CN102870475B

CN102870475B - 功率高效的通信

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Publication number: CN102870475B
Application number: CN201180013590.6A
Authority: CN
Inventors: E·H·小卡拉韦; P·E·戈代
Original assignee: Sunrise Micro Devices Inc
Current assignee: Sunrise Micro Devices Inc
Priority date: 2010-03-12
Filing date: 2011-03-11
Publication date: 2016-12-07
Anticipated expiration: 2031-03-11
Also published as: EP2545652A4; US20170150449A1; EP2545652A2; US20110222419A1; US9548783B2; US9461689B2; EP2545652B1; US9198133B2; US20130035043A1; US10057858B2; US10034247B2; US9564939B2; US9198134B2; US20130058385A1; WO2011112909A2; US20160119010A1; US20180317176A1; US9544004B2; US10470132B2; US9894615B2

Abstract

一种方法、系统和设备提供了在可用功率环境中的功率高效的通信。可以根据从电源可获得的输出功率来调整传输和接收数据速率。以至少部分地由可用输出功率确定的数据速率发射数据。

Description

功率高效的通信

优先权要求和相关申请的交叉引用

本申请要求2010年3月12日递交的第61/313,319号美国临时专利申请的优先权，通过引用的方式将该申请并入本文。

背景技术

与电池相比，能量采集(EH)电源(一种电源)具有根本上不同的能量和功率关联行为。电池具有存储在其中的有限数量的能量，但是(原则上)可以为任意高峰值功率供电——仅受到电池的非理想性(如它的内部电阻)的限制。另一方面，EH源可以对于无限长时间的能量供电，但是具有有限的峰值功率容量。与由电池供电的负载相比，因此对于由EH源供电的负载具有设置于其上的根本上不同的要求。

由电池供电的负载必须是功率高效的。由于电池的存储能量是有限的，而它的峰值功率提供能力(实质上)是无限的，负载的相关性能度量是所执行工作的每单位消耗能量。涉及良好的负载因此操作在突发模式中，使用低占空比来最大化休眠时间，因此最小化每执行活动消耗的能量的数量。它的峰值功率消耗将远高于等效EH供源(EH-sourced)设计的峰值功率消耗。

相反，由EH供电的负载必须是功率高效的。由于EH的峰值功率提供能力是有限的，而其可以获得的能量的量是无限大，该负载的相关性能度量是它的峰值功率消耗。设计良好的负载因此操作在连续模式中，避开休眠模式，并且因此最小化它的峰值功率消耗。它的能量消耗将远高于等效电池供源设计的能量消耗。

给定前文的描述，可以理解因此由EH电源供电的最佳设计负载的行为与由电池供电的最佳设计负载的行为完全不同。

附图说明

附图提供了将被用于更完整地描述了各种代表性实施方式并且可被本领域熟练技术人员用于更好地理解本文公开的代表性实施方式和他们的固有优点的可视的表示。在这些附图中，相同的附图标记标识对应的元件。

图1是根据各种代表性实施方式的系统的框图。

图2是根据各种代表性实施方式的布置成星形拓扑的无线网络系统。

图3是根据各种代表性实施方式的布置成对等拓扑的无线网络系统。

图4是图示了根据各种代表性实施方式的RF功率输出对比可用采集器功率。

图5是根据各种代表性实施方式的ASH接收器的方框图。

图6是根据各种代表性实施方式的超外差接收机的方框图。

图7是根据各种代表性实施方式的合成器停止的流程图。

图8(a)和图8(b)是根据各种代表性实施方式的排序器控制信号的定时图。

图9是根据各种代表性实施方式的能够合成器停止的发射器的方框图。

图10是图示了根据各种代表性实施方式通信缓存的方框图。

图11是图示了根据各种代表性实施方式用于发射器通信缓存的流程图。

图12是图示了根据各种代表性实施方式的用于接收器的通信缓存的流程图。

图13是根据各种代表性实施方式作为预测算法的线性外推的示例的图。

图14是图示了根据各种代表性实施方式的示例性预测算法的流程图。

图15是图示了根据各种代表性实施方式的自适应数据速率算法的流程图。

具体实施方式

在此描述的各种方法、系统和设备提供了可用功率背景内的功率高效的通信。根据从电源可用的输出功率，发射和接收数据速率是可扩展的。可以以至少部分地由可用输出功率确定的数据速率来发射数据。

根据本文公开的特定实施方式，提供了运用功率高效的发射通信的各种方法、设备和系统，包括：确定电源的可用输出功率；以及以至少部分地由该可用输出功率确定的数据速率发射数据。这可以进一步包括最小化峰值与发射中消耗的平均功率的比率，以最大化该可用输出功率的可用于发射数据的部分。最小化峰值与平均功率的比率可以提供待增加的发射数据速率、待增加的发射范围和/或降低由发射器用于发射数据的功率。通过如将要描述的合成器停止和/或通信缓冲，可以实现降低由发射器用于发射数据的功率。此外，通过本文所述的自适应数据速率方法可以实现优化在通信链路上发射数据的数据速率。

此外，根据本公开的特定实施方式，提供了运用功率高效的接收通信的各种方法、设备和系统，包括：确定电源的可用输出功率；并且以至少部分地由该可用输出功率确定的数据速率发射数据。可以最小化峰值与在接收数据中消耗的平均功率的比率，以便最大化该可用输出功率的可用于接收数据的部分。最小化峰值与平均功率的比率允许以更高的数据速率、增加的接收范围、和/或由接收器所消耗的、用户接收数据的功率的降低来接收。例如，利用降低的峰均值功率比，可以向低噪声放大器(LNA)分配更多的可用功率，以使得能够以更高的数据速率或者增加的接收范围来接收。如本文将描述的，选择性地打开接收器的低噪声放大器(LNA)增加了接收器的接收范围。

虽然本发明易受到许多不同形式的实施方式的影响，但是在附图中示出了(并且将在详细的具体实施方式中描述)实施方式，理解到要将本公开视为本发明的原理的示例并且并不旨在将本发明限于所示出并且描述的具体实施方式。在下文的描述中，使用相同的附图标记来描述附图的若干视图中的相同、相似或对应的部分。

在本文档中，可以使用关系术语如第一和第二、顶部和底部等等来仅区分一个实体或动作与一个实体或动作，而不必要求或暗示这种实体或动作之间的任意实际的这种关系或次序。术语“包括”、“包含”或他的其他变形旨在覆盖非排他性的包括，从而包括一系列要素的过程、方法、物品或装置并不仅包括那些要素，而是可以包括未明确罗列或对于这种过程、方法、物品或装置所固有的其它要素。在没有更多约束的情况下，“包括”之后的要素并不排除存在包括该要素的过程、方法、物品或装置中的附加相同要素。

整个文献对于“一个实施方式”、“特定实施方式”、“实施方式”或类似的术语的引用意味着结合该实施方式所述的具体的特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施方式中。因此，这种短语的出现或者在本说明书的各种地方不一定全部指代相同的实施方式。此外，在一个或多个实施方式中可以无限制地以任意合适的方式组合该具体的特征、结构或特性。

要将如本文所使用的术语“或”解释为包括一切的或者意味着任意一个或任意组合。因此“A、B或C”意味着“以下之中的任意一个：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A、B和C”。仅当以一些内在互斥的方式组合要素、功能、步骤或动作时，才将出现该定义的例外。

为了图示的简单和清楚起见，在附图中重复附图标记以指示对应的或相似的要素。阐述了大量细节以提供对于本文所示的实施方式的理解。没有这些细节也可以实施该实施方式。在其他实例中，未详细描述公知的方法、步骤和组件，以免模糊所描述的实施方式。不要将该描述认为限于本文所述的实施方式的范围。

现在参考图1，其图示了根据各种实施方式的系统功能方框图100。在该系统中，经由电力线(power line)115将电源110耦合到电功率监视电路120。电功率监视电路120经由电力线160耦合到发射器140、经由电力线165耦合到接收器150、以及经由电力线170耦合到控制器130。控制器130经由信号线175耦合到发射器140并且经由信号线180耦合到接收器150。如所示出的，发射器140经由耦合145耦合到天线185，并且接收器150经由耦合195耦合到天线190。控制器130可以是处理器、编程处理器、微型计算机(如MCU)等等。

在操作中，由发射器140和接收器150相应地经由电力线115、电功率监视电路120和电力线160和165汲取来自电源110(例如能量采集电源)的电功率。电功率监视电路120经过信号线170向控制器130发送关于经过电力线155汲取的功率的信息。至少部分地基于经过信号线170接收的信息，控制器130经由信号线175控制发射器140，以将经过电力线155汲取的功率保持低于从电源110可获得的功率。响应于在信号线175上的控制，发射器140可以例如降低对内部高功率电路(诸如功率放大器)可用的功率(并且由此降低其经由耦合145的到天线185的功率输出)，从而降低从电力线170汲取的功率并且因而降低从电力线155汲取的功率。

类似地，控制器130还经由信号线180控制接收器150以将经过电力线155汲取的功率保持低于从电源110可获得的功率。响应于信号线180上的控制，接收器150可以例如降低对内部高功率电路(诸如低噪声放大器)的可用功率(并且由此降低其对于来自天线190经由耦合195的信号的敏感度)，从而降低从电力线165汲取的功率并且因而降低从电力线155汲取的功率。因此根据各种实施方式，一种接收方法包括：确定电源的可用输出功率，并且根据所确定的可用输出功率调整接收器的敏感度。调整接收器的敏感度可以进一步包括调整接收器的功率消耗。此外，提供选择性地打开接收器的低噪声放大器(LNA)来控制接收器的接收范围，以增加接收器的功率消耗并且以增加接收器的接收范围。

本领域的技术人员将认识到，可以删除发射器140和接收器150中的一个；发射器140和接收器150可以共享公共电路，形成收发器；并且发射器140和接收器150可以共享单个天线，而不脱离所公开的实施方式的精神和范围。根据各种实施方式，系统然后可以被扩展为具有任意希望数量的设备(诸如无线EH发射器、接收器、收发器等等)。

本领域的技术人员将进一步认识到，可以用多种方式提供系统中的电功率监视电路120所表示的功能。从其可向系统中的其它设备传达其当前的功率源能力的意义上，电源110可以是自监视的，如果电源110提供功率的能力削弱则特别有用；在这种实现中，电功率监视电路无需与电源110物理上分离。备选地，可以由设备(诸如电源110的额定功率的接收器、发射器或收发器的)提供的知识来满足电功率监视电路120的功能；该设备然后将知道可用输出功率可以不大于电源110的额定功率。如果电源额定为150mW，则发射器140或接收器150将例如知道不汲取多于150mW。此外，电功率监视电路120可以驻留于无线设备自身上，并且因此可以是例如发射器140和接收器150的功能的一部分。

现在参考图2，根据各种实施方式显示了无线网络系统200，无线网络系统200具有能够分别在通信信道或链路上255、260、265、270与主设备210独占地通信的大量从设备220、230、240、250。将从设备220、230、240、250布置成关于主设备210的星形拓扑。设备210-250可以是具有本文所图示的并且所描述的类型的、包括EH设备的无线接收器、发射器、接收器。在图3中，图示出了根据各种实施方式的具有被布置成对等拓扑的大量设备310、320、330、340、350的无线网络系统300。在网络300中，设备310-350中的每个设备可以经由它们各自的通信链路或信道355、360、365、370、375、380、385在范围内与任意其他设备通信。设备310-350可以是具有本文所图示并且所描述的类型的、包括EH设备的无线接收器、发射器、接收器。如本文所使用的，术语信道涵盖了各种类型的信道如频率、时间、编码和任意其他信道化方案。

根据本文提供的各种实施方式，根据从电源可获得的可用输出功率来扩展该系统的发射数据速率。

EH最佳设备

更具体地转到无线系统，存在EH最佳无线设备的特定感兴趣的特性。同样，如将显而易见的，最佳无线设备可以涵盖本文所图示并且所描述的类型的、包括EH设备的无线接收器、发射器、接收器。

当没有要发送的数据时，接收器可以常开，汲取任意功率，多达该电源可以提供的最大值。这样，可以根据需要从设备“拖”数据。

可以将发射RF功率设置成这样一种值，其中该值使得所消耗的发射器的峰值DC功率处于或低于该电源可以供应的最大值。由于除了降低范围之外，提供低于该最大值不能获得任何东西，所以在该最佳设备中其被设置为最大值。为了增加范围，而不是增加所发射的RF功率，改为通过加长比特持续时间或者通过通过编码包括冗余(对于恒定RF功率，他们中的任意一个增加每个信息比特的能量)来降低发射数据速率。

在数字通信系统中，接收器敏感度指代正确地检测并且解码信号所需要的接收的信号功率。改进敏感度允许接收器恢复更弱的信号，这转而允许增加发射器和接收器之间的信号发射范围。

考虑接收器敏感度等式，其将敏感度与玻尔兹曼常数t(k，Joules/Kelvin)、操作温度(T，Kelvin)、系统噪声指数(NF)、检测器敏感度(E_b/N₀)和数据速率(R_b，比特/秒)相关。

P_Sens(dBm)＝kT+NF_dB+(E_b/N₀)_dB+10log(R_b) (1)

前两个项kT和NF是接收器的固定特性。然而可以调整发射数据速率，并且它的值直接影响接收器的敏感度。数据速率的每个对半将所需要的信号功率降低一半，对于自由空间传播而言将把发射范围增加40％。

等式(1)中的第三项被称为检测器敏感度，并且它是检测器实现特定性能等级(例如1％的误码概率)所需要的信噪比。对于数字通信应用，主要由用于编码发射信号的调制和前向纠错(FEC)的类型来确定检测器敏感度。可以由发射器调整调制和FEC，以便改变接收器敏感度。可调整的调制的一个示例是M-FSK(M阵列频移键控)，在M-FSK中将B个比特的组群编码为一个M＝2^B的不同的调制音调。M的值越大越有效，并且导致改进了检测器敏感度。

线性分组码是通过增加消息的奇偶比特来改进检测器敏感度的一类FEC码。使用消息比特上的线性操作来产生奇偶比特，并且增加的结构允许接收器纠正在消息接收期间发生的误码，并且由此改进敏感度。普通分组码的示例是BCH(31，16)分组码，其向16比特消息增加15个奇偶比特以创建21比特编码消息。该具体的码将纠正分组中高达3个比特错误，在该示例中导致2dB的敏感度改进。

每个以上示例图示出了在不增加发射RF功率的情况下如何增加发射范围。备选地，随着可用发射功率改变，可将发射范围维持在期望的水平。

通常以由信道支持的最大速率上发射数据(以最小化信道占用并且通过改进与频带的其他居民的共存作为良好“RF邻居”)，然后发射器关闭并且接收器打开并且保持打开，直到接收到数据请求或者生成了更多要发射的数据为止。如本文所讨论的，术语信道或链路涵盖各种类型的信道，如频率、时间、编码或任意其他信道化方案。

接收器必须能够接收大范围的数据速率：由于典型的电池供电的发射器如今具有超过30dB(1000×)范围的发射RF功率，所以EH供电的发射器必须能够具有覆盖相同的1000x范围(例如比特时间从1ms变化到1s)的数据速率。接收器必须类似地能够解调该范围。

如果由EH设备供源的功率随时间改变，则发射RF功率也必须改变(并且相关数据速率也必须改变以保持恒定的范围)。预测算法(包括启发式的、神经网络和均值技术)可以在这里进行辅助并且在下文更详细地描述。

发射器实现可以受益于低“开销”功率消耗，从而使得该设备尽可能有效地将来自EH的DC功率转换到RF功率。对于发射器或接收器而言汲取低于最大可用功率的任何东西而言不存在益处。注意到这隐含了两个电路的功率消耗应该实质上相同。但是从市场立场而言，应该能够将发射器和接收器的峰值功率消耗改变具体数量，从而可以适配消费者的不同EH设备的能力。在发射器中这可以通过调整RF输出功率来完成；在接收器中这可以通过调整到低噪声放大器(LNA)的电流并且因此调整系统噪声指数(敏感度)来完成。在接收器的任意单个模块中，LNA一般具有最大功率消耗(通常是总消耗消耗的40％或更多)。在图4图示出了并且在下文讨论RF功率输出对可用采集器功率的图示。

最小化峰值功率消耗的一个接收器架构是图5中所图示并且在下文中更完整地讨论的放大器排序混合或ASH接收器。除了由延迟线分隔的RF放大级之外，该架构是调谐调频(TRF)接收器。为了避免不稳定性，每个放大器在沿接收器链的顺序中被选通激活。在该链的末端，解调器也选通解调。在ASH接收器中，接收器的除了一个级之外所有级同时打开，所以它的峰值功率低。然而一个级必须实现延迟线(-500ns)，这通常是昂贵的表面声波(SAW)设备。如将讨论的那样，用于发射器的相关技术(如在发射之前锁定并且锁存合成器，并且缓存数据从而MCU可以在PA打开之前关闭)是难得的。

通过一直打开接收器，现在能够表征某人的RF环境(和某人的邻近设备)以便识别对于未来操作有用的特征和模式。可以例如由邻近的频率漂移(唧唧声)来识别邻居，可以避免干扰等等。某人还可以使用非常长的积分时间来得到非常准确的范围，并且通过使用这些范围，使用例如下文的IEEE工业电子会议学报中讨论的三角测量方法开发位置估计：2009年第35届IEEE工业电子会议学报第2732-2737页Luis Peneda、Abilio Azenha和Adriano Carvalho的“Trilateration for Indoors Positioning Within the Frameworkof Wireless Communications”可以例如确定由第一网络设备向第二网络设备发射的数据的接收数据速率，以及根据该接收数据速率估计两个网络设备之间的范围。可以从第一网络设备的估计发射功率进一步确定该范围。如将要描述的那样，不需要RSSI值的显式发射来估计范围。

如果设备A已进行发射并且设备B要答复，则设备B可以(a)使用由设备A使用的数据速率(“速率(a)”)或(b)使用由为设备A开发的RSSI值确定的速率(“速率(b)”)。可以由三件事导致速率(a)与速率(b)之间的显著差异：

1.发射功率的差异；

2.接收器敏感度的差异，由于实现的差异(导电敏感度)、噪声层或者两个位置处的干扰水平；

3.B到A与A到B路径之间的总天线增益的增差异(这最后一点仅可能发生如下最不可能的情况中：在两个设备中的一个或两个具有独立的发射天线和接收天线)。

可变的数据速率实际上提供对于确定设备之间的距离有用的范围确定(ranging)信息。一旦确定接收数据速率，可以估计设备之间的范围——特别是如果已知发射功率——而不利用所接收的RSSI值的显式发射。这当然在要求位置确定的应用中是有用的。

在没有设备A的发射功率的先验知识的情况下，设备B可以通过假设速率(a)与速率(b)之间的任意差异仅仅是由于发射功率的差异，做出设备A的发射功率估计。通过注意到在大部分实现中发射功率可以极大地改变(30dB或更大)，可以论证该表面上轻率的假设，而接收器敏感度在长时期上(甚至由于干扰所致)的等效变化几乎未知。设备B然后可以基于速率(a)、刚刚确定的设备A的估计发射功率、以及假设的传播模型(本领域已知)进行范围确定估计。例如，可以查找用于存储在表中的接收数据速率的范围。

当设备A不进行发射或者在未使用频率附近时，设备B还可以通过确定RSSI值来检查它的噪声和干扰层。不常用的高等级可以指示稍后在计算中可以考虑的邻近干扰。

可以由设备B运用的范围确定算法的一个示例涉及对其自身接收器的表征；具体而言，为针对各种数据速率，在输入信号强度改变时其恢复信息的质量(例如解调输出的误码率)。

当对单个设备进行多个发射时，偶尔测试信道以查看是否有可能进行更快的速率是有用的。由于假设速率被配置为倍频程，所以通过移动到更高速率将得到更多，如果发射失败则损失相对小(因为以以前的速率的两倍发送测试发射，失败花费一半的时间)。下文更全面地讨论了用于实现这个的自适应数据速率算法。由能量采集器供电的无线设备的开销

该发射器实现可以受益于低“开销”功率消耗，从而该设备尽可能有效地将来自EH的DC功率转换成RF功率。由于降低了RF功率输出，这些电路(例如频率合成器、稳压器等等)消耗的功率成为由设备所消耗的总功率的越来越大的部分，直至到零功率输出处，该部分达到达到100％。

由于仍然必须由能量采集器提供开销功率，但是不产生任何功率输出，所以其应该被最小化。如图4中所示的，设备A和B具有相同的发射功率放大器，但是设备B的开销功率P_OH，B低于设备A的开销功率P_OH，A。如果P_harv是从具体能量采集器可获得的功率，则识别B比设备A至少具有两个优点：

1.在高于P_OH，B的任意给定可用采集器功率上，设备B的RF功率输出大于设备A的RF功率输出，意味着设备B将具有更大的范围；并且

2.在P_OH，A和P_OH，B之间存在该可用采集器功率的范围，其中设备B将具有非零RF功率输出，但是设备A没有。在该范围中P_harv的值可能是由于具体市场应用或采集技术；对于这些情况设备B将是要使用的实际设备。接收器实现(ASH接收器)

在图5中显示了ASH接收器的方框图500，ASH接收器是特别适用于低峰值功率应用的接收器架构。在该接收器500中，接收信号通过道通滤波器(BPF)510并且随后进入RF放大器515。该信号然后通过延迟元件520，该延迟可以例如是500ns，然后在被检测器540检测到之前经过第二RF放大器525。为了避免由于RF增益量的出现而导致的不稳定性(例如大于80dB)，并不同时使能放大器515和525；脉冲生成器530在向第二RF放大器525发送禁止信号！Q的同时向第一RF放大器515发送使能信号Q。在与延迟元件的延迟时间基本上相同的时间上，脉冲生成器530向第一放大器515发送禁止信号同时向第二放大器525发送使能信号。在类似的时间之后，该过程重复。这样，通过延迟元件520的使用，能够使得全部接收器增益为RF，同时维持稳定性，因为在任意给定时间只启用一部分增益。

但是迄今为止，ASH接收器的未被认可的特征是对ASH接收器的放大器的排序还降低了由接收器使用的峰值功率——两个增益级不同时活动。根据该实施方式的ASH接收器因此具有两级放大器的增益，同时具有一级放大器的峰值功率。该特征使得它对于EH供电的系统特别有用。

合成器停止

用于最小化接收器和发射器中的峰均值功率比并且因此降低开销功率消耗的另一个有用技术是根据各种实施方式所公开的合成器停止。可以例如通过选择性地控制发射器的操作从而合成器和发射器的发送信号路径在发射器的发射时段期间不同时进行操作，降低由发射器用于发送数据的峰均值功率比。发射器可以包括合成器、受控振荡器如电压控制、数值控制、电流控制振荡器等等以及可进行操作以生成多个用于控制合成器、受控制动器和发射器的发射信号路径的操作的使能信号的排序器。该排序器可进行操作以选择性地控制发射器的操作以在发射器的发射时段期间防止合成器和发射信号路径的同时操作。在特定实施方式中，该排序器可进行操作以生成用于使能合成器的第一使能信号、用于使能受控振荡器的第二使能信号以及用于使能发射器的发送信号路径的第三使能信号。如下文将要描述的那样，在发射器的预热时段期间，该排序器可进行操作以激活第一使能信号以使能合成器和激活第二使能信号以使能该受控振荡器，等待直到合成器被锁定为止，并且去激活第一使能信号并且激活第三使能信号以在发射器的发射时段期间使能发射信号路径，并且在发射器的发射时段期间之后去激活第二使能信号和第三使能信号。

类似地，通过选择性地控制接收器的操作从而在接收器的接收时段期间合成器和接收器的发送信号路径不同时进行操作，可以降低由接收器用于接收数据的功率。接收器可以包括合成器、受控振荡器和可进行操作以生成多个用于控制合成器、受控振荡器和接收器的接收器信号路径的操作的使能信号的排序器。该排序器可进行操作以选择性地控制接收器的操作以在接收器的接收时段期间防止合成器和接收器信号路径的同时操作。在某些更为具体的实施方式中，该排序器可进行操作以生成使能合成器的第一使能信号、使能受控振荡器的第二使能信号以及使能接收器的接收器信号路径的第三使能信号。在接收器的预热时段期间，该排序器可进行操作以激活使能该受控振荡器的第一使能信号，等待直到合成器被锁定为止，并且去激活第一使能信号，以及激活第三使能信号以在接收器的接收时段期间使能接收器信号路径，并且在接收器的接收时段之后去激活第二使能信号和第三使能信号。

在图6中所显示的示例性接收器600中，显示了锁相环合成的单转换超外差接收器。排序器生成3个使能信号，一个用于合成器，一个用于受控振荡器并且一个用于接收器的其余部分。接收器600具有带通滤波器(BPF)620、放大器625、640、混合器630、信道滤波器635、检测器645、合成器650，压控振荡器(VCO)655、存储元件660和排序器665。存储元件660可以是例如电容或数据存储器如数字寄存器。

在接收器600的预热时段的开始，排序器激活使能A和使能B信号，从而使能合成器650和VCO 655。一旦锁定了包括合成器650、存储元件660和VCO 655的锁相环，并且恰好在期望的希望信号之前，排序器665激活使能C信号，其中使能C信号使能包括放大器625、640、混合器630和检测器645的接收器信号路径。在常规设计中，在整个接收时段合成器650将保持使能，只有当接收器回到休眠时才被禁止。但是(并且特别是当接收器仅在短时期内被激活时)在锁定该环路之后通过去激活使能A信号常常能够关闭合成器650。然后在存储元件660的整个接收时段上维持VCO控制电压。在该“合成器停止”技术中，合成器650和接收器信号路径670从不同时活动，因此可以降低系统消耗的峰值功率。由于合成器可以汲取显著的功率量，因此该降低可能很显著。注意到锁相环仅仅是可以使用的合成器的一个类型，并且在该实施方式中锁相环的使用是为了说明而不是限制的目的。

在图7的流程700中示出了根据各种实施方式的示例性合成器停止算法。在方框710处，激活使能A和使能B信号，从而使能合成器650和VCO 655。在方框720处系统等待直到可以包括如前所述的锁相环的合成器锁定为止。在方框730处，去激活使能A信号，从而禁止合成器650。在方框740处，激活使能C信号，从而使能接收器(或发射器)的信号路径。在方框750处，接收(或发射)消息，并且在方框760处，去激活使能B信号和使能C信号，从而禁止VCO655和信号路径670并且使该设备休眠。然后可以无限地重复该算法。

图8的定时算法示出了在常规设计(图8a)中以及在根据本文所示的使用合成器停止的实施方式的设计(图8b)的排序器控制信号的行为。该合成器停止技术不限于超外差接收器，其可以用于全部类型的接收器和发射器。

在图9的方框图900中示出了具有合成器停止的发射器。发射器900包括如图所示的天线910、BPF 920、放大器930、VCO 940、调制器950、合成器960、存储元件970和排序器980。操作非常类似于结合图6所述的接收器；首先使能合成器960和VCO 940，继而，恰好在使能包括放大器930和调制器950的发射信号路径990之前，禁止合成器960并且VCO 940保持受到存储在存储元件970上的值的控制。

通信缓冲

可以降低峰均值功率比的另一个方式是通过确保在收发器活动时系统微型计算机或微控制器单元(MCU)不活动。根据本文所示的另一个实施方式，这可以通过通信缓冲的使用来实现。如本文所使用的，术语缓冲器、缓冲、接收缓冲器、发射缓冲器等等指代将数据(如数据分组)换成在存储器中，该存储器可以是收发器的缓冲器寄存器、任意合适的存储器技术(如随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、闪存、电可擦写可编程只读存储器(EEPROM)、诸如硬盘驱动器之类的大规模存储器、软盘驱动器、光驱动器或可以包括其他电子存储介质以及非易失性存储器(NVM))。存储器可以例如是活动存储器或者可以持久位于ROM、EEPROM或闪存中。

根据特定实施方式，通过选择性地控制微型计算机和发射器的操作从而微型计算机和发射器不同时进行操作，可以降低发射器用于发射数据的峰均值功率比。在特定实施方式中，这可以通过如下来实现：在发射器处于诸如发射器休眠模式之类的低功率模式时，由微型计算机在发射器的发射缓冲器中放置预备的数据分组，发射器唤醒并且发射在发射缓冲器中的该预备的数据分组，并且在该预备的数据分组的发射之后该发射器进入发射器较低功率模式。发射缓冲器可以例如是发射器的发射缓冲器寄存器、随机访问存储器和非易失性存储器。

类似地，通过微型计算机和接收器的操作的选择性的控制以防止在接收器的接收时段期间该微型计算机和该接收器的同时操作，可以应用通信缓冲来降低接收器用于接收数据的峰均值功率比。在更具体的实施方式中，在微型计算机处于诸如微型计算机休眠模式之类的微型计算机休眠模式中时，接收器可以唤醒以接收数据分组，将接收的数据分组放置到接收器的接收缓冲器中，并且在将接收的数据分组放置在该接收缓冲器中之后进入较低功率模式(如接收器休眠模式)。如将要描述的那样，微型计算机唤醒以处理接收的数据分组，并且然后在接收的数据分组处理之后返回较低功率微型计算机模式。接收缓冲器可以例如是接收器的缓冲器寄存器、随机访问存储器和非易失性存储器。

用于实现通信缓冲的一种方式是如图10的方框图1000中所示的缓冲器寄存器的使用。方框图1000包括两个天线1010和1040、发射器1020、耦合到发射器1020的缓冲器寄存器1030、接收器1050、耦合到接收器1050的缓冲器寄存器1060以及耦合到缓冲器寄存器1030和1060的MCU 1070。MCU 1070预备要发射的数据分组，将其放置到缓冲器寄存器1030中，然后进入休眠。发射器1020然后唤醒，从缓冲器寄存器1030拿取分组，并且发射它。类似地，当接收器1050接收分组时，其将分组放置在接收缓冲器寄存器1060中，继而进入休眠。MCU1070继而唤醒，从缓冲器寄存器1060拿取分组并且处理分组。这样，当MCU 1070活动时发射器1020或接收器1050中的任意一个都(可操作地)不活动，从而降低了峰值电流并且因此降低了使用的功率。

根据各种实施方式在图11中示出了用于发射的示例性流程1100。在方框1110处，MCU唤醒并且预备用于发射的分组。在方框1120处，MCU将预备的分组放置到发射缓冲器寄存器中，然后在方框1130处进入休眠。在方框1140处，发射器唤醒并且发射该分组，然后在方框1150处进入休眠。然后无限地重复该流程。

可以由简单状态机、由专用控制线路(例如从MCU到发射器的低活动“唤醒”控制线路，其通常高位驱动，具有下拉电阻，从而使得当MCU进入休眠时其变得活动)，由定时器(例如波动计数器，其具有用于每个方框的输出控制线路)或由其他装置，实现每个方框的控制(例如确保方框1130在方框1140开始之前结束)。

根据各种实施方式在图12中示出了用于接收的通信缓冲的示例性流程1200。在方框1210处接收器唤醒并且接收数据分组。在方框1220处，接收器将接收分组放置到接收缓冲器寄存器中，然后在方框1230处进入休眠。在方框1240处，MCU唤醒并且处理该分组，然后在方框1250处进入休眠.然后无限地重复该流程。

可以由简单状态机、由专用控制线路(例如从接收器到MCU的低活动“唤醒”中断信号，其通常高位驱动，具有下拉电阻，从而使得当接收器进入休眠时其变得活动)，由定时器(例如波动计数器，其具有用于每个方框的输出控制线路)或由其他装置，实现每个方框的控制(例如确保方框1230在方框1240开始之前结束)。

当对于分组的大小存在已知的上限(从而可以确定缓冲器的大小使得它们不溢出)时，并且当与分组的串行处理相关联的延时可以容忍时，通信缓冲可能是最可行的。

预测算法

如果由EH设备提供的功率随时间变化，则为了避免服务的中断，发射器必须能够预先预测可用功能的减小。这样，其可以在分组的发射开始之前降低它的发射RF功率(以及它的数据速率)。理想的情况是，其应该能够足够早地预测这些减小，使得其有时间向接收设备通知初始数据速率改变，从而使得该接收设备不受到数据速率改变的惊扰并且遭受数据损失(这可能持续到其重新获得新数据速率为止)。

同样理想的情况是，EH设备将能够向发射器通知它的可用功率的迫近的改变，但是在实际系统中情况通常不是这样的，在实际系统中通常在EH设备与其所供电的负载之间缺少通信链路。在这些情况中，无线设备必须应用一些类型的预测算法来估计未来的功率可用性。

可以使用的一种算法是简单启发：如果供应电压掉到预定阈值之下，则无线设备可以推断未来功率的前景黯淡，并且相应地进行响应。例如当供应基于振动的EH系统的引擎在工作倒班(working shift)的结尾关闭时这可能发生。另一个方法将是随着时间监视并且记录可用功率，并且进行每日关联。如果时间是下午4:59，并且对于最近10天在下午5点时刻期间的平均可用功率显著低于4:59时刻的平均可用功率，则预料到今天的相同的降低，该设备可以(有可能在首次宣布对它的接收设备的改变之后)降低它的发射数据速率。

因此，根据本文公开的各种实施方式，通过预测电源的可用输出功率的未来值，可以应用预测算法来确定电源的可用输出功率。这可以包括在发射数据之前根据电源的可用输出功率的预测未来值，改变发射器的发射功率和/或发射器的数据速率。可以向接收器通知该发射器的经改变的数据速率。如上所述，预测电源的可用输出功率的未来值可以进一步包括电源的可用输出功率的多个先前值的使用或者预测算法的使用。如所将描述的那样，预测算法可以使用至少一个曲线拟合技术、线性外推或启发的使用。

考虑根据各种实施方式在图13中所示出的使用线性外推的预测算法的示例。在该情况中，线性外推可用功率的历史，以估计它的未来值。

该设备不时地确定从它的源可获得的功率。例如在时间T_-1处，可用功率是P_-1瓦(W)，并且在时间T₀处，可用功率是P₀瓦(W)。看出可用功率以以下速率随时间线性减少

m = \frac{(P_{0} - P_{- 1})}{(T_{0} - T_{- 1})} W / s - - - (2)

在时间T₀处，可用通过外推以下直线来进行在时间T_-1处可获得的功率的预测(估计)：

R₁＝m(T₁-T₀)+P₀W (3)

本领域技术人员将认识到可以使用包括单不限于求平均、平滑(smoothing)和最小平均方法的标准曲线拟合技术来将直线或其他曲线拟合到测量的可用功率数据并且估计m、P₁并且有可能估计其他曲线拟合参数。

在图14中根据各种实施方式示出了示例性的预测流程1400。在方框1410处，设备收集在至少两个不同时间上的可用功率值。在方框1420处使用等式(2)确定m。接下来在方框1430处选择时间T₁，其中将对于时间T₁做出可用功率估计。这可以是例如这样一种时间，其中在该时间上要发送消息。最后在方框1440处使用以上等式(3)做出估计P₁。然后可以无限地重复该算法。

另一个技术可以包括人工神经网络(ANN)的使用以考虑更多输入变量。该变量可以包括类型、数量、原点和处理的消息业务的目的地、环境因子以及从EH设备接收的功率的质量(可变性、噪声等等)以及时间因子。ANN是自适应的非线性系统，其进行学习以执行希望的功能而无需外部编程。在训练阶段期间，改变该ANN的系统参数(典型地为ANN的处理元件之间的连接和增益)以将它的行为与“学习规则”最佳地校准(例如以预测EH可用功率改变)。在此之后，将ANN放置到服务中。无线设备然后可以使用ANN的输出来确定它的下一个发射的功率。

注意到功率增加的预测也是有用的：如果设备可以预测它的可用功率可能快要增加，则其可以希望延迟开始原本将要以低输出功率(并且因而以低数据速率)进行的发射。如果设备等待直到更多功率可用，则将有可能更快完成消息发射，并且可以以更高速率发送消息。

对于预测可用功率的未来值而言，非线性外推或多项式外推也是有用的；具体而言，可以对于近期预测使用拉格朗日多项式(即与可用功率的历史值一致的最低等级多项式的选择)的方法。但是正如在大多数多项式外推的使用那样，当进行长期预测时必须小心进行以避免严重差错。

自适应数据速率

如前所述，当对单个设备进行多个发射时，偶尔测试信道以查看是否有可能更快的数据速率有用的。由于假设速率被配置为倍频程，所以通过移动到更高速率将得到更多，如果发射失败则损失相对小(因为在以前的速率的两倍上发送测试发射，失败花费一半的时间)。

由能量采集源供电的无线设备要执行的一个任务是在给定通信链路或信道上优化它的发射数据速率。以最大可获得速率发送或发送数据、与设备的电源和发射路径或信道的质量一致是有利的。但是可由设备用于确定与各种实施方式一致的该速率的本文所公开的方法并不明显。如本文所讨论的那样，术语信道涵盖了各种类型的信道，如频率、时间、编码和任意其他信道化方案。

根据实施方式的自适应数据速率方法应用如IEC 60489-6附件E中所描述的寻呼“20寻呼”敏感度测试方法的变形，其中在一些数量的连续成功寻呼之后降低发射功率并且在丢失一个寻呼之后增加发射功率。对于EH供电的设备，该规则可以是“以最快可能速率开始。没丢失一个确认消息(ACK)就减少速率，直到接收到ACK为止。然后尝试以当前速率发送d个连续分组(诸如3个连续分组)。如果成功(即对于全部3个的ACK都接收到)，则移动到下一个更高速率并且再次尝试。如果三个中的任意一个不成功(即有一个ACK未被接收到)则立即移动到下一个更低速率并且再次尝试。”因此自适应数据速率算法可以类似于用于确定选择性呼叫敏感度的算法，但是被修改为使得发射的数据速率改变已代替用于发射的信号强度的改变。

现在参考图15的流程1500，由该算法应用的方法具有两个部分——“快速”环路以快速找到成功的数据速率的范围，接着是“慢速”环路，其适应环境改变和无线接收的概率属性并且在该“慢速”环路期间预计要发射发送分组的极大部分。

当一组分组出现在发射队列中时开始该算法。在方框1510处，发射器将它的数据速率R设置为它的最大值，并且在决定方框1520处尝试以该速率成功地发送(即从其接收到相关联的ACK)d个连续分组并且确定对每个发射分组是否接收到ACK。但是如果在这些发射中的一个发射之后未接收到ACK，则在方框1530处将R降低到R/4，重发当前分组并且重新开始计数。

如果成功地发送d个连续的分组(即接收到ACK)，则在方框1540处将R翻倍为2R(当然除非其已经处于它的最大值，在该情况中其保持不变)，并且在方框1550处，发射器再次尝试以该速率成功地发送d个连续的分组。如果在决定方框1550处确定在这些发射中的一个发射之后未接收到ACK，则在方框1560处将R降低到R/2，重发当前分组并且重新开始计数。

但是，如果在决定方框1550处确定成功地发送连续的分组(即接收到ACK)，则在方框1570处将R翻倍为2R(当然除非其已经处于它的最大值，在该情况中其保持不变)。在决定方框1580处，检查分组队列；如果其不为空，则流程返回到决定方框1550。如果该队列为空，则流程停止。事实上，如果该队列变为空，则该流程在任意方框处停止。

由在方框1540和1570中用于除R的因子来确定图15的自适应数据速率流程1500的速度。但是如果除数太大，则该算法可以跳过

“慢速”范围，并且可以花费相对长的时间来恢复。“快速”值如方框1530中的4确保流程不能跳过“慢速”范围。自适应数据速率，d＝3

根据自适应数据速率算法，其中d＝3，以数据速率n-1发射的概率是

P_n-1＝P_n·[1-(P_n(call))³]+P_n-2·(P_n-2(call))³ (4)

其中，P_n，P_n-1和P_n-2分别是以数据速率n，n-1和n-2发射的概率；并且

P_n(call)和P_n-2(call)分别是在一个发射中以数据速率n和n-2成功地接收一个分组的概率。

在该分析中，我们做出当发送时总是接收确认(ACK)的简化的假设。跳过注意到ACK显著地短于大部分(即使不是全部)数据分组可以证实这点；如果接收到一个数据分组则因此可能也将接收到ACK。但是更详细的分析将必须考虑概率化ACK接收的影响。

我们最初假设数据速率被配置为倍频程(octaves)，从而数据速率n-1是：

R_{n - 1} = 2 \cdot R_{n - 1} = \frac{R_{n}}{2}

其中，R_n、R_n-1和R_n-2分别是数据速率n，n-1和n-2，单位为比特/秒，并且R_n＞R_n-1。

单独的分组接收的概率形成相对陡峭的曲线：由于数据速率每次被翻倍，所以接收的概率快速从基本上100％移动到基本上0％。在表1中示出了该行为的一个示例：

表1：用于数据速率的倍频程的典型呼叫概率

速率	P_i(call)
		R_n-3	1.000000000000000
R_n-2	0.999999952462873
		R_n-1	0.987243370972121
R_n	0.005177104881681
		R_n+1	0.000000000000000

可以使用如下事实来简化该概率：小于R_n-2的速率的P(call)≈1.0，并且大R_n的速率的P(call)≈0.0：

P_n＝P_n+1+P_n-1·(P_n-1(call))³

P_n+1＝P_n+2·[1-(P_n+2(call))³]+P_n·(P_n(call))³

P_n+2＝P_n+3·[1-(P_n+3(call))³]+P_n+1·(P_n+1(call))³

但是P_n+1(call)和P_n+3(call)都≈0，因此P_n+2＝P_n+3。由于该自变量应用于全部R＞R_n+3，并且全部概率的和不能超过1，因此P_n+2＝P_n+3必须是零。类似地，

P_n-4＝P_n-3·[1-(P_n-3(call))³]+P_n-5·(P_n-5(call))³

但是P_n-3(call)和P_n-5(call)都≈0，因此P_n-4＝P_n-5。由于该自变量同样应用于全部R＜R_n-4，并且全部概率的和不能超过1，因此P_n-4＝P_n-5也必须是零。

从等式(4)开始，我们可以推断出

P_n-3＝P_n-2·[1-(P_n-2(call))³]+P_n-4·(P_n-4(call))³

但是由于P_n-4(call)＝0，所以其简化为

P_n-3＝P_n-2·[1-(P_n-2(call))³ (5)

再次从等式(4)开始，我们还可以推断出

P^n-2＝P^n-1·[1-(P^n-1(call))³]+P_n-3·(P_n-3(call))³

在一些简化之后，并且使用等式(5)

P_{n - 2} = \frac{P_{n - 1} \cdot [1 - {(P_{n - 1} (call))}^{3}]}{{(P_{n - 2} (call))}^{3}} - - - (6)

类似地，并且使用等式(6)我们可以确定

P_{n - 1} = \frac{P_{n} \cdot [1 - {(P_{n} (call))}^{3}]}{{(P_{n - 1} (call))}^{3}} - - - (7)

再次从等式(4)开始，我们看出P_n＝P_n+1·[1-(P_n+1(call))³]+P_n-1·(P_n-1(call))³

然而根据表1，我们看出P_n+1(call)＝0。将其与等式(7)组合我们得出

P_{n} = \frac{P_{n + 1}}{{(P_{n} (call))}^{3}} - - - (8)

为了确定P_n+1的值，我们需要使用关于概率的其他边界条件，即它们的和必须为1。由于我们知道P_n-4、P_n-5……全部是零并且P_n+2、P_n+3……全部是零，所以通过使用等式(5)到(8)足以对P_n-3、P_n-2、P_n-1、P_n和P_n+1求和：

P_n-3+P_n-2+P_n-1+P_n+P_n+1＝1 (9)

在一些操作之后，我们推断

P_{n + 1} = \frac{B_{n} B_{n - 1} B_{n - 2}}{A_{n} A_{n - 1} A_{n - 2} + A_{n} A_{n - 1} + A_{n} B_{n - 2} + B_{n - 1} B_{n - 2} + B_{n} B_{n - 1} B_{n - 2}} - - - (10)

其中通过以下定义来简化符号

A_i＝[1-(P_i(call))³]

并且

B_i＝(P_i(call))³

对于P_n+1使用该值，并且按次序(表2)代替回到等式(8)、(7)、(6)和(5)中，我们可以确定从P_n到P_n-3的数值。在表3中概述了该值。注意到P_is的值是单位一，令人鼓舞(comforting)的确认。然后以给定Ri接收分组的概率是P_i x P_i(call)，并且在表3的最后一列示出。

表2：P_is的概述(原始，三次情形)

表3：以给定数据速率发送分组的概率P_i，以及以给定数据速率接收分组的概率P_i×P_i(call)

速率	P _i (call)	B _i	A _i	P _i	P _i ×P _i (call)
						R_n-3	1.000000000000000	1	0	2.6942E-09	2.6942E-09
R_n-2	0.999999952462873	1	1.43E-07	0.018891884	0.018891883
						P_n-1	0.987243370972121	0.962216	0.037784	0.499999931	0.493621617
R_n	0.005177104881681	1.39E-07	1	0.481108116	0.002490747
						R_n+1	0.000000000000000	0	1	6.6758E-08	0

通过检查表3，我们可以看出，以数据速率R_n-1发送大约一半分组，并且其余分组几乎全部以P_n发送。

我们强调P_is代表以各种数据速率发送的分组分数(fraction)，不是在每个数据速率上花费的时间分数。因此，如果假设全部发送的分组具有相等的比特数量，则由于速率R_i被配置为倍频程，所以与速率R_n相比，设备花费两倍的时间来以以速率R_n-1发射分组，并且当在速率R_n-2上时花费4倍的时间来发送分组。

类似地，P_i x P_i(call)值代表以各种数据速率接收的分组分数。

然后总接收数据速率(吞吐量)R_oa是在每个R_i处接收的发射时间的分数(fraction)乘以相关R_i的值，然后将全部速率相加：

R_{oa} = \underset{i}{Σ} \frac{P_{i} T_{i} R_{i} P_{i} (call)}{Σ_{i} (P_{i} T_{i} P_{i} (call))}

……其中，T_i是在速率R_i上的分组的发射持续时间。在表4中示出了该计算。

表4：总数据速率R_oa

使用原始参数的协议的总数据速率R_oa是基本速率R_n的48.3％。

自适应数据速率，d＝1

用于吞吐量的该协议的进一步的优化是有可能的；例如，在等式(4)中，可以减小P_n(call)和P_n-2(call)的指数，以将协议偏置到更高数据速率。这将具有在将速率增加到R_n之前降低需要以速率R_n-1接收的分组的数量的效果。

如果我们将P_n(call)和P_n-2(call)的指数降低到单位一(即，设置d＝1)，则该算法规则将很简单：如果正确地接收分组，则移动到更高的速率；否则，移动到更低的速率。为了分析该“线性”情况，我们可以以类似于立方指数的情况前进。与(1)类似

P_n-1＝P_n·[1-P_n(call)]+P_n-2·P_n-2(call) (11)

根据(4)

P_n-3＝P_n-2·[1-P_n-2(call)](12)

根据(5)

P_{n - 2} = \frac{P_{n - 1} [1 - P_{n - 1} (call)]}{P_{n - 1} (call)} - - - (13)

根据(6)

P_{n - 1} = \frac{P_{n} \cdot [1 - P_{n} (call)]}{P_{n - 1} (call)} - - - (14)

根据(7)

P_{n} = \frac{P_{n + 1}}{P_{n} (call)} - - - (15)

如果我们定义

A_i＝[1-P₅(call)]

以及

B_i＝P_i(call)

则为了确定P_n+1的值，我们可以不加修改地使用(10)在表5中示出了P_is的新值。使用表1的呼叫概率，然可以如针对表3那样计算P_is和P_i×P_i(call)的数值；这些示出在表6中。

表5：P_is的概述(线性情况)

表6：以给定数据速率发送分组的概率P_i以及给定数据速率接收分组的概率P_i×P_i(call)(线性情况)

速率	P _i (call)	B _i	A _i	P _i	P _i ×P _i (call)
						R_n-3	1.000000000000000	1	0	3.01657E-10	3.01657E-10
R_n-2	0.999999952462873	1	4.75E-08	0.006345713	0.006345712
						R_n-1	0.987243370972121	0.987243	0.012757	0.4974443	0.491098587
R_n	0.005177104881681	0.005177	0.994823	0.493654287	0.0025557
						R_n+1	0.000000000000000	0	1	0.0025557	0

最终，可以如针对表4那样计算对于线性情况的总数据速率R_oa的数值；这些示出在表7中。

表7：总数据速率的计算(线性情况)

总数据速率被略微提高到0.495R_n。查看P_is，我们注意到在表3和表6中在R_n-1和R_n上算法尝试几乎相同数量的分组发射，因为P_n-1(call)是0.987并且P_n(call)仅仅是0.005，在R_n上的大部分发射失败。

自适应数据速率，盲发射

注意到，在不要求确认的情况下(如在当范围改变或者未知的信标网络中可能发生)如果以表3中的5个数据速率中的每个数据速率发射一个分组，则总数据速率R_oa将是：

\frac{1}{R_{oa}} = \frac{1}{5} [\frac{1}{R_{n - 3}} + \frac{1}{R_{n - 2}} + \frac{1}{R_{n - 1}} + \frac{1}{R_{n}} + \frac{1}{R_{n + 1}}]

\frac{1}{R_{oa}} = \frac{1}{5} [\frac{8}{R_{n}} + \frac{4}{R_{n}} + \frac{2}{R_{n}} + \frac{1}{R_{n}} + \frac{1}{2 R_{n}}]

\frac{1}{R_{oa}} = \frac{31}{{10 R}_{n}}

R_{oa} = \frac{10 R_{n}}{31}

或者刚刚低于基本速率R_n的三分之一(0.323)。所提出的算法具有比这个更好的总数据速率——对于d＝3是0.483R_n并且对于d＝1是R_n——并且由于ACK的接收保证了接收。

注意到虽然本文所述的多个实施方式关注能量采集电源，但是认识到也可以将其他电源表征为功率有限，并且将类似地受益于根据来自电源的可用功率调节发射数据速率。一个示例是接近寿命结束的电池(即大部分但未完全放电)。由比同类型的全新的完全充电电池更低的开路电压和更高的串联电阻来表征处于该状态的电池。在该情况中，将希望降低数据速率以便维持通信范围同时满足电池的可用功率限制。

因此，根据各种实施方式，当电源是电池时，该电池的可用输出功率低于阈值，并且用于发射数据的发射器具有一个发射范围，一种用于功率高效的通信的方法可以另外包括降低发射器的发射功率并且将数据速率降低到新的较低数据速率以维持发射器的该发射范围。将数据速率降低到新的较低数据速率可以在降低发射器的发射功率之前发生。此外，在降低发射器的发射功率之前但是在降低数据速率之后，可以增加发射器的该发射范围。

将认识到，本文所述的实施方式可以包括一个或多个常规处理器和用于控制该一个或多个处理器结合特定非处理器电路来实现本文所述的一些、大部分或全部功能的唯一性的存储程序指令。该非处理器电路可以包括但不限于接收器、发射器、无线电台、信号驱动器、时钟电路、电源电路和用户输入设备。这样，可以将这些功能理解为用于执行根据与本发明一致的特定实施方式的功能的方法。备选地，可以由具有存储程序指令的状态机或者在一个或多个专用集成电路(ASIC)中实现一些或全部功能，其中在ASIC中将每个功能或功能的一些组合实现为自定义逻辑。当然，可以使用两个方法的结合。因此本文描述了用于这些功能的方法和装置。此外预计本领域的普通技术人员将能够容易地经过最少是实验生成该软件指令和程序和IC，尽管当受到本文公开的概念和原理的指导时有可能相当费劲并且由例如可用时机、当前技术和经济考虑激发的许多设计选择。

本领域的熟练技术人员将认识到，已经给予编程处理器的使用，关于示例性实施方式描述了本发明。但是本发明应该不限于此，因为可以使用等效硬件组件如与所述并且所要求的本发明等效的专用硬件和/或专用处理器来实现本发明。类似地，可以使用同一计算机、基于计算机的微处理器、微控制器、光计算机、模拟计算机、专用处理器和/或专用硬线路逻辑来构造本发明的可选择的等效实施方式。

本领域的技术人员将认识到，可以使用各种形式的存储器如只读存储器(ROM)、随机访问存储器(RAM)、闪存、电可擦写可编程只读存储器(EEPROM)、非易失性存储器(NVM)、大规模存储器如硬盘驱动器、软盘驱动器、光驱动器、光存储器元件、磁存储器元件、磁光存储器元件、闪存、核心存储器和/或其他等效的存储器技术来实现上述实施方式，而不会脱离本发明。应该将该备选的存储器设备视为是等效的。

使用编程处理器来实现的本文所示各种实施方式，该编程处理器执行上文广义地描述的编程指令，该编程指令可以存储在合适的电子存储器介质是或者基于任意合适电子通信介质来发射。但是，本领域的技术人员将认识到，可以在任意数量的变形中并且用任意合适的编程语言实现上述过程，而不会脱离本发明。例如，通常可以改变所执行的特定操作的次序，可以增加附加的操作或者可以删除操作，而不会脱离本发明。可以增加并且/或者增加差错捕获，并且可以在用户接口和信息呈现中进行变化，而不会脱离本发明。该变化被视为并且被认为是等效的。

在前述的说明书中，已经描述了本发明的具体实施方式。但是，本领域的普通技术人员认识到可以做出各种修改和改变，而不会脱离所附权利要求中所阐述的本发明的范围。因此，要将说明书和附图视为是说明性的而不是限制性的，并且全部该修改意图被包括在本发明的范围中。益处、优点、问题解决方案和可以导致该益处、优点或解决方案发生或更显著的任意要素不应被理解为任意或全部权利要求的关键的、必须的或本质的特征或要素。仅仅由所附权利要求，包括在本申请的未决期间进行的任意修改和发布的那些权利要求的全部等效物，定义本发明。

通过示例的方式而非通过限制的方式给出了本文已详述的代表性的实施方式。本领域的熟练技术人员将理解可以在所述实施方式的形式和细节中进行各种修改，导致仍然落入所附权利要求的范围中的等效实施方式。

Claims

1.一种无线系统，包括：

电源，其能够产生可用输出功率；以及

收发器，其在操作上被配置为使得能够最小化所述电源的所述可用输出功率的峰均值功率比，并且使得能够最大化所述电源的所述可用输出功率的消耗，所述收发器被配置为具有至少部分地由所述可用输出功率确定的数据发射速率，并且以至少部分地由所述电源的所述可用输出功率确定的数据接收速率来接收数据。

2.如权利要求1所述的系统，其中，将所述数据接收速率确定为使得当所述可用输出功率改变时，所述接收器的接收范围恒定。

3.如权利要求1所述的系统，其中，将所述数据发射速率确定为使得当所述可用输出功率改变时，所述收发器的发射范围恒定。

4.如权利要求1所述的系统，其中，所述系统还包括：

电功率监视电路，其被耦合到所述收发器，并且可进行操作以监视由所述电源向所述收发器供应的所述可用输出功率的功率等级。

5.如权利要求1所述的系统，其中，所述系统还包括：

耦合到所述收发器的控制器，其控制所述收发器以将由所述收发器从所述电源汲取的功率保持低于所述可用输出功率。

6.如权利要求5所述的系统，其中，所述系统还包括：

通信设备，其中，根据所述数据接收速率估计所述收发器与所述通信设备之间的范围。

7.如权利要求6所述的系统，其中，不需要RSSI值来估计所述范围。

8.如权利要求1所述的系统，其中，所述电源是电池，所述电池的所述可用输出功率低于阈值，并且所述收发器具有发射范围，并且其中，当所述电池的所述可用输出功率低于所述阈值时，通过降低所述收发器的发射功率以及将所述数据发射速率降低到新的较低数据发射速率，来维持所述收发器的所述发射范围。

9.如权利要求1所述的系统，其中，最小化由所述收发器发射所述数据所消耗的峰均值功率比，以便最大化所述可用输出功率中由所述收发器用于进行发射的部分。

10.如权利要求9所述的系统，其中，对由所述收发器所消耗的峰均值功率比的最小化提供所述收发器的增加的数据发射速率。

11.如权利要求9所述的系统，其中，对由所述收发器所消耗的峰均值功率比的最小化增加所述收发器的发射范围。

12.如权利要求9所述的系统，其中，对由所述收发器所消耗的峰均值功率比的最小化使得由所述收发器所使用的用于发射所述数据的功率减小。

13.如权利要求12所述的系统，其中，增加所述收发器的所述数据发射速率。

14.如权利要求12所述的系统，其中，增加所述收发器的发射范围。

15.如权利要求12所述的系统，其中，所述收发器还包括：

合成器；

受控振荡器；以及

排序器，其可进行操作以生成控制所述合成器、所述受控振荡器以及所述收发器的发射信号路径的多个使能信号；

其中，所述排序器可进行操作以选择性地控制所述收发器的操作，从而防止在所述收发器的发射时段期间所述合成器与所述发射信号路径的同时操作。

16.如权利要求15所述的系统，其中，所述排序器可进行操作以生成使能所述合成器的第一使能信号、使能所述受控振荡器的第二使能信号、以及使能所述收发器的所述发射信号路径的第三使能信号，并且其中，在所述收发器的预热时段期间，所述排序器可进行操作以激活所述第一使能信号来使能所述合成器并且激活所述第二使能信号以使能所述受控振荡器，等待直到所述合成器被锁定为止，并且去激活所述第一使能信号，以及激活所述第三使能信号以在所述收发器的所述发射时段期间使能所述发射信号路径，并且在所述收发器的发射时段之后去激活所述第二使能信号和所述第三使能信号。

17.如权利要求12所述的系统，其中，所述收发器可进行操作以通过对微型计算机和所述收发器的操作的选择性的控制来降低由所述收发器用于发射所述数据的功率，从而防止在所述收发器的发射时段期间所述微型计算机与所述收发器的同时操作。

18.如权利要求17所述的系统，其中，在所述收发器处于收发器休眠模式时，所述微型计算机在发射缓冲器中放置预备的数据分组，并且在所述预备的数据分组放置在所述发射缓冲器中之后进入微型计算机休眠模式，并且所述收发器在此唤醒并发射所述预备的数据分组，以及在所述预备的数据分组的发射之后返回到所述收发器休眠模式。

19.如权利要求1所述的系统，其中，所述收发器可进行操作以预测所述可用输出功率的未来值，并且根据可用输出功率的预测改变来改变所述收发器的发射功率和所述收发器的数据发射速率中的一个或多个。

20.如权利要求19所述的系统，其中，在发射数据之前，所述收发器可进行操作以根据所述电源的所述可用输出功率的预测未来值，改变所述收发器的发射功率和所述收发器的数据发射速率中的一个或多个。

21.如权利要求20所述的系统，其中，所述收发器可进一步进行操作以向所述系统的接收器通知所述收发器的改变的数据发射速率。

22.如权利要求19所述的系统，其中，所述收发器使用所述电源的所述可用输出功率的多个先前值来预测所述电源的所述可用输出功率的未来值。

23.如权利要求19所述的系统，其中，所述收发器使用预测算法来预测所述电源的所述可用输出功率的未来值，所述预测算法包括曲线拟合技术、线性外推、非线性外推和启发法中的一个或多个。

24.如权利要求23所述的系统，其中，根据所述预测算法，所述收发器可进行操作以在多个时间T_-n处采集所述电源的所述可用输出功率P_-n，根据

m = \frac{(P_{0} - P_{- 1})}{(T_{0} - T_{- 1})} W / s

来确定所述可用输出功率的线性改变速率m，选择时间T₁以确定所述可用输出功率的预测改变，并且在时间T₀处根据

P₁＝m(T₁-T₀)+P₀W

估计在时间T₁处可获得的所述可用输出功率P₁以预测所述可用输出功率的改变。

25.如权利要求1所述的系统，其中，为了优化通信链路上的所述数据发射速率，所述收发器可进行操作以在所述通信链路上以测试数据发射速率来发射多个连续数据分组，并且确定是否以所述测试数据发射速率成功地发射了所述多个连续数据分组中的每个数据分组；

其中，如果成功地以所述测试数据发射速率发射了所述多个连续数据分组中的每个数据分组，那么如果所述测试数据发射速率不是所述通信链路的最大数据发射速率，则所述收发器可进行操作以通过预定的乘法器将所述测试数据发射速率增加到经增加的测试数据发射速率，并且

其中，如果未成功地以所述测试数据发射速率发射所述多个连续数据分组中的一个或多个数据分组，那么一旦确定未成功地发射所述多个连续数据分组中的所述一个或多个数据分组的第一数据分组，所述收发器可进行操作以通过预定的除法器将所述测试数据发射速率降低到经降低的测试数据发射速率，并且以所述经降低的测试数据发射速率发射所述多个连续数据分组中的所述一个或多个数据分组的所述第一数据分组。

26.如权利要求25所述的系统，其中，所述收发器通过确定对于所发射的所述多个连续数据分组中的每个数据分组是否接收到确认消息，来确定是否成功地发射了所述多个连续数据分组。

27.如权利要求25所述的系统，其中，在所述通信链路上发射所述多个数据分组之前，所述收发器可进行操作以确定所述通信链路的最大数据发射速率，并且以最大确定数据发射速率在所述通信链路上发射所述多个数据分组。

28.一种无线系统，包括：

电源，其能够产生可用输出功率；以及

发射器，其在操作上被配置为使得能够最小化所述电源的所述可用输出功率的峰均值功率比，并且使得能够最大化所述电源的所述可用输出功率的消耗，所述发射器能够具有数据发射速率；

其中，至少部分地由所述电源的所述可用输出功率确定所述数据发射速率。

29.如权利要求28所述的系统，其中，将所述数据发射速率确定为使得当所述可用输出功率改变时，所述发射器的发射范围恒定。

30.如权利要求28所述的系统，其中，所述系统还包括：

电功率监视电路，其被耦合到所述发射器，并且可进行操作以监视由所述电源向所述发射器供应的所述可用输出功率的功率等级。

31.如权利要求28所述的系统，其中，所述系统还包括：

耦合到所述发射器的控制器，其控制所述发射器以将由所述发射器从所述电源汲取的功率保持低于所述可用输出功率。

32.如权利要求31所述的系统，其中，所述系统还包括：

接收器，其可进行操作以按至少部分地由所述接收器可从所述电源获得的输出功率所确定的数据接收速率来接收数据，其中，所述接收器耦合到所述控制器，并且所述控制器控制所述接收器以将由所述接收器从所述电源汲取的功率保持低于所述可用输出功率。

33.如权利要求28所述的系统，其中，所述系统还包括：

接收器，其可进行操作以按至少部分地由所述接收器可从所述电源获得的输出功率所确定的数据接收速率来接收数据。

34.如权利要求33所述的系统，其中，根据所述发射器的所述数据发射速率确定所述发射器与所述接收器之间的范围。

35.如权利要求34所述的系统，其中，不需要RSSI值来估计所述范围。

36.如权利要求28所述的系统，其中，所述电源是电池，所述电池的所述可用输出功率低于阈值，并且所述发射器具有发射范围，并且其中，当所述电池的所述可用输出功率低于所述阈值时，通过降低所述发射器的发射功率以及将所述数据发射速率降低到新的较低数据发射速率，来维持所述发射器的所述发射范围。

37.如权利要求28所述的系统，其中，最小化由所述发射器发射所述数据所消耗的峰均值功率比，以便最大化所述可用输出功率中由所述发射器用于进行发射的部分。

38.如权利要求37所述的系统，其中，对由所述发射器所消耗的峰均值功率比的最小化提供增加的数据发射速率。

39.如权利要求37所述的系统，其中，对由所述发射器所消耗的峰均值功率比的最小化增加所述发射器的发射范围。

40.如权利要求37所述的系统，其中，对由所述发射器所消耗的峰均值功率比的最小化使得由所述发射器所使用的用于发射所述数据的功率减小。

41.如权利要求40所述的系统，其中，增加所述发射器的所述数据发射速率。

42.如权利要求40所述的系统，其中，增加所述发射器的发射范围。

43.如权利要求40所述的系统，其中，所述发射器还包括：

合成器；

受控振荡器；以及

排序器，其可进行操作以生成控制所述合成器、所述受控振荡器以及所述发射器的发射信号路径的多个使能信号；

其中，所述排序器可进行操作以选择性地控制所述发射器的操作，以防止在所述发射器的发射时段期间所述合成器与所述发射信号路径的同时操作。

44.如权利要求43所述的系统，其中，所述排序器可进行操作以生成使能所述合成器的第一使能信号、使能所述受控振荡器的第二使能信号、以及使能所述发射器的所述发射信号路径的第三使能信号，并且其中，在所述发射器的预热时段期间，所述排序器可进行操作以激活所述第一使能信号来使能所述合成器并且激活所述第二使能信号以使能所述受控振荡器，等待直到所述合成器被锁定为止，并且去激活所述第一使能信号，以及激活所述第三使能信号以在所述发射器的所述发射时段期间使能所述发射信号路径，并且在所述发射器的发射时段之后去激活所述第二使能信号和所述第三使能信号。

45.如权利要求40所述的系统，其中，所述发射器可进行操作以通过对微型计算机和所述发射器的操作的选择性的控制来降低由所述发射器用于发射所述数据的功率，从而防止在所述发射器的发射时段期间所述微型计算机与所述发射器的同时操作。

46.如权利要求45所述的系统，其中，在所述发射器处于发射器休眠模式时，所述微型计算机在发射缓冲器中放置预备的数据分组，并且在所述预备的数据分组放置在所述发射缓冲器中之后进入微型计算机休眠模式，并且其中所述发射器唤醒并发射所述预备的数据分组，以及在所述预备的数据分组的发射之后返回到所述发射器休眠模式。

47.如权利要求28所述的系统，其中，所述发射器可进行操作以预测所述可用输出功率的未来值，并且根据可用输出功率的预测改变来改变所述发射器的发射功率和所述发射器的数据发射速率中的一个或多个。

48.如权利要求47所述的系统，其中，在发射数据之前，所述发射器可进行操作以根据所述电源的所述可用输出功率的预测未来值，改变所述发射器的发射功率和所述发射器的数据发射速率中的一个或多个。

49.如权利要求48所述的系统，其中，所述发射器可进一步进行操作以向所述系统的接收器通知所述发射器的改变的数据发射速率。

50.如权利要求47所述的系统，其中，所述发射器使用所述电源的所述可用输出功率的多个先前值来预测所述电源的所述可用输出功率的未来值。

51.如权利要求47所述的系统，其中，所述发射器使用预测算法来预测所述电源的所述可用输出功率的未来值，所述预测算法包括曲线拟合技术、线性外推、非线性外推和启发法中的一个或多个。

52.如权利要求51所述的系统，其中，根据所述预测算法，所述发射器可进行操作以在多个时间T_-n处采集所述电源的所述可用输出功率P_-n，根据

m = \frac{(P_{0} - P_{- 1})}{(T_{0} - T_{- 1})} W / s

P₁＝m(T₁-T₀)+P₀W

53.如权利要求28所述的系统，其中，为了优化通信链路上的所述数据发射，所述发射器可进行操作以在所述通信链路上以测试数据发射速率发射多个连续数据分组，并且确定是否以所述测试数据发射速率成功地发射了所述多个连续数据分组中的每个数据分组；

其中，如果成功地以所述测试数据发射速率发射了所述多个连续数据分组中的每个数据分组，那么如果所述测试数据发射速率不是所述通信链路的最大数据发射速率，则所述发射器可进行操作以通过预定的乘法器将所述测试数据发射速率增加到经增加的测试数据发射速率，并且

其中，如果未成功地以所述测试数据发射速率发射所述多个连续数据分组中的一个或多个数据分组，那么一旦确定未成功地发射所述多个连续数据分组中的所述一个或多个数据分组的第一数据分组，所述发射器可进行操作以通过预定的除法器将所述测试数据发射速率降低到经降低的测试数据发射速率，并且以所述经降低的测试数据发射速率发射所述多个连续数据分组中的所述一个或多个数据分组的所述第一数据分组。

54.如权利要求53所述的系统，其中，所述发射器通过确定对于所发射的所述多个连续数据分组中的每个数据分组是否接收到确认消息，来确定是否成功地发射了所述多个连续数据分组。

55.如权利要求53所述的系统，其中，在所述通信链路上发射所述多个数据分组之前，所述发射器可进行操作以确定所述通信链路的最大数据发射速率，并且以最大确定数据发射速率在所述通信链路上发射所述多个数据分组。

56.一种无线系统，包括：

电源，其能够产生可用输出功率；以及

接收器，其在操作上被配置为使得能够最小化所述电源的所述可用输出功率的峰均值功率比，并且使得能够最大化所述电源的所述可用输出功率的消耗，所述接收器能够具有至少部分地由所述电源的所述可用输出功率确定的数据接收速率。

57.如权利要求56所述的系统，其中，将所述数据接收速率确定为使得当所述可用输出功率改变时，所述接收器的接收范围恒定。

58.如权利要求56所述的系统，其中，所述系统还包括：

电功率监视电路，其被耦合到所述接收器，并且可进行操作以监视由所述电源向所述接收器供应的所述可用输出功率的功率等级。

59.如权利要求56所述的系统，其中，所述系统还包括：

耦合到所述接收器的控制器，其控制所述接收器以使得由所述接收器汲取的功率低于所述可用输出功率。

60.如权利要求59所述的系统，其中，所述系统还包括：

发射器，其可进行操作以向所述接收器发射由所述接收器以所述数据接收速率接收的所述数据，其中，所述发射器的所述数据发射速率至少部分地由来自所述电源的所述可用输出功率确定，其中，所述发射器耦合到所述控制器，并且所述控制器控制所述发射器以将由所述发射器从所述电源汲取的功率保持低于所述可用输出功率。

61.如权利要求56所述的系统，其中，所述系统还包括：

发射器，其可进行操作以按数据发射速率向所述接收器发射数据，其中，所述数据发射速率至少部分地由所述可用输出功率确定。

62.如权利要求61所述的系统，其中，根据所述接收器的所述数据接收速率估计所述发射器与所述接收器之间的范围。

63.如权利要求62所述的系统，其中，不需要RSSI值来估计所述范围。

64.如权利要求56所述的系统，其中，最小化由所述接收器接收所述数据所消耗的峰均值功率比，以便最大化所述可用输出功率中可用于接收所述数据的部分。

65.如权利要求64所述的系统，其中，对由所述接收器所消耗的峰均值功率比的最小化提供所述接收器以增加的数据接收速率接收所述数据。

66.如权利要求64所述的系统，其中，对由所述接收器所消耗的峰均值功率比的最小化增加所述接收器的接收范围。

67.如权利要求66所述的系统，其中，对所述接收器的低噪声放大器(LNA)的选择性操作增加所述接收器的所述接收范围。

68.如权利要求64所述的系统，其中，通过降低由所述接收器用于接收所述数据的功率，产生对所述接收器所消耗的峰均值功率比的最小化。

69.如权利要求68所述的系统，其中，增加所述数据接收速率。

70.如权利要求68所述的系统，其中，增加所述接收器的接收范围。

71.如权利要求70所述的系统，其中，通过对所述接收器的低噪声放大器(LNA)的选择性操作增加所述接收器的接收范围。

72.如权利要求68所述的系统，其中，所述接收器还包括：

合成器；

受控振荡器；以及

排序器，其可进行操作以生成控制所述合成器、所述受控振荡器以及所述接收器的接收器信号路径的多个使能信号；

其中，所述排序器可进行操作以选择性地控制所述接收器的操作，以防止在所述接收器的接收时段期间所述合成器与所述接收器信号路径的同时操作。

73.如权利要求72所述的系统，其中，所述排序器可进行操作以生成使能所述合成器的第一使能信号、使能所述受控振荡器的第二使能信号、以及使能所述接收器的所述接收器信号路径的第三使能信号，并且其中，在所述接收器的预热时段期间，所述排序器可进行操作以激活所述第一使能信号来使能所述合成器并且激活所述第二使能信号以使能所述受控振荡器，等待直到所述合成器被锁定为止，并且去激活所述第一使能信号，以及激活所述第三使能信号以在所述接收器的所述接收时段期间使能所述接收器信号路径，并且在所述接收器的接收时段之后去激活所述第二使能信号和所述第三使能信号。

74.如权利要求68所述的系统，其中，所述接收器可进行操作以通过对微型计算机和所述接收器的操作的选择性的控制来降低由所述接收器用于接收所述数据的功率，从而防止在所述接收器的接收时段期间所述微型计算机与所述接收器的同时操作。

75.如权利要求74所述的系统，其中，所述接收器在所述微型计算机处于微型计算机休眠模式时唤醒以接收数据分组，将所接收的数据分组放置到所述接收器的接收缓冲器中，以及在所接收的数据分组放置在所述接收缓冲器中之后进入接收器休眠模式，并且其中所述微型计算机唤醒以处理所接收的数据分组，以及在处理所接收的数据分组之后返回所述微型计算机休眠模式。

76.如权利要求56所述的系统，其中，由所述电源的所述可用输出功率确定所述接收器的灵敏度，并且其中，通过调节所述接收器的所述功率消耗可调节所述接收器的所述灵敏度。

77.如权利要求76所述的系统，其中，通过选择性地打开所述接收器的低噪声放大器(LNA)来控制所述接收器的接收范围，以增加所述接收器的功率消耗并且增加所述接收器的所述接收范围。

78.一种功率高效的通信设备，包括：

发射器，其能够具有至少部分地由所述发射器的、来自电源的可用输出功率确定的数据发射速率，其中所述发射器在操作上最小化来自所述电源的所述可用输出功率的、用于发射数据的峰均值功率比，并且最大化来自所述电源的所述可用输出功率的消耗。

79.如权利要求78所述的设备，其中，将所述数据发射速率确定为使得当所述可用输出功率改变时，所述发射器的发射范围恒定。

80.如权利要求78所述的设备，其中，最小化由所述发射器发射数据所消耗的峰均值功率比，以便最大化所述可用输出功率中由所述发射器用于发射的部分。

81.如权利要求80所述的设备，其中，对由所述发射器所消耗的峰均值功率比的最小化提供增加的数据发射速率。

82.如权利要求80所述的设备，其中，对由所述发射器所消耗的峰均值功率比的最小化增加所述发射器的发射范围。

83.如权利要求80所述的设备，其中，对由所述发射器所消耗的峰均值功率比的最小化使得由所述发射器所使用的用于发射所述数据的功率减小。

84.如权利要求83所述的设备，其中，增加所述数据发射速率。

85.如权利要求83所述的设备，其中，增加所述发射器的发射范围。

86.如权利要求83所述的设备，其中，所述发射器还包括：

合成器；

受控振荡器；以及

87.如权利要求86所述的设备，其中，所述排序器可进行操作以生成使能所述合成器的第一使能信号、使能所述受控振荡器的第二使能信号、以及使能所述发射器的所述发射信号路径的第三使能信号，并且其中，在所述发射器的预热时段期间，所述排序器可进行操作以激活所述第一使能信号来使能所述合成器并且激活所述第二使能信号以使能所述受控振荡器，等待直到所述合成器被锁定为止，并且去激活所述第一使能信号，以及激活所述第三使能信号以在所述发射器的所述发射时段期间使能所述发射信号路径，并且在所述发射器的发射时段之后去激活所述第二使能信号和所述第三使能信号。

88.如权利要求83所述的设备，其中，所述发射器可进行操作以通过对微型计算机和所述发射器的操作的选择性的控制来降低由所述发射器用于发射所述数据的功率，从而防止在所述发射器的发射时段期间所述微型计算机与所述发射器的同时操作。

89.如权利要求88所述的设备，其中，在所述发射器处于发射器休眠模式时，所述微型计算机在发射缓冲器中放置预备的数据分组，并且在所述预备的数据分组放置在所述发射缓冲器中之后进入微型计算机休眠模式，并且其中所述发射器唤醒并发射所述预备的数据分组，以及在所述预备的数据分组的发射之后返回到所述发射器休眠模式。

90.如权利要求78所述的设备，其中，所述电源是电池，所述电池的所述可用输出功率低于阈值，并且所述发射器具有发射范围，并且其中，当所述电池的所述可用输出功率低于所述阈值时，通过降低所述发射器的发射功率并且将所述数据发射速率降低到新的较低数据发射速率，来维持所述发射器的所述发射范围。

91.如权利要求78所述的设备，其中，所述发射器可进行操作以预测所述可用输出功率的未来值，并且根据可用输出功率的预测改变来改变所述发射器的发射功率和所述发射器的数据发射速率中的一个或多个。

92.如权利要求91所述的设备，其中，在发射数据之前，所述发射器可进行操作以根据所述电源的所述可用输出功率的预测未来值来改变所述发射器的发射功率和所述发射器的数据发射速率中的一个或多个。

93.如权利要求92所述的设备，其中，所述发射器可进一步进行操作以向接收器通知所述发射器的改变的数据发射速率。

94.如权利要求91所述的设备，其中，所述发射器使用所述电源的所述可用输出功率的多个先前值来预测所述电源的所述可用输出功率的未来值。

95.如权利要求91所述的设备，其中，所述发射器使用预测算法来预测所述电源的所述可用输出功率的未来值，所述预测算法包括曲线拟合技术、线性外推、非线性外推和启发法中的一个或多个。

96.如权利要求95所述的设备，其中，根据所述预测算法，所述发射器可进行操作以在多个时间T_-n处采集所述电源的所述可用输出功率P_-n，根据

m = \frac{(P_{0} - P_{- 1})}{(T_{0} - T_{- 1})} W / s

P₁＝m(T₁-T₀)+P₀W

97.如权利要求78所述的设备，其中，为了优化通信链路上的所述数据发射速率，所述发射器可进行操作以在所述通信链路上以测试数据发射速率发射多个连续数据分组，并且确定是否以所述测试数据发射速率成功地发射了所述多个连续数据分组中的每个数据分组；

98.如权利要求97所述的设备，其中，所述发射器通过确定对于所发射的所述多个连续数据分组中的每个数据分组是否接收到确认消息，来确定是否成功地发射了所述多个连续数据分组。

99.如权利要求97所述的设备，其中，在所述通信链路上发射多个数据分组之前，所述发射器可进行操作以确定所述通信链路的最大数据发射速率，并且以最大确定数据发射速率在所述通信链路上发射所述多个数据分组。

100.如权利要求78所述的设备，其中，所述设备是进一步包括接收器的收发器，所述接收器可进行操作以按至少部分地由可从所述电源获得的输出功率所确定的数据接收速率来接收数据。

101.一种功率高效的通信设备，包括：

接收器，其能够具有至少部分地由来自电源的、可用于所述接收器的输出功率所确定的数据接收速率，其中所述接收器在操作上最小化来自所述电源的可用输出功率的、用于接收数据的峰均值功率比，并且最大化来自所述电源的所述可用输出功率的消耗。

102.如权利要求101所述的设备，其中，将所述数据接收速率确定为使得当所述可用输出功率改变时，所述接收器的接收范围恒定。

103.如权利要求101所述的设备，其中，最小化由所述接收器接收数据所消耗的峰均值功率比，以便最大化所述可用输出功率中可用于接收所述数据的部分。

104.如权利要求103所述的设备，其中，对由所述接收器所消耗的峰均值功率比的最小化提供增加的数据接收速率。

105.如权利要求103所述的设备，其中，对由所述接收器所消耗的峰均值功率比的最小化增加所述接收器的接收范围。

106.如权利要求105所述的设备，其中，对所述接收器的低噪声放大器(LNA)的选择性操作增加所述接收器的所述接收范围。

107.如权利要求103所述的设备，其中，通过降低由所述接收器用于接收所述数据的功率，产生对所述接收器所消耗的峰均值功率比的最小化。

108.如权利要求107所述的设备，其中，增加所述接收器的数据接收速率。

109.如权利要求107所述的设备，其中，增加所述接收器的接收范围。

110.如权利要求109所述的设备，其中，通过对所述接收器的低噪声放大器(LNA)的选择性操作来增加所述接收器的所述接收范围。

111.如权利要求107所述的设备，其中，所述接收器还包括：

合成器；

受控振荡器；以及

112.如权利要求111所述的设备，其中，所述排序器可进行操作以生成使能所述合成器的第一使能信号、使能所述受控振荡器的第二使能信号、以及使能所述接收器的所述接收器信号路径的第三使能信号，并且其中，在所述接收器的预热时段期间，所述排序器可进行操作以激活所述第一使能信号来使能所述合成器并且激活所述第二使能信号以使能所述受控振荡器，等待直到所述合成器被锁定为止，并且去激活所述第一使能信号，以及激活所述第三使能信号以在所述接收器的所述接收时段期间使能所述接收器信号路径，并且在所述接收器的接收时段之后去激活所述第二使能信号和所述第三使能信号。

113.如权利要求107所述的设备，其中，所述接收器可进行操作以通过对微型计算机和所述接收器的操作的选择性的控制来降低由所述接收器用于接收所述数据的电流，从而防止在所述接收器的接收时段期间所述微型计算机与所述接收器的同时操作。

114.如权利要求113所述的设备，其中，在所述微型计算机处于微型计算机休眠模式时，所述接收器唤醒以接收数据分组，将所接收的数据分组放置在所述接收器的接收缓冲器中，并且在所接收的数据分组放置在所述接收缓冲器中之后进入接收器休眠模式，并且其中所述微型计算机唤醒以处理所接收的数据分组，以及在处理所接收的数据分组之后返回所述微型计算机休眠模式。

115.如权利要求101所述的设备，其中，由所述可用输出功率确定所述接收器的灵敏度，并且其中，通过调节所述接收器的功率消耗可调节所述接收器的所述灵敏度。

116.如权利要求115所述的设备，其中，通过选择性地打开所述接收器的低噪声放大器(LNA)来控制所述接收器的接收范围，以增加所述接收器的功率消耗并且增加所述接收器的所述接收范围。

117.如权利要求101所述的设备，其中，所述设备是进一步包括发射器的收发器，所述发射器可进行操作以按至少部分地由可从所述电源获得的输出功率所确定的数据发射速率来发射数据。

118.一种用于功率高效的通信的方法，包括：

确定电源的可用输出功率；以及

以至少部分地由所述电源的所述可用输出功率确定的数据发射速率来发射数据，其中在发射数据时来自所述电源的可用输出功率的、在发射数据时使用的峰均值功率比被最小化，并且来自所述电源的所述可用输出功率的消耗被最大化。

119.如权利要求118所述的方法，还包括：

最小化在发射所述数据中所消耗的峰均值功率比，以便最大化所述可用输出功率中可用于发射数据的部分。

120.如权利要求119所述的方法，其中，最小化所述峰均值功率比提供所述数据发射速率和发射范围中的一个或多个的增加。

121.如权利要求119所述的方法，其中，最小化所述峰均值功率比还包括：

降低所述发射器用于发射所述数据的功率消耗。

122.如权利要求121所述的方法，还包括增加所述发射器的所述数据发射速率。

123.如权利要求121所述的方法，还包括增加所述发射器的发射范围。

124.如权利要求121所述的方法，其中，降低所述发射器用于发射所述数据的功率还包括：

选择性地控制所述发射器的操作以最小化在所述发射器的发射时段期间由合成器和所述发射器的发射信号路径使用的所述峰均值功率比。

125.如权利要求121所述的方法，其中，降低由所述发射器用于发射所述数据的功率还包括：

选择性地控制微型计算机和所述发射器的操作，以最小化由所述微型计算机和所述发射器使用的所述峰均值功率比。

126.如权利要求125所述的方法，还包括：

在所述发射器处于发射器休眠模式时，所述微型计算机在所述发射器的发射缓冲器中放置预备的数据分组；

所述微型计算机进入微型计算机休眠模式；

所述发射器唤醒并且发射所述发射缓冲器中的所述预备的数据分组；以及

在所述预备的数据分组的发射之后，所述发射器进入所述发射器休眠模式。

127.如权利要求118所述的方法，还包括：

确定由第一网络设备发射并且由第二网络设备接收的数据的数据接收速率；以及

根据所述数据接收速率来估计所述第一网络设备与第二网络设备之间的范围。

128.如权利要求127所述的方法，其中，进一步根据所述第一网络设备的估计发射功率来确定所述范围。

129.如权利要求127所述的方法，其中，不需要RSSI值来估计所述范围。

130.如权利要求118所述的方法，其中，所述电源是电池，所述电池的所述可用输出功率低于阈值，并且用于发射数据的所述发射器具有发射范围，所述方法还包括：

降低所述发射器的发射功率并且将所述发射器的所述数据发射速率降低到新的较低数据发射速率，以维持所述发射器的所述发射范围。

131.如权利要求130所述的方法，其中，将所述数据发射速率降低到所述新的较低数据发射速率在降低所述发射器的发射功率之前发生。

132.如权利要求131所述的方法，其中，在降低所述发射功率之前并且在降低所述数据发射速率之后，增加所述发射器的所述发射范围。

133.如权利要求118所述的方法，其中，确定所述电源的可用输出功率包括预测所述电源的所述可用输出功率的未来值。

134.如权利要求133所述的方法，还包括在发射数据之前：

根据所述电源的所述可用输出功率的所述预测未来值来改变发射器的发射功率和所述发射器的数据发射速率中的一个或多个。

135.如权利要求134所述的方法，还包括：

向接收器通知所述发射器的改变的数据发射速率。

136.如权利要求133所述的方法，其中，预测所述电源的所述可用输出功率的未来值还包括：使用所述电源的所述可用输出功率的多个先前值。

137.如权利要求133所述的方法，其中，预测所述电源的所述可用输出功率的未来值还包括：使用包括曲线拟合技术、线性外推、非线性外推和启发法中的一个或多个的预测算法。

138.如权利要求137所述的方法，其中，根据所述预测算法，还包括：

发射器在多个时间T_-n处采集所述电源的所述可用输出功率P_-n，根据

m = \frac{(P_{0} - P_{- 1})}{(T_{0} - T_{- 1})} W / s

来确定所述可用输出功率的线性改变速率m，

选择时间T₁以确定所述可用输出功率的预测改变，并且

在时间T₀处根据

P₁＝m(T₁-T₀)+P₀W

估计在时间T₁处可获得的可用输出功率P₁。

139.如权利要求118所述的方法，还包括，优化通信链路上的所述数据发射速率，包括:

在所述通信链路上以测试数据发射速率发射多个连续数据分组；

确定是否以所述测试数据发射速率成功地发射了所述多个连续数据分组中的每个数据分组；

如果成功地以所述测试数据发射速率发射了所述多个连续数据分组中的每个数据分组，那么如果所述测试数据发射速率不是所述通信链路的最大数据发射速率，则通过预定的乘法器将所述测试数据发射速率增加到经增加的测试数据发射速率；以及

如果未成功地以所述测试数据发射速率发射所述多个连续数据分组中的一个或多个数据分组，那么一旦确定未成功地发射所述多个连续数据分组中的所述一个或多个数据分组的第一数据分组，通过预定的除法器将所述测试数据发射速率降低到经降低的测试数据发射速率，并且以所述经降低的测试数据发射速率发射所述多个连续数据分组中的所述一个或多个数据分组的所述第一数据分组。

140.如权利要求139所述的方法，其中，确定是否成功地发射了所述多个连续数据分组包括：确定对于所发射的所述多个连续数据分组中的每个数据分组是否接收到确认消息。

141.如权利要求139所述的方法，还包括，在所述通信链路上发射多个数据分组之前：

确定所述通信链路的最大数据发射速率；以及

以最大确定数据发射速率在所述通信链路上发射所述多个数据分组。

142.一种用于功率高效的通信的方法，包括：

确定电源的可用输出功率；以及

以至少部分地由所述电源的所述可用输出功率所确定的数据接收速率来接收数据，所述接收数据包括使得能够最小化所述电源的所述可用输出功率的峰均值功率比，并且使得能够最大化所述电源的所述可用输出功率的消耗。

143.如权利要求142所述的方法，还包括：

最小化在接收所述数据中所消耗的峰均值功率比，以便最大化所述可用输出功率中可用于接收数据的部分。

144.如权利要求143所述的方法，其中，最小化所述峰均值功率比提供所述数据接收速率和接收范围中的一个或多个的增加。

145.如权利要求144所述的方法，其中，最小化所述峰均值功率比以便增加接收器接收所述数据的接收范围，并且还包括：

降低所述接收器的功率消耗。

146.如权利要求145所述的方法，还包括：通过选择性地打开所述接收器的低噪声放大器(LNA)来控制所述接收器的接收范围以增加所述接收器的所述接收范围。

147.如权利要求143所述的方法，其中，最小化所述峰均值功率比还包括：降低接收器用于接收所述数据的功率。

148.如权利要求147所述的方法，还包括：增加所述接收器的数据接收速率。

149.如权利要求147所述的方法，还包括：增加所述接收器的接收范围。

150.如权利要求149所述的方法，还包括：

选择性地打开所述接收器的低噪声放大器(LNA)以增加所述接收器的接收范围。

151.如权利要求147所述的方法，其中，降低所述接收器用于接收所述数据的功率还包括：

选择性地控制所述接收器的操作，以在所述接收器的接收时段期间最小化由合成器和所述接收器的发射信号路径所使用的峰均值功率比。

152.如权利要求147所述的方法，其中，降低所述接收器用于接收所述数据的功率还包括：

选择性地控制微型计算机和所述接收器的操作，以最小化所述微型计算机和所述接收器所使用的所述峰均值功率比。

153.如权利要求152所述的方法，所述方法还包括：

在所述微型计算机处于微型计算机休眠模式时，所述接收器从接收器休眠模式中唤醒并且接收数据分组；

所述接收器将所接收的数据分组放置在所述接收器的接收缓冲器中；

所述接收器进入接收器休眠模式；

所述微型计算机唤醒并且处理所接收的数据分组；以及

所述微型计算机进入所述微型计算机休眠模式。

154.如权利要求142所述的方法，所述方法还包括：

155.如权利要求154所述的方法，其中，进一步根据所述第一网络设备的估计发射功率来确定所述范围。

156.如权利要求154所述的方法，其中，不需要RSSI值来估计所述范围。

157.如权利要求142所述的方法，其中，所述电源是电池，所述电池的所述可用输出功率低于阈值，并且所述接收器具有接收范围，所述方法还包括：

降低所述接收器的灵敏度并且将所述数据接收速率降低到新的较低数据接收速率，来维持所述接收器的所述接收范围。

158.如权利要求157所述的方法，其中，将所述数据接收速率降低到所述新的较低数据接收速率发生在降低所述接收器的所述灵敏度之前。

159.如权利要求158所述的方法，其中，在降低所述灵敏度之前而在降低所述数据接收速率之后，增加所述接收器的所述接收范围。