Method for generating on-off keying (OOK) waveform for backscattering transmission using CP-OFDM for a-iot

Abstract

This invention relates to a method of wireless communication between an Advanced Internet of Things (A-IoT) device and a network (gNB). The A-IoT device receives and utilizes broadcasted information for synchronization, packet detection, operations like Cyclic Prefix (CP) removal, and resource allocation. It also manages interference levels and adjusts modulation types based on the network's provided information. The network, in turn, broadcasts necessary sequences and commands, manages interference levels using the device's reported parameters, and provides coding and modulation types. All operations occur within defined periods, ensuring efficient communication.

Description

METHOD FOR GENERATING ON-OFF KEYING (OOK) WAVEFORM FOR BACKSCATTERING TRANSMISSION USING CP-OFDM FOR A-IOTBACKGROUNDField

[0001] The present disclosure relates generally to communication systems, and more particularly, to user equipment (UE) that Generating OOK Waveform for Backscattering Transmission Using CP-OFDM for A-IoT.

[0002] Background

[0003] The statements in this section merely provide background information related to the present disclosure and may not constitute prior art.

[0004] Wireless communication systems are widely deployed to provide various telecommunication services such as telephony, video, data, messaging, and broadcasts. Typical wireless communication systems may employ multiple-access technologies capable of supporting communication with multiple users by sharing available system resources. Examples of such multiple-access technologies include code division multiple access (CDMA) systems, time division multiple access (TDMA) systems, frequency division multiple access (FDMA) systems, orthogonal frequency division multiple access (OFDMA) systems, single-carrier frequency division multiple access (SC-FDMA) systems, and time division synchronous code division multiple access (TD-SCDMA) systems.

[0005] These multiple access technologies have been adopted in various telecommunication standards to provide a common protocol that enables different wireless devices to communicate on a municipal, national, regional, and even global level. An example telecommunication standard is 5G New Radio (NR) . 5G NR is part of a continuous mobile broadband evolution promulgated by Third Generation Partnership Project (3GPP) to meet new requirements associated with latency, reliability, security, scalability (e.g., with Internet of Things (IoT) ) , and other requirements. Some aspects of 5G NR may be based on the 4G Long Term Evolution (LTE) standard. There exists a need for further improvements in 5G NR technology. These improvements may also be applicable to other multi-access technologies and the telecommunication standards that employ these technologies.SUMMARY

[0006] The invention pertains to a method of wireless communication involving an Advanced Internet of Things (A-IoT) device and a network (gNB) . The A-IoT device receives a broadcasted  sequence and command for synchronization and packet detection, and utilizes the broadcasted assistance information for operations like Cyclic Prefix (CP) removal and resource allocation. The device manages interference levels by reporting its parameters to the network upon request. It also utilizes the provided coding and modulation types for demodulation and adjusts its modulation types based on the information provided by the network.

[0007] The network broadcasts the sequence and command to the A-IoT device, and provides assistance information for certain operations and resources. The network uses the reported parameters from the A-IoT device to manage interference levels and provides coding and modulation types to the device. The network also provides modulation types to the A-IoT device based on its reported capabilities.

[0008] All these operations are performed within defined periods determined by various configuration periods, ensuring all block indexes are mapped at least once within these periods. The invention thus provides an efficient method for wireless communication between an A-IoT device and a network.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[0009] FIG. 1 is a diagram illustrating an example of an A-IoT device signal processing and transmission workflow in a 5G network.

[0010] FIG. 2 is a sequence diagram illustrating an example of communication between an A-IoT device and a network (gNB) in a 5G network.

[0011] FIG. 3 is a diagram illustrating the deployment of an A-IoT signal within the channel bandwidth in a 5G network.

[0012] FIG. 4 is a diagram illustrating the addition of Adjacent Carrier Guard Resource Blocks (ACRBs) on both sides of the A-IoT signal bandwidth in a 5G network.

[0013] Fig . 5 illustrates that the gNB initiates the process by configuring and signaling the guard resource blocks to the A-IoT device.

[0014] Fig. 6 highlights the communication link between the UE reader and the A-IoT device.

[0015] Fig. 7 illustrates that the gNB sends instructions to the UE reader, which then communicates these instructions to the A-IoT device via signals.

[0016] Fig. 8 provides an in-depth look at how A-IoT devices handle received data, detailing the process of code block segmentation, CRC bits, and rate matching for different data sizes.

[0017] Fig. 9 illustrates that the A-IoT device (A) receives different sizes of data from the UE Reader / gNB (U) , with varying expectations based on the data size.DETAILED DESCRIPTION

[0018] The detailed description set forth below in connection with the appended drawings is intended as a description of various configurations and is not intended to represent the only configurations in which the concepts described herein may be practiced. The detailed description includes specific details for the purpose of providing a thorough understanding of various concepts. However, it will be apparent to those skilled in the art that these concepts may be practiced without these specific details. In some instances, well known structures and components are shown in block diagram form in order to avoid obscuring such concepts.

[0019] Several aspects of telecommunication systems will now be presented with reference to various apparatus and methods. These apparatus and methods will be described in the following detailed description and illustrated in the accompanying drawings by various blocks, components, circuits, processes, algorithms, etc. (collectively referred to as “elements” ) . These elements may be implemented using electronic hardware, computer software, or any combination thereof. Whether such elements are implemented as hardware or software depends upon the particular application and design constraints imposed on the overall system.

[0020] By way of example, an element, or any portion of an element, or any combination of elements may be implemented as a “processing system” that includes one or more processors. Examples of processors include microprocessors, microcontrollers, graphics processing units (GPUs) , central processing units (CPUs) , application processors, digital signal processors (DSPs) , reduced instruction set computing (RISC) processors, systems on a chip (SoC) , baseband processors, field programmable gate arrays (FPGAs) , programmable logic devices (PLDs) , state machines, gated logic, discrete hardware circuits, and other suitable hardware configured to perform the various functionality described throughout this disclosure. One or more processors in the processing system may execute software. Software shall be construed broadly to mean instructions, instruction sets, code, code segments, program code, programs, subprograms, software components, applications, software applications, software packages, routines, subroutines, objects, executables, threads of execution, procedures, functions, etc., whether referred to as software, firmware, middleware, microcode, hardware description language, or otherwise.

[0021] Accordingly, in one or more example embodiments, the functions described may be implemented in hardware, software, or any combination thereof. If implemented in software, the functions may be stored on or encoded as one or more instructions or code on a computer-readable medium. Computer-readable media includes computer storage media. Storage media may be any available media that can be accessed by a computer. By way of example, and not limitation, such computer-readable media can comprise a random-access memory (RAM) , a read-only memory (ROM) , an electrically erasable programmable ROM (EEPROM) , optical disk storage, magnetic  disk storage, other magnetic storage devices, combinations of the aforementioned types of computer-readable media, or any other medium that can be used to store computer executable code in the form of instructions or data structures that can be accessed by a computer.

[0022] FIG. 1 is a diagram illustrating an example of an A-IoT device signal processing and transmission workflow in a 5G network, including stages of signal generation, waveform shaping, IFFT multiplexing, CP addition, LPF function, ADC operation, energy detection, packet detection, synchronization or OOK demodulation, ASK / PSK modulation, reflection factor adjustment, and LNA operation.

[0023] Signal: The transmitted signal includes preamble, data payload, and CRC. The preamble, generated by an OFDM sequence known by A-IoT devices, UE reader, or gNB, is used by A-IoT devices for synchronization, packet detection, and backscattering transmission. For example, one implementation can use overlaid OFDM sequences over OOK symbols. The CRC type, which can be CRC-4, CRC-8, CRC-16, or CRC-32, is chosen based on the error detection requirement of the A-IoT device.

[0024] Waveform Shaping: To generate the OOK waveform, which requires on and off periods in the time domain, a new waveform shaping module may be needed. This module can be a least-squared solution of a linear matrix multiplexing that aims to minimize the squared errors between the IFFT output and the target OOK waveform.

[0025] IFFT: The IFFT module can multiplex the A-IoT signal with 5MHz bandwidth and the other PDSCH signal with the rest of the bandwidth (15 MHz for example) . The multiplexing requires guard resource blocks (RB) between A-IoT signal and NR PDSCH signal to prevent interference.

[0026] CP: Adding CP is essential to prevent interference from A-IoT signal to NR PDSCH signal. However, for A-IoT devices with OOK receivers, CP is redundant and can cause inter-symbol interference for OOK demodulation. To assist A-IoT devices in removing CP, the gNB or UE reader can broadcast assistance information such as subcarrier spacing (SCS) , CP types, and symbol index in system information blocks (SIBs) or a query command.

[0027] LPF: LPF is needed to suppress ASCI and ACI. The LPF requirement is based on the A-IoT signal locations. Different signal locations require different guard band resource blocks (RB) to prevent interference. The gNB or UE reader can signal the configurations about the signal location and the number of guard band RBs via NR signal or channel.

[0028] ADC: The ADC uses few bits and a low sampling rate to save power consumption. If requested by the gNB or UE reader, an A-IoT device can report its ADC range, bits, or sampling rates. The ADC range is related to the interference level, with higher interference requiring a wider ADC range.

[0029] ED: ED is used to perform energy detection by extracting the absolute amplitude based on the correct DC level. To obtain the correct DC level, the gNB or UE reader sends preambles before data parsing. The preamble is used by A-IoT devices for auto gain control (AGC) , timing and frequency synchronization, and DC level estimation.

[0030] Packet Detection: The packet detection module monitors specific time, frequency, and sequences for energy harvesting and A-IoT signal detection. The monitoring behavior is continuous if the traffic is on-demand and no periodic reporting is required. The known time, frequency resources, and sequences should be provided by the network from gNB or UE reader once connected.

[0031] Synchronization or OOK Demodulation: After packet detection and coarse synchronization have been completed, an A-IoT device can use the preamble or the CRC to perform fine synchronization. OOK demodulation can be performed if channel coding and modulation types are provided by the gNB or UE reader via NR channel or signal.

[0032] ASK / PSK Modulation: If a packet is detected and OOK is parsed successfully, A-IoT TX backscatters the detected and parsed signal, by ASK / PSK modulation based on its UL preamble, data, and CRC. A-IoT devices backscatter or reflect the OFDM signal underlaid in the OOK signal, if gNB or UE reader provide indications or the configurations via NR channel or signal.

[0033] Reflection Factor: The reflection factor, which controls the reflection level of the output waveform, can modulate the output signal for the input information such as preamble, data payload, and CRC. The A-IoT devices can only choose to reflect or not reflect on the received signal, so the output signal can be ASK or FSK. The modulation types can be configurable by gNB or UE reader via the NR channel or signal, based on capability reporting via NR channel.

[0034] LNA: LNA is a reflecting amplifier used for UL power control. The amplifier power can be configured by gNB or UE reader via NR channel or signal. The A-IoT device can control its UL power by adjusting the LNA based on the received signal power.

[0035] In some embodiments, in the context of generating an On-Off Keying (OOK) waveform for Ambient Internet of Things (A-IoT) devices within an Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) system, an innovative waveform shaping technique is proposed. This technique aims to create the characteristic on and off periods of an OOK waveform with enhanced bandwidth efficiency.

[0036] Traditionally, waveform shaping might employ a least-squares solution to linear matrix multiplexing, minimizing the squared errors between the Inverse Fast Fourier Transform (IFFT) output and the desired OOK waveform. However, this approach may not be bandwidth-efficient, particularly when multiple on and off periods are required within a single OFDM symbol.

[0037] To address this, the proposed method involves the approximation of a rectangular waveform by selectively populating harmonic frequencies within the frequency domain of the OFDM signal. This harmonic filling technique is designed to replicate the sharp transitions of a rectangular waveform, which are essential for OOK modulation.

[0038] For instance, with an FFT size of 64 points, where the DC component is at point 33, the negative frequencies span from point 1 to 32, and the positive frequencies from point 34 to 64. To achieve a single pair of on and off states within an OFDM symbol, specific points can be filled with complex exponential values that correspond to the harmonics of the desired rectangular waveform. The allocation of these values is symmetrically mirrored across the negative and positive frequency points to maintain the orthogonality of the OFDM system.

[0039] To generate two pairs of on and off states within the same OFDM symbol, additional points can be filled with their respective harmonic values, effectively doubling the number of transitions within the symbol duration.

[0040] This harmonic filling approach offers the potential to maintain the energy states required for OOK modulation while utilizing a smaller bandwidth. It is particularly advantageous when the OFDM system employs different constellation schemes across subcarriers, as it may prevent the unintended suppression or enhancement of energy levels at each point in the time domain.

[0041] The effectiveness of this waveform shaping technique and its impact on bandwidth utilization are subject to validation through simulation. The simulation will help ascertain the precise bandwidth requirements and ensure that the energy states of the OOK waveform are distinctly maintained, thereby avoiding interference with adjacent OFDM subcarriers.

[0042] The proposed method represents a significant advancement in the field of waveform design for A-IoT devices, offering a novel solution to the challenge of efficient bandwidth usage while ensuring the integrity of OOK modulation in OFDM systems.

[0043] In some embodiments, in the signal processing and transmission workflow of an Ambient Internet of Things (A-IoT) device within a 5G network, the final stage involves power control, which is critical for uplink (UL) transmission. This power control is achieved through an adjustable amplifier whose output power can be dynamically configured by the Next Generation NodeB (gNB) or User Equipment (UE) reader via the New Radio (NR) channel or signal.

[0044] The A-IoT device is equipped with the capability to modulate its uplink transmission power by adjusting this amplifier in response to the power level of the received signal. This ensures that the device can maintain optimal signal strength for its uplink communication, thereby enhancing the reliability and efficiency of the transmission.

[0045] By referring to the component as an "amplifier" rather than specifically as a Power Amplifier (PA) or Low Noise Amplifier (LNA) , we avoid the conventional association of PAs with uplink  paths and LNAs with downlink paths. This terminology is more inclusive and applicable to the device's functionality, which is to amplify the uplink signal as required for effective communication with the network infrastructure.

[0046] FIG. 2 is a sequence diagram illustrating an example of communication between an A-IoT device and a network (gNB) in a 5G network. The diagram includes stages of broadcasting sequence and command, broadcasting assistance information, requesting for parameter report, providing coding and modulation types, and providing modulation types. The corresponding actions of the A-IoT device in response to each network action are also depicted.

[0047] In this sequence diagram, the network (gNB) initiates all actions. It starts by broadcasting the sequence and command, which the A-IoT device uses for synchronization and packet detection. The network then broadcasts assistance information, which the A-IoT device uses for CP removal and resource allocation. To manage interference levels, the network requests a parameter report from the A-IoT device, which then reports its parameters. For the process of demodulation, the network provides the coding and modulation types, which the A-IoT device uses. Finally, the network provides the modulation types, and the A-IoT device adjusts its modulation types based on this provided information.

[0048] In the context of A-IoT devices, several key behaviors and corresponding network signaling requirements are integral to their operation.

[0049] Synchronization and Packet Detection: The A-IoT device utilizes a received sequence for synchronization and packet detection. This detection period is initiated from a defined frame and is governed by the smallest value in the set determined by the sequence period. Throughout this period, all sequence block indexes are mapped at least once to the packet detection occasions. To facilitate this, the network broadcasts a sequence and a command indicating the commencement of a packet. The sequence period is derived from the relevant system information.

[0050] CP Removal and Resource Allocation: For operations such as the removal of the Cyclic Prefix (CP) and resource allocation, the A-IoT device employs the received assistance information. The allocation period, which initiates from a defined frame, is determined by the smallest value in the set according to the CP configuration period. Within this period, all CP block indexes are mapped at least once to the resource allocation occasions. To support this, the network broadcasts assistance information, inclusive of relevant parameters in system information blocks (SIBs) or a query command. The CP configuration period is derived from the relevant system information.

[0051] Managing Interference Level: The A-IoT device also plays a role in managing the interference level by reporting its parameters to the network. The report period, which initiates from a defined frame, is determined by the smallest value in the set according to the configuration period. Within this period, all block indexes are mapped at least once to the interference  management occasions. In response, the network requests the A-IoT device to report its parameters. The configuration period is derived from the relevant system information.

[0052] Demodulation: For the process of demodulation, the A-IoT device utilizes the provided coding and modulation types. The demodulation period, which initiates from a defined frame, is determined by the smallest value in the set according to the configuration period. Within this period, all block indexes are mapped at least once to the demodulation occasions. To facilitate this, the network provides specific coding and modulation types for demodulation. The configuration period is derived from the relevant system information.

[0053] Adjusting Modulation Types: Lastly, the A-IoT device adjusts its modulation types based on the information provided by the network. The adjustment period, which initiates from a defined frame, is determined by the smallest value in the set according to the modulation configuration period. Within this period, all modulation block indexes are mapped at least once to the adjustment occasions. To support this, the network provides specific modulation types based on the A-IoT device's capability reporting. The modulation configuration period is derived from the relevant system information.

[0054] In the context of A-IoT devices, several key behaviors are performed by the gNB or UE reader, with corresponding signaling requirements from the A-IoT device.

[0055] Broadcasting Sequence and Command: The gNB or UE reader broadcasts the sequence and command. This broadcast period starts from a defined frame and is determined by the sequence period, ensuring all sequence block indexes are broadcasted at least once within this period. In response, the A-IoT device needs to be in a state ready to receive the broadcast, with the readiness state reported in the relevant system information.

[0056] Providing Assistance Information: The gNB or UE reader broadcasts assistance information for certain operations and resources. The broadcast period starts from a defined frame and is determined by the assistance configuration period, ensuring all assistance block indexes are broadcasted at least once within this period. To facilitate this, the A-IoT device requests such information, with the request period obtained from the relevant system information.

[0057] Managing Interference Level: The gNB or UE reader uses the reported parameters from the A-IoT device to manage the interference level. This management period starts from a defined frame and is determined by the interference management configuration period, ensuring all management block indexes are used at least once within this period. The A-IoT device, in turn, reports its parameters, with the reporting period obtained from the relevant system information.

[0058] Providing Coding and Modulation Types: The gNB or UE reader provides the coding and modulation types. The provision period starts from a defined frame and is determined by the provision configuration period, ensuring all provision block indexes are provided at least once  within this period. To facilitate this, the A-IoT device requests these types, with the request period obtained from the relevant system information.

[0059] Providing Modulation Types: Lastly, the gNB or UE reader provides modulation types based on the reported capabilities of the A-IoT device. The provision period starts from a defined frame and is determined by the provision configuration period, ensuring all provision block indexes are provided at least once within this period. To facilitate this, the A-IoT device reports its capabilities, with the reporting period obtained from the relevant system information.

[0060] FIG. 3 is a diagram illustrating the deployment of an A-IoT signal within the channel bandwidth in a 5G network. Depending on the deployment position of the A-IoT signal, different numbers of guard resource blocks (e.g., blanked resource blocks) are required. These blocks are configurable by the network and signaled from the gNB to the UE reader or A-IoT via NR signals and channels.

[0061] The diagram shows the addition of Adjacent Subcarrier Guard Resource Blocks (ASRBs) on both sides of the A-IoT signal bandwidth. The number of these blocks can range from 0.5RB to 2RBs for 30KHz SCS, or 1RBs to 4RBs for 15KHz SCS. ASRBs are used to protect the A-IoT signal from interference from nearby sub-carrier NR signals (e.g., PDSCH) or intra-cell interference.

[0062] The diagram also depicts the addition of Adjacent Carrier Guard Resource Blocks (ACRBs) on one side of the A-IoT signal bandwidth when the channel bandwidth is more than 10 MHz or the A-IoT signal bandwidth is less than 5 MHz. The number of these blocks can range from 1RB to 3RBs for 30kHz subcarrier spacing, or 2RBs to 6 RBs for 15kHz subcarrier spacing. ACRBs are used to protect the A-IoT signal from interference from nearby carrier NR signals, such as inter-cell interference.

[0063] FIG. 4 is a diagram illustrating the addition of Adjacent Carrier Guard Resource Blocks (ACRBs) on both sides of the A-IoT signal bandwidth in a 5G network. This occurs when the channel bandwidth is less than 10 MHz or the A-IoT signal bandwidth is more than 5 MHz.

[0064] The number of ACRBs can range from 1RB to 3RBs for 30kHz subcarrier spacing, or 2RBs to 6 RBs for 15kHz subcarrier spacing. These blocks are used to protect the A-IoT signal from interference from nearby carrier NR signals, such as inter-cell interference. The number of ACRBs is configurable by the network and is signaled by the gNB to the UE reader or A-IoT via NR signals and channels.

[0065] Fig . 5 illustrates that the gNB initiates the process by configuring and signaling the guard resource blocks to the A-IoT device. The A-IoT device, upon receiving the configuration, adjusts its guard resource blocks accordingly. The gNB then signals the number of Adjacent Subcarrier Guard Resource Blocks (ASRBs) and Adjacent Carrier Guard Resource Blocks (ACRBs) , and the  A-IoT device adds these blocks on both or one side (s) of its signal bandwidth based on the gNB signals.

[0066] In the context of A-IoT devices, several key behaviors and corresponding network signaling requirements are integral to their operation.

[0067] A-IoT Signal Deployment: A-IoT signals can be deployed at various positions within the channel bandwidth. Depending on this position, different numbers of guard resource blocks are required. These guard blocks, which may be blanked resource blocks, are crucial for mitigating interference and ensuring signal integrity. The network configures and signals these blocks to the A-IoT device via NR signals and channels, allowing the device to adapt to different deployment positions.

[0068] Use of Adjacent Subcarrier Guard Resource Blocks (ASRBs) : ASRBs are added on both sides of the A-IoT signal bandwidth. They serve to protect the A-IoT signal from interference from nearby sub-carrier NR signals (such as PDSCH) or intra-cell interference. The number of these blocks can range from 0.5RB to 2RBs for 30KHz SCS, or 1RBs to 4RBs for 15KHz SCS. The network configures and signals the number of ASRBs to the A-IoT device, allowing it to dynamically adjust to changes in the interference environment.

[0069] Use of Adjacent Carrier Guard Resource Blocks (ACRBs) : ACRBs are added to one or both sides of the A-IoT signal bandwidth, depending on the channel bandwidth and the A-IoT signal bandwidth. These blocks are used to protect the A-IoT signal from interference from nearby carrier NR signals, such as inter-cell interference. The number of these blocks can range from 1RB to 3RBs for 30kHz subcarrier spacing, or 2RBs to 6 RBs for 15kHz subcarrier spacing. The network configures and signals the number of ACRBs to the A-IoT device, enabling it to effectively manage inter-cell interference.

[0070] These behaviors and signaling requirements are critical for enabling A-IoT devices to effectively manage interference and maintain optimal performance within the 5G network.

[0071] Fig. 6 highlights the communication link between the UE reader and the A-IoT device. The signal processing in this scenario mirrors the link between the gNB and the A-IoT device if the UE reader supports CP-OFDM UL. The distinguishing feature is that the UE reader employs its UL transmission to interact with the A-IoT device. Consequently, the IFFT module can accommodate PUSCH multiplexing with the A-IoT signal if the UE reader is compatible with CP-OFDM UL.

[0072] In the context of the DC subcarrier, it is commonly excluded (as seen in LTE) to prevent potential interference from local oscillator leakage.

[0073] The A-IoT waveform can be generated by repurposing the equation used for the PRACH or for all other physical channels and signals, with the PRACH being the sole exception. This  equation includes several parameters: the total number of subcarriers, Common Resource Blocks, Point A, Resource Element index, the length of the PRACH sequence, the PRACH subcarrier spacing, and the subcarrier spacing of the relevant uplink Bandwidth Part (BWP) , or the first Resource Block assigned to the PRACH. The gNB can adjust these parameters via system information (SI) messages or RRC messages transmitted through PDSCH.

[0074] The AIot-Power information element (IE) can be configured by the gNB via an RRC message for the CP-OFDM case (when Transform Precoding is not enabled) . This can be leveraged to enhance the transmit power of the A-IoT devices compared to the transmit power of the PUSCH or PRACH. The extent of this power boost is dependent on the number of layers used by the PUSCH.

[0075] Fig. 7 illustrates that the gNB sends instructions to the UE reader, which then communicates these instructions to the A-IoT device via signals. The A-IoT device responds by generating a waveform or adjusting its power levels, and the UE reader reports these actions back to the gNB. The gNB can also send a specific signal to the A-IoT device via the UE reader to trigger the A-IoT device to send back its status information. The A-IoT device only communicates with the UE reader, and not directly with the gNB.

[0076] Signal Reception and Processing: The A-IoT device operates by receiving signals from the User Equipment (UE) reader. The UE reader, under the control of the gNB via the Uu interface, communicates the gNB's instructions to the A-IoT device. For instance, the A-IoT device could receive a signal from the UE reader indicating a request to transmit data. In another scenario, the A-IoT device might receive an instruction from the UE reader to adjust its power levels.

[0077] Waveform Generation and Transmission: Upon receiving these signals, the A-IoT device generates its own waveform using a specific equation. The waveform generation could involve using parameters such as 12 subcarriers, 7 Common Resource Blocks, and a PRACH sequence length of 839. Alternatively, in a different configuration, the A-IoT device might use 24 subcarriers, 14 Common Resource Blocks, and a PRACH sequence length of 1393 to generate a different waveform. Once the waveform is generated, the A-IoT device transmits this waveform back to the UE reader.

[0078] Power Adjustment: The A-IoT device adjusts its transmit power based on the AIot-Power information element (IE) , which is communicated via the UE reader. For example, if the UE reader communicates an instruction from the gNB to use two layers for the PUSCH, the A-IoT device might boost its transmit power by 3 dB. Conversely, if the UE reader communicates a gNB's command for power reduction, the A-IoT device might decrease its transmit power by 2 dB.

[0079] Trigger Conditions and Timing: The A-IoT device's actions are triggered by certain conditions, such as receiving a specific signal from the UE reader. For instance, the A-IoT device  might be triggered to send back its status information when it receives a specific signal from the UE reader. In another scenario, the A-IoT device might adjust its power levels upon receiving a power control command from the UE reader.

[0080] Fig. 8 provides an in-depth look at how A-IoT devices handle received data, detailing the process of code block segmentation, CRC bits, and rate matching for different data sizes. It also explains the methods of scrambling and sequence generation.

[0081] When receiving small-sized data, less than 12 bits, the A-IoT device anticipates no code block segmentation or addition of Cyclic Redundancy Check (CRC) bits. Instead, it decodes the received data, considering the redundancy generated through the specific block coding method used by the UE reader or gNB. The A-IoT device uses rate matching to fit the bits precisely within the allocated resources. If the number of bits needs to be increased, the A-IoT device employs repetition to meet the required bit count.

[0082] When the A-IoT device is handling medium-sized data, ranging from 12 to 19 bits, it expects the addition of CRC bits for error detection at the Base Station (BS) , while still anticipating no code block segmentation. It utilizes a specific method for channel coding to decipher the information during transfer. The A-IoT device again uses rate matching to fit the bits accurately within the allocated resources.

[0083] For large-sized data, larger than 19 bits, the A-IoT device may expect code block segmentation based on the number of bits to be transferred. This segmentation can generate up to two code blocks. CRC bits are added for error detection, and a specific method, such as Manchester code, is used for channel coding. Rate matching is employed again to ensure the exact fit of bits within the allocated resources. The A-IoT device deciphers these segmented blocks and reassembles them for further processing.

[0084] To decipher the transmitted bit stream and reduce interference with neighboring devices, the A-IoT device applies descrambling. The scrambling sequence generator is initialized using a formula that incorporates the device-specific identifier and a specific configuration parameter's value. The A-IoT device descrambles the received bitstream using the same scrambling sequence.

[0085] Lastly, the Rate Matching function in the UE reader or gNB processes each channel coded segment independently. This function has two stages: Bit Selection and Bit Interleaving. Bit Selection reduces the number of channel coded bits to match the capacity of the allocated air-interface resources, and Bit Interleaving rearranges the bit sequence. The A-IoT device then applies the inverse of these processes to recover the original bit sequence.

[0086] The signaling between the A-IoT device and the UE reader ensures that the data is transferred accurately and efficiently. The UE reader sends signals indicating the size of the data, whether  CRC bits are added, and if code block segmentation is used. The A-IoT device acknowledges these signals, decodes the received data, checks for errors, and sends back an acknowledgment signal.

[0087] Fig. 9 illustrates that the A-IoT device (A) receives different sizes of data from the UE Reader / gNB (U) , with varying expectations based on the data size. The A-IoT device also receives a scrambling sequence, adjusting its descrambling process accordingly. After decoding the received data and checking for errors, the A-IoT device sends an acknowledgment signal back to the UE Reader / gNB.

[0088] The A-IoT device's behavior varies based on the configurations or signaling received from the UE reader or gNB. These configurations or signals can affect how the A-IoT device handles received data, whether small, medium, or large-sized.

[0089] Small-sized data handling by A-IoT: When the A-IoT device receives small-sized data, it expects no code block segmentation or addition of CRC bits. However, if the UE reader or gNB sends a signal or configuration indicating the use of code block segmentation or CRC bits, the A-IoT device adjusts its decoding process accordingly. For instance, it might employ a specific decoding method to handle the segmented blocks or use CRC bits for error detection.

[0090] Medium-sized data handling by A-IoT: For medium-sized data, the A-IoT device typically expects the addition of CRC bits for error detection but no code block segmentation. If the UE reader or gNB sends a signal indicating the use of code block segmentation, the A-IoT device adjusts its decoding process to handle the segmented data. Similarly, if a configuration specifies a different method for error detection, the A-IoT device adapts its decoding process to use this method.

[0091] Large-sized data handling by A-IoT: When handling large-sized data, the A-IoT device typically expects code block segmentation. If the UE reader or gNB sends a configuration specifying a limit on the size of each code block, the A-IoT device adjusts its decoding process to handle these smaller blocks. Similarly, if a signal indicates the use of a specific channel coding method, the A-IoT device adapts its decoding process to decipher the data using this method.

[0092] Scrambling sequence initialization: The A-IoT device's scrambling sequence generator is typically initialized using a formula that incorporates the device-specific identifier and a specific configuration parameter's value. However, if the UE reader or gNB sends a configuration specifying a different formula or parameters for the scrambling sequence, the A-IoT device adjusts its descrambling process accordingly.

[0093] The present invention introduces a novel system topology for Ambient Internet of Things (A-IoT) communication. In one embodiment, the next-generation NodeB (gNB) establishes a connection with User Equipment (UE) or a UE reader via a wired cable. This configuration eliminates the need for a new air interface between the gNB and the A-IoT device, instead  introducing a new air interface between the UE reader and the A-IoT device. As a result, the efforts required for any gNB specification change are significantly reduced. In this setup, the gNB can access the A-IoT device via the UE reader, which acts as an intermediate node between the device and the base station (gNB) .

[0094] In another embodiment, a wireless air interface is established between the gNB and a UE or a UE reader. This air interface leverages the NR-Uu interface to minimize the specification change on the UE side. A new air interface between the UE and the A-IoT device is necessitated, the specifications of which can be determined based on the use cases and their corresponding requirements.

[0095] Device A is designed with specific targets for power consumption during transmission / reception (≤ 1 μW or ≤ 10 μW) , and complexity, which is aimed to be comparable to UHF RFID ISO18000-6C (EPC C1G2) . Device A does not have energy storage or independent signal generation / amplification capabilities, and relies on backscattering transmission. It requires a backscattering activation power threshold, experiences reflection loss, and needs a distant carrier wave source to transmit signals for positioning.

[0096] The architecture of Device A includes the following components:

[0097] · A low pass filter (LPF) for suppressing adjacent sub-carrier interference (ASCI) and adjacent carrier interference (ACI)

[0098] · An envelope detector (ED) to support On-Off Keying (OOK) -based signals

[0099] · An analog to digital converter (ADC) for digital baseband processing

[0100] · A digital baseband (DBB) for sequence matching

[0101] · A modulator (switch) controlled by the incoming signal to add payload data for OOK modulation

[0102] · A radio frequency energy harvester to convert RF signals into an energy source

[0103] Device B's design targets lie between those of Device A and Device C in terms of power and complexity. It has energy storage but no independent signal generation, relying on backscattering transmission. Stored energy can be used for signal amplification. Device B also requires a backscattering activation power threshold, experiences reflection loss, and needs a distant carrier wave source for positioning.

[0104] The architecture of Device B includes the following components:

[0105] · An LPF for suppressing ASCI and ACI

[0106] · An ED to support OOK-based signals

[0107] · An ADC for digital baseband processing

[0108] · A DBB for sequence matching

[0109] · A modulator controlled by the incoming signal to add payload data for OOK modulation

[0110] · An RF energy harvester to convert RF signals into an energy source

[0111] · Additional energy harvesters for different types of ambient power sources, such as RF radio, solar energy, thermal energy, and piezoelectric power

[0112] · Energy storage, such as capacitors and solid-state batteries

[0113] · A reflection amplifier to amplify the input signal to the tag and the backscattered signal towards the reader

[0114] Device C is designed with a power consumption target during transmission / reception of ≤ 1 mW to ≤ 10 mW, and a complexity target that is orders-of-magnitude lower than NarrowBand IoT (NB-IoT) . Device C has energy storage, independent signal generation, and active RF components for transmission. It also has mobility management capabilities, at least for cell selection / re-selection.

[0115] The architecture of Device C includes the following components:

[0116] · An LPF for suppressing ASCI and ACI

[0117] · An ED to support OOK-based signals

[0118] · An ADC for digital baseband processing

[0119] · A DBB for synchronization, payload decoding, and cyclic redundancy check (CRC)

[0120] · An RF energy harvester to convert RF signals into an energy source

[0121] · Additional energy harvesters for different types of ambient power sources, such as RF radio, solar energy, thermal energy, and piezoelectric power

[0122] · Energy storage, such as capacitors and solid-state batteries

[0123] · A low-noise amplifier (LNA) and power amplifier (PA) to amplify reception and transmission signals

[0124] The invention presents an innovative air interface for communication between User Equipment (UE) reader or a base station (gNB) and the Ambient Internet of Things (A-IoT) device. The communication process is initiated when the UE reader powers up the A-IoT device and transmits a command. This command outlines essential communication parameters such as the tag rate, the tag data encoding method, and the total number of available time durations.

[0125] Once the A-IoT device has harvested enough energy, it gets activated and listens for the UE's command. After decoding the command, the A-IoT device randomly selects a time duration from the available range, and generates a random sequence. This sequence is then transmitted in the chosen time duration, preceded by a known preamble sequence.

[0126] In response to the A-IoT's transmission, the UE decodes the received preamble sequence and sends an acknowledgment back to the A-IoT within a predetermined duration, aligning with the system's configuration for the A-IoT rate.

[0127] The UE or UE reader discussed above is a node that can be a relay, IAB node, NR / LTE UE, repeater, or a base station (gNB) .

[0128] The User Equipment to Ambient IoT Device Communication Link (U2A Link) uses modulation schemes like Amplitude Shift Keying (ASK) or On-Off Keying (OOK) to facilitate Pulse Interval Encoding (PIE) for data transmission. The U2A link includes two preambles: a long U2A preamble for initial transmission and a short U2A preamble for subsequent signaling. The UE transmits the long U2A preamble and a control signal or command, specifying control parameters for the A-IoT device.

[0129] The Ambient IoT Device to User Equipment Communication Link (A2U Link) employs either ASK or Phase Shift Keying (PSK) modulation. The A-IoT encodes backscattered data using either FM0 baseband or Miller modulation, as controlled by the UE or gNB via the A2U link. The A2U link signaling commences with one of two Miller Subcarrier Preambles, depending on the command or the control signal. The A-IoT employs backscatter modulation, altering its antenna's reflection coefficient to transmit data. The A2U link transmits Electronic Product Code (EPC) and Protocol-Control Information (PC) .

Claims

1.A method of wireless communication of an Advanced Internet of Things (A-IoT) device, comprising:receiving a broadcasted sequence and command from a network (gNB) for synchronization and packet detection;utilizing the broadcasted assistance information for operations such as Cyclic Prefix (CP) removal and resource allocation;managing interference level by reporting its parameters to the network upon request;utilizing the provided coding and modulation types for the process of demodulation;adjusting its modulation types based on the information provided by the network.2.The method of claim 1, wherein the sequence and command are used for initiating a detection period from a defined frame and is governed by the smallest value in the set determined by the sequence period.3.The method of claim 1, wherein the assistance information is used for initiating an allocation period from a defined frame and is determined by the smallest value in the set according to the CP configuration period.4.The method of claim 1, wherein the reported parameters are used for initiating a report period from a defined frame and is determined by the smallest value in the set according to the configuration period.5.The method of claim 1, wherein the coding and modulation types are used for initiating a demodulation period from a defined frame and is determined by the smallest value in the set according to the configuration period.6.The method of claim 1, wherein the modulation types are adjusted based on the network's provided information, initiating an adjustment period from a defined frame and is determined by the smallest value in the set according to the modulation configuration period.7.A method of wireless communication of a network (gNB) , comprising:broadcasting the sequence and command to an A-IoT device for synchronization and packet detection;broadcasting assistance information for certain operations and resources;using the reported parameters from the A-IoT device to manage the interference level;providing the coding and modulation types to the A-IoT device;providing modulation types to the A-IoT device based on its reported capabilities.8.The method of claim 7, wherein the sequence and command are broadcasted in a defined period determined by the sequence period, ensuring all sequence block indexes are broadcasted at least once within this period.9.The method of claim 7, wherein the assistance information is broadcasted in a defined period determined by the assistance configuration period, ensuring all assistance block indexes are broadcasted at least once within this period.10.The method of claim 7, wherein the reported parameters from the A-IoT device are used in a defined period determined by the interference management configuration period, ensuring all management block indexes are used at least once within this period.11.The method of claim 7, wherein the coding and modulation types are provided in a defined period determined by the provision configuration period, ensuring all provision block indexes are provided at least once within this period.12.The method of claim 7, wherein the modulation types are provided based on the reported capabilities of the A-IoT device in a defined period determined by the provision configuration period, ensuring all provision block indexes are provided at least once within this period.

Images