CN107667567B - 数千兆比特无线隧道传送系统 - Google Patents

Abstract

所公开的无线隧道传送系统通过无线链路来隧道传送两个处理装置之间的通信，同时维持两个处理装置之间的通信对有线通信协议的遵从。在一个实施例中，无线隧道传送系统包括通过无线链路彼此通信的两个无线隧道传送装置。本地无线隧道传送装置通过有线连接耦合到本地处理装置，并且远程无线隧道传送装置通过另一有线连接耦合到远程处理装置。在一个方面，本地无线隧道传送装置预测远程处理装置的状态，并且将远程处理装置的所预测的状态进行镜像。基于该预测来对该状态进行镜像将支持通过无线链路在两个处理装置之间的高速数据速率隧道传送，同时也没有与无线隧道传送装置相关联的延迟来影响高速数据速率隧道传送。

Description

数千兆比特无线隧道传送系统

技术领域

本公开的实施例总体上涉及无线通信领域，并且更具体地涉及有线通信协议的无线隧道传送。

背景技术

在无线隧道传送系统中，传统上通过有线通信链路被传送的数据改为通过无线信道被隧道传送。通常，无线通信比通过有线链路的通信要慢得多。因此，传统的无线系统不能够隧道化高速协议，例如具有数千兆比特数据速率的通用串行总线(USB)、高清晰度媒体接口(HDMI)和DisplayPort(DP)。

发明内容

所公开的无线隧道传送系统通过无线链路来隧道传送两个处理装置之间的通信，同时维持两个处理装置之间的通信的遵从性。

在一个实施例中，无线隧道传送系统包括通过无线链路彼此通信的两个无线隧道传送装置。本地无线隧道传送装置通过有线连接耦合到本地处理装置，并且远程无线隧道传送装置通过另一有线连接耦合到远程处理装置。两个处理装置可以使用两个无线隧道传送装置、通过低时延无线链路来彼此通信，就好像两个处理装置通过有线连接被连接一样。

在一个实施例中，本地无线隧道传送装置包括无线接收器、处理部件状态机和接口电路。无线接收器被配置为从远程无线隧道传送装置接收无线接收信号，并且对无线接收信号进行下变频，以从无线接收信号生成基带信号。处理部件状态机被配置为基于基带信号来预测远程处理装置的远程处理状态。接口电路耦合到本地处理装置并且被配置为(i)基于所预测的远程处理状态和基带信号来生成遵从有线通信协议的输出信号，并且(ii)通过有线通信协议向本地处理装置提供输出信号。

在一个或多个实施例中，本地无线隧道传送装置还包括无线发射器，无线发射器被配置为(i)从本地处理装置接收输入信号以生成另一基带信号，(ii)对上述另一基带信号进行上变频以生成无线传输信号，以及(iii)传输该无线传输信号。处理部件状态机可以基于以下中的一个或多个来控制接收器或发射器的功率状态：(a)处理部件状态机的当前状态，(b)从本地处理装置接收的输入，以及(c)所预测的远程处理状态。处理部件状态机还可以被配置为将本地处理装置的一个或多个本地处理状态映射到处理部件状态机的单个状态，并且基于单个状态来生成指示本地处理装置的本地处理状态的状态信号。发射器还可以被配置成利用指示本地处理装置的本地处理状态的状态信号来编码基带信号。

在一个或多个实施例中，本地无线隧道传送装置还包括无线部件状态机，无线部件状态机被配置为基于无线部件状态机本身的当前状态和远程处理装置的所预测的远程处理状态来确定无线接收器的无线部件状态。无线部件状态机可以根据基于无线部件状态机本身的当前状态和远程处理装置的所预测的远程处理状态而确定的无线部件状态，来控制无线接收器的操作模式。

在一个或多个实施例中，基带信号利用指示远程处理装置的先前状态的状态信号而被编码。处理部件状态机可以被配置为基于基带信号的状态信号来预测远程处理装置的远程处理状态。

在一个或多个实施例中，处理部件状态机被配置为基于与无线接收信号相对应的基带信号的一部分来预测远程处理装置的远程处理状态。

在一个或多个实施例中，处理部件状态机被配置为基于本地处理装置的一个或多个本地处理状态来预测远程处理装置的远程处理状态。

在一个或多个实施例中，公开了一种无线地隧道传送本地处理装置与远程处理装置之间的通信、同时维持本地处理装置与远程处理装置之间的通信对有线通信协议的遵从的方法。该方法包括：由无线接收器从远程无线隧道传送装置接收无线接收信号；由无线接收器对无线接收信号进行下变频，以从无线接收信号生成基带信号；由处理部件状态机基于基带信号来预测远程处理装置的远程处理状态；由耦合到本地处理装置的接口电路基于所预测的远程处理状态和基带信号来生成遵从有线通信协议的输出信号；以及由接口电路通过有线通信协议向本地处理装置提供输出信号。

附图说明

通过结合附图考虑以下详细描述，可以容易地理解本文中公开的实施例的教导。

图1示出了无线隧道传送系统的一个实施例。

图2示出了根据一个实施例的本地无线隧道传送装置向本地处理装置隧道传送从远程处理装置接收到的通信的示例过程。

图3示出了根据一个实施例的本地无线隧道传送装置向远程处理装置隧道传送从本地处理装置接收到的通信的示例过程。

图4示出了根据一个实施例的无线隧道传送装置的详细架构。

图5示出了根据一个实施例的无线隧道传送装置的示例状态转换图。

图6示出根据一个实施例的遵从USB 3.0协议的无线隧道传送装置的详细架构。

具体实施方式

本说明书中描述的特征和优点并非完全是包括性的，并且特别地，鉴于附图、说明书和权利要求书，很多附加特征和优点对于本领域普通技术人员将是显而易见的。此外，应当注意，主要出于可读性和教学目的而选择了说明书中使用的语言，这些语言并非被选择为界定或限制本发明的主题。

附图和以下描述仅以说明性的方式涉及优选实施例。应当注意，从下文的讨论中，本文中公开的结构和方法的替代实施例将容易地被认为是可行的替代方案，这些替代方案可以在不脱离本发明的原理的情况下被采用。

现在将详细参考本发明的若干实施例，这些实施例的示例在附图中示出。注意，可能在附图中使用类似或相似的附图标记，并且这些附图标记可以指示类似或相似的功能。附图仅是出于说明性的目的来描绘实施例。本领域技术人员从以下描述中将容易认识到，在不脱离本文中描述的原理的情况下，可以采用本文中所示的结构和方法的替代实施例。

系统概述

本文中的实施例主要是在隧道传送系统的上下文中进行描述，该隧道传送系统可以被插入到处于连接拓扑的任意节点中，该连接拓扑包括主机、设备和集线器。在一些实施例中，隧道传送系统可以在USB 3.0系统的上下文中进行操作。然而，本文中的实施例也可以被用于使用其他通信协议进行通信，诸如USB标准的不同版本或完全不同的协议，诸如HDMI、DisplayPort或其他串行通信协议。

图1示出了无线隧道传送系统100的实施例。无线隧道传送系统100包括经由无线链路130与第二计算系统150B通信的第一计算系统150A。

在一个实施例中，无线链路130包括60GHz无线链路。无线链路130可以限于短距离通信，其中无线隧道传送装置120彼此非常接近(例如，在几毫米内)。无线链路130上的数据传输可以具有例如每秒6千兆比特或更高的数据速率。在其他实施例中，无线链路可以适用于远距离通信和/或被实现用于其他频带。

第一计算系统150A包括通过有线连接116A耦合到无线隧道传送装置120A的处理装置110A，并且第二计算系统150B包括通过有线连接116B耦合到无线隧道传送装置120B的处理装置110B。无线隧道传送装置120A和120B(本文中也称为“无线隧道传送装置120”或“收发器120”)通过无线链路130彼此通信，并且隧道传送处理装置110A和110B(本文中也称为“处理装置110”或“源装置110”)之间的通信。处理装置可以包括能够与另一电子装置交换遵从有线通信协议的数据(单向或双向)的电子装置。处理装置的示例包括源设备、宿设备、在源设备与宿设备之间的中间设备、USB主机/设备、存储设备等。在一个实施例中，无线隧道传送装置120被实现为可以耦合到处理装置110的端口或电缆(例如，USB端口或电缆、HDMI端口或电缆、或者DisplayPort端口或电缆)的可拆卸加密狗(dongle)。在其他实施例中，无线隧道传送装置120在内部耦合到处理装置110(例如，经由印刷电路板上的迹线)，或者可以与处理装置110完全集成(例如，在集成电路中)。

计算系统150(及其部件)可以使用模拟电路部件、数字逻辑、软件或其组合来实现。在一个实施例中，计算系统150的一个或多个部件可以被实现为处理器和存储指令的非暂态计算机可读存储介质，这些指令在由处理器执行时使处理器执行属于这些部件的功能。替代地或另外地，数字部件可以被实现为专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FGPA)，或者使用实现的组合来实现。

在一个实施例中，无线隧道传送系统100提供诸如USB、HDMI、DisplayPort或其他串行通信协议等传统有线通信的替代。例如，与处理装置110A、110B经由传统电缆彼此直接通信不同的是，处理装置110A、110B改为与其相应的无线隧道传送装置120A、120B通信，无线隧道传送装置120A、120B然后以比使用传统有线通信能够达到的速度更高的速度、通过高速点对点串行无线链路130来对数据进行隧道传送。

从处理装置110A、110B的角度来看，通信可以以同样的方式实现，就好像处理装置110A、110B以传统配置直接连接一样。因此，不需要对传统处理装置110A、110B进行修改(例如，不需要软件修改)。换言之，无线隧道传送装置120A、120B和它们之间的无线链路130可以作为传统电缆的直接替代来进行操作。例如，每个无线隧道传送装置120A、120B包括使其能够直接插入其相应处理装置110A、110B的传统电缆接口中的接口，并且无线隧道传送装置120A、120B促进通信，使得该无线隧道传送装置120A、120B在处理装置110A、110B看来它们是直接连接的。在替代实施例中，无线隧道传送装置120A、120B可以与其相应的处理装置110A、110B集成。

以USB为例，具有USB接口的传统无线装置终止无线装置中的USB协议，并且将数据重新编码到不同的无线协议中，以用于传输。传统无线装置在USB树形拓扑结构中作为节点(USB集线器、USB设备或USB转发器)而可见。相比之下，无线隧道传送装置允许以非常低的时延且没有修改地传输USB链路层数据业务，而不终止USB协议层。这样的无线隧道传送装置在USB拓扑中是不可见的。

在一个实施例中，每个无线隧道传送装置120与其连接的处理装置110通信，以将无线隧道传送装置120耦合到的处理装置110的对端的状态和操作进行镜像。因此，例如，如箭头118所示，无线隧道传送装置120A将处理装置110B的状态进行镜像，并且如箭头128所示，无线隧道传送装置120B将处理装置110A进行镜像。因此，从无线隧道传送装置120A向处理装置110A传送的数据是从处理装置110B到无线隧道传送装置120B的通信的镜像，从无线隧道传送装置120B向处理装置110B传送的数据是从处理装置110A到无线隧道传送装置120A的通信的镜像。

具体地，无线隧道传送装置120中的每个预测其远程(即，对端)处理装置110的操作状态(例如，功率状态或其他操作状态)，并且根据所预测的状态、通过有线连接116来与其本地处理装置110A接口。例如，取决于数据速度或电源管理状态，处理装置110B根据有线通信协议(例如，USB)以多种处理状态中的一种状态进行操作。无线隧道传送装置120A预测处理装置110B的操作状态，并且将处理装置110B的所预测的状态进行镜像，以通过有线连接116A与处理装置110A对接。所镜像的状态可以与处理装置110B的操作状态相同或基本相似。在一个方面，处理装置110的一组处理状态可以被映射或折叠成无线隧道传送装置120的单个状态或更少数目的状态，如关于表4将进一步详细地描述的。

无线隧道传送装置120包括发射器122、接收器124和状态机126。发射器122从处理装置110接收数据，并且通过无线链路130将数据传输到不同的计算系统150的接收器124。接收器124通过无线链路130从另一计算系统150的发射器122接收数据，并且将接收到的数据提供给处理装置110。如下面将进一步详细描述的，状态机126通过在用于传输高频数据的高功率状态与一个或多个低功率状态之间切换无线隧道传送装置120，来控制无线隧道传送装置120的功率状态。此外，无线隧道传送装置120模拟在隧道协议内被信号通知的低功率状态。在一个实施例中，无线隧道传送装置120能够进行全双工通信，使得该装置120可以同时通过无线链路130传输和接收数据。

例如，在所示实施例中，处理装置110A被配置为上游装置，并且根据状态机126A作为“主机”进行操作，而处理装置110B被配置为下游装置，并且根据状态机126B作为“设备”进行操作。作为“主机”的处理装置110A控制用作“设备”的处理装置110B的操作或与该处理装置110B的通信。上游无线隧道传送装置120A通过有线连接116A与上游处理装置110A或(“主机”)对接，并且类似地，下游无线隧道传送装置120B通过有线连接116B与下游处理装置110B(“设备”)对接。无线隧道传送装置120A和120B通过无线链路130交换数据，包括各个处理装置110的情况、状态或控制信息。

在一个实施例中，无线隧道传送装置120A、120B是基本相同的装置。备选地，无线隧道传送装置120A、120B是具有类似的高级架构的不同的补充装置类型，但是在本文中描述的某些架构或操作特性方面有所区别。例如，在一个实施例中，第一无线隧道传送装置120A包括被配置为与被实现为对接站的处理装置110A一起操作的第一装置类型，而第二无线隧道传送装置120B包括被配置为与被实现为移动装置的处理装置110B一起操作的第二装置类型。在一个实施例中，为了实现全双工通信，不同类型的互补无线隧道传送装置120具有不同的天线极化，使得两个不同的发射器/接收器天线对可以在两个方向上同时操作。例如，无线隧道传送装置120A可以具有X型发射天线和Y型接收天线，而无线隧道传送装置120B具有互补的Y型发射天线和X型接收天线。此外，不同类型的无线隧道传送装置120可以根据不同的控制方案来进行操作，以便优化成对的无线隧道传送装置120中的一个无线隧道传送装置的功率效率。例如，当第一无线隧道传送装置120A被配置用于与对接站一起操作并且第二无线隧道传送装置120B被配置用于与移动装置一起操作时，无线隧道传送装置120A、120B可以不对称地操作，以便降低由移动装置托管的无线隧道传送装置120A的功耗，这将以由对接站托管的无线隧道传送装置120B的功耗为代价。这种折衷可能是期望的，因为对接站通常连接到连续的电源，而移动装置依赖于具有有限功率的电池。

在一个实施例中，与无线隧道传送装置120相关联的装置类型(以及与之相关联的操作)可以被永久地设计到无线隧道传送装置120中。备选地，无线隧道传送装置120可以基于开关、控制引脚(即芯片的控制输入)或寄存器设置而在两个或更多个装置类型之间可配置。下面更详细地描述成互补对的无线隧道传送装置120A、120B的不同配置之间的架构和/或操作差异。

图2示出了根据一个实施例的本地无线隧道传送装置120A隧道传送从远程处理装置110B到本地处理装置110A的通信的示例过程。

本地无线隧道传送装置120A通过无线链路130从远程无线隧道传送装置120B接收210无线接收信号。该无线接收信号以第一频率(例如，约60GHz)被接收。无线接收信号由无线隧道传送装置120B根据来自远程处理装置110B的远程数据信号来生成。远程数据信号包含要传输到本地处理装置110A的内容信息，并且遵从有线通信协议(例如，USB协议)。

响应于接收到无线接收信号，本地无线隧道传送装置基于无线接收信号来获取基带信号。具体地，本地无线隧道传送装置120A将无线接收信号220下变频到低于第一频率的第二频率(例如，数Gbps)。下变频后的无线接收信号是基带信号。

在一个方面，本地无线隧道传送装置120A基于基带信号来预测230远程处理装置110B的状态。基带信号可以利用指示远程处理装置110B的先前状态的状态信号而被编码。本地无线隧道传送装置120A可以对基带信号进行解码以获得远程处理装置110B的状态信号，并且基于远程处理装置110B的先前状态来预测远程处理装置110B的状态。在另一方面，本地无线隧道传送装置120A基于与无线接收信号相对应的基带信号的一部分来预测远程处理装置的远程处理状态。例如，在USB的上下文中，本地无线隧道传送装置120A可以通过分析所接收的USB数据分组，来预测该远程处理状态。在又一方面，本地无线隧道传送装置120A基于本地事件(例如，本地处理装置的当前或者一个或多个先前本地处理状态，诸如超时事件)来预测远程处理装置的远程处理状态。

本地无线隧道传送装置120A将远程处理装置110B的状态进行镜像240。具体地，与本地处理装置110A对接的本地无线隧道传送装置120A将远程处理装置110B的所预测的状态进行镜像，并且基于所镜像的状态和基带信号来生成250被镜像的远程数据信号。被镜像的远程数据信号与在远程处理装置110B处生成的远程数据信号相同或基本相似。例如，本地无线隧道传送装置120A根据所预测的状态来向本地处理装置110A提供被镜像的远程数据信号。因此，可以实现从远程处理装置110B到本地处理装置110A的通信的隧道传送。

图3示出了根据一个实施例的本地无线隧道传送装置120A隧道传送从本地处理装置110A到远程处理装置110B的通信的示例过程。

本地无线隧道传送装置120A从本地处理装置110A接收310本地数据信号。本地数据信号包含要被传输到远程处理装置110B的信息，并且遵从有线通信协议(例如，USB协议)。

在一个方面，本地无线隧道传送装置120A获取本地处理装置110A的一个或多个状态，并且将本地处理装置110A的一个或多个状态映射320到一个或多个对应状态。本地无线隧道传送装置120A从本地处理装置110A接收指示本地处理装置110A的当前操作状态的信号。备选地，本地无线隧道传送装置120A根据所接收的本地数据信号(例如，该信号的值)和/或本地处理装置110A的先前操作状态来确定本地处理装置110A的操作状态。

本地无线隧道传送装置120A基于本地数据信号和所映射的状态来生成330第二频率(例如，数Gbps)的基带信号。在一个方面，本地无线隧道传送装置120A根据所映射的状态来对基带信号进行编码。例如，本地无线隧道传送装置120A利用如下的状态信号来对基带信号进行编码，该状态信号指示本地无线隧道传送装置120A的所映射的状态。

本地无线隧道传送装置120A对第二频率(例如，数Gbps)的基带信号进行上变频340，以生成第一频率(例如，60GHz)的无线传输信号，然后通过无线链路130将无线传输信号传输350到远程无线隧道传送装置120B。

有利的是，无线隧道传送装置120预测远程处理装置110的操作状态，并且将远程处理装置110的操作进行镜像。因此，可以减少用于将有线通信协议中的数据转换到另一协议(例如，无线通信协议)或者在无线隧道传送装置的不同状态之间进行转换的任何延迟。因此，可以实现通过无线链路130以高速数据速率(例如，数Gbps)在两个处理装置110A、110B之间进行通信的无缝隧道传送。详细无线隧道传送装置架构

图4示出了根据一个实施例的无线隧道传送装置120的详细架构。虽然图4中的图可以对应于图1所示的无线隧道传送装置120，但图4进一步详细地示出了一个示例，以更好地说明根据一个实施例的装置120的操作。在一个实施例中，无线隧道传送装置120包括能够以USB 3.0速度进行隧道传送的全双工高速数据路径。在一个实施例中，无线隧道传送装置120包括USB PHY 402、USB数字404、编码器416、发射器420、无线部件状态机480、解码器454和接收器440。可以实施附加部件，以用于遵从USB协议的恰当通信。这些部件一起操作以隧道传送两个处理装置110之间的通信。

USB PHY 402是混合信号接口电路，该电路在一个实施例中完全遵从USB 3.0电气规范并且支持所有四种不同的USB速度：超高速(5Gbps)、高速(480Mbps)、全速(12Mbps)和低速(1.5Mbps)。它支持全范围的USB 3.0主机和外设应用。USB PHY 402提供遵从PIPE 3.0(用于SS)和UTMI+(用于HS/FS/LS)的数字接口。UTMI+为FS/LS提供两个接口：标准8位/16位接口或位串行接口。本文中描述的隧道传送结构的实施例使用位串行接口，以便最小化跨两个无线隧道传送装置120的端到端时延。位串行接口节省了对比特数据进行串行化和解串行化的时间，并且因此降低了时延。

USB PHY 402为在USB 3.0规范中定义的所有低功率状态实现功耗降低：用于超高速的U0/U1/U2/U3和用于HS/FS/LS的暂停恢复。它还支持在规范中定义的低频周期信令(LFPS)的传输和接收，以用于从低功率状态退出。

USB数字404是在USB PHY 402与无线部件(例如，发射器420和接收器440)之间进行对接的电路部件。USB数字404确定USB PHY 402和无线部件的操作状态。当隧道传送从本地处理装置110A到远程处理装置110B的通信时，以及当隧道传输从远程处理装置110B到本地处理装置110A的通信时，USB数字404均起作用。

对于隧道传送从本地处理装置110A到远程处理装置110B的通信，USB数字404通过USB PHY 402从本地处理装置110A接收本地数据信号，并且将本地数据信号提供给编码器416。在一个方面，USB数字404生成本地处理装置110A的状态信号，该状态信号指示本地处理装置110A的本地处理状态。本地处理装置110A的状态信号使得对端无线隧道传送装置120B的USB数字404能够预测本地处理装置110A的操作状态。USB数字404可以基于本地数据信号来标识本地处理装置110A的状态。此外，USB数字404根据所映射的状态来生成该状态信号，并且将本地处理装置110A的本地数据信号和状态信号提供给编码器416。

编码器416利用本地处理装置110A的状态信号来对本地数据信号进行编码，并且将编码后的信号提供给发射器420。在一个方面，本地数据信号可以被加扰，以在编码器的编码或在扰码器(为简单起见未被示出)之前或之后去除不期望的属性，诸如非零DC偏置(0和1的数目不相同)。通过USB电缆的USB超高速数据的原始速度为5Gbps，该原始速度的20％由8b/10b编码贡献。这是在USB标准中被规定的，以防止电缆相关的位错误。这种开销被去除以用于无线传输，并且超高速数据带宽被降低到4Gbps。相反，纠错码被增加以用于无线传输，使得可以检测和纠正无线相关的位错误。根据编码，接收器侧可能纠正由无线传输引入的位错误。在一个实现中使用的FEC是(232，216)Bose-Chaudhuri-Hocquenghem码(BCH码)，这是一种循环纠错码，其中对于给定的216位序列，每个输出码字具有232位。BCH码有益地具有纠错能力以及低的编码和解码时延。该码可以是系统级的，这意味着仅从输入序列复制前216位输出。后16位可以使用BCH码发生器矩阵来被编码。

发射器420从编码器416接收编码后的信号，对编码后的信号进行上变频，并且无线地传输上变频后的信号。在一个方面，发射器420包括高频传输电路422和低频传输电路424。高频传输电路422用于将高数据速率(例如，6Gbps)数字基带信号上变频到RF频率(例如，60GHz)并且输出上变频后的信号。例如，高频传输电路422适于对遵从USB协议、HDMI协议、DisplayPort协议或其他通信协议的高数据速率信号进行上变频，并且通过无线链路130传输上变频后的信号。低频传输电路424用于将低数据速率(例如，约100kbps)的数字基带信号上变频到RF频率(例如，60GHz)并且传输上变频后的信号。例如，低频传输电路424适于对低数据速率信号进行上变频，该低数据速率信号包括用于在无线部件状态机480的不同状态中进行操作或在这些状态中进行转换的控制信息，或者无线部件的功率状态。虽然高频传输电路422能够传输比低频传输电路424更高的数据速率信号，但高频传输电路422可能包括比低频传输电路424更多的电路部件，并且可能消耗比低频传输电路更多的功率。在一个方面，高频传输电路422和低频传输电路424中的一个电路根据无线部件状态机480而被选择，以用于合适的数据速率信号的传输。

对于隧道传送从远程处理装置110B到本地处理装置110A的通信，接收器440从另一无线隧道传送装置120的发射器接收无线接收信号，并且对无线接收信号进行下变频以获得基带信号。在一个方面，接收器440包括高频接收电路442和低频接收电路446。高频接收电路442用于将RF频率(例如，60GHz)下变频到高数据速率(例如，6Gbps)数字基带信号。低频接收电路446用于将RF频率(例如，60GHz)下变频到低数据速率(例如，约100kbps)的数字基带信号。虽然高频接收电路442能够以比低频接收电路446高的数据速率对信号进行下变频，但高频接收电路442可能包括比低频接收电路446更多的电路部件，并且可能消耗比低频接收电路446更多的功率。在一个方面，高频接收电路442和低频接收电路446中的一个电路根据无线部件状态机480而被选择，以用于接收合适的数据速率信号。

解码器454从接收器440接收下变频后的信号，并且解码恢复后的信号。在一种方法中，下变频后的信号可以在由解码器454解码之前或之后被解扰(为了简单起见，解扰器未示出)。解码器454可以对下变频后的信号进行解码以获得远程处理装置110B的远程数据信号和状态信号，该状态信号指示远程处理装置110B的先前状态。在一个实施例中，实施了基于硬判决的BCH解码器。解码器454可以检测和校正下变频后的信号中的任何位错误。(232，216)BCH码可以纠正232位码字中的最多两位错误。该编码方案改善了独立且随机的位错误。解码器454将远程处理装置110B的远程数据信号和状态信号提供给USB数字404。

参照回USB数字404，USB数字404从解码器454接收远程处理装置110B的远程数据信号和状态信号。USA数字404可以基于远程处理装置110B的状态信号来预测远程处理装置110B的操作状态。基于远程处理装置110B的状态信号，USB数字例如通过考虑以下来来预测远程处理装置110B的操作状态：远程处理装置110B与本地处理装置110A之间的通信延迟、远程处理装置110B或本地处理装置110A的先前操作状态、远程数据信号或两者的组合。USB数字404根据远程处理装置110B的所预测的状态来配置USB PHY402，并且通过USB PHY 402以实现避免无线隧道传送装置120A和120B的任何延迟的方式来将远程数据信号提供给本地处理装置110A。

在一个实施例中，USB数字404包括用于将远程处理装置110B的操作状态进行镜像的处理部件状态机408。处理部件状态机408可以包括来自USB 3.0规范的链路训练和系统状态机(LTSSM)的适配实现。USB 3.0规范中的链路训练和状态状态机(LTSSM)是为链路连接和链路电源管理而定义的一种状态机。此外，处理部件状态机408可以包括来自USB 2.0规范的复位协议状态机(RPSM)。处理部件状态机408被设计为追踪在无线链路的相对侧上的USB主机/设备/集线器的LTSSM状态或RPSM状态，如图1所示。处理部件状态机408预测远程处理装置110B的操作状态，并且将远程处理装置110A的状态进行镜像。

在一个方面，处理部件状态机408将其本身的一个或多个状态映射到无线部件状态机480的一个或多个对应状态，并且配置无线部件状态机480的状态。无线部件状态机器480控制发射器420和接收器440的无线部件的功率状态，以便提高无线部件的功率效率。例如，由于与低频传输电路424相比，高频传输电路422的功耗相对较高，所以无线部件状态机480可以在高频传输电路422未被使用的低频传输期间控制高频传输电路422在低功率状态下进行操作或者关断高频传输电路422。在高频率传输期间，低频传输电路424可以被断电。类似地，由于与低频接收电路446相比，高频接收电路442的功耗相对较高，所以无线部件状态机480可以在高频接收电路442未被使用的低频接收期间控制高频接收电路442在低功率状态下进行操作或者关断高频接收电路442。在高频接收期间，低频接收电路446可以被断电。

另外，无线部件状态机480控制很多系统功能，包括例如：

(1)检测USB主机/设备的拆卸和附接，

(2)基于USB功率状态来控制无线块和USB PHY的功率状态，

(3)通过再现无线链路上的链路响应来确保USB主机和设备的同步性。

图5示出了根据一个实施例的能够隧道传送USB数据的无线隧道传送系统的示例状态转换图。如下表2所示，无线部件状态机480的每个状态可以被映射到处理部件状态机408的对应状态。在该实施例中，有五种可能的功率状态可用：W0状态502、W2状态506、W3状态508、接近检测状态510和睡眠状态504。在一个方面，无线部件状态机480在图5所示的功率状态中的一种功率状态下操作。

W0状态502表示高功率状态，在高功率状态下，高频传输电路422、高频接收电路442和相关联的部件被启用，并且无线隧道传送装置120正在主动地传输、或是可用并且准备好传输高频串行数据(例如，USB数据)。在W0状态下，高频传输电路422和高频接收电路442被打开，并且无线隧道传送装置120可以主动地隧道传送USB数据。如果丢失了与其他装置的接近性，则无线隧道传送装置120转换到接近检测状态。在接近检测状态510下，高频传输电路422和高频接收电路442关断。低频传输电路424和低频接收电路446打开，以周期性地检查与另一装置的接近性，并且在不被使用时关断。如果接近检测成功但是处理装置110被确定未附接，则无线隧道传送装置120A和120B可以从W0状态进入睡眠状态504。上述确定在W0状态502下进行。在睡眠状态504下，仅“始终开启”的块在运行，并且其他部件关闭以获得功率效率。无线隧道传送装置在预定时间内保持处于睡眠状态504，并且然后返回到接近检测状态510，以确保维持无线接近性。如果检测到附近的装置，则无线隧道传送装置120转换回到W0状态502，在该W0状态502中检查处理装置的附接。在以下情况下进入W2和W3状态506、508：无线隧道传送装置对120A/120B处于无线接近状态，处理装置110A/110B处于附接状态，但是处理装置110处于低功率状态或者没有主动传送数据。例如，当处理装置110处于USB 3.0 Superspeed的“U2”低功率状态时，进入W2状态506，并且当处理装置110处于USB3.0 Superspeed的“U3”状态或处于USB 2.0 Highspeed的“暂停”状态时，进入W3状态508。

图5中的每条弧线表示状态之间的可能转换。表1总结了状态之间的转换条件，这些条件将在下文更详细地描述。

表1：无线隧道传送装置的状态转换

离开W0状态502的转换(例如，经由弧线a、b1、c1和g1)取决于本地无线隧道传送装置的状态以及接近本地无线隧道传送装置的远程无线隧道传送装置的状态。为了将该本地装置的状态传送给该远程装置或反之，当处于W0状态502时，在装置之间周期性地传输信号proposed_link_state，该信号到由本地装置条件指示的新状态的转换。例如，在一个实施例中，信号proposed_link_state是2比特信号，该2比特信号编码由本地装置基于其条件而通告的状态(例如，“0”表示W0，“1”表示W2，“2”表示W3，“3”表示睡眠)。当处于W0状态502时，通过无线链路周期性地更新和交换信号proposed_link_state。

当检测到处理装置110被停用或断开连接时，装置通告到睡眠状态504的转换(弧线a)。当检测到USB 2.0已经断开连接或暂停并且USB 3.0已经进入U2低功率状态时，该装置通告到W2状态506的转换(弧线b1)。当检测到USB 2.0已经断开连接或暂停并且USB3.0已经进入U3状态时，该装置通告到W3状态508的转换(弧线c1)。当HF无线链路(即，使用高频传输和接收数据路径的无线链路130)丢失时，该装置通告到接近检测状态510的转换。

离开W0的状态改变仅发生在无线链路130的两侧通告相同的低功率状态(例如，睡眠、W2或W3)之后。否则，两个装置保持处于W0状态502。在W0状态502下，proposed_link_state的值被周期性地传输。在本地和远程装置均通告相同的低功率状态之后，该装置转换到那个状态。

离开W2状态506到W0状态502(弧线b2)是由上游或下游处理装置发送退出事件来触发的。例如，在USB 3.0中，退出事件可以包括到无线隧道传送装置120的U2退出LFPS(低频周期性信令)。为了使W2退出能够发生，无线隧道传送装置120以足够低的时延传输回握手LFPS，以满足底层串行协议的要求(例如，针对USB 3.0链接是2ms)。在一个实现中，通过在W2状态506下进行操作时保持所有锁相环(PLL)被供电，来支持快速W2退出。

在一个示例中，处理部件状态机408的状态被映射到无线部件状态机480的状态，如下表2所示。

LTSSM状态(来自USB 3.0规范)	无线功率状态
		U1	W0
U2	W2
		U3	W3
SS.Disabled，SS.Inactive，Rx.Detect	W0/睡眠之间的循环
		U0和所有其他活跃状态	W0

表2：USB 3.0 LTSSM状态与无线功率状态之间的映射

用于USB 3.0的无线隧道传送装置架构

图6示出了根据一个实施例的遵从USB 3.0协议的无线隧道传送装置的架构。USB3.0标准规定了对四种不同传输速度的支持：超高速(本文中也称为“SS”)、高速(本文中也称为“HS”)、全速(本文中也称为“FS”)和低速(本文中也称为“LS”)。图6示出了通过USB PHY402和USB数字404的针对所有四个USB速度的数据流。

在USB PHY 402的一侧是与处理装置110的电缆接口。在USB PHY 402的另一侧是到USB数字404的数字数据接口，该数字数据接口以低于电缆接口的频率进行操作。USB PHY402提供对超高速USB 601功能的所有方面的支持并且经由工业标准PIPE接口611与USB数字404对接。该双向接口包括两个总线，各自总线用于数据进入USB PHY 402和数据离开USBPHY 402。PIPE接口611中的总线宽度为16或32位。在一个实施例中，采用16位总线宽度来降低时延。同样地，来自电缆接口的高速数据602使用工业标准UTMI接口与USB数字404对接。在大多数传统的USB PHY实现中，全速和低速数据603都在UTMI接口612和串行接口613上被提供。在一个方面，采用UTMI接口612来设计数字设计管线。然而，UTMI接口包括8或16位宽的总线，并且由于FS/LS数据位的串行化或反串行化的循环而可能遭受较大时延，从而使该总线不适合于低时延隧道传送设计。为了克服这种大的时延，在一个实施例中，采用串行接口613将FS/LS数据603与USB数字404进行对接。

USB数字404包括用于SS、HS、FS和LS的部件。超高速子系统620包括SS接收数据路径块622和SS传输数据路径块623、以及控制数据路径块的操作的USB 3.0超高速状态机621，如以下将描述的。同样地，HS/FS/LS子系统630包括HS接收数据路径块632、HS传输数据路径块633、串行接收数据路径634、串行传输数据路径块635和USB 2.0状态机631。如以下将描述的，USB 2.0状态机631控制HS/FS/LS子系统630中的这些数据路径块的操作。在任何给定会话中，取决于处理装置110与无线隧道传送装置120之间的检测状态，该隧道传送系统在HS、FS或LS模式中的一种模式下进行操作。在某些USB连接拓扑中，SS和HS/FS/LS之一可以同时活跃，例如，当一对无线隧道传送装置驻留在作为USB 3.0主机的处理装置与作为USB 3.0集线器的处理装置之间时。

USB数字404向编码器416提供数据，以便使用两个并行操作的接口进行无线传输：一个接口用于超高速651，另一接口用于HS/FS/LS 652。编码器416按照固定帧结构来对来自这两个接口的数据进行打包，并且向发射器420提供单个数据流以用于无线传输。同样地，USB数字404与解码器454的接口包括用于超高速653数据的接口和用于HS/FS/LS 654数据的另一接口。解码器454从无线接收器440接收数据流，按照固定帧结构来对数据流进行解包，并且在用于超高速653数据和HS/FS/LS 654数据的两个接口上同时提供数据。

USB协议的示例状态机实现

USB 3.0超高速状态机

USB 3.0规范中的链路训练和状态状态机(LTSSM)是为链路连接和链路电源管理而定义的状态机。该规范定义了12个状态，这12个状态具有用于特定功能的24个子状态，如表3所示。

表3：来自USB 3.0规范的LTSSM状态和子状态

根据一个实施例，USB数字404内部的25状态USB 3.0超高速状态机631通过优化24状态LTSSM并且适应无线隧道传送来实现。这如表4所示。USB 3.0超高速状态机631通过以下任一方式从LTSSM导出：将多个子状态折叠成一个，将单个子状态分割成多个状态，或者添加新状态。该导出结果如表4所示。

表4：用于无线隧道的USB 3.0超高速状态机的状态

USB 3.0超高速状态机如图1所示，被设计为追踪无线链路的相对侧的USB主机/设备/集线器的LTTSM状态。因此，状态转换基于三种类型的输入之一来进行：

(1)通过无线从远程无线隧道传送装置的USB 3.0超高速状态机接收的信令信息(例如，来自表7的remote.RX_SIG_POWEROFF)，

(2)通过无线从远程无线隧道传送装置接收的USB分组数据(表示为remote.data)，以及

(3)本地生成的信号/事件，诸如超时(例如，表7中的timeout_12ms)。

表5总结了所使用的所有超高速信令信息的列表。表6示出了用于通过无线来传输信令信息的分组结构。超高速信令信息被编码并且作为带内有效载荷而通过无线被传送。每当没有要传输的超高速分组数据，该信令信息可以通过无线被发送。

表5：超高速信令信息

字节3	字节2	字节1	字节0
				K23.7(EPF)	K26.8(ESC)	K26.8(ESC)	K26.8(ESC)
Dxx.x	Dxx.x	Dxx.x	Dxx.x

表6：信令信息分组结构

在表6中，Dxx.x是编码后的信令符号——来自表5的编码值之一。在一个实施例中，采用四次复制Dxx.x，以提高针对无线错误的弹性。

表7总结了25状态USB 3.0超高速状态机631的下一状态和转换条件。根据一个实施例，其被设计为支持USB 3.0超高速链路连接和链路电源管理功能。朝着表的底部是两个全局条件，这两个全局条件适用于多个状态并且允许转换到两个固定状态：POWER_OFF和SS.Disabled.Default。

表7：USB 3.0超高速状态机的状态转换

在表7的底部，用于描述条件的术语使用从USB 3.0规范和PIPE接口规范借用的名称和符号。这些等式中也使用的是来自表5的信令信息。例如，表7的第7行中使用的remote.RX_DETECT_SUCCESS是通过无线链路从远程无线装置接收的“接收检测通过”信令。

实现用于无线隧道传送装置的低功率状态在很多使用情况下节省了功耗，例如在等待USB设备插件(睡眠/W0循环)的同时进入低功率状态，或者在等待W2退出或W3退出的同时进入低功率状态。注意，在这两种情况下，低功率状态可能持续较长时间，因为进入和退出这些状态的转换通常以人类时间尺度被触发。因此，为这些情况设计支持低功率状态的无线隧道传送装置是有益的。

为了在低功率状态下唤醒装置，实施了单独的低频(LF)和低功率无线数据路径。LF TX电路424用于通过无线链路传输异步信号。当装置处于U2或U3低功率状态的同时，无论何时USB PHY在电缆接口上检测到LFPS(低频周期性信令)，USB数字逻辑异步地驱动信号SSUWakeup(或者替代地，针对USB 2.0是驱动信号HSUWakeup)。该异步信号使用LF TX电路424并且在无线部件状态机480的控制下被传输。

同样地，无论何时通过无线链路检测到唤醒信号时，信号SSWWakeup被LF RX电路446驱动。这由无线部件状态机480和USB数字404使用，以将装置转换到操作状态U0。

表8和表9分别描述了根据一个实施例的示例性的W2进入/退出序列和睡眠进入/退出序列。这些表中的发起者列使用以下符号：

“主机”：USB主机或上游USB集线器(例如，处理装置110A)

“设备”：USB外围设备或下游USB集线器(例如，处理装置110B)

“US-U”：上游侧的USB数字404(例如，无线隧道传送装置120A)

“US-W”：上游侧的无线块(例如，无线隧道传送装置120A)

“DS-U”：下游侧的USB数字404(例如，无线隧道传送装置120B)

“DS-W”：下游侧的无线块(例如，无线隧道传送装置120B)。

在W2/W3状态下，数字时钟被停止，并且混频信号/无线电块被置于低功率状态。然而在睡眠模式下，整个USB数字404(包括状态机)和大部分无线块都会失去功率。在一个实施例中，存在即使在睡眠期间仍保持功率的小型始终开启数字状态机。

表8：USB 3.0超高速的W2进入/退出顺序

表9：USB 3.0超高速的睡眠进入/退出顺序

USB 2.0状态机

用于HS/FS/LS数据的USB 2.0状态机631被适配和优化，以从USB 2.0规范中描述的复位协议状态机(RPSM)开始。它使用D⁺/D^-线来处理高速、全速和低速操作。

表10示出了由USB 2.0状态机生成的信令信息。用于无线通信的字节的编码使用与超高速相同的方案(如表6所述)。

表10：USB 2.0信令信息

表11总结了17状态USB 2.0状态机631的下一状态和转换条件。该状态机比用于超高速的状态机更简单，因为超高速操作实施了更复杂的电源管理。另一方面，USB 2.0状态机631需要不同的状态来支持HS、FS和LS，这从下表中被复制三次的几个状态可以看出。朝着表的底部是三种全局条件，这三种全局条件适用于多个当前状态。它们能够转换到三个固定状态：断电(Poweroff)、断开连接(Disconnected)和Reset_SE0。

表11：USB 2.0状态机的状态和转换

在表11的底部，在条件中使用的术语使用从USB 2.0规范和UTMI接口规范借用的名称和符号。在这些等式中也使用的是来自表10的USB 2.0信令信息。

表12和13描述了用于高速、全速和低速操作的W3进入/退出和睡眠进入/退出序列。在这些表中，“xx_”前缀表示HS、FS和LS之一。

如前所述，无线设计支持功率状态：W0、W2、W3和睡眠。状态W0、W2和W3被映射到USB3.0超高速状态U0、U2和U3。在一个实施例中，由于U1的退出时延要求非常短，所以装置不会在U1状态下将无线块断电。USB 2.0中的“暂停”功率状态被映射到W3。这是因为“暂停恢复”退出时延要求与超高速U3相当。

在一个实施例中，无线隧道传送装置可以在USB 3.0集线器的上游侧被使用，从而同时利用USB 3.0超高速和USB 2.0数据传输。因此，在本实施例中，仅在检测到USB 2.0状态机631和USB 3.0超高速状态机621之后才进入功率状态W3。例如，仅当USB 3.0超高速链路处于U3或停用(Disabled)状态并且USB 2.0链接处于暂停(Suspend)状态时，进入W3。同样地，仅当USB 3.0超高速链路处于停用(Disabled)状态并且USB 2.0链路处于断开连接(Disconnect)状态时，进入睡眠状态。

表12：USB 2.0暂停重新开始的W3进入/退出序列

表13：USB 2.0关断连接的睡眠进入/退出顺序

在阅读本公开之后，本领域技术人员将通过本文中公开的原理来理解另外的替代实施例。因此，虽然已经示出和描述了特定实施例和应用，但是应当理解，所公开的实施例不限于本文中公开的精确构造和部件。在不脱离本文中描述的范围的情况下，可以对本文中公开的方法和装置的布置、操作和细节进行各种修改、改变和变化，这对本领域技术人员而言是清楚的。

Claims (18)

1.一种本地无线隧道传送装置，所述本地无线隧道传送装置结合远程无线隧道传送装置进行操作，以无线地隧道传送远程处理装置与本地处理装置之间的通信、同时维持所述远程处理装置与所述本地处理装置之间的所述通信对有线通信协议的遵从，所述本地无线隧道传送装置包括：

无线接收器，被配置为从所述远程无线隧道传送装置接收无线接收信号，所述无线接收器用于对所述无线接收信号进行下变频以从所述无线接收信号生成基带信号；

处理部件状态机，被配置为基于所述基带信号来预测所述远程处理装置的远程处理状态；以及

耦合到所述本地处理装置的接口电路，所述接口电路被配置为(i)基于所预测的远程处理状态和所述基带信号来生成遵从所述有线通信协议的输出信号以及(ii)通过所述有线通信协议向所述本地处理装置提供所述输出信号，

其中，所述处理部件状态机还被配置为基于所述本地处理装置的一个或多个先前本地处理状态来预测所述远程处理装置的所述远程处理状态。

2.根据权利要求1所述的本地无线隧道传送装置，还包括：

无线发射器，被配置为(i)从所述本地处理装置接收输入信号以生成另一基带信号，(ii)对所述另一基带信号进行上变频以生成无线传输信号，以及(iii)传输所述无线传输信号。

3.根据权利要求2所述的本地无线隧道传送装置，其中所述处理部件状态机基于以下中的一项或多项来控制所述接收器或所述发射器的功率状态：

(a)所述处理部件状态机的当前状态，

(b)从所述本地处理装置接收的输入，以及

(c)所预测的远程处理状态。

4.根据权利要求2所述的本地无线隧道传送装置，其中所述处理部件状态机还被配置为将所述本地处理装置的一个或多个本地处理状态映射到所述处理部件状态机的单个状态，并且基于所述单个状态来生成指示所述本地处理装置的本地处理状态的状态信号，并且其中所述发射器被配置为利用指示所述本地处理装置的所述本地处理状态的所述状态信号来编码所述基带信号。

5.根据权利要求1所述的本地无线隧道传送装置，还包括：

无线部件状态机，被配置为基于所述无线部件状态机本身的当前状态和所述远程处理装置的所预测的远程处理状态来确定所述无线接收器的无线部件状态。

6.根据权利要求5所述的本地无线隧道传送装置，其中所述无线部件状态机根据基于所述无线部件状态机本身的当前状态和所述远程处理装置的所预测的远程处理状态而确定的所述无线部件状态，来控制所述无线接收器的操作模式。

7.根据权利要求6所述的本地无线隧道传送装置，其中所述无线部件状态基于其本身的当前状态和所预测的远程处理状态而被确定。

8.根据权利要求1所述的本地无线隧道传送装置，其中所述基带信号利用指示所述远程处理装置的先前状态的状态信号而被编码，并且其中所述处理部件状态机被配置为基于所述基带信号的所述状态信号来预测所述远程处理装置的所述远程处理状态。

9.根据权利要求1所述的本地无线隧道传送装置，其中所述处理部件状态机被配置为基于与所述无线接收信号相对应的所述基带信号的一部分来预测所述远程处理装置的所述远程处理状态。

10.一种用于无线地隧道传送本地处理装置与远程处理装置之间的通信、同时维持所述本地处理装置与所述远程处理装置之间的所述通信对有线通信协议的遵从的方法，所述方法包括：

由无线接收器从远程无线隧道传送装置接收无线接收信号；

由所述无线接收器对所述无线接收信号进行下变频，以从所述无线接收信号生成基带信号；

由处理部件状态机基于所述基带信号来预测所述远程处理装置的远程处理状态；

由耦合到所述本地处理装置的接口电路基于所预测的远程处理状态和所述基带信号来生成遵从所述有线通信协议的输出信号；以及

由所述接口电路通过所述有线通信协议向所述本地处理装置提供所述输出信号，

其中，所述处理部件状态机被配置为基于所述本地处理装置的一个或多个先前本地处理状态来预测所述远程处理装置的所述远程处理状态。

11.根据权利要求10所述的方法，还包括：

由无线发射器从所述本地处理装置接收输入信号以生成另一基带信号；

由所述无线发射器对所述另一基带信号进行上变频以生成无线传输信号；以及

由所述无线发射器传输所述无线传输信号。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括：

由所述处理部件状态机基于以下中的一项或多项来控制所述接收器或所述发射器的功率状态：

(a)所述处理部件状态机的当前状态，

(b)从所述本地处理装置接收的输入，以及

(c)所预测的远程处理状态。

13.根据权利要求11所述的方法，还包括：

由所述处理部件状态机将所述本地处理装置的一个或多个本地处理状态映射到所述处理部件状态机的单个状态；

由所述处理部件状态机基于所述单个状态来生成指示所述本地处理装置的本地处理状态的状态信号；以及

由所述发射器利用指示所述本地处理装置的所述本地处理状态的所述状态信号来编码所述基带信号。

14.根据权利要求10所述的方法，还包括：

由无线部件状态机基于所述远程处理装置的所预测的远程处理状态来确定所述无线接收器的无线部件状态。

15.根据权利要求14所述的方法，还包括：

由所述无线部件状态机根据基于所述远程处理装置的所预测的远程处理状态而确定的所述无线部件状态来控制所述无线接收器的操作模式。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述无线部件状态基于所预测的远程处理状态而被确定。

17.根据权利要求10所述的方法，其中所述基带信号利用指示所述远程处理装置的先前状态的状态信号而被编码，并且其中所述处理部件状态机被配置为基于所述基带信号的所述状态信号来预测所述远程处理装置的所述远程处理状态。

18.根据权利要求10所述的方法，其中所述处理部件状态机被配置为基于与所述无线接收信号相对应的所述基带信号的一部分来预测所述远程处理装置的所述远程处理状态。

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