System and method for passive communication using reconfigurable intelligent surface

Abstract

Methods, systems and apparatus for passive communication with a device are provided. The device is a communication network end device, or a device having a practical application other than as a network infrastructure device. A reconfigurable intelligent surface (RIS) is associated with the device and obtains information of the device to be communicated. An electromagnetic signal from a transmitter is incident on the RIS, and the RIS reflects the electromagnetic signal toward a receiver. The reflection may involve beamforming to direct the reflection in a controllable direction. The RIS is modulated to cause modulation of the reflection in order to carry the information of the device. This can include amplitude modulation, phase modulation, or both. The transmitter and the receiver coordinate over a channel which is separate from the electromagnetic signal and its reflection.

Description

SYSTEM AND METHOD FOR PASSIVE COMMUNICATION USING RECONFIGURABLE INTELLIGENT SURFACETECHNICAL FIELD

[0001] The present disclosure generally pertains to wireless communication and sensing and, in particular, to reconfigurable intelligent surfaces for reflecting signals, electromagnetic signal modulation, and Radar-like sensing.BACKGROUND

[0002] Wireless communication involves one device which expends energy to transmit a signal via an antenna, and another device which monitors for the signal. In contrast, technologies such as Radar and LIDAR can be used to detect the locations of objects by transmitting an electromagnetic signal and monitoring for reflections from such objects. Moreover, integrated sensing and communications (ISAC) technologies are being developed in which signal transmitters and receivers can use communication frequencies also for object detection in a manner similar to Radar or LIDAR applications.

[0003] Reconfigurable intelligent surfaces (RIS) have been proposed which act as controllable electromagnetic reflectors for purposes such as improving communication channels between a transmitter and a receiver. For example, an RIS can include a large number of tunable passive reflectors in a one-dimensional or two-dimensional array. When tuned in combination, these reflectors can induce a controllable amplitude change, phase change, or both, in the reflection of an incident signal, allowing the reflections to be beamformed toward a desired direction.

[0004] However, in some Radar, LIDAR and similar ISAC applications, detected objects are passive participants and do not actively convey information via their reflected signals. To date, RIS has not been applied in a way that remedies this situation. Furthermore, wireless communication with an end device can be complex and energy intensive, since such a device, often with limited battery power, is required to transmit and receive multiple signals according to potentially complex scheme even to convey small amounts of information, which can result in inefficient use of end device and / or spectral resources.

[0005] Therefore, there is a need for systems and methods for communication that obviate or mitigate one or more limitations in the prior art, such as described above.

[0006] This background information is provided to reveal information believed by the applicant to be of possible relevance to the present invention. No admission is necessarily intended, nor should be construed, that any of the preceding information constitutes prior art against the present invention.SUMMARY

[0007] This disclosure provides for systems and methods for passive communication on behalf of certain devices using reflective intelligent surfaces (RIS) . According to this disclosure, an RIS associated with a first device (e.g. an end device such as a user equipment (UE) ) operates to reflect incoming electromagnetic signals in a particular manner so that the reflections encode information. The encoding is achieved by operating the RIS to vary its reflective properties so as to modulate the electromagnetic signals for example via amplitude or phase modulation. The electromagnetic signals are transmitted for the purposes of retrieving such information via such RIS reflection. The encoded information can be but is not necessarily limited to an identifier, a status, or a location. Furthermore, the RIS can be configured to direct its reflections in a particular direction selected to facilitate their reception. A transmitter transmits signals toward the RIS in order that the reflections can be induced, collected, and processed to recover the encoded information. A receiver may cooperate with the  transmitter to receive and process the reflections. The above operations can be preceded by a set-up phase including active communication by the UE.

[0008] According to embodiments there is provided an apparatus which includes a reconfigurable intelligent surface (RIS) and a controller. The apparatus can be integrated with or operatively coupled to a first device. The RIS is operable to interact with an incident electromagnetic signal from (transmitted by) a transmitter at a different location. The controller is configured to operate the RIS to redirect, using beamforming, the electromagnetic signal in a direction for reception by a receiver. The receiver cooperates with the transmitter to interrogate the apparatus using the electromagnetic signal. The controller is further configured to operate the RIS to concurrently modulate the electromagnetic signal to include therein information to be communicated to the receiver. The apparatus is also configured to obtain the information to be communicated to the receiver from the first device, which is co-located with the apparatus. The first device is a communication network end device, or a device having a practical application other than as a network infrastructure device.

[0009] In various embodiments, the first device and the RIS are mobile together and the RIS is re-orientable, and the controller is responsive to mobility of the RIS and re-orientation of the RIS to adjust the redirecting of the electromagnetic signal. In various embodiments, the first device is a device without access to long-range wireless transmission capability apart from the RIS. In various embodiments, the first device is a user equipment (UE) device.

[0010] In various embodiments, the information to be communicated to the receiver includes one or more of: a location of the first device, an identifier of the first device, a distress signal for the first device, and a status of the first device.

[0011] In various embodiments, the controller is further configured to perform the following operations for each incident signal of a plurality of incident signals. Each incident signal corresponds to one of a plurality of different time intervals. The controller reconfigures (e.g. during each of the plurality of different time intervals) the RIS to redirect the incident signal in a different respective direction of a scanning pattern. The controller is also configured to operate (e.g. during each of the plurality of different time intervals) the RIS to concurrently modulate the incident signal to include therein the information to be communicated to the receiver. Here, one of the incident signals is present as the electromagnetic signal. In some embodiments, the scanning pattern is configured based on previously obtained information indicative of a range of directions which includes the direction for reception by a receiver. In some embodiments, the scanning pattern is further configured based on a sensed spatial orientation of the RIS.

[0012] In various embodiments, the transmitter and the receiver are co-located in a monostatic configuration. In other embodiments, the transmitter and the receiver are at different respective locations in a bistatic configuration.

[0013] In various embodiments, the electromagnetic signal is a sensing signal produced, transmitted and received in accordance with a radar or integrated sensing and communication (ISAC) operation. In various embodiments, the electromagnetic signal can be characterized as an interrogation signal for obtaining information about the first device.

[0014] In various embodiments, the transmitter and the receiver coordinate with one another via a first communication channel or internal link, and the electromagnetic signal is transmitted and received via a second communication channel separate from the first communication channel. If the transmitter and the receiver are co-located or integrated, the internal link (e.g. internal electronics carrying signals) may be used, which facilitates coordination of the transmitter and the receiver.

[0015] In various embodiments, the direction for reception by the receiver is a direction known by the controller. The direction may be known based on one or more of: a sensed spatial orientation of the RIS; and information previously obtained during a setup phase.

[0016] In various embodiments, the first device is configured to interact, via wireless communication during a setup phase, with the transmitter or with a second device associated with one or both of the transmitter and the receiver. In such embodiments the first device is also configured to configure the controller to operate the RIS based on information obtained during the setup phase.

[0017] In some further embodiments, the information obtained during the setup phase includes one or more of: a location of the transmitter, a location of the receiver, a location of the apparatus, a location of the first device; a format for the information to be communicated to the receiver; an indication of a modulation and coding scheme to be used by the apparatus in modulating the electromagnetic signal; an indication of timing of operation of the RIS; and an indication of a scan pattern to be implemented by the apparatus for redirecting the electromagnetic signal in different directions.

[0018] In some embodiments, the interaction during the setup phase includes a beam training interaction for configuring operation of one or both of the transmitter and the receiver.

[0019] In various embodiments, the RIS is mounted to the first device. In various embodiments, the RIS is operatively coupled to the first device via a short-range wireless communication link.

[0020] In various embodiments, the controller is configured to begin operating the RIS in response to a trigger from the first device.

[0021] In various embodiments, modulating the electromagnetic signal comprises one or both of phase modulation and amplitude modulation.

[0022] In various embodiments, the transmitter and the receiver further cooperate to locate the apparatus by directing the electromagnetic signal and processing a reflection of the electromagnetic signal from the RIS.

[0023] According to embodiments of the present disclosure, there is provided a system including the apparatus as described above, and the first device co-located with the apparatus.

[0024] According to embodiments of the present disclosure, there is provided a second apparatus comprising a transmitter and a receiver, e.g. as part of one or more base stations. The transmitter is configured to transmit an electromagnetic signal toward a reconfigurable intelligent surface (RIS) , e.g. forming part of an apparatus or system as described above. The receiver cooperates with the transmitter to interrogate a first device associated with the RIS, using the electromagnetic signal. The receiver is configured to monitor for and receive a reflection of the electromagnetic signal from the RIS. The apparatus is further configured to process the reflection to recover information therefrom, such information having been included in the reflection by modulation of the electromagnetic signal by the RIS.

[0025] For the second apparatus, various details and features as already described above with respect to the apparatus including the RIS and controller can be included in various embodiments. These details and features are not repeated here. However, further details and features present in at least some embodiments of the second apparatus are described below.

[0026] In various embodiments, the transmitter and the receiver cooperate with one another to interrogate the first device via a first communication channel or internal link, and the electromagnetic signal is transmitted and received via a second communication channel separate from the first communication channel (and internal link) .

[0027] In various embodiments, the receiver reports to the transmitter or another device controlling the transmitter following recovery of the information.

[0028] In various embodiments, the transmitter is configured to sequentially transmit the electromagnetic signal in each of a plurality of different directions according to a scan pattern. The scan pattern may be based on previously obtained information indicative of a range of directions which includes a direction toward the RIS.

[0029] In various embodiments, the second apparatus is configured to interact, via wireless communication during a setup phase, with the first device. In such embodiments, the apparatus is further configured to self-configure to operate to transmit the electromagnetic signal, monitor for the reflection, process the reflection, or a combination thereof, based on information obtained during the setup phase.

[0030] The information obtained during the setup phase may include one or more of: a location of the RIS, a location of the first device; a format for the information to be communicated to the receiver; an indication of a modulation and coding scheme to be used by the RIS in modulating the electromagnetic signal; an indication of timing of operation of the RIS; and an indication of a scan pattern to be implemented by the RIS for redirecting the electromagnetic signal in different directions.

[0031] The interaction during the setup phase may include receiving at the second apparatus one or more of: an indication that the RIS is capable of redirecting and modulating the electromagnetic signal; a location of the RIS; configuration information of the RIS or the first device; a format for the information to be communicated to the receiver; an indication of how to interpret specified instances of the information to be communicated to the receiver using the RIS; an indication of a modulation and coding scheme to be used by the RIS in modulating the electromagnetic signal; an indication of timing of operation of the RIS; and an indication of a scan pattern to be implemented by the RIS for redirecting the electromagnetic signal in different directions.

[0032] In various embodiments, the second apparatus is further configured to interact, via wireless communication during a setup phase, with the first device associated with the RIS, to initialize parameters usable in transmitting the electromagnetic signal, processing the reflection, or both.

[0033] According to embodiments, there is provided a method associated with a first device from which information is to be obtained. The method is performed by an apparatus, such as including a controller. The method includes obtaining information to be communicated to a receiver from the first device, which is co-located with the apparatus. The first device is a communication network end device, or a device having a practical application other than as a network infrastructure device. The method includes operating a reconfigurable intelligent surface (RIS) to interact with an incident electromagnetic signal transmitted by a transmitter. The interacting includes redirecting, using beamforming, the electromagnetic signal in a  direction for reception by a receiver. The receiver cooperates with the transmitter to interrogate the apparatus using the electromagnetic signal. The interacting includes concurrently modulating the electromagnetic signal to include therein the information to be communicated to the receiver.

[0034] According to embodiments, there is provided a method associated with an apparatus which obtains information from a first device. The method includes, by a transmitter, transmitting an electromagnetic signal toward a reconfigurable intelligent surface (RIS) . The method includes, by a receiver cooperating with the transmitter to interrogate a first device associated with the RIS using the electromagnetic signal, monitoring for and receiving a reflection of the electromagnetic signal from the RIS. The method includes processing (using processing electronics) the reflection to recover information therefrom, the information included in the reflection by modulation of the electromagnetic signal by the RIS. The information included in the reflection may be provided from the first device associated with the RIS, the first device being: a communication network end device, or a device having a practical application other than as a network infrastructure device.

[0035] Other aspects of the above methods may also be provided for, for example commensurate with the previously described embodiments of the corresponding apparatuses as already described above.

[0036] In accordance with examples, there is provided an electronic apparatus in a communication network, the apparatus comprising a processor, a network interface and a memory and configured to perform one or more of the methods as described herein. In accordance with examples, there is provided a system of such electronic apparatuses, networked together and configured to interact to perform one or more of the methods as described herein.

[0037] In accordance with an example of the present disclosure, there is provided a computer program product comprising a (e.g. non-transitory) computer readable medium having statements and instructions stored thereon which, when executed by one or more computer processors, cause the computer processors to perform the method as set forth above. The computer processors may be parts of one or more electronic apparatuses (e.g. network entities) as described herein.

[0038] Embodiments and examples have been described above in conjunctions with aspects of the present invention upon which they can be implemented. Those skilled in the art will appreciate that embodiments may be implemented in conjunction with the aspect with which they are described, but may also be implemented with other embodiments of that aspect. When embodiments are mutually exclusive, or are otherwise incompatible with each other, it will be apparent to those skilled in the art. Some embodiments may be described in relation to one aspect, but may also be applicable to other aspects, as will be apparent to those of skill in the art.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[0039] Further features and advantages of the disclosure of the present invention will become apparent from the following detailed description, taken in combination with the appended drawings, in which:

[0040] FIG. 1 shows a reconfigurable intelligent surface (RIS) according to embodiments of the present disclosure.

[0041] FIG. 2 illustrates apparatus of according to embodiments of the present disclosure, including a transmitter, a receiver, a RIS, a controller and a first device associated with the RIS.

[0042] FIG. 3 illustrates a transmitter and receiver integrated into a single base station, and a user equipment (UE) device associated with a RIS which modulates reflections of electromagnetic signals in a monostatic arrangement, according to illustrative embodiments of the present disclosure.

[0043] FIG. 4 illustrates scanning / sweeping operations of a transmitter and a RIS, according to embodiments of the present disclosure.

[0044] FIG. 5 illustrates interactions between a first device and a base station (or other network device) , according to embodiments of the present disclosure.

[0045] FIG. 6 illustrates a transmitter and a differently located receiver interrogating a RIS of a UE, with the RIS modulating electromagnetic signals from the transmitter and to be received by the receiver in a bi-static arrangement, according to embodiments of the present disclosure.

[0046] FIG. 7 illustrates a monostatic arrangement with the addition of a further intermediary RIS, according to embodiments of the present disclosure.

[0047] FIG. 8 illustrates a bi-static arrangement with the addition of a further intermediary RIS, according to embodiments of the present disclosure.

[0048] FIG. 9 illustrates an electronic device which may be configured to perform operations according to embodiments of the present disclosure.

[0049] It will be noted that throughout the appended drawings, like features are identified by like reference numerals.DETAILED DESCRIPTION

[0050] RIS is an enabling technology for engineering radio signal propagation in wireless networks. By appropriately tuning the signal reflection via a large number of low-cost passive reflecting elements, RIS is capable of dynamically altering wireless channels to enhance communication performance. Generally speaking, RIS can be a planar surface having a large number of passive reflecting elements, each of which is independently able to induce a controllable amplitude change, phase change, or both, of an incident signal. This control allows the reflections to be beamformed toward a controllable direction. More than one RIS surface may form an RIS structure, providing a 3D shape. FIG. 1 illustrates an RIS 110 having an array of passive reflecting elements 115 which are operated by a controller 120. In a possible use case, a transmitter 127 transmits one or more signals 125 which reaches the RIS 110. The RIS 110 controllably redirects (via beamforming) part or all of the signals 125 as a first beam 130 toward a first user 132, and also redirects part or all of the signals 125 as a second beam 135 toward a second user 137. The RIS elements can be controlled with respect to their phase response, on / off condition (for amplitude control) , or both. An RIS surface can be reconfigured in a variety of ways, as would be readily understood by a worker skilled in the art.

[0051] RIS technology was first proposed as an assistive means by which several appealing functions, that can potentially provide performance gains for 6G wireless mobile networks, could be enabled. Such functions include (but are not necessarily limited to) : i) extended coverage through creating virtual line-of-sight (LoS) links to bypass obstacles between transceivers via smart reflection, ii) channel power and rank improvement by adding more controllable signal paths between transceivers in multi-antenna communication scenarios, iii) interference mitigation by effectively nulling co-channel interference, iv) connection density enhancement by adding extra signal paths toward desired directions, v) refined channel  statistics / distribution by e.g. transforming Rayleigh / fast fading to Rician / slow fading for ultra-high reliability, and vi) improving positioning accuracy by providing controlled signal reflection and serving as the reference node for local sensing.

[0052] In this respect, possible RIS surfaces are often deployed in a mediatory location between an end device (UE) and a base station, and serve to reflect signals transmitted by the UE toward the base station for reception, or signals transmitted by the base station toward the UE for reception, or both. In fact, according to the literature, RISs have normally been considered to be mounted on the walls of large, stationary structures such as buildings, and street banners. This deployment is convenient for the applications mentioned above. In this paradigm, the RIS location is fixed which makes it easy to configure its elements such that the reflections can be controlled and directed.

[0053] In contrast, according to embodiments of the present disclosure, RIS surfaces are deployed at a potentially mobile device which is not part of network infrastructure. For example, the RIS may be co-located with a device which may or may not have its own (active) wireless transmitter and receiver. The device may be a communication network end device such as a UE. The RIS surfaces deployed are operated so that electromagnetic signals incident on the RIS surfaces are modulated so as to carry information. The modulation in the signal may be induced by corresponding modulation of the RIS surface properties, to cause variations in the reflections of the electromagnetic signals by the RIS. This allows information to be communicated wirelessly from the associated device by passive reflection. For certainty, an end device is generally regarded as a device in a communication network which is intended to be supported by the communication network, rather than being part of the communication network infrastructure. The device associated with the RIS may be an end device or another device (other than a network infrastructure device) .

[0054] Additionally, in one possible Radar, LIDAR, or ISAC object sensing, the sensed object is a passive participant. Thus, reflections of electromagnetic signals can potentially scatter in many directions, reducing the amount of reflected signal usable for sensing purposes. In contrast, according to at least some embodiments, the RIS can operate to direct electromagnetic signals in a particular direction which is associated with adequately high signal strength at a receiver (e.g. directly toward a line-of-sight receiver) . This can be done based on known orientations and directions of transmitters, receivers and RIS, or by adjusting the RIS over time so that the reflection is scanned through a series of directions, or a combination thereof. This potentially allows for improved electromagnetic signal gain. This approach can be used concurrently and in combination with modulation of electromagnetic signals as described above.

[0055] Embodiments of the present disclosure may improve power efficiency for devices requiring communication, such as but not necessarily limited to 6G and beyond UEs, that have access to limited amounts of power. To do so, passive communication via RIS reflections of electromagnetic signals is used. This may facilitate basic processes, such as UE detection and low-rate messaging. Embodiments may be integrated with other integrated sensing and communication (ISAC) technologies as part of future mobile networks. The ISAC technology allows dual functionality at a base station (BS) . Under ISAC, waves emitted by a BS can be used to carry information via mobile broadband methods, such waves can also be used in a Radar-like fashion for object sensing. Under this architecture, when an emitted signal from a BS hits an object, parts of it would be reflected. ISAC proposes that these reflections can be utilized to enable object sensing, by monitoring for and processing the reflections.

[0056] In more detail, sensing is playing an increasingly important role in 6G wireless networks, especially for emerging applications such as smart transportation, smart home, smart cities, and various location-based services. Thanks to the wide deployment of the massive multiple-input multiple-output (MIMO) technology, and the development of wireless communication systems to higher frequency bands, such as millimeter wave and terahertz bands, sensing and communication systems are becoming similar in terms of system architectures, channel characteristics, and signal processing  methods, etc. This has prompted communication and sensing to utilize the same equipment, waveform, or both, and has led to the idea of integrating sensing and communication into the same BS under the umbrella of the ISAC technology.

[0057] Embodiments of the present disclosure can be used to improve such sensing by configuring an RIS to direct reflections beneficially. Embodiments of the present disclosure can be used, separately or in association with such sensing, to communicate information from a device via modulation of electromagnetic signals, such as ISAC sensing signals.

[0058] In some embodiments, the electromagnetic signals are transmitted substantially only for the purpose of obtaining information about a first device, via reflection and modulation by the RIS. In such embodiments and for this reason, the electromagnetic signals can be referred to as “interrogation signals, ” for example. An interrogation signal is a signal which is transmitted substantially only for the purpose of reflecting from an RIS, which modulates the interrogation signal (more particularly its reflection) as described herein, so that the reflection can be received at a receiver which cooperates with the transmitter (e.g. coordinating with the transmitter via a separate channel or via integration) . An interrogation may also be transmitted for the additional purpose of locating the RIS or the first device associated therewith, via Radar-like or ISAC operations, and thus an interrogation signal may be a sensing signal which is produced, transmitted and received in accordance with an ISAC or Radar operation. The transmitter and receiver may further cooperate to locate the RIS (and its co-located device) by directing the interrogation signal and processing its reflection, as per typical ISAC or Radar procedures. Not only this, but in some embodiments the RIS may use its beamforming capability to improve interrogation signal gain for (at least) device location purposes, as well as to embed information in the interrogation signal.

[0059] In various embodiments, and in view of the above, the electromagnetic signal, as transmitted and prior to modulation by the RIS, is substantially devoid of information. Thus, the electromagnetic signal operates solely as a medium for conveying information from the RIS to the receiver. In some embodiments, the electromagnetic signal may be transmitted with certain information which is solely for the purpose of managing interrogation of the device. Such information may include, for example, an indicator of the time the electromagnetic signal was transmitted, a tracking label for the electromagnetic signal, an indicator of the direction in which the electromagnetic signal was transmitted, etc. In some embodiments, such information that may be present on the electromagnetic signal are for the receiver to decode. In other embodiments, such information may be present for the first device co-located with the RIS. That may be the case when the transmitter does not know whether the first device is still using active communication or switched to passive communication to save energy. It may also be the case, where the first device may still have the power needed to receive signals, but wants to save power in the transmission process. Note that in some RIS implementations, the RIS itself may be provided with some active elements with limited receive capability, where in such a case, the RIS may be able to receive the signal and decode the information.

[0060] As described previously, a UE or other end device that participates in a form of active communication is expected to actively transmit a message towards the BS, and this active transmission consumes power. In contrast, according to embodiments of the present disclosure, a UE or other device can perform or benefit from some basic processes using RIS reflections, which is passive (no transmissions generating new RF energy) and which can require significantly less power. Not only does configuring of the RIS consume less power than actively transmitting a signal via an antenna, but the UE or other device is not required to perform related activities such as four-way handshakes, random access channel usage, monitoring a shared channel to coordinate medium access, collision resolution, etc. In some embodiments, the power consumption load resulting from a communication and data transfer process under this disclosure of the present invention is transferred mostly to the transmitter and away from the first device.

[0061] As such, embodiments provide for a method for passive-like (reflection-based) communication. An electromagnetic wave (the electromagnetic signal) can be transmitted by a transmitter so that it becomes incident on an RIS that is generally co-located with (e.g. proximate to) an end device such as a UE, or another type of (non-network-infrastructure) device. An associated receiver which is co-located with or at a different location from the transmitter, monitors for reflections of the electromagnetic wave (electromagnetic signal) . The transmitter and receiver can be associated with a same base station (BS) . For clarity, the electromagnetic signal propagating from the transmitter to the RIS may be regarded as an incident electromagnetic signal, while the electromagnetic signal propagating from the RIS to the receiver may be regarded as a redirected or reflected electromagnetic signal.

[0062] The receiver can then perform signal processing and extract useful information from the reflections. This signal processing can include determining positional information of the RIS, for example using possible Radar system techniques. The signal processing can additionally or alternatively include recovering information that was encoded into the electromagnetic signal’s reflections due to corresponding modulation of the RIS reflective properties and thus modulation of the reflections.

[0063] Embodiments of the present disclosure may use an RIS to improve reliability and communicate from the RIS to a receiver through such modulation of RIS reflective properties. The RIS can direct the reflections to improve reliability and signal gain, while also communicating with the receiver using passive reflective means.

[0064] According to embodiments, a UE may be equipped with (or connected to) a (e.g. miniature) RIS onto which a (e.g. beamformed) electromagnetic (e.g. microwave frequency) electromagnetic signal could be shined. Other devices (including other end devices) can be similarly equipped with or connected to an RIS. Such devices may be devices that have practical applications other than as a network infrastructure device. Devices equipped with or supported by RIS may include, but are not necessarily limited to, keys, backpacks, clothing, consumer electronics, consumer goods, traffic lights, and vehicles (cars, bicycles, scooters, etc. ) . Devices can be manned or autonomous air or ground vehicles. Devices can be biomedical devices inside or outside the human body. Devices can be devices for which it is difficult to provide high levels of power consistently, for example by replacing a battery. A device can be one of a variety of devices, which may be mobile, to which an RIS, controller and battery (or other power source) can be operatively coupled, mounted, integrated or attached. It is noted that, in some embodiments, the device coupled to the RIS can be a device without access to long-range wireless transmission capability, apart from through the RIS itself. That is, the RIS may be the primary means of communication for such a device. In such cases, configuration may need to be performed prior to device deployment.

[0065] Due to low power requirements, energy harvesting technologies which generate electricity from solar, wind, vibration, water flow, or other sources might potentially be used to power the controller and RIS, either directly or via a battery, capacitor or other energy storage device. The RIS can be mounted to the device, or operatively coupled to the device via a short-range wired, wireless (e.g. Wi-FiTM or BluetoothTM) or optical communication link.

[0066] In more detail, and referring to FIG. 2, an apparatus may be provided which includes a RIS 215 and a controller 220. The apparatus is operatively coupled to a first device 210 such as the UE, or another communication network end device, or another device having a practical application other than as a network infrastructure device. The RIS 215 interacts with an incident electromagnetic signal 235 transmitted by a transmitter 230A. The transmitter 230A may or may not be part of a base station. The RIS 215 reflects (redirects) the electromagnetic signal 235, while also performing beamforming to controllably redirect the reflection. The RIS 215 operates in response to command signals from the controller. Using beamforming, the RIS 215 redirects the electromagnetic signal in a direction for reception by a receiver 230B. Thereby, a reflection 240 of the electromagnetic signal is conveyed between the RIS 215 and the receiver 230B. Such beamforming  may be according to a reflective beamforming as will be readily understood by a worker skilled in the art. The direction for reception may be a direction of the receiver 230B, or a direction of another RIS which reflects toward the receiver, or more generally a direction which is associated with adequately high signal gain at the receiver.

[0067] Concurrently with the beamforming, the RIS 215 modulates the electromagnetic signal to add, into the reflection 240 of the electromagnetic signal, certain information to be communicated to the receiver 230B. This information is obtained by the apparatus from the co-located first device, for example via a wired or short-range wireless link, or via pre-configuration. The modulation may involve reconfiguring the RIS elements over time so that the phase, amplitude, or both phase and amplitude of the reflections (of the electromagnetic signal) vary over time. For a suitably long-lived electromagnetic signal (either contiguous or in multiple separate parts in time) , the time-varying modulation can be used to embed a corresponding amount of information into the reflection. The receiver of the reflection can then recover the information via suitable signal processing, including demodulation, decoding, etc.

[0068] The receiver 230B cooperates with the transmitter 230A to obtain information from the apparatus, and thereby its associated device, using the electromagnetic signal. The receiver 230B and the transmitter 230A may thus communicate, for example such that the receiver provides recovered information to the transmitter or another controlling entity. This communication may be via a channel 232. In some embodiments, the transmitter 230A and the receiver 230B may coordinate via a coordinating network entity 230C which may be co-located with the transmitter, the receiver, or both, or located elsewhere in a communication network infrastructure. The coordination is via a channel other than any channel by which the electromagnetic signal and its reflections is wirelessly transmitted to or from the RIS.

[0069] The transmitter 230A may transmit multiple instances 235, 235A of the electromagnetic signal, e.g. in different directions according to a scan pattern. The RIS 215 may reflect multiple instances 240, 240A of the (reflected) electromagnetic signal, e.g. in different directions according to a scan pattern.

[0070] In some embodiments, a system is provided which includes the apparatus as described above as well as the co-located first device, as also described above. The apparatus and first device can be integrated together or separate but operatively coupled together.

[0071] By capitalizing on the beamforming technology that is currently regarded as an inherent feature within the operation of mobile networks, and combining it with the ISAC technology, the BS can be transformed into a directed Radar node. Additionally, by installing or connecting an RIS on a device such as a UE, the quality of the reflections can be improved through the process of beamforming. This can help improve directionality towards the receiver and in turn can increase the probability of successful reflection reception and decoding.

[0072] A MIMO BS generally acts as a transmitter, receiver, or both. The MIMO antennas are used to beamform a signal towards a specific target and listens to the reflections. The reflections are then used to extract some useful information as in a typical Radar system. However, due to the beamforming feature, the transmitted signal can be directed towards the target, which increases the chance of actually hitting the target. Not only that, with proper beamforming, reflections can be made such that we may be able to avoid potential interferences. Additionally, the fact that BS have the capacity of operating on a wide range of bandwidth allows the beams to assume different parameters, which can be adjusted to match the reflection coefficient of the target object. In the case when the BS is not aware of the target’s exact location, the BS may sweep the beams to cover the space in which the target is believed to exist. Otherwise, the BS may simply sweep the whole angular domain.

[0073] As such, by combining beamforming and ISAC, a directed Radar-like system can be designed. However, for a sensing target, although the incident wave is directed, reflections are still random and undirected. The use of an RIS surface at the target, as described herein, potentially improves this situation, by allowing reflections to be directed toward a receiver. This can increase signal strength (of the reflected electromagnetic signal) at the receiver. More particularly, the RIS may improve the directivity of the reflections and improve the overall performance of the passive communication system.

[0074] FIG. 3 illustrates an example embodiment of the present disclosure, in which a UE 210 is equipped with an RIS 215. The UE can be replaced with another type of device. The RIS is operated by a programmable controller 220 and the RIS and controller consume relatively little power. This power consumption is such that the RIS can still operate as described even when the UE has little to no battery power remaining. A small backup battery can operate the RIS for example. Accordingly, and by taking advantage of the implicit characteristics of the RIS technology, the RIS 215 could be configured such that an incident electromagnetic signal (electromagnetic wave) is reflected in an engineered way, such that the reflection carries information such as a pre-agreed upon unique code or identifier. In the presently illustrated embodiment, a base station 230 transmits an electromagnetic signal 235, and the RIS 215 reflects the electromagnetic signal back toward the base station 230 as a reflected signal 240. The reflected signal is modulated to carry the information back to the base station, via modulation of the RIS 215. The controller 220 can be integrated with the UE or the RIS, or separate from both.

[0075] In more detail, the innate structural design and engineering of an RIS allows for configuring the elements of the RIS, such that a phase gradient is created along the RIS surface. This phase gradient enables the redirection of an incident signal towards a certain direction, which corresponds to a beamforming operation. The RIS can also add an overall phase shift to all elements, which would only shift the phase of the signal at the receiver, but will not change the direction of the reflected signal. The RIS operated in this way is capable of phase modulation. Information at a low data rate can be embedded in reflected signals using this overall phase modulation. In addition, the RIS elements play a role in the beamforming power of the reflected signal. By turning some amount of RIS elements ON or OFF, one can manipulate the power or amount of reflected signal. This manipulation can be used for amplitude modulation of the reflected signal, for example by varying the number of ON or OFF RIS elements over time. By combining both abilities, the RIS can modulate the incident electromagnetic signal using one or both of amplitude modulation and phase modulation and also reflect the incident electromagnetic signal in a controllable direction. It has been determined that a RIS, with a sufficient number of elements, has sufficient configurability and degrees of control freedom that both beamforming and modulation can be performed concurrently.

[0076] The modulation can involve varying the phase and amplitude of the reflections over time similar to the way phase or amplitude modulation schemes encode information by modulating transmitted waveforms. For example, the RIS may impart a phase shift according to a first pattern at a first time to encode a binary zero and may impart a phase shift according to a second pattern at a second time to encode a binary one. The phase shifts can be varied over time to encode a sequences of binary values, and this encoding will be embedded into reflections of the electromagnetic signal which is incident on the RIS for an adequate time duration. Similarly, the RIS may impart a time-varying amplitude variation in the reflections of the electromagnetic signal by varying the number of RIS elements which are active over time. For example, at a first time all RIS elements may be active, thus strengthening the signal strength in the reflection to encode a binary one. At a second time substantially less than all RIS elements may be active, thus weakening the signal strength in the reflection to encode a binary zero. Channel coding may be used to improve the signal to noise ratio of the information embedded in the electromagnetic signal by the RIS.

[0077] According to embodiments, various and potentially arbitrary information can be encoded into the reflection of an electromagnetic signal. Such information can include, for example, an identifier of the UE or other device, a distress signal (SOS) , an indicator of status, useful operating information, location information (e.g. device location) , or the like, or a combination thereof. The information can be obtained from the device during configuration or on demand.

[0078] In a simple model scenario, a BS or transmitter transmits an electromagnetic signal toward a (e.g. miniature) RIS mounted or operatively coupled to a device such as a UE. The RIS is configured to reflect the incident electromagnetic signal, modulated in a specific (e.g. pre-agreed upon) pattern to embed information such as an SOS message. With the help of the gain and improved directivity that can be provided by the RIS, the reflected signals are expected to have a better quality at a receiver (e.g. at the BS) which can then decode the reflections to recover the embedded information.

[0079] Embodiments provide for an apparatus (e.g. a BS) having a transmitter and a receiver, which can be co-located or at different locations. The transmitter is configured to transmit the electromagnetic signal toward the RIS associated with a device. The receiver cooperates with the transmitter to interrogate the device associated with the RIS, via interaction with the RIS. The cooperation can at least in part be via an interaction which takes place through another communication channel, or else via an internal link due to co-location and integration of the transmitter and the receiver. In particular, the RIS modulates and reflects the electromagnetic signal as described elsewhere herein. The apparatus (e.g. the receiver) is configured to process the reflection from the RIS to recover information therefrom. The cooperation can involve the receiver reporting to the transmitter (or another device controlling the transmitter, the receiver, or both) , following recovery of the information from the received, reflected electromagnetic signal.

[0080] Similar to the BS side, when the device or RIS, or the RIS controller, is not aware of the exact BS (or receiver) location, the RIS may be configured to sweep one or more beams to increase the chance that at least one reflection is directed towards the BS. In the absence of any BS location information, the RIS may be configured to sweep the whole angular space. In other words, when the location of the receiver is unknown or not known precisely, the RIS may adjust so that incident electromagnetic signals would be reflected in different directions at different times. Thus, the reflections will be scanned or swept through a variety of angles to improve the signal strength at the receiver of one of these reflections which reaches the receiver.

[0081] Accordingly, a device can be equipped with or operatively coupled to a (e.g. miniature) RIS. The RIS may be configured such that passive reflections of incident electromagnetic signals can be beamformed and modulated in an engineered way. The configuration of the RIS may modulate the electromagnetic signal according to a specific pre-agreed upon coding format that can be understood by a receiver and translated into an understandable message. In some embodiments the RIS may be configured on per application basis (e.g. by the BS) such that reflections can be beamformed, to improve reception and decoding at a receiver (e.g. BS) . As such, a form of a passive communication for low-rate message applications can be enabled.

[0082] To facilitate passive communication from a device to a base station or other receiver using RIS modulation of an incident electromagnetic signal, embodiments of the present disclosure may incorporate one or more of the following features. First, the device (e.g. UE) is operatively coupled to a co-located RIS. If the device is mobile, the RIS moves along with the device. That is, the device and the RIS are mobile together. Furthermore, the RIS may be re-orientable (e.g. with the device) . In such embodiments, the controller is responsive to location change and possible re-orientation of the RIS to adjust the RIS operation to redirect electromagnetic signals. For example the controller may have access to a location sensor (e.g. GPS) , orientation sensor (e.g. gyroscope) , or both, for the RIS, and may adjust the angle at which the RIS reflects signals based on sensed location, orientation, or both. The controller may sense a spatial orientation of the RIS and control  the RIS to redirect the electromagnetic signal using beamforming in a particular direction, known by the controller, based at least in part on this spatial orientation. The controller may additionally or alternatively control the RIS to redirect the electromagnetic signal (using beamforming) in the particular direction based on other information obtained, for example during a setup phase. This information may indicate, for example, the location of the receiver, or a direction correlated with high signal strength of the receiver.

[0083] In some embodiments, the RIS is mounted to or integrated into the device. For example, the back or cover of a mobile phone may be covered with configurable reflective elements of the RIS, or the RIS may be integrated into part of a bike or other vehicle. In some embodiments, the RIS is a separate device that is coupled to the device using a wired connection such as USB-C or a wireless connection such as BluetoothTM. The device, e.g. as a UE, may inform the network (e.g. BS) of the presence of the RIS, e.g., through UE capability signaling. Such signaling may occur via wireless transmission in a setup phase before the passive communication starts. Because the RIS and device are co-located, the device is capable of configuring the RIS, or updating its configuration, when required. The location of the RIS or device may be regarded herein as being equivalent and interchangeable.

[0084] FIG. 4 illustrates scanning (also referred to as sweeping) behaviours of a transmitter and RIS according to embodiments of the present disclosure. The transmitter is associated with a base station, and the RIS is associated with a UE for purposes of description. To start the passive communication, the BS 230 sends one or more beams 435 of electromagnetic signals, so that at least one beam is directed towards the RIS 215. The different beams 435 can be sent concurrently or at different times, or a combination thereof. In the case when the BS knows the RIS location (or UE location since they are co-located) , the BS may send a beam towards such location for possible reflection. When there is location uncertainty, the BS may send more than one beam towards the area of possible UE / RIS presence. In a worst-case scenario, the BS may sweep beams through the whole sector / area. The BS sweeping may be dependent on some factors including, but not necessarily limited to, previous UE location, UE type (e.g., pedestrian, bike or car) and the environment type (e.g., city, or forest) . More generally, the transmitter (e.g. the BS) may sequentially transmit different instances (or copies) of the electromagnetic signal in each of multiple different directions according to a scan pattern. The scan pattern may be based on previously obtained information, e.g. information obtained during a setup phase. The information may indicate a range of directions for the scan (sweep) . The range of directions should include a direction toward the RIS (i.e. a line-of-sight direction or a direction which will result in adequately high signal strength of the electromagnetic signal upon reaching the RIS, possibly after one or more reflections) .

[0085] For the RIS 215 there may be two configurations specifying beam reflection characteristics. The first configuration, which may be called sweep configuration, enables the RIS to reflect the incident beam directionally. The second configuration pertains to modulation of the RIS to convey information via the reflection. For the first configuration, the direction of reflection is a direction which facilitates reception by a receiver. This may be a line-of-sight direction toward a receiver, a direction of another infrastructure RIS or other reflective surface which redirects toward the receiver, or another direction which is correlated with adequately high signal strength at the receiver (e.g. due to favorable environmental reflections, constructive multipath interference, etc. ) . In the case when the receiver’s location or the desired direction for reflection has some uncertainty, the RIS may be configured to sweep through a configured range of directions. In the worst case, the RIS may sweep through the whole angular space.

[0086] Information for the sweep configuration may be obtained in more than one way. In one embodiment, the sweep configuration information is obtained by the device (e.g. UE) or the controller configuring the RIS to reflect a transmitted electromagnetic signal (beam) to a set of directions. The transmitter (e.g. associated BS) informs the device or controller of the direction index (or indices) that correspond to a favorable SNR. Then the UE, device or controller may use its internal  sensors to accommodate for RIS orientation changes; e.g., using Gyroscope. In another scenario, the transmitter (e.g. BS) may communicate to the UE, device or controller the receiver’s location, and the UE, device or controller may use its sensors; e.g., GPS and Gyroscope, to obtain the direction for reflection. Since the RIS may sweep in more than one direction, the configuration may also include information associated with the time for each beam.

[0087] The second RIS configuration, which may be called modulation or message configuration, supports the RIS to modulate its elements to add a modulation of amplitude, or phase, or both, to convey information via the reflected beam. The modulation configuration may set the number of possible phases or amplitudes or both, and the frequency of modulation. The configuration may also include special messages according to the application. In one example, the BS may configure the UE, device or controller with an ID to identify the UE or device. In another example, the BS may configure the UE, device or controller with a special set of bits that can be sent (by RIS modulation) when certain event happens; e.g., SOS. In a third example, the BS may configure the UE, device or controller to send its GPS coordinates (by RIS modulation) when help is needed. The information to be sent by or on behalf of the UE may be shared between more than one transmit and receive point (TRP) to ensure smooth operation after handover.

[0088] Scanning (sweeping) and modulation may work together as follows, as directed by the controller. During each of a plurality of different (e.g. successive) time intervals, the RIS is reconfigured to redirect an incident electromagnetic signal, if present, in a different respective direction of a scanning pattern. The scanning pattern can be informed by partial information about the receiver location, or similar information. Accordingly, the scanning pattern may be configured based on previously obtained information indicative of a range of directions which (likely) includes the receiver’s location, or a direction to transmit for good reception by the receiver. Similarly, the scanning pattern may be configured based on a sensed spatial orientation of the RIS, in order to scan toward such a range of directions, for example. It is noted that the RIS and controller do not detect the electromagnetic signal, and so the reconfiguration of the RIS is performed blindly. Concurrently, during each of these time intervals, the RIS is operated to modulate the incident electromagnetic signal, if present, to include certain information as described elsewhere herein. Thus, if and when an instance of the electromagnetic signal is incident on the RIS, it is reflected (via beamforming) to one of the scanning directions and also modulated. With multiple instances (or copies) of the (repeated) electromagnetic signal being transmitted over time, multiple such instances are expected to reach the RIS, and these instances will be reflected in different directions with modulation. At least one of these reflections is expected to be received at the receiver with adequate signal strength for decoding. Similarly, the RIS may perform the above redirection and modulation operations on a per-incident-signal basis, rather than a per-time-interval basis.

[0089] It may be desirable to configure the scanning patterns by the transmitter and the RIS so that they are substantially different. Otherwise, one might encounter a situation in which every time the electromagnetic signal reaches the RIS, the RIS is in a same part of its scanning cycle, and this part of the scanning cycle is not conducive to reception of the reflection at the receiver. Thus, for example, one or both of the scanning patterns of the transmitter and the RIS may be randomized. Appropriate configuration can be performed during the setup phase. Another example would be to have different frequency of scanning for the transmitter and the RIS. In one embodiment, the transmitter frequency would be much slower than that of the RIS, and accordingly, the RIS may reflect the same transmitter signal to various directions. In another embodiment, the transmitter frequency is much higher than the RIS and in such a case, the RIS would reflect over a long interval ensuring that the transmitted signal would be reflected in a certain direction. Different patterns are possible depending on the RIS capability; e.g., RIS phase change frequency. In another embodiment, the size of the scanning beam could be different (wider and / or narrower) . In another embodiment, the scanning could be progressive by starting to scan using a wide beam and slowly narrowing the scanning beam down.

[0090] In some embodiments, once the RIS is configured by the above-described sweeping configuration and modulation configuration, the device or controller may turn on the RIS at a given time for beam reflection and modulation, according to the application or conditions. In some embodiments, the RIS may have a separate wake up signal. In some embodiments, the wake-up signal is based on a certain received signal from the transmitter when the RIS has active receive elements. Once the RIS is operational, the RIS controller may program its phases using received or otherwise obtained configuration information to reflect the electromagnetic signal towards the configured directions. Once one RIS reflection is decoded by the receiver, the receiver may take actions according to the decoded message.

[0091] Referring again to FIG. 3, embodiments of the present disclosure provide for a monostatic operation, in which the electromagnetic signal transmitter and receiver are co-located, for example at a base station. Accordingly, the transmitter directs the electromagnetic signal onto the RIS, which may be mounted on a UE. The co-located receiver will receive the reflections of the electromagnetic signal from the RIS. The RIS is controlled by a programmable controller and a backup battery dedicated specifically for powering the RIS and controller may be provided. The RIS may be implemented as an organic / inherent component of the UE physical device or the RIS may be added to it in the form of a mounted or otherwise operatively coupled component.

[0092] FIG. 5 illustrates an example signal diagram according to an embodiment of the present disclosure. This signal diagram shows a setup phase, a housekeeping phase and potential detection phase. It is assumed that the transmitter and receiver are associated with a BS, and the UE is active in the various stages. Alternatively, a transmitter and receiver can be provided separately from a BS, and a controller, or another end device, rather than a UE can be active. In the setup phase, the BS and the UE conduct a two-way active communication 510 to agree on the configurations corresponding to different applications as well as to perform initial access 512 of the UE. The UE also communicates 514 its capabilities, and that of the RIS, to the BS. The UE may also perform code sharing with the BS, in which the BS may provide 516 an indication of RIS sweep configurations, message configurations, or both to the UE. The UE may acknowledge 518 this indication and may provide its own information to the BS. This setup phase or active communication stage 510 can also include a beam training interaction for configuring operation of the transmitter, the receiver, or both. In the beam training interaction, the BS may conduct a beam sweep to determine a base line for the reflections of the RIS. The setup phase or active communication stage 510 may also be used to determine or communicate basic initial information such as current location of the UE / RIS, direction of orientation or travel (if the UE is mobile) , type of material used in the RIS (frequency tuning to achieve best reflection coefficient) , etc.

[0093] Accordingly, in the setup phase, the RIS controller or its associated device interacts with a BS or another device associated with the electromagnetic signal transmitter, receiver, or both. The RIS controller or its associated device can then configure the controller to operate the RIS based on information obtained during the setup phase.

[0094] By way of examples, information obtained by the RIS controller or associated device during the setup phase may include location information, such as a location of the transmitter or receiver of the electromagnetic signal. Information obtained during the setup phase may include a format to be used by the RIS to embed information into the electromagnetic signal, or a modulation and coding scheme to be used by the RIS, or both. Information obtained during the setup phase may include an indication of timing by which the RIS is to be operated. Information obtained during the setup phase may include an indication of scan patterns to be implemented by the RIS. The RIS controller or associated device can provide, during the setup phase, information such as an indication that the RIS is capable of redirecting and modulating the electromagnetic signal; a (e.g. approximate) location of the RIS; configuration information of the RIS or its associated device; and an indication of how to interpret specified instances of the information to be communicated to the receiver using the RIS.

[0095] Similarly, in the setup phase, the BS (or transmitter, receiver, or associated network apparatus) can interact with the RIS controller or its associated device. Then, the BS or other apparatus can be configured to operate based on information obtained during the setup phase. This configuration can include configuration for transmitting the electromagnetic signal, monitoring for the reflections of the electromagnetic signal, processing of the reflections, or a combination thereof. The configuration can include initializing parameters to use in transmitting the electromagnetic signal, processing of the reflections, or both.

[0096] By way of examples, information obtained by the BS or associated network apparatus during the setup phase may include location information, such as a location of the RIS or its associated device. Information obtained during the setup phase may include a format used by the RIS to embed information into the electromagnetic signal, or a modulation and coding scheme to be used by the RIS, or both. Information obtained during the setup phase may include an indication of timing by which the RIS is operated. Information obtained during the setup phase may include an indication of scan patterns implemented by the RIS. The BS or associated network apparatus can receive, during the setup phase, information such as an indication that the RIS is capable of redirecting and modulating the electromagnetic signal; a (e.g. approximate) location of the RIS; configuration information of the RIS or its associated device; and an indication of how to interpret specified instances of the information to be communicated to the receiver using the RIS.

[0097] Once the first stage is over, and codes are shared and agreed upon, the configurations may be held for a predetermined or agreed upon period. During this hold off period, the BS may engage in a form of a housekeeping and potential detection phase. In some embodiments (applications) , during this phase, the BS performs periodic interrogation beam sweeps 520 and monitors for reflections of the interrogation beam. The beam sweeps involve transmitting the electromagnetic signal in different directions, for example at different times. If a reflection is received, the BS processes the reflection to decode any information embedded into the reflection by modulation of the RIS. The BS may determine if such information, if present, is indicative of a certain event such as an SOS. The BS can also perform some passive beam sweeping to determine if the agreed upon configurations are still viable or if an update is needed. The housekeeping and potential detection phase relies on passive reflections from the RIS and does not necessarily involve any active radiofrequency transmissions from the UE.

[0098] In more details, the signaling between the BS and UE may start with a connection, after which the UE may optionally inform the BS regarding its passive communication ability using RIS through one form of UE capability indicators. Once the BS is informed that the UE is capable of passive communication, the BS may send sweep and message configuration to the UE, that can optionally acknowledge such message. Since the UE and RIS are co-located and connected, the UE can automatically configure the RIS with the sweep and message configuration as received from the BS. The RIS may be turned off, until triggered by the controller or associated device (e.g. UE) . The triggering may occur for example when the UE power is low and the UE needs to send a message as instructed by the message configuration from the BS.

[0099] Note that the sweep and message configuration may include all the information needed for the RIS to reflect the signal and modulate the signal to include certain information (e.g. a code) , or the configuration may have partial information, and the rest of information needed for such operation may be determined by the UE, or are specified by a standard. The BS may optionally share some information with neighboring BSs in case the UE is moving. The BS may start sending beams, that are sweeping the area in which the UE is assumed. Such sweeping may be periodic, aperiodic, or initiated by an event; e.g., loss of connection to the UE. The BS may send such beams for testing its ability to decode information sent by passive communication, or to tune some parameters; e.g., beam directions. The UE may trigger the RIS to start passive communication, such that when the BS beams are reflected from the RIS, they are modulated with a certain message. Once the BS receives a reflected beam from the RIS, the BS may decode such beam according to the agreed upon message  configuration to decode the UE message and act accordingly. The message can be a UE ID, or a code for a specific action, or, generally, low rate information.

[0100] Referring again to FIG. 5, configuration or RIS reachability testing 530 may include the BS transmitting 532 electromagnetic signals toward the RIS. The RIS passively reflects 534 at least one of these electromagnetic signals back toward the BS. The BS may further update its configuration settings and transmit 536 an indication of the updated configuration settings to the UE. Updating may be based on the reflection, e.g. signal strength properties, error rate, determined location of the UE, time taken to obtain a reflection, etc. Updating may include adjusting the modulation and coding scheme, sweeping schedule, etc. of the BS, UE or both.

[0101] Once the UE or controller registers an event 542, it causes the RIS to embed a corresponding code or other information into the reflections of the electromagnetic signal by modulating the RIS elements. Thereafter, any instances (copies) of the electromagnetic signal that are incident on the RIS will be reflected with the code or other information embedded therein. In the present example, the code indicates the UE ID and a related short message. At least one of these reflections is expected to be reflected back 544 toward the BS, for example due to sweeping beamforming action of the RIS. The BS will detect 546 the UE ID and decode the message by decoding the reflection, and perform a related action. For example if the message is an SOS the BS may trigger alerting of appropriate authorities. The receipt of the reflection 544 or message itself may trigger the BS to transmit further electromagnetic signals 548 toward the RIS, possibly at a higher rate. The UE or controller can embed further information or repeated information in the reflections of the further electromagnetic signals by modulation operation of the RIS, and at least some of the reflections 550 are received back at the BS, where they may be decoded and further actions taken if necessary.

[0102] In some embodiments, the BS (or transmitter) encodes into each electromagnetic signal information such as an index, sending time, or direction. The BS (or receiver) decodes any received, reflected electromagnetic signals to recover this encoded information (where modulation by the RIS does not destroy or obscure such encoded information) . The information can be used for example to determine which time, direction, or both, of a swept electromagnetic signal resulted in a reflection. Then, the BS can direct further electromagnetic signals using the same direction, to improve the proportion of electromagnetic signals which are successfully reflected and received. This approach can also be used to locate the RIS. The BS (or transmitter) can encode a variety of information into the electromagnetic signals for later decoding in received reflections, for various purposes. In some embodiments (applications) , the associated RIS may be used to scatter the incoming electromagnetic signal away from the receiver to hide the first device and disable sensing.

[0103] Signaling of such embodiment may be made simplified when applied for a specific application. In one example, the UE / RIS is a traffic light and the transmitter and receiver are incorporated into a car. The car, when stopping at the traffic light, would beamform a beam towards the traffic light, which would modulate, via RIS, the beam with information related to the number of seconds till light is green. In such a case, the car would only beamform such a beam when stopping at a red light, and the traffic light would modulate any beam when the light is red with the seconds remaining for the green light. No capability signaling, or message configuration or sweep configuration is required as likely it will be done in a standard way. Thus, the traffic light is the device and the transmitter and receiver (equivalent to a BS) is the car. The information encoded into the electromagnetic signal reflections is traffic light status information, such as time until the light changes.

[0104] In another example, the UE is a car and the transmitter is traffic device that would beam towards a certain part of the road, and the cars passing by would modulate the beam with some traffic information; e.g., speed, license plate, driver information, etc. In a third example, the UE is a car or bike and the transmitter is a parking lot device that periodically sends beams and the UEs would reply with the location to help owners to find their car or bikes in big parking lots. Thus, the car  is the device and the transmitter and receiver (equivalent to a BS) is a roadside or parking lot device. The information encoded into the electromagnetic signal reflections includes car identity information or other relevant operational or status information.

[0105] As can be seen, in the previous signaling and examples, selected signaling can be used to achieve application specific passive communication. Note that the present disclosure generally addresses the passive communication and not all the steps described herein are necessarily mandatory for each application.

[0106] The above-illustrated embodiments assume primarily that the transmitter and receiver are co-located, similarly to a monostatic Radar or sensing setup. However, in some embodiments the transmitter and receiver are at different respective locations, similarly to a bistatic Radar or sensing setup, as shown for example in FIG. 6. In this case, the transmitter 630 (e.g. at a first BS) transmits electromagnetic signals 632 which are reflected with modulation by an RIS of a UE 210, and the reflections 637 are received at a receiver 635 which is at a different location than the transmitter 630. However, in such embodiments, the differently located transmitter and receiver may still typically coordinate with one another using a communication channel (or internal link) which is separate from the communication channel carrying the electromagnetic signals. In other words, the transmitter and receiver are communicatively coupled through more than just the electromagnetic signals themselves. For example, the transmitter and receiver can communicate through another wired, wireless, optical or networked communication medium. This allows the transmitter and receiver to coordinate sending of electromagnetic signals, for a same entity to control transmitter and receiver operations, for the receiver to report information embedded in reflections, RIS location information, information regarding which directions of transmission resulted in RIS reflections, or the like, or a combination thereof. In some embodiments, the transmitter is associated with a base station or other controlling device and the receiver reports its information back to this controlling device. However, the controlling device can be located at the receiver or elsewhere in network infrastructure.

[0107] Electromagnetic signals and their reflections can take line-of-sight or non-line-of-sight paths to, from, or both to and from the RIS. That is, the electromagnetic signals, like many electromagnetic signals, can be reflected by one or more incidentally occurring or intentionally placed objects. One such object is a RIS. FIG. 7 illustrates a monostatic embodiment in which electromagnetic signals from a BS (or transmitter) 730 are reflected off of a first RIS 737 and then further reflected by an RIS of a device 210. The reflections from the RIS of the device may be further reflected by the first RIS 737 before being received back at the BS (or receiver co-located with the transmitter) 730. This can be referred to as an RIS-extended monostatic embodiment. Thus, the electromagnetic signal may be redirected by additional RISs, prior to, after, or both prior to and after, it is incident on the modulating RIS of the device. One or more of these additional RISs may potentially also modulate the electromagnetic signal. The RIS is stationary and intermediary. More RIS intermediaries may be included in some embodiments. Further, the intermediary RIS in such embodiments might typically perform a required beam scanning rather than the transmitter, by adjusting the angle at which electromagnetic signals are reflected in order to intercept the RIS of the device (which may be at an unknown location) . The intermediary RIS may further scan for reflections in a similar manner, for example by holding its configuration long enough to reflect electromagnetic signal reflections back toward the base station (or transmitter) .

[0108] FIG. 8 illustrates an RIS-extended bistatic embodiment. In this case the transmitter 830 is at a different location than the receiver 835. A first RIS 837 reflects electromagnetic signals from the transmitter 830 toward the RIS of the device 210. The first RIS 837 further reflects reflections of the electromagnetic signals (from the RIS of the device) toward the receiver 835. The first RIS 837 may perform beamforming operations to implement time-varying sweeping or scanning of the electromagnetic signals, their reflections, or both. More RISs can also be provided for redirecting electromagnetic signals, reflections of electromagnetic signals, or both.

[0109] FIG. 9 is a schematic diagram of an electronic device 900 that may perform at least some operations of the above methods and features explicitly or implicitly described herein, according to different embodiments of the present disclosure. For example, a computer equipped with network function may be configured as an electronic device 900. Such an electronic device may be used as part of one or more of: a controller, an edge server, a processing device, a UE, a base station, a transmitter, a receiver, etc.

[0110] As shown, the device includes a processor 910, such as a Central Processing Unit (CPU) or specialized processors such as a Graphics Processing Unit (GPU) or other such processor unit, memory 920, non-transitory mass storage 930, I / O interface 940, network interface 950, and a transceiver 960, all of which are communicatively coupled via bi-directional bus 970. According to certain embodiments, any or all of the depicted elements may be utilized, or only a subset of the elements. Further, the device 900 may contain multiple instances of certain elements, such as multiple processors, memories, or transceivers. Also, elements of the hardware device may be directly coupled to other elements without the bi-directional bus. Additionally or alternatively to a processor and memory, other electronics, such as integrated circuits, may be employed for performing the required logical operations.

[0111] The memory 920 may include any type of non`-transitory memory such as static random access memory (SRAM) , dynamic random access memory (DRAM) , synchronous DRAM (SDRAM) , read-only memory (ROM) , any combination of such, or the like. The mass storage element 930 may include any type of non-transitory storage device, such as a solid state drive, hard disk drive, a magnetic disk drive, an optical disk drive, USB drive, or any computer program product configured to store data and machine executable program code. According to certain embodiments, the memory 920 or mass storage 930 may have recorded thereon statements and instructions executable by the processor 910 for performing any of the aforementioned method operations described above.

[0112] It will be appreciated that, although specific embodiments of the technology have been described herein for purposes of illustration, various modifications may be made without departing from the scope of the technology. The specification and drawings are, accordingly, to be regarded simply as an illustration of the invention as defined by the appended claims, and are contemplated to cover any and all modifications, variations, combinations or equivalents that fall within the scope of the present invention. In particular, it is within the scope of the technology to provide a computer program product or program element, or a program storage or memory device such as a magnetic or optical wire, tape or disc, or the like, for storing signals readable by a machine, for controlling the operation of a computer according to the method of the technology and / or to structure some or all of its components in accordance with the system of the technology.

[0113] Acts associated with the method described herein can be implemented as coded instructions in a computer program product. In other words, the computer program product is a computer-readable medium upon which software code is recorded to execute the method when the computer program product is loaded into memory and executed on the microprocessor of the wireless communication device.

[0114] Further, each operation of the method may be executed on any computing device, such as a personal computer, server, PDA, or the like and pursuant to one or more, or a part of one or more, program elements, modules or objects generated from any programming language, such as C++, Java, or the like. In addition, each operation, or a file or object or the like implementing each said operation, may be executed by special purpose hardware or a circuit module designed for that purpose.

[0115] Through the descriptions of the preceding embodiments, the present invention may be implemented by using hardware only or by using software and a necessary universal hardware platform. Based on such understandings, the  technical solution of the present invention may be embodied in the form of a software product. The software product may be stored in a non-volatile or non-transitory storage medium, which can be a compact disk read-only memory (CD-ROM) , USB flash disk, or a removable hard disk. The software product includes a number of instructions that enable a computer device (personal computer, server, or network device) to execute the methods provided in the embodiments of the present invention. For example, such an execution may correspond to a simulation of the logical operations as described herein. The software product may additionally or alternatively include a number of instructions that enable a computer device to execute operations for configuring or programming a digital logic apparatus in accordance with embodiments of the present invention.

[0116] Although the present invention has been described with reference to specific features and embodiments thereof, it is evident that various modifications and combinations can be made thereto without departing from the invention. The specification and drawings are, accordingly, to be regarded simply as an illustration of the invention as defined by the appended claims, and are contemplated to cover any and all modifications, variations, combinations or equivalents that fall within the scope of the present invention.

[0117] Embodiments have been described above in conjunctions with aspects of the present invention upon which they can be implemented. Those skilled in the art will appreciate that embodiments may be implemented in conjunction with the aspect with which they are described, but may also be implemented with other embodiments of that aspect. When embodiments are mutually exclusive, or are otherwise incompatible with each other, it will be apparent to those skilled in the art. Some embodiments may be described in relation to one aspect, but may also be applicable to other aspects, as will be apparent to those of skill in the art.

Claims

1.An apparatus comprising:a reconfigurable intelligent surface (RIS) operable to interact with an incident electromagnetic signal from a transmitter;a controller configured to operate the RIS to:redirect, using beamforming, the electromagnetic signal in a direction for reception by a receiver, the receiver cooperating with the transmitter to interrogate the apparatus using the electromagnetic signal; andconcurrently modulate the electromagnetic signal to include therein information to be communicated to the receiver;wherein the apparatus is configured to obtain the information from a first device co-located with the apparatus, the first device being: a communication network end device, or a device having a practical application other than as a network infrastructure device.2.The apparatus of claim 1, wherein the first device and the RIS are mobile together, and the RIS is re-orientable, and wherein the controller is responsive to mobility of the RIS and re-orientation of the RIS to adjust said redirecting of the electromagnetic signal.3.The apparatus of claim 1 or 2, wherein the first device is a device without access to long-range wireless transmission capability apart from the RIS.4.The apparatus of claim 1 or 2, wherein the first device is a user equipment (UE) device.5.The apparatus of any one of claims 1 to 4, wherein the information includes one or more of: a location of the first device, an identifier of the first device, a distress signal for the first device, and a status of the first device.6.The apparatus of any one of claims 1 to 5, wherein the controller is further configured to:for each incident signal of a plurality of incident signals, each incident signal corresponding to one of a plurality of different time intervals:reconfigure the RIS to redirect the incident signal in a different respective direction of a scanning pattern; andoperate the RIS to concurrently modulate the incident signal to include therein the information,wherein one of the plurality of incident signals is present as the electromagnetic signal.7.The apparatus of claim 6, wherein the scanning pattern is configured based on previously obtained information indicative of a range of directions which includes the direction for reception by a receiver.8.The apparatus of claim 7, wherein the scanning pattern is further configured based on a sensed spatial orientation of the RIS.9.The apparatus of any one of claims 1 to 8, wherein the transmitter and the receiver are co-located.10.The apparatus of any one of claims 1 to 8, wherein the transmitter and the receiver are at different respective locations.11.The apparatus of any one of claims 1 to 10, wherein the electromagnetic signal is a sensing signal produced, transmitted and received in accordance with a radar or integrated sensing and communication (ISAC) operation.12.The apparatus of any one of claims 1 to 11, wherein the transmitter and the receiver coordinate with one another via a first communication channel or internal link, and the electromagnetic signal is transmitted and received via a second communication channel separate from the first communication channel.13.The apparatus of any one of claims 1 to 12, wherein the direction for reception by the receiver is a direction known by the controller based on one or more of:a sensed spatial orientation of the RIS; andinformation previously obtained during a setup phase.14.The apparatus of any one of claims 1 to 13, wherein the first device is configured to:interact, via wireless communication during a setup phase, with the transmitter or with a second device associated with one or both of the transmitter and the receiver; andconfigure the controller to operate the RIS based on information obtained during the setup phase.15.The apparatus of claim 14, wherein the information obtained during the setup phase includes one or more of: a location of the transmitter, a location of the receiver, a location of the apparatus, a location of the first device; a format for the information; an indication of a modulation and coding scheme to be used by the apparatus in modulating the electromagnetic signal; an indication of timing of operation of the RIS; and an indication of a scan pattern to be implemented by the apparatus for redirecting the electromagnetic signal in different directions.16.The apparatus of claim 14 or 15, wherein the interaction during the setup phase includes a beam training interaction for configuring operation of one or both of the transmitter and the receiver.17.The apparatus of any one of claims 1 to 16, wherein the RIS is mounted to the first device.18.The apparatus of any one of claims 1 to 17, wherein the RIS is operatively coupled to the first device via a short-range wireless communication link.19.The apparatus of any one of claims 1 to 18, wherein the controller is configured to begin operating the RIS in response to a trigger from the first device.20.The apparatus of any one of claims 1 to 19, wherein modulating the electromagnetic signal comprises one or both of phase modulation and amplitude modulation.21.The apparatus of any one of claims 1 to 20, wherein the transmitter and the receiver further cooperate to locate the apparatus by directing the electromagnetic signal and processing a reflection of the electromagnetic signal from the RIS.22.A system comprising: the apparatus of any one of claims 1 to 21, and the first device co-located with the apparatus.23.An apparatus comprising:a transmitter configured to transmit an electromagnetic signal toward a reconfigurable intelligent surface (RIS) ; anda receiver cooperating with the transmitter to interrogate a first device associated with the RIS, using the electromagnetic signal, the receiver configured to monitor for and receive a reflection of the electromagnetic signal from the RIS;the apparatus further configured to process the reflection to recover information therefrom, the information included in the reflection by modulation of the electromagnetic signal by the RIS, wherein the information included in the reflection is provided from the first device associated with the RIS, the first device being: a communication network end device, or a device having a practical application other than as a network infrastructure device.24.The apparatus of claim 23, wherein the first device is a user equipment (UE) device.25.The apparatus of any one of claims 23 to 24, wherein the transmitter and the receiver cooperate with one another to interrogate the first device via a first communication channel or internal link, and the electromagnetic signal is transmitted and received via a second communication channel separate from the first communication channel.26.The apparatus of claim 25, wherein the receiver reports to the transmitter or another device controlling the transmitter following recovering the information.27.The apparatus of any one of claims 23 to 26, wherein the electromagnetic signal is an object sensing signal produced, transmitted and received in accordance with a radar or integrated sensing and communication (ISAC) operation.28.The apparatus of any one of claims 23 to 27, wherein the transmitter and the receiver are co-located.29.The apparatus of any one of claims 23 to 27, wherein the transmitter and the receiver are at different respective locations.30.The apparatus of any one of claims 23 to 29, wherein the transmitter is configured to sequentially transmit the electromagnetic signal in each of a plurality of different directions according to a scan pattern.31.The apparatus of claim 30, wherein the scan pattern is based on previously obtained information indicative of a range of directions which includes a direction toward the RIS.32.The apparatus of any one of claims 23 to 31, wherein the information includes one or more of: a location of the first device, an identifier of the first device, a distress signal for the first device, and a status of the first device.33.The apparatus of any one of claims 23 to 32, wherein the apparatus is configured to:interact, via wireless communication during a setup phase, with the first device; andconfigure the apparatus to operate to transmit the electromagnetic signal, monitor for the reflection, process the reflection, or a combination thereof, based on information obtained during the setup phase.34.The apparatus of claim 33, wherein the information obtained during the setup phase includes one or more of: a location of the RIS, a location of the first device; a format for the information; an indication of a modulation and  coding scheme to be used by the RIS in modulating the electromagnetic signal; an indication of timing of operation of the RIS; and an indication of a scan pattern to be implemented by the RIS for redirecting the electromagnetic signal in different directions.35.The apparatus of claim 33 or 34, wherein the interaction during the setup phase includes receiving at the apparatus one or more of: an indication that the RIS is capable of redirecting and modulating the electromagnetic signal; a location of the RIS; configuration information of the RIS or the first device; a format for the information; an indication of how to interpret specified instances of the information using the RIS; an indication of a modulation and coding scheme to be used by the RIS in modulating the electromagnetic signal; an indication of timing of operation of the RIS; and an indication of a scan pattern to be implemented by the RIS for redirecting the electromagnetic signal in different directions.36.The apparatus of any one of claims 23 to 32, further configured to:interact, via wireless communication during a setup phase, with the first device associated with the RIS, to initialize parameters usable in transmitting the electromagnetic signal, processing the reflection, or both.37.The apparatus of any one of claims 23 to 36, wherein the electromagnetic signal is modulated using one or both of phase modulation and amplitude modulation.38.A method performed by an apparatus, the method comprising:obtaining information to be communicated to a receiver from a first device co-located with the apparatus, the first device being: a communication network end device, or a device having a practical application other than as a network infrastructure device; andoperating a reconfigurable intelligent surface (RIS) to interact with an incident electromagnetic signal transmitted by a transmitter, said interacting comprising:redirecting, using beamforming, the electromagnetic signal in a direction for reception by a receiver, the receiver cooperating with the transmitter to interrogate the apparatus using the electromagnetic signal; andconcurrently modulating the electromagnetic signal to include therein the information.39.The method of claim 38, wherein the information includes one or more of: a location of the first device, an identifier of the first device, a distress signal for the first device, and a status of the first device.40.The method of claim 38 or 39, further comprising:for each incident signal of a plurality of incident signals, each incident signal corresponding to one of a plurality of different time intervals:reconfiguring the RIS to redirect the incident signal in a different respective direction of a scanning pattern; andoperating the RIS to concurrently modulate the incident signal to include therein the information,wherein one of the plurality of incident signals is present as the interrogation signal.41.A method comprising:by a transmitter, transmitting an electromagnetic signal toward a reconfigurable intelligent surface (RIS) ;by a receiver cooperating with the transmitter to interrogate a first device associated with the RIS using the electromagnetic signal, monitoring for and receiving a reflection of the electromagnetic signal from the RIS; andprocessing the reflection to recover information therefrom, the information included in the reflection by modulation of the electromagnetic signal by the RIS.42.The method of claim 41, wherein the information included in the reflection is provided from the first device associated with the RIS, the first device being: a communication network end device, or a device having a practical application other than as a network infrastructure device.

Images