个效果。然而，可应用的法则和规则可能限制噪声发生器产生（有意义的）信号所在的频率，例如，到ISM频段之外的泄漏必须低。
在另一个实施例中，实施如图2所示的可选动态发射功率控制（TPC）机构218。TPC218被配置成控制被对接者 A 210的无线电装置214来以低功率设置值发射。低功率设置值足够高，以使得在对接站B 220中的无线电装置224可以译码消息，但又不会高太多。TPC218将减小由被对接者 A 对无线环境中的其它无线设备造成的过度干扰。
应当指出，对于Wi-Fi标准802.11a，TPC在欧盟（EU）在5GHz频段上是强制的，并按照标准802.11h实施。Wi-Fi 802.11g和802.11n具有内建的TPC机制，但它们的使用是非强制的，虽然这些机制以最普通的Wi-Fi硬件和软件实施。Wi-Fi TPC机制在IEEE 802.11-2007中描述。
对于基于Wi-Fi的实施例，优选地，被对接者 A 210使它的TPC机制启用，且以下机制中的一个或多个被使用于对接站B 220：
1. 对接站支持Wi-Fi TPC报告，带有填入的报告内容（具体地是报告中的链路容限），以支持以上的传输功率设置。
2. 对接站支持Wi-Fi TPC报告，带有填入的功率约束单元内容，在对于信道的本地最大发射功率中，以支持以上的传输功率设置。应当指出，被填入的本地最大发射功率通常会比按照常规约束所允许的最大发射功率小得多。
按照另一个实施例，被对接者和对接站通过使用并非Wi-Fi技术规范的一部分的、专门的预先安排的协议来调节发射功率电平。这样的协议也可被使用来调谐除发射功率以外的无线电参数。例如，某些无线电装置在它们的CSMA机制中和在它们的预放大级中具有可调节的级别――这些级别可被调节来使得链路预算最大化，而同时使得对信道C的其它用户的潜在影响最小化。
在另一个实施例中，噪声发生器N 226和天线P 222被配置以确保由区域中的其它设备接收的噪声信号相对较小――低于正在通信的其它设备的信号强度。这可以通过以下方式而实现：
1. 对接站B 222的天线P 222是定向的，这样使得它不把信号发送到除被对接者A 210以外的设备，和/或
2. 天线P 222和噪声发生器N 226以硬件和/或软件被配置，有可能用包含反馈环来确定最好设置以便只发送弱信号的机制配置，这样使得只有附近的被对接者 A 210才最强地受到噪声影响。这确保其它设备不会因对接站B 220的过度干扰受损害。
在一个实施例中，天线P 222是连接有噪声发生器N 226的定向天线。对接站B 220也具有没有连接到噪声发生器的通用全向天线（未示出），即，与一般的Wi-Fi设备或接入点相同的类型的天线，这样使得如果被对接者没有直接安放在对接站的顶部，则对接站B 220可以通过通用全向天线作出与被对接者的最佳连接。如果在信道C上有许多活动的用户，则与经由天线P 222的连接相比较，这个更长范围的连接当然将具有降级的性能。
应当指出，波束操纵天线是定向天线，其方向可以电子地改变，而不用物理地移动天线的单元。在这里具有波束操纵天线的实施例中，噪声发生器N 226可以与对接站B 220中的波束操纵天线相组合，以允许即使是在被对接者 A 210中的天线保持为全向时，在大的距离上也以高性能进行对接。如上所述的噪声信号的波束操纵比Wi-Fi信号的波束操纵更容易。在一个实施例中，对接站将配备有用于噪声信号的波束操纵天线，但Wi-Fi信号将通过使用正常天线，或使用波束操纵，经由同一个天线或经由具有更宽波束的其它天线而被发射和接收。
阻尼泡沫体（Dampening Foam）
在这里的另一个实施例中，对接站配备有无线电吸收单元，这样使得无线电信号被衰减到如此程度，以至于只有来自附近设备的信号才强到足以达到载波检测水平。举例说明性地，图5(a)显示不带有无线电吸收器的无线电信号的例子。对接站B和在无线环境中的其它设备E和F的信号强度全部高于被对接者的检测阈值。当使用无线电吸收器时，如图5(b)所示，在被对接者处接收的信号强度减小，这样使得只有来自附近对接站的信号对于甚至它的被衰减信号也强至足以达到载波检测和信号译码的阈值。
在这里的实施例中，对接托架配置有无线电屏蔽或吸收材料。然而，无线电屏蔽/吸收托架设计的问题是：为了造成良好的屏蔽，托架需要尽可能精确地配合于被对接者（例如，特定型号的移动电话）的形状。如果有间隙，则屏蔽和/或阻尼效果将减小。这意味着，对于不同型号的电话需要不同型号的托架，或者最终用户在购买托架以后必须对该托架进行某种定制。
图6显示按照本发明的实施例的对接站的截面图。被实现为对接托架620的对接站包括天线622，其与位于被对接者 610中的天线612通信。当对接站被实现为托架时，它可被称为对接托架。对接托架620具有泡沫单元630，被对接者 610 紧密地（snuggly）贴合于其中，这样使得泡沫单元630基本上包围天线612。对接站还可包括屏蔽单元640。
泡沫单元630由吸收穿过它的无线电波（无线电波的能量）的专用泡沫材料制成。在一个实施例中，泡沫体也可在一定的程度变形。有几家制造商制造具有这些属性的泡沫材料，例如，TDKTM和ARC TechnologiesTM。这种泡沫体的当前典型用途是排满（line）消声无线电测试室的壁。这样的泡沫体是通过混合传导材料（例如，碳粒子）与聚苯乙烯发泡剂而制造的。进入泡沫体的无线电波在传导材料中产生电流，然后让这些电流因为材料的内阻而被耗散成热量。
在一个实施例中，泡沫单元有几分柔软，从而允许它变形，以使得有在一系列被对接者形状周围的紧配合（tight fit）。图7显示泡沫形状的更详细的实施例，其中泡沫单元730可以通过以下方式变形，即：通过压缩变形，而且也可以通过使之弯曲进入封闭的空间710中而变形。因为泡沫单元730可被压缩和弯曲，所以不同形状和尺寸的被对接设备可被容纳到插槽770中，而且它们仍可以对可达到被对接者天线的外面的无线电信号提供很大的吸收。泡沫体730可以例如通过在封闭空间底部的粘结点750处进行粘合而被固定在适当的地方。
应当指出，图6和7显示：在构成托架的顶盖的非可变形材料780中的间隙790（插槽）――如果那里存在具有这样的插槽790的材料的话――应当比在它的非变形结构中的泡沫体中的初始插槽770稍微更宽一些。顶部中的插槽790必须测定尺寸以便接纳最大的设想的被对接者尺寸；泡沫体中的插槽的非变形结构必须测定尺寸以便完全围住最小的设想的被对接者尺寸。泡沫单元，或泡沫单元组，优选地被构建成当被对接者被插入时，保持被对接者很好地在顶板插槽里面居中，从而产生对用户有价值的“整洁”的视觉效果。在一个实施例中，图6上的屏蔽单元640由无线电反射材料（例如金属箔）制成。应当指出，这个屏蔽单元是任选的，因为在没有单独的屏蔽单元的情况下，泡沫单元也通过吸收穿过它的大部分无线电波能量而作为天线效率减小设备工作。然而，可以使用屏蔽材料640来改进天线效率减小效果的整体效率，特别是在想要的目标是要节省所需要的泡沫材料体积的情况下。通过将大部分通过泡沫体进入的无线电波反射回泡沫体中，泡沫体得到进一步的机会来吸收它早先不能吸收的能量。
应当指出，市场上某些无线电吸收泡沫体具有内建在它们中的传导层。如果在一个实施例中使用这样的泡沫体，则可以说，屏蔽单元已部分合并在泡沫体中。
应当指出，图6的设置可能不能实现对被对接者 A的天线效率的完全减小，即，将A的无线电装置对来自泡沫体外面的信号的灵敏度完全减小到零。这些外面的信号中的某些可能被伸出托架之外的被对接者 A的那部分捕获，且通常将向无线电电路传导这些信号。无论如何，泡沫单元造成的天线效率减小高到足以在实际中很有价值。
除了减小被对接者的载波灵敏度以外，泡沫单元可以减小来自从被对接者的天线和可能从对接站的天线发送的信号的干扰，正如在无线环境下由其它设备所经历的。有利地，由泡沫单元造成的紧密配合（snug fit）和屏蔽的无线电环境可以允许对接站更精确地检测“物理对接”，并且被对接者和对接站的天线也可以更精确地互相对准。
无线电修改模块
在本发明的另一个实施例中，在被对接者中引入无线电修改模块（RMM），其得到具有至少两个设置值的操纵信号：“正常的”和“修改的”。设置值“正常的”是指无线电装置的行为应当按照通信方案（例如，Wi-Fi）的通常法则和实践，以及设置值“修改的”（其与正在物理地对接的被对接者相关联，如下面详细地说明的）是指无线电装置中的载波侦听机制应当被修改为超出通信方案中所正常适用的，其中修改包括以下的至少一项：(a)完全禁用载波侦听机制，或(b)使得它对于载波信号远没有那么灵敏（例如，把信号阈值设置在更高的信号强度）。
图8图示出其中侦听阈值被RMM设置为更高的信号强度电平的实施例的情形。因此，被对接者（其可通过使用正常的阈值去检测来自对接站B和其它设备E和F的信号）在将修改的阈值用于载波侦听时，就不再能够检测来自设备E和F的信号。
在一个实施例中，操纵信号是取决于特定的设计和/或用户优选项而被设置的。例如，在对接之前，操纵信号被设置为“正常的”，随后在物理对接之后，操纵信号被设置为“修改的”，然后在解除对接后，操纵信号被设置回“正常的”。
在一个实施例中，当物理对接完成和/或RMM处在修改的设置时，被对接者无线电装置的发射功率被调整为低于覆盖整个无线环境所需要的发射功率，但仍旧高到足以达到至少一个对接站天线。
在另一个实施例中，类似的或对称的RMM被使用来控制对接站无线电装置，这样使得当被对接者在物理上解除对接但在逻辑上仍旧对接时，对接站能够在长的距离上与被对接者进行通信。
图9显示按照本发明的实施例的无线对接系统。该系统包括带有被连接到天线918的无线电装置916的被对接者 910，和带有被连接到天线928的无线电装置926的对接站920。在本例中，该无线电装置在Wi-Fi 802.11n 标准下操作。然而，也可以应用其它无线标准。对接站920具有传感器930，用于检测物理对接。在本例中，物理对接是把被对接者放置在对接站的顶部的行动，这样使得传感器检测被放在对接站的顶部上的物体的存在。传感器不能感知：该物体是实际的被对接者，更不用说被对接者的身份了，所以，附加于这个传感器，为了创建智能系统，使用了无线电信号强度测量（正如下面说明的）。在另一个实施例中，传感器930可能不能使用用来检测物体的物理存在的任何硬件，而是传感器单纯依赖于无线电信号强度测量。在另一个实施例中，除了对接站920中的硬件以外，传感器930还使用在被对接者 910 里面的传感硬件或信号生成硬件，或使用被专门安放在被对接者 910中的硬件。
正如耦合线950所指示的，在两个天线918 与928之间有无线通信，允许控制单元912和922互相通信以实现对接――在控制系统之间的这个更高级别的通信用线960示出。具体地，这个通信允许通知被对接者 910中的控制单元912：是否已检测到物理对接，或者是否物理对接停止被检测。
在本实施例中，RMM单元914、924被加到被对接者 910和对接站920。RMM单元914、924被设立以接收来自它们各自的控制单元912、922的信号。信号至少可以从“正常的”和“修改的”中进行选择。如果到RMM的信号是 “修改的”，则这个RMM改变它的附连的无线电装置926/916上的设置值，以便：(a)与用于Wi-Fi的正常的设置值相比较，增加载波侦听阈值，其优选地是仅有的、在寻址到被对接者或对接站配对方的分组的传输之前完成的载波侦听，和(b)降低被无线电装置使用于分组传输的信号强度（与用于Wi-Fi的正常的设置值相比较），优选地，仅仅用于寻址到被对接者或对接站配对方的分组的传输。使用RMM单元允许用对被对接者最少的软件改变来控制载波侦听，这样使得本发明的某些实施例可以通过以下方式被实施，即：在使用标准技术被构建为通用目的的Wi-Fi设备的被对接者中进行系统软件升级。这可以实现，因为有可能通过外部软件来控制至少某些Wi-Fi芯片组的载波侦听机制，而不必将无线电修改模块全部硬编码在芯片组固件中。
对接站920可包括显示外围设备940，这样使得在被对接者中的显示数据可以在对接后在显示外围设备940上被显示。
这个系统的运行功能通过以下的操作场景和相关联协议的例子而进一步举例说明。图10显示按照实施例的、对于第一场景的操作过程。在开始1010，信号是“正常的”，并且RMM将各自的无线电装置设置为正常的设置值。在开始，被对接者还没有被对接，并且没有被放在对接站的顶部。用户现在把被对接者放在对接站的顶部，用信号通知进行物理地和逻辑地对接的意图。
在对接站里面的控制系统经由检测环中的传感器来检测在它的顶部的物体的存在 1020。
在1030，控制系统使用它的无线电装置来按照无线对接标准在预定的Wi-Fi信道上广播具有预定格式的请求。所述请求指令处在通信范围内的、能够作为被对接者的任何设备发回应答，以说明它的身份以及该请求分组被接收时的信号强度。
在1040，作为在以上预定的信道上进行收听的设备的被对接者，如上所述地应答。
在1050，对接站控制系统接收该应答以及来自更远的被对接者的第二应答，并选择指示了对于所接收的请求分组的最强信号强度的应答，由此得到用户想要物理地对接的被对接者的身份（例如，Wi-Fi MAC地址）。信号强度可以在这里被使用来测量离对接站的接近度。通过使用一个以上的单个请求分组而发送信号来测量接近度的其它方式也是可能的， 并且有时可能是优选的，因为它们可以提供更高的精度。
在1060，对接站然后通知被对接者（通过使用它的无线电装置，经由它的身份来寻址它）：它已被物理地对接，以及逻辑对接也应当进行。
在1070，“修改的”信号被发送到RMM，并且RMM修改无线电装置中的设置值。被对接者和对接站一起合作来完成逻辑对接过程。
在1080，被对接者现在能够发送数据到对接站，例如，发送显示数据给由对接站管理的显示外围设备。
这改进对接通信链路的性能，因为无线电装置不再受来自其它设备的载波信号影响。
图11显示按照实施例的、对于第二场景的操作过程。在1110，被对接者与对接站进行对接。因此，当前的信号是“修改的”，并且RMM随之设置各自的无线电装置的操作。用户拿起被对接者，例如，因为用户试图应答进入的呼叫。对接站在检测环中经由它的传感器检测到：不再有任何物理对接 1120。
在1130，对接站使用它的无线电装置通知被对接者：物理对接中止。这并不触发逻辑上的解除对接，由于无线电装置仍旧处在范围内，所以，在1140，逻辑对接关系继续。
在1150，在对接站中的控制把给它的RMM的信号改变为“正常的”，并且也经由它的无线电装置来指令在被对接者中的控制：物理对接已结束，以及它应当把给它的RMM的信号改变为“正常的”。这允许即使在被对接者与对接站之间的距离增长时也保持无线电装置之间的链路连接性。链路性能再次受无线环境中的其它设备影响和被无线环境中的其它设备降低。
图12显示按照实施例的、对于第三场景的操作过程。图12所图示的这种情景跟随在图11所图示的第二场景中的动作后。在1210，由于用户以前取出被对接者来应答电话呼叫，所以当前的信号是“正常的”，并且RMM随之设置各自的无线电装置的操作。对接站的控制系统再次在检测环中经由传感器来检测物理对接1220。在1230，对接站通过使用它的无线电装置通知被对接者：物理对接继续进行。在1240，给两个RMM的信号再次被设置为“修改的”。
图13显示按照实施例的、对于第四场景的操作过程。在第四场景中，解除对接动作例如通过按压被对接者上的按钮，指示例如用户想要解除对接而被触发。在1310，RMM处在“修改的”状态。在检测环中触发解除对接1320。在1330，响应于这个触发，对接站和被对接者结束逻辑对接关系。在1340，两个RMM信号再次被改变到 “正常的”。用户可以拿起被对接者，并可以开始与已解除对接的设备上的应用一起工作。
在一个实施例中，对接站可以作为无线中继工作，或者给被对接者提供互联网连接性，因为它通过使用有线连接，例如经由以太网电缆，被连接到互联网。因此，这个实施例具有优点：RMM不一定必须被设计成在每个分组的基础上工作，并且在RMM信号是“修改的”同时，可维持互联网连接性。
本发明可应用于：无线对接，和需要在拥挤的无线电环境下进行无线连接的其它环境，其中用户具有把他们的无线设备安放在某个固定位置的自由。
这里的某些实施例提供在被对接者与对接站之间的、更难从远处监视或人为干扰（jam）的链路。通常，加密将被使用来保护通信，但由本发明提供的额外的保护层是优于其它无线对接解决方案的优点。
虽然几个实施例的以上说明把传感器930安放在对接站中，以及把对于由传感器触发的许多动作的主动性安放在对接站的控制器中， 但替换实施例规定在被对接者的传感器和被对接者控制器中采取主动性。在一个这样的可能的实施例中，被对接者使用NFC（近场通信RFID）传感器来检测和扫描存在于对接站中的NFC标签。
以上的详细说明阐明了本发明可采取的许多形式的几个形式。旨在使以上的详细说明被理解为本发明可以采取的所选择形式的举例说明，而不被理解为对本发明的定义的限制。仅仅是包括所有等同物的权利要求被规定为限定本发明的范围。
最优选地，本发明的原理被实施为硬件、固件和软件的任何组合。而且，软件优选地被实施为在由部件组成的或某些设备和/或设备的组合的程序存储单元或计算机可读存储介质上有形地体现的应用程序。应用程序可以被上载到包括任何适当结构的机器，并被该机器执行。优选地，机器在具有诸如一个或多个中央处理单元（“CPU”）、存储器和输入/输出接口那样的硬件的计算机平台上实施。计算机平台还可包括操作系统和微指令代码。这里描述的各种过程和功能可以是微指令代码的一部分或应用程序的一部分，或是它们的任何组合，它们可由CPU执行，不管这样的计算机或处理器是否被明显地显示。另外，各种其它外围设备单元（诸如附加的数据存储单元和打印单元）可被连接到计算机平台。
Claims (15)
1.一种对接站（220），用于在共享的无线电频谱环境下使用用以通信的带有载波侦听机制的无线电标准与被对接者（210）进行无线对接，该对接站（220）包括：
无线电装置（224）；
天线（222），其被连接到无线电装置（224），其中该无线电装置被配置成，使得被对接者（210）被对接时的载波侦听机制检测阈值修改为高于被对接者（210）解除对接时的载波侦听机制检测阈值。
2.按照权利要求1的对接站（220），还包括噪声发生器（226），其中噪声发生器（226）发射信号，由此将在被对接者 A（210）中接收的信号的噪声本底提升到掩盖该无线电环境中除来自对接站（220）的无线电传输以外的无线电传输的水平。
3.按照权利要求1的对接站（220），其中对接站（220）的天线（222）是定向的，这样使得当被对接时，从对接站（220）发射的信号指向该被对接者（210）。
4.按照权利要求1的对接站（220），其中对接站（220）被配置成提供发射功率控制（TPC）报告给实施TPC（218）的被对接者，以使得对接站能提供反馈给被对接者，用于当被对接时降低由被对接者（210）所使用的发射功率设置值。
5.按照权利要求1的对接站，其中对接站还包括：
传感器（930），用于检测在被对接者与对接站之间的物理对接；以及
控制系统，被配置成至少取决于传感器的读数来改变载波侦听机制检测阈值的所述修改。
6.按照权利要求5的对接站，其中所述修改包括与正常的值相比较，增加在对接状态下的载波侦听阈值。
7.按照权利要求6的对接站，其中对接站还适合于在所述对接状态下降低被无线电装置使用于分组传输的信号强度。
8.按照权利要求6的对接站，其中对接站还适合于仅仅针对被寻址到被对接者的分组的传输，在所述对接状态下降低被无线电装置使用于分组传输的信号强度。
9.一种对接站（620），用于在共享的无线电频谱环境下使用用以与对接站（620）通信的带有载波侦听机制的无线电标准与被对接者（610）进行无线对接，该对接站（620）包括：
被连接到天线（622）的无线电装置；以及
无线电吸收器（630），其具有用于插入被对接者的插槽（770），以使得在插入被对接者后，无线电吸收器基本上包围被对接者的天线（612），其中无线电吸收器由用于吸收穿过的无线电信号能量的无线电吸收材料制成。
10.按照权利要求9的对接站（620），其中吸收器由柔软的无线电吸收材料制成，并被配置成变形，以便接纳和基本上包围具有一系列尺寸的、不同类型的被对接者的天线。
11.按照权利要求9的对接站（620），还包括屏蔽单元（640），用于把无线电信号反射到无线电吸收器（630）。
12.按照权利要求9的对接站（620），其中屏蔽单元（640）被构建在无线电吸收器（630）中。
13.按照权利要求9的对接站（620），其中无线电吸收器（630）是包括导电材料的泡沫体。
14.一种在共享无线电频谱环境下的无线对接系统，包括被对接者（910），其配置有使用带有载波侦听机制的无线电标准来进行通信的、被连接到天线（918）的无线电装置（916），和按照权利要求1到13的任一项的对接站。
15.按照权利要求14的无线对接系统，其中被对接者还包括控制系统，用于在至少第一模式与第二模式之间切换被对接者无线电装置（916）的操作。
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