Synchronization method of IoT communication and related apparatus

Abstract

A synchronization method performed by an intermediate node user equipment (UE) of an Internet of Things (IoT) communication between a base station and an IoT device includes transmitting, to the IoT device, at least one of a synchronization signal (SS) and a preamble sequence, wherein the SS is transmitted periodically or a burst of one or more SS is transmitted in a frequency channel for IoT downlink (DL) communication, and at least one of the SS and the preamble sequence is transmitted prior to or at a beginning of an IoT DL data and signaling transmission, and transmitting, to the IoT device, the IoT DL data and signaling transmission.

Description

SYNCHRONIZATION METHOD OF IOT COMMUNICATION AND RELATED APPARATUSBACKGROUND OF DISCLOSURE1. Field of the Disclosure

[0001] The present disclosure relates to the field of communication systems, and more particularly, to a synchronization method of Internet of Things (IoT) communication, a base station, an IoT device, and a related apparatus, which can provide a good communication performance and / or provide high reliability.2. Description of the Related Art

[0002] In the past two decades, wireless communication for interconnecting millions or even billions of small and low power consumption devices or things with reduced capability to create “Internet of Things” (IoT) has attracted much attention and development in communication standard forums and deployment across various industries. When many of these IoT devices are interconnected to a network, which could be a local area private network for inventory in a warehouse or a wide area public network for transportation within / across cities, it can greatly improve productivity efficiency in an organization and increase comforts of life at home. Today a very commonly used IoT technology is Radio Frequency IDentification (RFID) , which typical consists of a reader and tags attached to objects. RFID tags are used in many areas, such as tracking production progress through the assembly line, identifying objects / containers in warehouses and logistics, charging road tolls from vehicles using eTags, authenticating passengers using ePassport in airports, etc.

[0003] However, the technology of RFID is primarily used for identification of objects, assets, people or animals from emitting a tag ID, the reading range is limited to just a few meters and it requires handheld scanning which leads to labor intensive and time-consuming operations or costly deployments of RFID portals / gates. Other IoT technologies include NarrowBand-IoT (NB-IoT) and massive Machine Type Communication (mMTC) developed by 3rd generation partnership project (3GPP) , which can provide much higher data rates and communication range / coverage, but at a cost of higher power consumption and implementation complexity. In turn, this translates into a higher device price and requires a battery to operate that needs to be replaced or recharged manually, which leads to high maintenance cost, serious environmental issues, and even safety hazards for some use cases.

[0004] Therefore, there is a need for a synchronization method of Internet of Things (IoT) communication, a base station, an IoT device, and a related apparatus, which can solve issues in the prior art and other issues.SUMMARY

[0005] In a first aspect of the present disclosure, a synchronization method performed by an intermediate node user equipment (UE) of an Internet of Things (IoT) communication between a base station and an IoT device includes transmitting, to the IoT device, at least one of a synchronization signal (SS) and a preamble sequence, wherein the SS is transmitted periodically or a burst of one or more SS is transmitted in a frequency channel for IoT downlink (DL) communication, and at least one of the SS and the preamble sequence is transmitted prior to or at a beginning of an IoT DL data and signaling transmission; and transmitting, to the IoT device, the IoT DL data and signaling transmission.

[0006] In a second aspect of the present disclosure, a synchronization method performed by an intermediate node user equipment (UE) of an Internet of Things (IoT) communication between a base station and an IoT device includes determining a carrier wave transmission initiated by a carrier wave node (CWN) controlled by the intermediate node UE or the base station; and using a control signaling to indicate at least one parameter for carrier wave transmission, wherein the carrier wave transmission is prior to a scheduled IoT UL transmission.

[0007] In a third aspect of the present disclosure, a synchronization method performed by an Internet of Things (IoT) device includes receiving, from an intermediate node user equipment (UE) of an IoT communication between a base station and the IoT device, at least one of a synchronization signal (SS) and a preamble sequence, wherein the SS is transmitted periodically or a burst of one or more SS is transmitted in a frequency channel for IoT downlink (DL) communication, and at least one of the SS and the preamble sequence is transmitted prior to or at a beginning of an IoT DL data and signaling transmission; and receiving, from the intermediate node UE, the IoT DL data and signaling transmission.

[0008] In a fourth aspect of the present disclosure, a synchronization method performed by an Internet of Things (IoT) device includes receiving a carrier wave transmission initiated by a carrier wave node (CWN) controlled by a base station or an intermediate node user equipment (UE) of an IoT communication between the base station and the IoT device; and using a control signaling to indicate at least one parameter for carrier wave transmission, wherein the carrier wave transmission is prior to a scheduled IoT UL transmission.

[0009] In a fifth aspect of the present disclosure, an intermediate node user equipment (UE) includes a memory, a transceiver, and a processor coupled to the memory and the transceiver. The intermediate node UE is configured to perform the above method.

[0010] In a sixth aspect of the present disclosure, an Internet of Things (IoT) device includes a memory, a transceiver, and a processor coupled to the memory and the transceiver. The IoT device is configured to perform the above method.

[0011] In a seventh aspect of the present disclosure, a non-transitory machine-readable storage medium has stored thereon instructions that, when executed by a computer, cause the computer to perform the above method.

[0012] In an eighth aspect of the present disclosure, a chip includes a processor, configured to call and run a computer program stored in a memory, to cause a device in which the chip is installed to execute the above method.

[0013] In a ninth aspect of the present disclosure, a computer readable storage medium, in which a computer program is stored, causes a computer to execute the above method.

[0014] In a tenth aspect of the present disclosure, a computer program product includes a computer program, and the computer program causes a computer to execute the above method.

[0015] In an eleventh aspect of the present disclosure, a computer program causes a computer to execute the above method.BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS

[0016] In order to illustrate the embodiments of the present disclosure or related art more clearly, the following figures may be described in the embodiments are briefly introduced. It is obvious that the drawings are merely some embodiments of the present disclosure, a person having ordinary skill in this field can obtain other figures according to these figures without paying the premise.

[0017] FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a first Ambient-IoT (A-IoT) communication topology according to an embodiment of the present disclosure.

[0018] FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a second A-IoT communication topology according to an embodiment of the present disclosure.

[0019] FIG. 3 is a block diagram of a base station, an IoT device, and an intermediate node user equipment (UE) of communication in a communication network system according to an embodiment of the present disclosure.

[0020] FIG. 4 is a flowchart illustrating a synchronization method of Internet of Things (IoT) communication performed by an intermediate node user equipment (UE) according to an embodiment of the present disclosure.

[0021] FIG. 5 is a flowchart illustrating a synchronization method of IoT communication performed by an intermediate node UE according to an embodiment of the present disclosure.

[0022] FIG. 6 is a flowchart illustrating a synchronization method of IoT communication performed by an IoT device according to an embodiment of the present disclosure.

[0023] FIG. 7 is a flowchart illustrating a synchronization method of IoT communication performed by an IoT device according to an embodiment of the present disclosure.

[0024] FIG. 8 is a block diagram of an example of a computing device according to an embodiment of the present disclosure.

[0025] FIG. 9 is a block diagram of a system for wireless communication according to an embodiment of the present disclosure.DETAILED DESCRIPTION OF EMBODIMENTS

[0026] Embodiments of the present disclosure are described in detail with the technical matters, structural features, achieved objects, and effects with reference to the accompanying drawings as follows. Specifically, the terminologies in the embodiments of the present disclosure are merely for describing the purpose of the certain embodiment, but not to limit the disclosure.

[0027] There is a need for a new form / type of IoT devices, the new form / type of IoT devices can be densely deployed (e.g., 150 devices per 100m2) and still manageable by a network communication node. The new form / type of IoT devices supports a communication range of 10-50 m, a maximum data rate of 5 kpbs to convey tag ID, user, sensor and / or location / positioning information, a latency target between 1-10 seconds, infrequent transmissions (once in an hour / day / week) , and a positioning accuracy of 1-3 meters for indoor and several tends of meters for outdoor.

[0028] Additionally, the new form / type of IoT devices, once deployed, may be able to operate for a very long period of time without the need of a battery (e.g., for years) , such that the maintenance and operation costs are minimized, the form factor of a device can be small for easy application (e.g., sticker type of tags) and the device is safe to operate everywhere. As such, this gives rise to ambient powered IoT devices, where the device without any battery is powered purely by radio energy transmitted by a data communication triggering node (e.g., base station (BS) , user equipment (UE) ) or an external carrier wave node. But an Ambient-IoT (A-IoT) device may be equipped with a storage for energy harvested from radio waves for data processing and radio transmission at a later time.

[0029] As observed from the above operation requirements (coverage, data type and data rate, latency, transmission frequency and positioning) , which are higher than RFID, the intended use cases for A-IoT devices include: 1. Indoor inventory: automated warehousing, medical instruments inventory management and positioning, non-public network for logistics, automobile manufacturing, airport terminal / shipping port, smart homes, automated supply chain distribution, fresh food supply chain, end-to-end logistics, electronic shelf label. 2. Indoor command: online modification of medical instruments status, device activation and deactivation,  elderly health care, device permanent deactivation.

[0030] Types of A-IoT devices / tags:

[0031] Considering the limited size and complexity required by practical applications for battery less A-IoT devices with no energy storage capability or A-IoT devices with limited energy storage that do not need to be replaced or recharged manually, the output power of energy storage unit is typically from a few μW to a few hundreds of μW. In general, it is expected that A-IoT devices are categorized into the following types.

[0032] 1. Lower peak power consumption A-IoT devices / tags (a few μW) are equipped with energy storage, neither downlink (DL) nor uplink (UL) amplification in the device. Device’s UL transmission is backscattered on a carrier wave provided externally.

[0033] 2. Higher peak power consumption A-IoT devices / tags (a few hundreds of μW) has energy storage, both DL and / or UL amplification in the device. The device’s UL transmission may be generated internally by the device, or be backscattered on a carrier wave provided externally.

[0034] A-IoT communication topologies:

[0035] FIG. 1 illustrates a first Ambient-IoT (A-IoT) communication topology according to an embodiment of the present disclosure. That is topology 1: Direct data and signaling communication between BS and A-IoT devices. FIG. 2 illustrates a second Ambient-IoT (A-IoT) communication topology according to an embodiment of the present disclosure. That is topology 2: Data and signaling communication between BS and A-IoT devices via an intermediate node. Different from RFID devices, where a handheld reader or an expensive RFID portal / gate is used to obtain ID information from the tags, A-IoT devices are expected to exchange data and signaling information with a base station (BS) directly or via an intermediate node acting like an information relay / transfer point as shown by the above Topology 1 and Topology 2 illustrations.

[0036] In Topology 1 (direct communication between BS and A-IoT) , A-IoT devices / tags directly communicates in both directions (DL and UL) with a BS. The communication between the BS and A-IoT devices / tags includes data information (e.g., tag IDs, sensor information, positioning, etc. ) and signaling information (paging, random access, configuration details, scheduling information, etc. ) The carrier wave node has two main functions in Topology 1; one it provides to A-IoT devices additional energy that is needed for processing DL information from the BS and performing UL transmission to the BS when the separation distance is far (i.e., pathloss is high) ; second it provides a UL carrier wave on which A-IoT devices perform backscattering transmission to resolve a full-duplex and a spectrum usage regulation issue when a Frequency Division Duplexing (FDD) spectrum band is used for A-IoT operation. Since the BS directly communicates with A-IoT devices / tags to exchange commands and data information, it is also commonly referred to as the ‘reader’ in A-IoT communication.

[0037] In Topology 2 (indirect communication between the base station (BS) and A-IoT devices via an intermediate node) , the intermediate node (which could be a user equipment (UE) or a repeater) under the BS's control relays or transfers data and signaling information between the BS and the A-IoT devices. The intermediate node UE communicates directly with the BS and relays information from the A-IoT devices to the BS over the existing cellular Uu interface for both downlink (DL) and uplink (UL) . For simplicity, this bidirectional communication between the BS and the intermediate node is referred to as “intermediate UE DL and UL” or “Uu DL and UL. ” The intermediate node UE also communicates directly with the A-IoT devices, relaying information from the BS to the A-IoT devices. For simplicity, this bidirectional communication is referred to as “A-IoT device DL and UL. ” In Topology 2, A-IoT devices harvest radio energy transmitted from the intermediate node UE to power data / signaling processing and A-IoT device UL transmissions. When an FDD spectrum band is used for A-IoT operation, both A-IoT device DL and UL transmissions are expected to occur on an uplink frequency carrier. Topology 2 is typically used in scenarios where the base station (BS) is located outdoors, and A-IoT devices are located indoors. In this setup, an intermediate UE facilitates communication between the BS and the A-IoT devices.

[0038] As seen in both Topology 1 and Topology 2, there is only one central communication node (i.e., a ‘reader’ ) that exchange commands and data information directly with A-IoT devices / tags, for simplicity, let’s refer this bidirectional communication between the reader and A-IoT devices / tags as “reader-to-device” (R2D) and “device-to-reader” (D2R) communications. And let’s further define the communication channel in the physical layer for transmitting command, control and data information in R2D communication as “physical reader device channel” (PRDCH) and the communication channel in the physical layer for transmitting response, control and data information in D2R communication as “physical device reader channel” (PDRCH) .

[0039] Downlink and uplink resource allocation and scheduling in cellular communication:

[0040] In cellular communication, when a user equipment (UE) is in the radio resource control (RRC) connected state with a serving base station (BS) , such as a 5th Generation (5G) New Radio (NR) gNB, the allocation of resource blocks (RBs) and timings (i.e., symbols and slots) for downlink (DL) transmissions (gNB transmitting and UE receiving) and uplink (UL) transmissions (UE transmitting and gNB receiving) to / from one or multiple UEs in a cell is fully managed and controlled by the serving gNB.

[0041] For resource allocation and scheduling in cellular DL over the Uu interface, the process is simpler than cellular UL where it does not require UE to send a scheduling request and a buffer status report (BSR) . In both cellular DL and cellular UL, dynamic scheduling and configured scheduling modes are supported.

[0042] In cellular DL, dynamic scheduling mode is the mechanism in which gNB schedules each and every time and frequency resource for physical downlink shared channel (PDSCH) transmission to a UE via downlink control information (DCI) carried in physical downlink control channel (PDCCH) . In configured scheduling mode, which is called semi-persistent scheduling (SPS) for cellular DL, gNB configures a set of time and frequency resources and parameters necessary for PDSCH scheduling using RRC (RRC setup or RRC reconfiguration) , and sends a DCI to activate SPS transmissions in the DL. As such, gNB schedules PDSCH without using DCI for every transmission to greatly reduce the load of physical (PHY) and medium access control (MAC) scheduling.

[0043] In cellular UL, dynamic scheduling mode operates in the same manner as cellular DL, except that UE needs to firstly send scheduling request (SR) and buffer status report (BSR) to gNB to request resource (s) for physical uplink shared channel (PUSCH) transmission. The gNB then schedules each and every UL transmission in PUSCH via DCI. In configured scheduling mode, which is called configured grant (CG) for cellular UL, two different types of mechanism called Type 1 and Type 2 are supported in 5G-NR.

[0044] 1. Type 1 CG: gNB configures using RRC a set of time and frequency resources and parameters necessary for PUSCH transmissions, and UE is expected to transmit PUSCH without any DCI trigger / indication.

[0045] 2. Type 2 CG: gNB firstly configures using RRC a set of time and frequency resources and parameters necessary for PUSCH transmissions. When gNB schedules / grants UE to transmit PUSCH using Type 2 CG resources, it sends an activation command in DCI; otherwise, it sends a deactivation DCI to stop PUSCH transmission.

[0046] Synchronization in cellular communication:

[0047] In cellular communication, it is essential for UEs (e.g., a smartphone UE after power on or moving from one cell to another) to perform cell selection and re-selection procedures to constantly search for a “best cell” to camp on or to be connected with in order to have a best available link quality and service. To achieve this, a UE can first identify all detectable cells (e.g., 3G, 4G, 5G, etc. ) , determine which cells are accessible (as some cells may be barred from access and some may belong to a different cellular network operator) and measure which cell provides the best signal strength (among the ones that are accessible to the UE) . Once this process is completed, the UE makes a connection to the network (e.g., a gNB) and reports its measurements to finalize the cell camping or cell handover procedure. As described, this entire process includes cell searching and communication with a gNB. To provide all these functionalities to the UE in a cellular communication system, synchronization signals and essential system information are constantly and periodically broadcasted by a cell’s BS.

[0048] The synchronization signals transmitted by the BS primarily serve a few essential functions in a 5G cellular system, including at least one of the followings.

[0049] 1. Enable UE identification of a radio carrier frequency within a spectrum band and maintaining UE’s frequency synchronization to the cell’s radio carrier.

[0050] 2. Provide a reference point in time for which UEs are able to determine and derive radio communication frame, subframe and slot boundaries (time synchronization) .

[0051] 3. Support beam sweeping and beam management operation when UE reports a best synchronization signal block index.

[0052] In a frequency division duplex (FDD) spectrum band, the communication between BS and UEs in a cell is carried out over a pair of a DL and a UL frequency carrier. Due to spectrum regulations, the BS transmits (UE receive) all signals and channels only in the DL carrier, and UEs transmit (BS receive) in the UL carrier. As such, all UEs in a cell need to firstly monitor and detect synchronization signals transmitted from the BS to achieve both frequency and time synchronization to the cell’s DL carrier. Then based on a pre-defined frequency separation between DL and UL frequency carriers in a FDD band, a UE derives the exact frequency for the UL carrier of the cell, tunes its radio frequency (RF) oscillator to the desired / derived frequency, and transmits in the UL carrier at a radio frame and slot timing that are aligned with the DL carrier. In a time division duplex (TDD) spectrum band, on the other hand, DL (BS transmit) and UL (UE transmit) communication between the BS and UEs in a cell is performed on a same frequency carrier but separated in different time instances (i.e., subframes or slots) to avoid a full duplexer issue. Since the same carrier frequency is used in both DL and UL, the synchronization signals transmitted in the DL is directly used by UEs in setting the UL carrier frequency. Thus, no frequency tuning or retuning is required in the UE RF oscillator to perform UL transmissions. As seen, in both FDD and TDD cellular systems, the carrier frequency and timing in which the UE performs its UL transmissions are fully relied and derived base on the DL synchronization signals transmitted from the cell’s BS. Due to mobility of UEs moving across different cells, new UEs could power-on at any time in a cell, and existing idle and connected UEs need to constantly monitor and measure signal strength of neighbor cells all the time, the synchronization signals are always and constantly transmitted by the BS to support these functions.

[0053] In some embodiments of the present disclosure, downlink and uplink synchronization methods for an IoT device / tag to communicate with an intermediate node UE relaying / forwarding IoT DL and UL communications between a BS and the IoT device / tag, it is proposed that the methods for synchronization in both the frequency and the time domains to a IoT downlink and IoT uplink carrier are separated and operated independently from each other to resolve an inaccurate DL to UL frequency conversion issue and a sampling frequency offset / error issue. Furthermore, the methods for frequency and time synchronization to an IoT DL carrier involves the intermediate node UE transmitting synchronization signals (SS) periodically and a preamble sequence at the beginning of each IoT DL transmission, or the intermediate node UE transmitting a burst of one or more SS within a time window just prior to the delivery of data and signaling information. For frequency and time synchronization of an IoT device / tag to an IoT UL carrier, it is proposed that a carrier wave / waveform is transmitted by the intermediate node UE or by an external carrier wave node (CWN) . Alternatively, a SS burst can be transmitted by the intermediate node UE within a time window just before a scheduled IoT UL transmission of the IoT device / tag.

[0054] Other benefits from adopting the proposed frequency and time synchronization methods for IoT device / tag in DL and UL communication of a cellular system may further include at least one of followings.

[0055] 1. Accurate and direct synchronization to an IoT DL and IoT UL frequency carriers even for a low-complexity and low-cost IoT device / tag receiver design.

[0056] 2. Fast energy charging and power-ON IoT devices / tags only at the timing when the intermediate node UE needs to transmit data and signaling information in the IoT DL or when a IoT device / tag needs to perform IoT UL transmission to the intermediate node UE. Hence the proposed synchronization methods provide a resource and power efficient operation.

[0057] FIG. 3 illustrates that, in some embodiments, a base station 10 (such as an IoT reader) , an IoT device 20, and an intermediate node user equipment (UE) 30 of communication in a communication network system 40 according to an embodiment of the present disclosure are provided. The communication network system 40 includes the base station 10, the IoT device 20, and the intermediate node UE 30. The base station 10 may include a memory 12, a transceiver 13, and a processor 11 coupled to the memory 12 and the transceiver 13. The IoT device 20 may include a memory 22, a transceiver 23, and a processor 21 coupled to the memory 22 and the transceiver 23. The intermediate node UE 30 may include a memory 32, a transceiver 33, and a processor 31 coupled to the memory 32 and the transceiver 33. The processor 11, 21, or 31 may be configured to implement proposed functions, procedures and / or methods described in this description. Layers of radio interface protocol may be implemented in the processor 11, 21, or 31. The memory 12, 22, or 32 is operatively coupled with the processor 11, 21, or 31 and stores a variety of information to operate the processor 11, 21, or 31. The transceiver 13, 23, or 33 is operatively coupled with the processor 11, 21, or 31 and transmits and / or receives a radio signal.

[0058] The processor 11, 21, or 31 may include application-specific integrated circuit (ASIC) , other chipset, logic circuit and / or data processing device. The memory 12, 22, or 32 may include read-only memory (ROM) , random access memory (RAM) , flash memory, memory card, storage medium and / or other storage device. The transceiver 13, 23, or 33 may include baseband circuitry to process radio frequency signals. When the embodiments are implemented in software, the techniques described herein can be implemented with modules (e.g., procedures, functions, and so on) that perform the functions described herein. The modules can be stored in the memory 12, 22, or 32 and executed by the processor 11, 21, or 31. The memory 12, 22, or 32 can be implemented within the processor 11, 21, or 31 or external to the processor 11, 21, or 31 in which case those can be communicatively coupled to the processor 11, 21, or 31 via various means as is known in the art.

[0059] In some embodiments, the transceiver 23 is configured to receive, from the intermediate node UE 30 of an IoT communication between the base station 10 and the IoT device 20, at least one of a synchronization signal (SS) and a preamble sequence, wherein the SS is transmitted periodically or a burst of one or more SS is transmitted in a frequency channel for IoT downlink (DL) communication, and at least one of the SS and the preamble sequence is transmitted prior to or at a beginning of an IoT DL data and signaling transmission, and the transceiver 23 is configured to receive, from the intermediate node UE 30, the IoT DL data and signaling transmission. This can solve issues in the prior art and other issues and / or improve communication performance and reliability.

[0060] In some embodiments, the transceiver 23 is configured to receive a carrier wave transmission initiated by a carrier wave node (CWN) controlled by the base station 10 or the intermediate node UE 30 of an IoT communication between the base station 10 and the IoT device 20, and the processor 21 is configured to use a control signaling to indicate at least one parameter for carrier wave transmission, wherein the carrier wave transmission is prior to a scheduled IoT UL transmission. This can solve issues in the prior art and other issues and / or improve communication performance and reliability.

[0061] In some embodiments, the transceiver 33 is configured to transmit, to the IoT device 20, at least one of a synchronization signal (SS) and a preamble sequence, wherein the SS is transmitted periodically or a burst of one or more SS is transmitted in a frequency channel for IoT downlink (DL) communication, and at least one of the SS and the preamble sequence is transmitted prior to or at a beginning of an IoT DL data and signaling transmission, and the transceiver 33 is configured to transmit, to the IoT device 20, the IoT DL data and signaling transmission. This can solve issues in the prior art and other issues and / or improve communication performance and reliability.

[0062] In some embodiments, the processor 31 is configured to determine a carrier wave transmission initiated by a carrier wave node (CWN) controlled by the intermediate node UE 30 or the base station 10, and the processor 31 is configured to use a control signaling to indicate at least one parameter for carrier wave transmission, wherein the carrier wave transmission is prior to a scheduled IoT UL transmission. This can solve issues in the prior art and other issues and / or improve communication performance and reliability.

[0063] FIG. 4 illustrates a synchronization method 410 for Internet of Things (IoT) communication performed by an intermediate node UE according to an embodiment of the present disclosure. In some embodiments, the method 410 includes: an operation 412, transmitting, to the IoT device, at least one of a synchronization signal (SS) and a preamble sequence, wherein the SS is transmitted periodically or a burst of one or more SS is transmitted in a frequency channel for IoT downlink (DL) communication, and at least one of the SS and the preamble sequence is transmitted prior to or at a beginning of an IoT DL data and signaling transmission, and an operation 414, transmitting, to the IoT device, the IoT DL data and signaling transmission. This can solve issues in the prior art and other issues and / or improve communication performance and reliability.

[0064] In some embodiments, the burst of one or more SS is transmitted in a pre-defined or pre-configured time window prior to the IoT DL data and signaling transmission. In some embodiments, the SS is allocated across an entire pre-configured bandwidth part (BWP) for IoT DL communication. In some embodiments, the SS is allocated a in a fixed or pre-defined frequency location with a bandwidth within a pre-configured BWP. In some embodiments, the SS is allocated a in a fixed or pre-defined frequency location with a bandwidth within a pre-configured BWP, with a frequency offset value. In some embodiments, the preamble sequence is allocated in the channel where the IoT DL data and signaling transmission is transmitted.

[0065] In some embodiments, the term “ / ” can be interpreted to indicate “and / or. ” The term “configured” can refer to “pre-configured” and “network configured” . The term “preset” , “pre-defined” or “pre-defined rules” in the present disclosure may be achieved by pre-storing corresponding codes, tables, or other manners for indicating relevant information in devices. The specific implementation is not limited in the present disclosure. For example, “preset” and “pre-defined” may refer to those defined in a protocol. It is also to be understood that in the disclosure, “protocol” may refer to a standard protocol in the field of communication, which may include, for example, a relevant protocol applied in the future communication system, which is not limited in the present disclosure.

[0066] FIG. 5 illustrates a synchronization method 510 for Internet of Things (IoT) communication performed by an intermediate node UE according to an embodiment of the present disclosure. In some embodiments, the method 510 includes: an operation 512, determining a carrier wave transmission initiated by a carrier wave node (CWN) controlled by the intermediate node UE or the base station, and an operation 514, using a control signaling to indicate at least one parameter for carrier wave transmission, wherein the carrier wave transmission is prior to a scheduled IoT UL transmission. This can solve issues in the prior art and other issues and / or improve communication performance and reliability.

[0067] In some embodiments, the control signaling includes a downlink control information (DCI) , an uplink control information (UCI) , or an Ambient-IoT control information (ACI) . In some embodiments, the at least one parameter for carrier wave transmission includes a start timing, a transmission duration, and / or a frequency channel for carrier wave transmission. In some embodiments, the carrier wave transmission continues for at least an entire duration of the scheduled IoT UL transmission. In some embodiments, the SS is transmitted in the same frequency channel as the scheduled IoT UL transmission. In some embodiments, the frequency channel does not overlap with a channel of the scheduled IoT UL transmission. In some embodiments, a frequency shift to the frequency channel is performed to align with a channel of the scheduled IoT UL transmission. In some embodiments, the carrier wave transmission initiated by the CWN is based on a trigger from the intermediate node UE or the base station

[0068] FIG. 6 illustrates a synchronization method 610 for Internet of Things (IoT) communication performed by an IoT device according to an embodiment of the present disclosure. In some embodiments, the method 610 includes an operation 612, receiving, from an intermediate node user equipment (UE) of an IoT communication between a base station and the IoT device, at least one of a synchronization signal (SS) and a preamble sequence, wherein the SS is transmitted periodically or a burst of one or more SS is transmitted in a frequency channel for IoT downlink (DL) communication, and at least one of the SS and the preamble sequence is transmitted prior to or at a beginning of an IoT DL data and signaling transmission, and an operation 614, receiving, from the intermediate node UE, the IoT DL data and signaling transmission. This can solve issues in the prior art and other issues and / or improve communication performance and reliability.

[0069] In some embodiments, the burst of one or more SS is transmitted in a pre-defined or pre-configured time window prior to the IoT DL data and signaling transmission. In some embodiments, the SS is allocated across an entire pre-configured bandwidth part (BWP) for IoT DL communication. In some embodiments, the SS is allocated a in a fixed or pre-defined frequency location with a bandwidth within a pre-configured BWP. In some embodiments, the SS is allocated a in a fixed or pre-defined frequency location with a bandwidth within a pre-configured BWP, with a frequency offset value. In some embodiments, the preamble sequence is allocated in the channel where the IoT DL data and signaling transmission is transmitted.

[0070] FIG. 7 illustrates a synchronization method 710 for Internet of Things (IoT) communication performed by an IoT device according to an embodiment of the present disclosure. In some embodiments, the method 710 includes: an operation 712, receiving a carrier wave transmission initiated by a carrier wave node (CWN) controlled by a base station or an intermediate node user equipment (UE) of an IoT communication between the base station and the IoT device, and an operation 714, using a control signaling to indicate at least one parameter for carrier wave transmission, wherein the carrier wave transmission is prior to a scheduled IoT UL transmission. This can solve issues in the prior art and other issues and / or improve communication performance and reliability.

[0071] In some embodiments, the control signaling includes a downlink control information (DCI) , an uplink control information (UCI) , or an Ambient-IoT control information (ACI) . In some embodiments, the at least one parameter for carrier wave transmission includes a start timing, a transmission duration, and / or a frequency channel for carrier wave transmission. In some embodiments, the carrier wave transmission continues for at least an entire duration of the scheduled IoT UL transmission. In some embodiments, the SS is transmitted in the same frequency channel as the scheduled IoT UL transmission. In some embodiments, the frequency channel does not overlap with a channel of the scheduled IoT UL transmission. In some embodiments, a frequency shift to the frequency channel is performed to align with a channel of the scheduled IoT UL transmission. In some embodiments, the carrier wave transmission initiated by the CWN is based on a trigger from the intermediate node UE or the base station

[0072] Examples:

[0073] In IoT communication Topology 2, where an intermediate node UE relays / forwards all DL and UL data and signaling information between the BS and an IoT device / tag, as mentioned earlier the communication between the BS and the intermediate node UE is expected to directly reuse the existing cellular Uu DL and UL mechanism (including frequency and time synchronization) . On the other hand, the new communication link between the intermediate node UE and the IoT device / tag (let’s refer to this bidirectional communication interface as “IoT DL” and “IoT UL” ) has not yet been defined and specified.

[0074] Two technical aspects that needs to be addressed firstly may include 1) how to charge / power-ON the IoT device / tag in order to receive or transmit anything from / to the intermediate node UE, and 2) how to perform a synchronization between the intermediate node UE and the IoT device / tag for the new communication link in the domains of frequency and time.

[0075] As mentioned earlier, the frequency carrier (s) to be used for the new communication link ( “IoT DL” and “IoT UL” ) is expected to be allocated in the UL frequency spectrum of a FDD frequency band, since certain regional regulations on the FDD spectrum usage do not permit a non-fixed node (e.g., devices / terminals with mobility) to transmit in the DL frequency spectrum. In this invention disclosure, no assumption is made on whether the communication over the “IoT DL” and “IoT UL” directions may be on a same or different UL frequency carriers. In any case, frequency and time synchronization is necessary in both directions in order for the communication to occur.

[0076] For the new communication link between the intermediate node UE and the IoT device / tag , it is essential for the IoT device / tag to be in sync with the intermediate node UE in both frequency and time domains such that they are able to communicate on the same carrier frequency (ies) , to transmit and receive at a right timing (s) to deliver data and signaling messages, to minimize mutual interference among IoT devices, and to avoid any interference to the normal cellular operation of the BS and UEs in neighbor cells. As described earlier, the frequency and time synchronization between the BS and the intermediate node UEs can be achieved over the Uu interface by relying just on the BS transmitting synchronization signal (SS) only on a DL frequency carrier.

[0077] However, due to frequency oscillator design needs to be of a low complexity that is typically prone to sampling time error and amplitude instability in battery-less IoT device transceivers (i.e., not a crystal oscillator) , the frequency conversion from receiving a synchronization signal (SS) in the IoT DL carrier for signal transmissions in the IoT UL carrier by the IoT device / tag is expected to be inaccurate and unreliable for use, if these two carriers are on a different frequency to each other and the frequency separation is large.

[0078] When the channel bandwidth (BW) for low data rate IoT communication in both the IoT DL and IoT UL directions is expected to be around 180kHz only, a frequency conversion error of a few hundreds of kHz means IoT UL transmissions from IoT devices are likely to be completely mis-detected by the intermediate node UE, and furthermore, created undesirable interference to the neighbor cell carriers. Therefore, a more reliable and accurate frequency synchronization mechanism is needed for IoT communication in a cellular environment.

[0079] Moreover, as the data and signaling exchange between the intermediate node UE and the IoT device / tag is expected to be very infrequent (e.g., to deliver control information, device / tag ID and sensor information type traffic once in a few hours or days) and it is not essential for the intermediate node UE to perform device tracking and support device mobility during the communication, at most of the time the IoT device / tag is likely to be in a power-OFF state.

[0080] As such, it seems on one hand a constant transmission of SS by the intermediate node UE to the IoT device / tag as in the normal / existing cellular communication appears to be unnecessary, wasteful in intermediate node UE’s battery power and inefficiency in resource utilization and reuse for IoT communication. On the other hand, the battery-less IoT device needs to first harvest energy in order to power / drive its RF receiver and transmitter circuitries (but some energy storage capacity can be expected) , sending SS only during the time of communication from the intermediate node UE may not be sufficient to provide all the required energy to the IoT device / tag. Therefore, a solution is needed to provide energy wirelessly to the IoT device / tag so that the device / tag is able to detect SS and perform frequency and timing synchronization for the IoT DL reception and its IoT UL transmission.

[0081] In Topology 2 of IoT communication where the data and signaling information exchange between an intermediate node UE and an IoT device / tag in the IoT DL direction is to be carried out directly, it is essential that the frequency and frame / slot timing of the IoT DL carrier from the intermediate node UE are precisely synchronized at the IoT device / tag without delay, especially when the data and control signaling information from the BS and relayed / forwarded by the intermediate node UE could be performed at any time. As such, the synchronization signals for IoT DL communication may be transmitted directly from the intermediate node UE (i.e., instead of the BS) for fast and accurate frequency and time synchronization at the IoT device / tag.

[0082] On the other hand, IoT UL transmissions from the IoT device / tag have a different traffic pattern and could be performed on a different carrier frequency to the IoT DL communication. As detailed earlier, IoT UL transmissions from IoT devices / tags are triggered / reactive based type of communication, where an IoT device / tag does not actively initiate and generate data information on its own and communicate to the BS via the intermediate node UE. Only in some cases when an inventory or query type of communication is received from the BS (e.g., requesting for device / tag ID, sensor or location data) , an IoT device / tag that meets the query criteria will respond and transmit in the IoT UL with queried information.

[0083] In other cases, such as command / instruction type of communication from the BS and relayed by the intermediate node UE (e.g., turn off the light, deactivating a device / tag) , no response from the IoT device / tag is necessary and hence no IoT UL transmission will be performed. As seen, not every IoT DL communication from the BS / intermediate node UE will always have a corresponding IoT UL transmission from an IoT device / tag. Therefore, the frequency and timing synchronization to the IoT UL carrier for an IoT device / tag is not always necessary and the device may conserve energy whenever possible from not performing a synchronization procedure for IoT UL based on an IoT DL transmission from the intermediate node UE.

[0084] Furthermore, due to the frequency conversion error from utilizing a received SS on the IoT DL carrier for tuning the RF oscillator to transmit on an IoT UL carrier is deemed inaccurate for a higher peak power consumption IoT device / tag and backscattering in the IoT UL is highly influenced by the timing when the carrier waveform is received for a lower peak power consumption IoT device / tag, hence, the mechanism and operation for IoT UL synchronization that may be performed by the IoT device / tag for transmissions on a IoT UL carrier may not be based on the SS transmitted in the IoT DL.

[0085] Due to the above reasons and limitations of IoT devices / tags, in some embodiments of the present disclosure of frequency and timing synchronization methods for IoT device communication in a cellular system, it is proposed that the mechanism for synchronizing an IoT device / tag’s carrier frequency and timing in the IoT DL to receive transmissions from the intermediate node UE and synchronizing in the IoT UL to transmit information response to the intermediate node UE are separated and independently operated from each other.

[0086] The separated synchronization mechanisms for IoT DL and IoT UL are based on different SS or signals transmitted by the intermediate node UE. That is, the mechanism and method by which an IoT device / tag acquire its frequency and timing synchronization to an IoT DL carrier transmitted from the intermediate node UE for receiving IoT DL communication are proposed in this disclosure to be different and not associated to the synchronization mechanism and method used by the IoT device / tag to transmit in an IoT UL carrier to the intermediate node UE for IoT UL communication.

[0087] Proposed device synchronization methods for IoT DL communication:

[0088] As detailed previously, a battery-less IoT device or tag operates purely on ambient energy harvested from RF signal radiated in the frequency spectrum that the device / tag is designed to function. For example, when an IoT device / tag is tuned to receive IoT DL or perform IoT UL backscattering transmission in a particular UL frequency spectrum (e.g., 900MHz RF band) , then the ambient energy in radio signals transmitted in the tuned frequency spectrum can be harvested by the device / tag for storage (for later use) or to power / drive the device / tag to receive in the IoT DL from the intermediate node UE and / or transmit in the IoT UL to the intermediate node UE.

[0089] As a common law of radio propagation, all radiated RF signal energy degrades / fades with the propagation distance (a. k. a. pathloss) and material penetration / blocking loss (e.g., signals going through a wall) . As such, the longer the distance separation between an intermediate node UE and an IoT device / tag, lesser the ambient energy can be harvested by the device / tag. Typically, the energy / power required to decode IoT DL signals for receiving information from the intermediate node UE is far less than the total energy / power required to transmit in the IoT UL to the intermediate node UE, as the IoT UL transmission process involves not only the encoding of data information but also the actual radiation / transmission of RF signals in a UL carrier (i.e., signal amplification) .

[0090] To power an IoT device / tag, one approach could be using / deploying a wireless power supply / transfer node or a carrier wave node (CWN) to constantly transmit RF signals with high power (if the desired coverage range is large) in the intended operation frequency spectrum of the device / tag, such that the device / tag is always powered ON and ready to receive from the intermediate node UE in the IoT DL at any time) . However, as detailed earlier, this is not an environmentally friendly and cost-effective approach, since the IoT DL communication from the intermediate node UE could be very infrequent. Since the required IoT device / tag processing power of IoT DL signals from the intermediate node UE is not expected to be high, it is proposed that the SS transmitted by the intermediate node UE is primarily used for 2 main purposes / functions in the IoT DL communication.

[0091] 1. Provide wireless energy / charging to power-ON IoT devices / tags in order to synchronize and process IoT DL transmissions from the intermediate node UE.

[0092] 2. Provide a source of reference for IoT devices / tags to perform frequence and timing synchronization to an IoT DL carrier.

[0093] To achieve these two primary functions / objectives from transmitting SS in the IoT DL carrier, the intermediate node UE performs one or a combination of the following two IoT DL synchronization methods.

[0094] IoT DL synchronization method 1:

[0095] As detailed earlier, an IoT device / tag needs to first have sufficient energy stored to “power-ON” , to monitor SS transmitted by the BS and to perform a DL synchronization procedure. When an IoT device / tag does not have sufficient energy in the storage, it relies on the SS transmitted in the IoT DL carrier from the intermediate UE to “charge / obtain” energy prior to performing the DL synchronization procedure. In order to “charge / power-ON” an IoT device / tag for IoT DL synchronization, the intermediate node UE transmits SS periodically with a pre-fined or pre-configured time interval.

[0096] In some embodiments, each periodically transmitted SS provides ambient power to the IoT device / tag for energy storage. Once the IoT device / tag has a sufficient energy in the storage, it utilizes subsequent SS transmissions from the intermediate node UE to perform the DL synchronization procedure in attempt to detect an IoT DL carrier or channel within a pre-defined IoT UL frequency spectrum band in order to receive any data or control signaling information from the intermediate node UE. As mentioned earlier SS may not be constantly transmitted, but once the device / tag is charged by one or more SS transmitted in an IoT DL carrier, the device / tag may be able to detect the subsequent SS transmitted from the intermediate node UE.

[0097] In some embodiments, when the SS is transmitted periodically, the main purpose is to provide / charge IoT devices / tags with sufficient energy to detect subsequent SS transmissions and perform a DL synchronization procedure. But since a periodically transmitted SS may not be immediately followed by a data or control signaling transmission from the intermediate node UE, as detailed earlier, likely there would be a timing drift effect due to a sampling frequency offset / error. When the time separation between a periodically transmitted SS and a data / control signaling transmission is large, the frequency and timing offset could be significant. As such, the acquired frequency and timing synchronization from the periodically transmitted SS would no longer be very precise or precise enough for an IoT device / tag to receive and decode IoT DL data and control signaling information from the intermediate node UE.

[0098] However, the frequency and timing synchronization acquired from the periodical SS would still provide an initial / coarse tuning and tracking of radio frequency and determination of communication radio frame and slot timing for a large-scale of IoT devices / tags to the actual frequency channel where the IoT communication would take place later on. As such, the preamble design for the synchronization fine-tuning could be made simpler and shorter so that the fine-tuning process of frequency and time synchronization at IoT devices / tags for receiving IoT DL data and signaling from the intermediate node UE will be faster.

[0099] After an IoT device / tag has achieved an initial / coarse frequency and time synchronization of a IoT DL carrier or channel, for the synchronization fine-tuning just before a reception of IoT DL data and signaling, a preamble sequence with a fixed / pre-defined bit pattern at the beginning of each IoT DL transmission can provide an opportunity for the IoT device / tag to fine tune both the exact IoT DL carrier frequency and radio frame / slot boundaries for IoT communication.

[0100] IoT DL synchronization method 2:

[0101] In method 2, in order for the intermediate node UE to provide energy charge /  “power-ON” an IoT device / tag and for the device / tag to have sufficient energy stored before the it is able to monitor / process SS transmitted by the intermediate node UE and perform a DL synchronization procedure, the intermediate node UE transmits a burst of one or more SS within a pre-defined or (pre-) configured time window just before an IoT DL data and / or control signaling transmission to the device / tag (e.g., data is carried in a physical downlink shared channel (PDSCH) , control is carried in a physical downlink control channel (PDCCH) ) . The burst of SS’s transmitted in the time window may have a short time gap to each other or forming a back-to-back transmission (e.g., in consecutive multiple symbols) to allow rapid charging of the IoT device / tag.

[0102] The intention of this rapid charging just prior to a data / control transmission is not only for the device / tag to perform the DL synchronization procedure, but also to provide sufficient energy to the device / tag for processing / decoding of the data / control transmission. Once the IoT device / tag has a sufficient energy in the storage from the rapid charging, it utilizes subsequent SS transmissions within the time window from the intermediate node UE to perform the DL synchronization procedure. When an IoT device / tag is charged or has sufficient energy in the storage, the device / tag may perform a DL synchronization procedure to detect the IoT DL carrier or channel within a pre-defined IoT frequency spectrum band and derive / determine boundaries of communication radio frame / slot in order to receive the subsequent IoT DL data or control signaling information from the intermediate node UE.

[0103] Optionally, to provide additional assistance on frequency and time synchronization to the IoT device / tag such that a more precise IoT DL carrier / channel frequency and transmission timing can be obtained, a preamble sequence with a fixed / pre-defined bit pattern at the beginning of each DL transmission can provide an opportunity for the IoT device / tag to fine tune both the exact IoT DL carrier frequency and radio frame / slot boundaries for the IoT DL communication.

[0104] In some embodiments, for the above methods 1 and 2, in the frequency domain, as the band filter design for IoT device / tag receivers is expected to be of a low cost and low complexity, it is very difficult / challenging for the receiver band filter to preciously pass through just the signals that were transmitted by the intermediate node UE in a narrow bandwidth (e.g., a single IoT channel of just 180kHz) and filter out all unwanted transmissions in other / adjacent IoT channels. As such, it is likely the passband of the receiver band filter design will cover the entire frequency spectrum allocated for the IoT DL communication (e.g., 900MHz UL band) . In this case, it is proposed that the SS transmitted by the intermediate node UE follows one of the following allocation schemes in the frequency domain.

[0105] Frequency allocation scheme A: The entire (pre-) configured BW portion / part (BWP) of a frequency carrier allocated for IoT DL communication.

[0106] In some embodiments, when the IoT SS is designed to be of a long sequence, which is beneficial for SS detection, the transmission of the SS in the IoT DL from the intermediate node UE may cover the entire BWP allocated for IoT communication. Since the BWP of an operating IoT carrier is (pre-) configured, it would be simple and straight forward for an IoT device / tag to perform the correlation function over the entire BWP to detect a transmitted SS from the intermediate node UE.

[0107] Frequency allocation scheme B: Only in a fixed / pre-defined or (pre-) configured frequency location with a pre-defined bandwidth (BW) within the (pre-) configured BWP allocated for IoT DL communication. In this frequency allocation scheme for the IoT SS in the IoT DL:

[0108] 1. No floating location in the frequency domain is allowed within the (pre-) configured BWP, as it only adds processing complexity and latency to the IoT device / tag in attempting to synchronize to the IoT DL carrier for IoT communication, since it will require the IoT device / tag to perform the signal correlation processes at multiple frequency locations.

[0109] 2. A frequency offset value (e.g., in number of resource blocks or channels) could be pre-defined or indicated to the IoT devices / tags in advanced (e.g., by means of configuration) such that some flexibility is allowed in the frequency location of a transmitted SS.

[0110] As for the frequency location of the preamble sequence to be transmitted just before a data and / or signaling delivery in the IoT DL from the intermediate node UE, the above two frequency allocation schemes A and B equally applies. Additionally, a frequency allocation scheme C could be employed for the preamble sequence transmission as well is that the sequence is transmitted only in the same IoT channel where the subsequent data and / or signaling information is to be transmitted from the intermediate node UE.

[0111] Proposed device synchronization methods for IoT UL communication:

[0112] In IoT UL communication, where a battery-less IoT device / tag would need more energy / power than the IoT DL operation in order to encode its information data, modulate onto a IoT UL carrier (for backscattering / passive type of devices / tags) or generate an IoT UL frequency carrier by itself (for active type of devices / tags) , and amplify the carrier wave for IoT UL transmission to the intermediate node UE, the ambient energy received and stored from IoT DL transmissions is unlikely to be sufficient to perform these functions. Also, as detailed earlier, the frequency and radio frame / slot timing conversion from the IoT DL synchronization would be inaccurate and unreliable when IoT DL and IoT UL communications are performed on different frequency carriers. Therefore, a different device / tag charging and frequency / time synchronization mechanisms for the IoT UL communication is necessary.

[0113] For IoT UL communication (IoT device / tag transmit and intermediate node UE receive) , although it is expected to operate in the UL frequency spectrum portion of a FDD band (just as IoT DL communication in Topology 2) , the UL frequency carrier could be the same or different to the UL frequency carrier of the IoT DL communication from the intermediate node UE. As such, it is necessary to consider both scenarios (same or different IoT DL and UL frequency carriers) in this invention disclosure.

[0114] In some embodiments, for the scenario of IoT DL and IoT UL communications are operated on a same frequency carrier, since the intermediate node UE cannot operate in a full duplex mode to transmit and receive at the same time on a carrier and IoT UL transmission from an IoT device / tag is always scheduled by the intermediate node UE, hence the operation between IoT DL and IoT UL communications would be in a time-division duplex (TDD) manner (IoT DL first then IoT UL second) . In this kind of TDD operation relationship on a same frequency carrier, it would be impossible for the intermediate node UE to transmit a carrier wave / waveform and to receive a backscattering transmission from the IoT device / tag simultaneously. Therefore, at least for a passive type of IoT device / tag that need to perform backscattering transmission on a provided carrier wave / waveform, it is proposed the frequency and time synchronization for IoT UL communication is based on an external carrier wave node (CWN) to transmit carrier wave / waveform in the IoT frequency carrier / channel where the IoT device / tag is scheduled to perform IoT UL communication / transmission.

[0115] As detailed previously, a continuous transmission of a carrier wave / waveform to constantly provide wireless energy and power-ON an IoT device / tag is not power and resource efficient (since IoT UL communication / transmission does not need to be performed all the time) , not environmentally friendly (due to the constant usage of electrical power) and it may create undesirable interferences to own cell and neighbor cells in the uplink. Therefore, it is also proposed that the transmission of a carrier wave / waveform from the CWN is triggered / initiated only when needed / based on an on-demand basis. When the carrier wave / waveform transmission is initiated by the intermediate node or the BS, the initiation may be a direct control signaling to the CWN using a downlink control information (DCI) format, uplink control information (UCI) format or Ambient-IoT control information (ACI) format with information parameters including one or more of starting timing, transmission time duration, frequency carrier and IoT channel.

[0116] When the transmission of a carrier wave / waveform is triggered based on CWN self-monitoring / detection of a DCI / UCI / ACI scheduling an IoT UL transmission, the starting timing, time duration, frequency carrier and / or IoT channel may be self-determined or derived by the CWN based on the IoT UL scheduling information in DCI / UCI / ACI.

[0117] In some embodiments, the start timing to transmit the carrier wave / waveform may be earlier than the scheduled IoT UL transmission to provide wireless energy and charge / power-on the IoT device / tag in order to perform the scheduled IoT UL transmission. The start timing may be determined by the intermediate node UE or the BS when the transmission of the carrier wave / waveform is initiated by the intermediate node UE or the BS.When the transmission of the carrier wave / waveform is triggered based on CWN self-monitoring / detection of a DCI / UCI / ACI scheduling the IoT UL transmission, the amount of time earlier / prior to the scheduled IoT UL to transmit the carrier wave / waveform may be fixed / pre-defined, (pre-) configured or indicated by the intermediate node UE or the BS. The time duration (or the end timing) of the transmitted carrier wave / waveform may cover at least the entire duration of the scheduled IoT UL transmission.

[0118] The above frequency and time synchronization scheme / method also equally applicable to active type of IoT devices / tags, although these devices / tags are capable of generating a transmission carrier on their own and do not require a carrier wave / waveform to perform a backscattering transmission. In this case, when a carrier wave / waveform is provided by an external CWN for an active type of IoT device / tag on the same carrier / channel as the scheduled IoT UL transmission, the device / tag uses the time period before the scheduled IoT UL transmission for energy charging / power-ON the device / tag and performs a frequency and time synchronization procedure.

[0119] Alternatively, in the present closure it is proposed the frequency and time synchronization for an active type of IoT device / tag for IoT UL communication / transmission is based on a SS burst scheme / mechanism where one or more SS is transmitted by the intermediate node UE within a pre-defined or (pre-) configured time window just before a scheduled IoT UL transmission, such that the SS burst provides the extra energy / power charging that is required for the scheduled IoT UL communication at the IoT device / tag. Furthermore, the SS burst may be transmitted by the intermediate node UE at least in the IoT UL carrier / channel of the scheduled IoT UL transmission so that the SS burst can be used as the reference / basis for fine-tuning the frequency and time synchronization to the IoT UL carrier / channel.

[0120] It may be noted that, since an IoT UL communication is always scheduled by and to be transmitted after an IoT DL communication, once an IoT device / tag has acquired a frequency and time synchronization to the IoT DL carrier (which is the same carrier for the IoT UL communication) , it can be considered and used as a residual synchronization for the IoT UL transmission at a slightly later timing (i.e., due to a scheduling / transmission delay) . As such, the SS burst transmitted by the intermediate node UE just before the scheduled IoT transmission can be used for the synchronization final / fine-tuning.

[0121] In some embodiments, for the scenario of IoT DL and IoT UL communications are operated on different frequency carriers, although from a single IoT device / tag’s perspective that IoT DL and IoT UL communications may still occur in a TDD manner (IoT DL needs to carry out before IoT UL) , but an intermediate node UE would now be able to transmit on one frequency carrier and receive on another simultaneously in a frequency-division duplex (FDD) manner even when both carriers are in the UL frequency spectrum of a frequency band. As such, in the present disclosure, it is proposed that at least for a passive type of IoT device / tag, the intermediate node UE provides / transmits a carrier wave / waveform in a frequency carrier that is not frequency overlap with the frequency carrier or channel of a scheduled IoT UL transmission (e.g., an IoT DL frequency carrier, a different IoT UL frequency carrier / channel) without the need of an external CWN. The IoT device / tag then applies a frequency shift to the provided carrier wave / waveform to the frequency carrier or channel of its scheduled IoT UL transmission and performs a backscattering transmission with modulated data / signaling information to the intermediate node UE.

[0122] By providing a carrier wave / waveform from the intermediate node UE in a frequency carrier / channel that is close to the scheduled IoT UL carrier frequency / channel, the IoT device / tag is able to acquire frequency synchronization to the intermediate node UE. Since the carrier wave / waveform is transmitted directly from the intermediate node UE, the intermediate node UE self-determines the starting time and the time duration for the provided carrier wave / waveform. Similar to the previous scenario, the starting time to provide / transmit the carrier wave / waveform may be earlier than the scheduled IoT UL transmission to provide wireless energy and charging / power-on the IoT device / tag in order to perform the scheduled IoT UL transmission. The time duration (or the end timing) of the provided / transmitted carrier wave / waveform may cover at least the entire duration of the scheduled IoT UL transmission from the IoT device / tag.

[0123] Alternatively, the frequency and time synchronization for IoT UL communication can be achieved for both active and backscattering / passive types of IoT device / tag in the same mechanism / method as described in the above scenario (for IoT DL and UL operating on a same frequency carrier) based on an external CWN providing / transmitting a carrier wave / waveform in the IoT frequency carrier / channel where the IoT device / tag is scheduled to perform IoT UL communication / transmission. But in this case, an external CWN needs to be used.

[0124] As another alternative mechanism / method to perform frequency and time synchronization for an active type of IoT device / tag (capable of self-generating a frequency carrier for transmission without a carrier wave / waveform) in IoT UL communication / transmission, in the present closure it is proposed the synchronization is achieved based on intermediate node UE transmitting a burst of one or more SS within a pre-defined or (pre-) configured time window just before a scheduled IoT UL transmission of a IoT device / tag, such that the SS burst also provides rapid charging of extra energy that is required for the scheduled IoT UL communication at the IoT device / tag. Furthermore, the SS burst may be transmitted by the intermediate node UE at least in the IoT UL carrier / channel of the scheduled IoT UL transmission so that the SS burst can be used as the reference / basis for the frequency and time synchronization to the IoT UL carrier / channel.

[0125] In summary, some embodiments propose multiple methods for enabling an IoT device / tag to achieve frequency and time synchronization for both downlink (DL) and uplink (UL) communications with an intermediate node UE in an IoT system. The proposed solutions leverage synchronization signals (SS) and preamble sequences for precise frequency and time alignment while also utilizing wireless energy harvesting to power the IoT device / tag. For downlink synchronization, the intermediate node UE periodically transmits SS before data delivery, providing both energy charging and synchronization assistance, with additional fine-tuning achieved through a preamble sequence. Various frequency allocation schemes ensure flexibility in SS and preamble placement within the allocated bandwidth. For uplink synchronization, depending on whether DL and UL share the same or different frequency carriers, the synchronization is achieved either through a carrier wave node (CWN) -generated waveform, an intermediate node UE-transmitted carrier wave, or an SS burst mechanism. These approaches ensure that IoT devices / tags achieve precise frequency and time alignment for efficient data transmission while minimizing power consumption through wireless energy harvesting techniques.

[0126] Commercial interests for some embodiments are as follows. 1. Solving issues in the prior art and other issues. 2. Improving a communication performance. 3. Some embodiments of the present disclosure are used by 5G-NR chipset vendors, V2X communication system development vendors, automakers including cars, trains, trucks, buses, bicycles, moto-bikes, helmets, and etc., drones (unmanned aerial vehicles) , smartphone makers, smart watches, wireless earbuds, wireless headphones, communication devices, remote control vehicles, and robots for public safety use, AR / VR device maker for example gaming, conference / seminar, education purposes, smart home appliances including TV, stereo, speakers, lights, door bells, locks, cameras, conferencing headsets, and etc., smart factory and warehouse equipment including IIoT devices, robots, robotic arms, and simply just between production machines. In some embodiments, commercial interest for the disclosed invention and business importance includes lowering power consumption for wireless communication means longer operating time for the device and / or better user experience and product satisfaction from longer operating time between battery charging. Some embodiments of the present disclosure are a combination of “techniques / processes” that can be adopted in 3GPP specification to create an end product. Some embodiments of the present disclosure relate to mobile cellular communication technology in 3GPP NR Releases 19, and beyond for providing IoT wireless communication services.

[0127] FIG. 8 is a block diagram of an example of a computing device according to an embodiment of the present disclosure. Any suitable computing device can be used for performing the operations described herein. For example, FIG. 8 illustrates an example of the computing device 1100 that can implement some embodiments in FIG. 1 to FIG. 7, using any suitably configured hardware and / or software. In some embodiments, the computing device 1100 can include a processor 1112 that is communicatively coupled to a memory 1114 and that executes computer-executable program code and / or accesses information stored in the memory 1114. The processor 1112 may include a microprocessor, an application-specific integrated circuit ( “ASIC” ) , a state machine, or other processing device. The processor 1112 can include any of a number of processing devices, including one. Such a processor can include or may be in communication with a computer-readable medium storing instructions that, when executed by the processor 1112, cause the processor to perform the operations described herein.

[0128] The memory 1114 can include any suitable non-transitory computer-readable medium. The computer-readable medium can include any electronic, optical, magnetic, or other storage device capable of providing a processor with computer-readable instructions or other program code. Non-limiting examples of a computer-readable medium include a magnetic disk, a memory chip, a read-only memory (ROM) , a random access memory (RAM) , an application specific integrated circuit (ASIC) , a configured processor, optical storage, magnetic tape or other magnetic storage, or any other medium from which a computer processor can read instructions. The instructions may include processor-specific instructions generated by a compiler and / or an interpreter from code written in any suitable computer-programming language, including, for example, C, C++, C#, visual basic, java, python, perl, javascript, and actionscript.

[0129] The computing device 1100 can also include a bus 1116. The bus 1116 can communicatively couple one or more components of the computing device 1100. The computing device 1100 can also include a number of external or internal devices such as input or output devices. For example, the computing device 1100 is illustrated with an input / output ( “I / O” ) interface 1118 that can receive input from one or more input devices 1120 or provide output to one or more output devices 1122. The one or more input devices 1120 and one or more output devices 1122 can be communicatively coupled to the I / O interface 1118. The communicative coupling can be implemented via any suitable manner (e.g., a connection via a printed circuit board, connection via a cable, communication via wireless transmissions, etc. ) . Non-limiting examples of input devices 1120 include a touch screen (e g., one or more cameras for imaging a touch area or pressure sensors for detecting pressure changes caused by a touch) , a mouse, a keyboard, or any other device that can be used to generate input events in response to physical actions by a user of a computing device. Non-limiting examples of output devices 1122 include a liquid crystal display (LCD) screen, an external monitor, a speaker, or any other device that can be used to display or otherwise present outputs generated by a computing device.

[0130] The computing device 1100 can execute program code that configures the processor 1112 to perform one or more of the operations described above with respect to FIG. 1 to FIG. 7. The program code may be resident in the memory 1114 or any suitable computer-readable medium and may be executed by the processor 1112 or any other suitable processor.

[0131] The computing device 1100 can also include at least one network interface device 1124. The network interface device 1124 can include any device or group of devices suitable for establishing a wired or wireless data connection to one or more data networks 1128. Non limiting examples of the network interface device 1124 include an Ethernet network adapter, a modem, and / or the like. The computing device 1100 can transmit messages as electronic or optical signals via the network interface device 1124.

[0132] FIG. 9 is a block diagram of an example system 700 for wireless communication according to an embodiment of the present disclosure. Embodiments described herein may be implemented into the system using any suitably configured hardware and / or software. FIG. 9 illustrates the system 700 including a radio frequency (RF) circuitry 710, a baseband circuitry 720, an application circuitry 730, a memory / storage 740, a display 750, a camera 760, a sensor 770, and an input / output (I / O) interface 780, coupled with each other at least as illustrated.

[0133] The application circuitry 730 may include a circuitry such as, but not limited to, one or more single-core or multi-core processors. The processors may include any combination of general-purpose processors and dedicated processors, such as graphics processors, application processors. The processors may be coupled with the memory / storage and configured to execute instructions stored in the memory / storage to enable various applications and / or operating systems running on the system.

[0134] The baseband circuitry 720 may include circuitry such as, but not limited to, one or more single-core or multi-core processors. The processors may include a baseband processor. The baseband circuitry may handle various radio control functions that enable communication with one or more radio networks via the RF circuitry. The radio control functions may include, but are not limited to, signal modulation, encoding, decoding, radio frequency shifting, etc. In some embodiments, the baseband circuitry may provide for communication compatible with one or more radio technologies. For example, in some embodiments, the baseband circuitry may support communication with an evolved universal terrestrial radio access network (EUTRAN) and / or other wireless metropolitan area networks (WMAN) , a wireless local area network (WLAN) , a wireless personal area network (WPAN) . Embodiments in which the baseband circuitry is configured to support radio communications of more than one wireless protocol may be referred to as multi-mode baseband circuitry.

[0135] In various embodiments, the baseband circuitry 720 may include circuitry to operate with signals that are not strictly considered as being in a baseband frequency. For example, in some embodiments, baseband circuitry may include circuitry to operate with signals having an intermediate frequency, which is between a baseband frequency and a radio frequency.

[0136] The RF circuitry 710 may enable communication with wireless networks using modulated electromagnetic radiation through a non-solid medium. In various embodiments, the RF circuitry may include switches, filters, amplifiers, etc. to facilitate the communication with the wireless network.

[0137] In various embodiments, the RF circuitry 710 may include circuitry to operate with signals that are not strictly considered as being in a radio frequency. For example, in some embodiments, RF circuitry may include circuitry to operate with signals having an intermediate frequency, which is between a baseband frequency and a radio frequency.

[0138] In various embodiments, the transmitter circuitry, control circuitry, or receiver circuitry discussed above with respect to the user equipment, eNB, or gNB may be embodied in whole or in part in one or more of the RF circuitry, the baseband circuitry, and / or the application circuitry. As used herein, “circuitry” may refer to, be part of, or include an application specific integrated circuit (ASIC) , an electronic circuit, a processor (shared, dedicated, or group) , and / or a memory (shared, dedicated, or group) that execute one or more software or firmware programs, a combinational logic circuit, and / or other suitable hardware components that provide the described functionality. In some embodiments, the electronic device circuitry may be implemented in, or functions associated with the circuitry may be implemented by, one or more software or firmware modules.

[0139] In some embodiments, some or all of the constituent components of the baseband circuitry, the application circuitry, and / or the memory / storage may be implemented together on a system on a chip (SOC) . The memory / storage 740 may be used to load and store data and / or instructions, for example, for system. The memory / storage for one embodiment may include any combination of suitable volatile memory, such as dynamic random access memory (DRAM) ) , and / or non-volatile memory, such as flash memory.

[0140] In various embodiments, the I / O interface 780 may include one or more user interfaces designed to enable user interaction with the system and / or peripheral component interfaces designed to enable peripheral component interaction with the system. User interfaces may include, but are not limited to a physical keyboard or keypad, a touchpad, a speaker, a microphone, etc. Peripheral component interfaces may include, but are not limited to, a non-volatile memory port, a universal serial bus (USB) port, an audio jack, and a power supply interface.

[0141] In various embodiments, the sensor 770 may include one or more sensing devices to determine environmental conditions and / or location information related to the system. In some embodiments, the sensors may include, but are not limited to, a gyro sensor, an accelerometer, a proximity sensor, an ambient light sensor, and a positioning unit. The positioning unit may also be part of, or interact with, the baseband circuitry and / or RF circuitry to communicate with components of a positioning network, e.g., a global positioning system (GPS) satellite.

[0142] In various embodiments, the display 750 may include a display, such as a liquid crystal display and a touch screen display. In various embodiments, the system 700 may be a mobile computing device such as, but not limited to, a laptop computing device, a tablet computing device, a netbook, an ultrabook, a smartphone, a AR / VR glasses, etc. In various embodiments, system may have more or less components, and / or different architectures. Where appropriate, methods described herein may be implemented as a computer program. The computer program may be stored on a storage medium, such as a non-transitory storage medium.

[0143] A person having ordinary skill in the art understands that each of the units, algorithm, and operations described and disclosed in the embodiments of the present disclosure are realized using electronic hardware or combinations of software for computers and electronic hardware. Whether the functions run in hardware or software depends on the condition of application and design requirement for a technical plan.

[0144] A person having ordinary skill in the art can use different ways to realize the function for each specific application while such realizations cannot go beyond the scope of the present disclosure. It is understood by a person having ordinary skill in the art that he / she can refer to the working processes of the system, device, and unit in the above-mentioned embodiment since the working processes of the above-mentioned system, device, and unit are basically the same. For easy description and simplicity, these working processes may not be detailed.

[0145] It is understood that the disclosed system, device, and method in the embodiments of the present disclosure can be realized with other ways. The above-mentioned embodiments are exemplary only. The division of the units is merely based on logical functions while other divisions exist in realization. It is possible that a plurality of units or components are combined or integrated in another system. It is also possible that some characteristics are omitted or skipped. On the other hand, the displayed or discussed mutual coupling, direct coupling, or communicative coupling operate through some ports, devices, or units whether indirectly or communicatively by ways of electrical, mechanical, or other kinds of forms.

[0146] The units as separating components for explanation are or are not physically separated. The units for display are or are not physical units, that is, located in one place or distributed on a plurality of network units. Some or all of the units are used according to the purposes of the embodiments. Moreover, each of the functional units in each of the embodiments can be integrated in one processing unit, physically independent, or integrated in one processing unit with two or more than two units.

[0147] If the software function unit is realized and used and sold as a product, it can be stored in a readable storage medium in a computer. Based on this understanding, the technical plan proposed by the present disclosure can be essentially or partially realized as the form of a software product. Or, one part of the technical plan beneficial to the conventional technology can be realized as the form of a software product. The software product in the computer is stored in a storage medium, including a plurality of commands for a computational device (such as a personal computer, a server, or a network device) to run all or some of the operations disclosed by the embodiments of the present disclosure. The storage medium includes a USB disk, a mobile hard disk, a read-only memory (ROM) , a random access memory (RAM) , a floppy disk, or other kinds of media capable of storing program codes.

[0148] While the present disclosure has been described in connection with what is considered the most practical and preferred embodiments, it is understood that the present disclosure is not limited to the disclosed embodiments but is intended to cover various arrangements made without departing from the scope of the broadest interpretation of the appended claims.

Claims

1.A synchronization method performed by an intermediate node user equipment (UE) of an Internet of Things (IoT) communication between a base station and an IoT device, comprising:transmitting, to the IoT device, at least one of a synchronization signal (SS) and a preamble sequence, wherein the SS is transmitted periodically or a burst of one or more SS is transmitted in a frequency channel for IoT downlink (DL) communication, and at least one of the SS and the preamble sequence is transmitted prior to or at a beginning of an IoT DL data and signaling transmission; andtransmitting, to the IoT device, the IoT DL data and signaling transmission.2.The method of claim 1, wherein the burst of one or more SS is transmitted in a pre-defined or pre-configured time window prior to the IoT DL data and signaling transmission.3.The method of claim 1, wherein the SS is allocated across an entire pre-configured bandwidth part (BWP) for IoT DL communication.4.The method of claim 1, wherein the SS is allocated a in a fixed or pre-defined frequency location with a bandwidth within a pre-configured BWP.5.The method of claim 1, wherein the SS is allocated a in a fixed or pre-defined frequency location with a bandwidth within a pre-configured BWP, with a frequency offset value.6.The method of claim 1, wherein the preamble sequence is allocated in the channel where the IoT DL data and signaling transmission is transmitted.7.A synchronization method performed by an intermediate node user equipment (UE) of an Internet of Things (IoT) communication between a base station and an IoT device, comprising:determining a carrier wave transmission initiated by a carrier wave node (CWN) controlled by the intermediate node UE or the base station; andusing a control signaling to indicate at least one parameter for carrier wave transmission, wherein the carrier wave transmission is prior to a scheduled IoT UL transmission.8.The method of claim 7, wherein the control signaling comprises a downlink control information (DCI) , an uplink control information (UCI) , or an Ambient-IoT control information (ACI) .9.The method of claim 7, wherein the at least one parameter for carrier wave transmission comprises a start timing, a transmission duration, and / or a frequency channel for carrier wave transmission.10.The method of claim 7, wherein the carrier wave transmission continues for at least an entire duration of the scheduled IoT UL transmission.11.The method of claim 7, wherein the SS is transmitted in the same frequency channel as the scheduled IoT UL transmission.12.The method of claim 7, wherein the frequency channel does not overlap with a channel of the scheduled IoT UL transmission.13.The method of claim 7, wherein a frequency shift to the frequency channel is performed to align with a channel of the scheduled IoT UL transmission.14.The method of claim 7, wherein the carrier wave transmission initiated by the CWN is based on a trigger from the intermediate node UE or the base station.15.A synchronization method performed by an Internet of Things (IoT) device, comprising:receiving, from an intermediate node user equipment (UE) of an IoT communication between a base station and the IoT device, at least one of a synchronization signal (SS) and a preamble sequence, wherein the SS is transmitted periodically or a burst of one or more SS is transmitted in a frequency channel for IoT downlink (DL) communication, and at least one of the SS and the preamble sequence is transmitted prior to or at a beginning of an IoT DL data and signaling transmission; andreceiving, from the intermediate node UE, the IoT DL data and signaling transmission.16.The method of claim 15, wherein the burst of one or more SS is transmitted in a pre-defined or pre-configured time window prior to the IoT DL data and signaling transmission.17.The method of claim 15, wherein the SS is allocated across an entire pre-configured bandwidth part (BWP) for IoT DL communication.18.The method of claim 15, wherein the SS is allocated a in a fixed or pre-defined frequency location with a bandwidth within a pre-configured BWP.19.The method of claim 15, wherein the SS is allocated a in a fixed or pre-defined frequency location with a bandwidth within a pre-configured BWP, with a frequency offset value.20.The method of claim 15, wherein the preamble sequence is allocated in the channel where the IoT DL data and signaling transmission is transmitted.21.A synchronization method performed by an Internet of Things (IoT) device, comprising:receiving a carrier wave transmission initiated by a carrier wave node (CWN) controlled by a base station or an intermediate node user equipment (UE) of an IoT communication between the base station and the IoT device; and using a control signaling to indicate at least one parameter for carrier wave transmission, wherein the carrier wave transmission is prior to a scheduled IoT UL transmission.22.The method of claim 21, wherein the control signaling comprises a downlink control information (DCI) , an uplink control information (UCI) , or an Ambient-IoT control information (ACI) .23.The method of claim 21, wherein the at least one parameter for carrier wave transmission comprises a start timing, a transmission duration, and / or a frequency channel for carrier wave transmission.24.The method of claim 21, wherein the carrier wave transmission continues for at least an entire duration of the scheduled IoT UL transmission.25.The method of claim 21, wherein the SS is transmitted in the same frequency channel as the scheduled IoT UL transmission.26.The method of claim 21, wherein the frequency channel does not overlap with a channel of the scheduled IoT UL transmission.27.The method of claim 21, wherein a frequency shift to the frequency channel is performed to align with a channel of the scheduled IoT UL transmission.28.The method of claim 21, wherein the carrier wave transmission initiated by the CWN is based on a trigger from the intermediate node UE or the base station.29.An intermediate node user equipment (UE) , comprising:a memory;a transceiver; anda processor coupled to the memory and the transceiver;wherein the intermediate node UE is configured to perform any one of claims 1 to 14.30.An Internet of Things (IoT) device, comprising:a memory;a transceiver; anda processor coupled to the memory and the transceiver;wherein the IoT device is configured to perform any one of claims 15 to 28.31.A non-transitory machine-readable storage medium having stored thereon instructions that, when executed by a computer, cause the computer to perform the method of any one of claims 1 to 28.32.A chip, comprising:a processor, configured to call and run a computer program stored in a memory, to cause a device in which the chip is installed to execute the method of any one of claims 1 to 28.33.A computer readable storage medium, in which a computer program is stored, wherein the computer program causes a computer to execute the method of any one of claims 1 to 28.34.A computer program product, including a computer program, wherein the computer program causes a computer to execute the method of any one of claims 1 to 28.35.A computer program, wherein the computer program causes a computer to execute the method of any one of claims 1 to 28.

Images