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

Abstract

This invention pertains to a wireless communication method for Advanced Internet of Things (A-IoT) devices, utilizing Discrete Fourier Transform Spread Orthogonal Frequency Division Multiplexing (DFT-S-OFDM). The A-IoT device synchronizes and detects packets using broadcasted sequences and commands, manages interference levels, and adjusts modulation types based on network-provided information. This method optimizes A-IoT wireless communication by leveraging DFT-S-OFDM's benefits.

Description

METHOD FOR GENERATING ON-OFF KEYING (OOK) WAVEFORM FOR BACKSCATTERING TRANSMISSION USING DFT-S-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 DFT-S-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] This invention relates to a method of wireless communication for an Advanced Internet of Things (A-IoT) device, with a focus on the use of Discrete Fourier Transform Spread Orthogonal  Frequency Division Multiplexing (DFT-S-OFDM) . The A-IoT device receives a broadcasted sequence and command from a network for synchronization and packet detection, leveraging DFT-S-OFDM. The device utilizes the broadcasted assistance information for operations such as Cyclic Prefix (CP) removal and resource allocation.

[0007] To manage interference levels, the A-IoT device reports its parameters to the network upon request. The device employs the provided coding and modulation types for the process of demodulation and adjusts its modulation types based on the information provided by the network.

[0008] The sequence and command initiation, allocation period, report period, demodulation period, and adjustment period are all governed by the DFT-S-OFDM configuration periods. This method enables efficient wireless communication for A-IoT devices, leveraging the benefits of DFT-S-OFDM for improved synchronization, packet detection, and interference management.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 illustrates the communication link between the UE reader and the A-IoT device.

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

[0016] Fig. 8 provides a detailed overview of how A-IoT devices process received data, explaining the application of code block segmentation, CRC bits, and rate matching for different data sizes.

[0017] Fig. 9 illustrates the A-IoT device (A) receiving 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] 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.

[0036] 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.

[0037] In the context of A-IoT devices, several key behaviors and corresponding network signaling requirements are integral to their operation.

[0038] 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.

[0039] 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.

[0040] 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.

[0041] 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.

[0042] 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.

[0043] 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.

[0044] 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.

[0045] 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.

[0046] 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.

[0047] 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.

[0048] 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.

[0049] 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.

[0050] 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.

[0051] 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.

[0052] 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.

[0053] 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.

[0054] 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.

[0055] In the context of A-IoT devices, several key behaviors and corresponding network signaling requirements are integral to their operation.

[0056] 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.

[0057] 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.

[0058] 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.

[0059] Fig. 6 illustrates the communication link between the UE reader and the A-IoT device. If the UE reader supports DFT-S-OFDM UL, the UE reader spreads the A-IoT symbols over the entire signal bandwidth, with no other UL NR signal multiplexed in the same OFDM symbols. The distinguishing feature is that the UE reader employs its UL transmission to interact with the A-IoT device.

[0060] DFT-S-OFDM has a lower Peak-to-Average Power Ratio (PAPR) than CP-OFDM, allowing the UE to transmit with a higher average power, thereby improving uplink coverage performance. For initial access signals from the UE reader to an A-IoT device, DFT-S-OFDM may be selected for better coverage. For subsequent PUSCH or A-IoT signal transmissions, the Base Station may dynamically reconfigure the UE according to coverage conditions.

[0061] The A-IoT waveform can be generated using a combination of 'Transform Precoding' and CP-OFDM, with the transform precoding being the Least Square (LS) precoding or the FFT precoding. The robustness against frequency selective fading is enhanced by using a flat spectrum in the frequency domain, which can be achieved in On-Off Keying (OOK) by using a sequence before Discrete Fourier Transform (DFT) or Least Square (LS) with variations in phase.

[0062] To reduce the complexity of waveform generation at the gNB or UE reader, the generated frequency domain samples to be mapped to the A-IoT sub-carrier segment of Inverse Fast Fourier Transform (iFFT) can be pre-stored. The memory requirement for this depends on the number of possible combinations, which is a function of the number of supported A-IoT bandwidth sizes.

[0063] Fig. 7 illustrates the communication process where 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 DFT-S-OFDM 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.

[0064] The A-IoT device's behavior and data handling processes are significantly influenced by the configurations or signaling received from the UE reader or gNB. These instructions guide how the  A-IoT device processes different sizes of data, generates waveforms, adjusts power levels, and transmits status information.

[0065] DFT-S-OFDM in A-IoT: Discrete Fourier Transform Spread Orthogonal Frequency Division Multiplexing (DFT-S-OFDM) is a key feature supported by the UE reader, which allows the A-IoT device to spread its symbols over the entire signal bandwidth. The advantage of DFT-S-OFDM is its lower Peak-to-Average Power Ratio (PAPR) compared to CP-OFDM, enabling the UE to transmit with higher average power and thus improving uplink coverage performance.

[0066] For initial access signals from the UE reader to an A-IoT device, DFT-S-OFDM may be selected for better coverage. For subsequent transmissions, such as Physical Uplink Shared Channel (PUSCH) or A-IoT specific signals, the Base Station may dynamically reconfigure the UE according to coverage conditions.

[0067] Waveform Generation: The A-IoT waveform can be generated using a combination of 'Transform Precoding' and CP-OFDM. The transform precoding can be the Least Square (LS) precoding or the FFT precoding. The robustness against frequency selective fading is enhanced by using a flat spectrum in the frequency domain. This can be achieved in On-Off Keying (OOK) by using a sequence before Discrete Fourier Transform (DFT) or Least Square (LS) with variations in phase.

[0068] To reduce the complexity of waveform generation at the gNB or UE reader, the generated frequency domain samples to be mapped to the A-IoT sub-carrier segment of Inverse Fast Fourier Transform (iFFT) can be pre-stored. The memory requirement for this depends on the number of possible combinations, which is a function of the number of supported A-IoT bandwidth sizes.

[0069] Configurations and Signalling from UE Reader: The UE reader can configure the A-IoT device via RRC messages in PDSCH. For example, if the PUSCH or other DL NR channel such as PRACH or PUCCH, is using the DFT-S-OFDM waveform, the UE reader can permit n / 2 BPSK or A-IoT waveform such as ASK or FSK.

[0070] The equation used to generate the A-IoT waveform can reuse the equation for the PRACH, or for all physical channels and signals except the PRACH. The equation has several parameters, which are configurable by gNB via system information (SI) messages or RRC messages via PDSCH.

[0071] The AIot-Power information element (IE) configured by gNB via a RRC message for the CP-OFDM case (Transform Precoding disabled) can be used to boost the transmit power of the A-IoT devices relative to the transmit power of the PUSCH or PRACH. The size of the boost depends upon the number of layers used by the PUSCH. The boost is larger for an increased number of layers.

[0072] Fig. 8 provides a detailed overview of how A-IoT devices process received data, explaining the application of code block segmentation, CRC bits, and rate matching for different data sizes. It also outlines the methods of scrambling and sequence generation.

[0073] For small-sized data, less than 12 bits, the A-IoT device does not anticipate code block segmentation or the addition of Cyclic Redundancy Check (CRC) bits. Instead, it decodes the received data, taking into account the redundancy generated through the specific block coding method used by the UE reader or gNB. The A-IoT device employs rate matching to ensure the bits fit precisely within the allocated resources. If the number of bits needs to be increased, the A-IoT device uses repetition to meet the required bit count.

[0074] When handling medium-sized data, ranging from 12 to 19 bits, the A-IoT device expects the addition of CRC bits for error detection at the Base Station (BS) , but no code block segmentation. It uses a specific method for channel coding to protect the information during transfer. The A-IoT device again applies rate matching to ensure the bits fit accurately within the allocated resources.

[0075] For large-sized data, larger than 19 bits, the A-IoT device may anticipate code block segmentation, depending 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 again employed 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.

[0076] To randomize the transmitted bit stream and minimize interference with neighboring devices, the A-IoT device applies scrambling. The scrambling sequence generator is initialized using a formula that incorporates the device-specific identifier and the value of a specific configuration parameter. The A-IoT device descrambles the received bitstream using the same scrambling sequence.

[0077] The Rate Matching function processes each channel coded segment separately. This function comprises 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, while Bit Interleaving rearranges the bit sequence. The A-IoT device then applies the inverse of these processes to recover the original bit sequence.

[0078] A UE can transmit the A-IoT signal using either CP-OFDM or DFT-S-OFDM waveforms, and it's mandatory for all UEs to support both. The choice between CP-OFDM and DFT-S-OFDM for transmitting A-IoT signals depends on network conditions, data type, and UE capabilities. DFT-S-OFDM is chosen for single-stream transmissions as it doesn't support MIMO. The network or BS instructs the UE on the waveform to use, communicated via control signaling.

[0079] Fig. 9 illustrates the A-IoT device (A) receiving 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.

[0080] Small-sized data handling by A-IoT: When the A-IoT device receives small-sized data (<12 bits) , it does not anticipate code block segmentation or the addition of Cyclic Redundancy Check (CRC) bits. Instead, it decodes the received data, taking into account the redundancy generated through the specific block coding method used by the UE reader or gNB. If the number of bits needs to be increased, the A-IoT device uses repetition to meet the required bit count. For example, if a small-sized data packet of 10 bits is received, and the required bit count is 12, the A-IoT device will repeat two bits from the received data to meet the requirement.

[0081] Medium-sized data handling by A-IoT: When handling medium-sized data (12 to 19 bits) , the A-IoT device expects the addition of CRC bits for error detection at the Base Station (BS) , but no code block segmentation. It uses a specific method for channel coding to protect the information during transfer. The A-IoT device again applies rate matching to ensure the bits fit accurately within the allocated resources. For instance, if a medium-sized data packet of 15 bits is received, the A-IoT device will add CRC bits and use a specific channel coding method, such as convolutional coding, to ensure data integrity.

[0082] Large-sized data handling by A-IoT: For large-sized data (>19 bits) , the A-IoT device may anticipate code block segmentation, depending 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 again employed 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. For instance, if a large-sized data packet of 25 bits is received, the A-IoT device will segment this into two code blocks, add CRC bits, and use Manchester coding for channel coding.

[0083] Scrambling Sequence Adaptation: The scrambling sequence generator of the A-IoT device is initialized using a formula that incorporates the device-specific identifier and the value of a specific configuration parameter. However, if the UE reader or gNB sends a different scrambling sequence, the A-IoT device adjusts its descrambling process based on the received sequence. For example, if the UE reader sends a scrambling sequence generated using a different device-specific identifier or configuration parameter value, the A-IoT device will adapt its descrambling process to match the received sequence.

[0084] Acknowledgment Signal Transmission: After decoding the received data and checking for errors, the A-IoT device sends an acknowledgment signal back to the UE Reader / gNB. This signal can vary based on the size of the received data and the presence or absence of CRC bits and code block segmentation. For example, if the A-IoT device receives a large-sized data packet with code block segmentation and CRC bits, the acknowledgment signal might include information about the number of code blocks and the results of the CRC error detection.

[0085] 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) .

[0086] 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.

[0087] 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.

[0088] The architecture of Device A includes the following components:

[0089] · A low pass filter (LPF) for suppressing adjacent sub-carrier interference (ASCI) and adjacent carrier interference (ACI)

[0090] · An envelope detector (ED) to support On-Off Keying (OOK) -based signals

[0091] · An analog to digital converter (ADC) for digital baseband processing

[0092] · A digital baseband (DBB) for sequence matching

[0093] · A modulator (switch) controlled by the incoming signal to add payload data for OOK modulation

[0094] · A radio frequency energy harvester to convert RF signals into an energy source

[0095] 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.

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

[0097] · An LPF for suppressing ASCI and ACI

[0098] · An ED to support OOK-based signals

[0099] · An ADC for digital baseband processing

[0100] · A DBB for sequence matching

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

[0102] · An RF energy harvester to convert RF signals into an energy source

[0103] · Additional energy harvesters for different types of ambient power sources, such as RF radio, solar energy, thermal energy, and piezoelectric power

[0104] · Energy storage, such as capacitors and solid-state batteries

[0105] · A reflection amplifier to amplify the input signal to the tag and the backscattered signal towards the reader

[0106] 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.

[0107] The architecture of Device C includes the following components:

[0108] · An LPF for suppressing ASCI and ACI

[0109] · An ED to support OOK-based signals

[0110] · An ADC for digital baseband processing

[0111] · A DBB for synchronization, payload decoding, and cyclic redundancy check (CRC)

[0112] · An RF energy harvester to convert RF signals into an energy source

[0113] · Additional energy harvesters for different types of ambient power sources, such as RF radio, solar energy, thermal energy, and piezoelectric power

[0114] · Energy storage, such as capacitors and solid-state batteries

[0115] · A low-noise amplifier (LNA) and power amplifier (PA) to amplify reception and transmission signals

[0116] The invention presents an innovative air interface for communication between User Equipment (UE) reader or a basestation (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.

[0117] 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.

[0118] 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.

[0119] 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) .

[0120] 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.

[0121] 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 DFT-S-OFDM;leveraging 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;employing 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 DFT-S-OFDM 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 DFT-S-OFDM 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 DFT-S-OFDM 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 DFT-S-OFDM 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, utilizing DFT-S-OFDM;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 DFT-S-OFDM 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 DFT-S-OFDM 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 DFT-S-OFDM 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 DFT-S-OFDM 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 DFT-S-OFDM provision configuration period, ensuring all provision block indexes are provided at least once within this period.

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