用于环境物联网（IoT）阅读器到设备（R2D）链路波形设计的方法与流程

本发明大体上涉及无线通信，在特定实施例中，涉及用于环境物联网（internetof things，iot）波形设计的系统和方法。

背景技术：

1、在版本19的框架内，3gpp正在研究一种旨在扩展5g新空口设备生态系统的新设备，即环境物联网（internet of things，iot）设备。与传统的3gpp蜂窝iot设备（例如，窄带iot）相比，环境iot设备不使用传统电池供电，并且具有超低的复杂度和功耗。此类设备的特征在于外形尺寸小巧，并且能够从环境中收集能量来源，例如电磁波、太阳能或光能、动能或振动能、风能、热能等。此外，这些设备可以配备用于存储从环境能量来源中收集的电能的有限的能量存储器（例如，超级电容器）。因此，可以消除由于手动更换或为单个iot设备上的电池充电而导致的高维护成本和安全隐患，从而实现未来生态友好且可持续的技术，继而减少当今供应链的碳足迹。

2、环境iot设备也称为环境智能或环境计算设备，是在后台运行的iot设备的子集，使用传感器、数据分析和连接性来创建智能且自适应的环境。这些设备通常不引人注目，嵌入在周围环境中，并提供连续不断的数据流，可以分析这些数据并采取行动，以改善生活的各个方面。环境iot设备的特征在于能够从周围环境中收集数据，处理数据，并对不断变化的条件进行自主响应，这使得它们非常适合于自动化和适应性至关重要的各种应用。

3、环境iot技术可以实现无电池和低成本iot设备的大规模部署，这开启了全新的用例，并在整个供应链中提供附加值。到目前为止，3gpp将环境iot用例分组为四大类别，即库存、传感器、定位和命令。在版本19中，选择库存和命令用例进行研究。

4、在3gpp版本19的研究范围内，环境iot设备可以直接连接到gnodeb，也可以通过中间节点、辅助节点或用户设备（user equipment，ue）间接连接。前一种网络连接结构称为拓扑1（gnodeb环境iot设备），后一种称为拓扑2（gnodeb中间节点环境iot）。在[2]中记载了另外两种网络连接拓扑，即拓扑3（gnodeb辅助节点环境iot设备gnodeb）和拓扑4（ue环境iot设备）。尽管拓扑3和拓扑4被认为不在当前版本的范围内，但本文描述的实施例适用于所有上述拓扑。

5、在3gpp讨论中，从gnodeb或ue到aiot设备的链路被定义为阅读器到设备（readerto device，r2d）链路，并且从aiot设备到gnodeb或ue的链路被定义为设备到阅读器（device to reader，d2r）链路。本文描述的实现方式涉及r2d链路的信号波形。

6、在当前系统中，子帧中第一个正交频分复用（orthogonal frequency-divisionmultiplexing，ofdm）符号的略长循环前缀（cyclic prefix，cp）被忽略，并且包括cp的每个ofdm符号的持续时间被均匀划分为m个部分，用于调制开关键控（on-off keying，ook）符号。与cp重叠的ook符号被跳过，或者不通过ook信息比特进行调制。这使得ook符号跨ofdm符号边界间隔均匀。然而，需要通过信令或标准定义向设备告知被跳过的ook符号的位置。

7、一旦ook信息比特被映射到每个ofdm符号内的采样时间序列，该时间序列就使用离散傅里叶变换（discrete fourier transformation，dft）变换到频域中。频域信号经过脉冲整形和截断，以在子载波方面仅占用所分配的频率资源。然后，频域信号与其它新空口（new radio，nr）传输信号组合。总信号随后使用快速傅里叶逆变换（inverse fastfourier transform，ifft）变换回时域。在插入cp之后，发送时域信号。

技术实现思路

1、本发明的实现方式描述了方法、装置和系统，通常可以实现技术优势。

2、根据实现方式，无线设备（例如，wtru）通过将第一编码比特映射到第一时域符号并且将第二编码比特映射到第二时域符号来生成第一信号。所述第一信号包括所述第一时域符号和所述第二时域符号。所述第一编码比特为1，并且所述第二编码比特为0。所述第一时域符号的第一起始部分、所述第一时域符号的第一结束部分、所述第二时域符号的第二起始部分和所述第二时域符号的第二结束部分是相同的。所述无线设备基于所述第一信号来生成包括循环前缀（cyclic prefix，cp）的正交频分复用（orthogonal frequencydivision multiplexed，ofdm）符号。所述无线设备发送所述ofdm符号。

3、在一些实现方式中，所述无线设备可以将第一信息比特和第二信息比特编码为包括所述第一编码比特和所述第二编码比特的多个编码比特。所述第一信息比特可以为1，并且所述第二信息比特可以为0。或者，所述第一信息比特可以为0，并且所述第二信息比特可以为1。

4、在一些实现方式中，所述第一信息比特可以被编码为包括两个编码比特[1, 0]的第一码字，并且所述第二信息比特可以被编码为包括一个编码比特[0]的第二码字。

5、在一些实现方式中，所述第一码字和所述第二码字各自还包括在所述第一码字的第一起始处和所述第二码字的第二起始处的一个或多个为1的附加编码比特。

6、在一些实现方式中，所述第一信息比特和所述第二信息比特可以基于曼彻斯特编码而被编码为第一码字和第二码字。

7、在一些实现方式中，所述第一编码比特和所述第二编码比特可以分别与所述第一信息比特和所述第二信息比特相同。

8、在一些实现方式中，所述第一时域符号和所述第二时域符号的符号持续时间可以是相同的。

9、在一些实现方式中，所述第一时域符号在所述第一时域符号的第一符号持续时间内可以为恒定高值。所述第二时域符号可以包括在对应于所述第二时域符号的所述第二起始部分的第一持续时间之后从所述恒定高值到恒定低值的第一转变。所述第二时域符号还可以包括在对应于所述第二时域符号的所述第二结束部分的第二持续时间处开始的从所述恒定低值到所述恒定高值的第二转变。

10、在一些实现方式中，所述第一信息比特可以被编码为包括两个编码比特[0, 1]的第一码字。所述第二信息比特可以被编码为包括一个编码比特[1]的第二码字。

11、在一些实现方式中，所述第一码字和所述第二码字各自还包括在所述第一码字的第一起始处和所述第二码字的第二起始处的一个或多个为0的附加编码比特。

12、在一些实现方式中，所述第二时域符号在所述第二时域符号的第二符号持续时间内可以为恒定高值。所述第一时域符号可以包括在对应于所述第一时域符号的所述第一起始部分的第一持续时间之后从所述恒定高值到恒定低值的第一转变。所述第一时域符号还可以包括在对应于所述第一时域符号的所述第二结束部分的第二持续时间处开始的从所述恒定低值到所述恒定高值的第二转变。

13、在一些实现方式中，所述第一持续时间和所述第二持续时间可以被选择为至少对应于所述ofdm符号中的所述cp的持续时间。

14、在一些实现方式中，所述第一码字和所述第二码字的所述一个或多个附加编码比特的数量可以是相同的。

15、在一些实现方式中，所述第一码字和所述第二码字的所述一个或多个附加编码比特的数量可以是不同的。

16、在一些实现方式中，为了生成所述ofdm符号，所述无线设备可以从所述第一信号生成一个或多个第二信号。所述一个或多个第二信号中的每一个的持续时间可以对应于包括所述循环前缀的所述ofdm符号的ofdm符号持续时间。所述无线设备可以通过从所述一个或多个第二信号中的每一个的对应起始处移除对应于cp持续时间的多个样本，从所述一个或多个第二信号生成一个或多个第三信号。所述无线设备可以生成所述一个或多个第三信号的频域表示。所述无线设备可以将所述频域表示应用于ofdm生成器函数的一个或多个子载波。

17、在一些实现方式中，生成所述频域表示基于以下各项中的至少一项：离散傅里叶变换（discrete fourier transform，dft）操作；或者从所述一个或多个第三信号中的一个到一个或多个预存储或预生成的频域表示的映射。

18、在一些实现方式中，所述一个或多个第三信号可以被进一步修改以逆转ofdm符号加窗的操作。

19、在一些实现方式中，所述ofdm生成器函数可以包括快速傅里叶逆变换（inversefast fourier transform，ifft）操作、cp插入、数模转换（digital-to-analogconversion，dac）或频域上变频中的至少一个。

20、在一些实现方式中，在将所述频域表示应用于所述一个或多个子载波之前，所述频域表示可以是修改后的表示或滤波后的表示中的任一个。

21、在一些实现方式中，为了发送所述ofdm符号，所述无线设备可以通过物理阅读器到设备信道（physical reader to device channel，prdch）发送包括所述cp的所述ofdm符号。

22、根据实现方式，无线设备（例如，wtru）基于多个正交频分复用（orthogonalfrequency division multiplexed，ofdm）符号的消息中的信息比特，为每个ofdm符号组装相应的信息比特，以生成每个ofdm符号的组装后的信息比特。所述无线设备基于每个ofdm符号的所述组装后的信息比特来生成每个ofdm符号的时域波形。所述无线设备对每个ofdm符号的所述时域波形进行循环移位。在所述循环移位之后，所述无线设备对每个ofdm符号的所述时域波形进行变换，以生成每个ofdm符号的复数调制值。所述无线设备基于所述复数调制值来生成子载波调制值。所述无线设备对所述子载波调制值应用相位旋转。

23、在一些实现方式中，为了组装所述相应的信息比特，所述无线设备可以基于前一个ofdm符号的循环移位值来确定ofdm符号的重复或冗余比特索引。所述无线设备可以基于所述重复或冗余比特索引来在所述ofdm符号中的比特位置处插入重复或冗余比特。所述重复或冗余比特的值可以与所述前一个ofdm符号的不完整比特相同。

24、在一些实现方式中，为了组装所述相应的信息比特，所述无线设备可以基于重复或冗余比特索引查找表、每个ofdm符号的开关键控（on-off keying, ook）符号数量以及ofdm符号在所述消息中的位置来确定所述ofdm符号的重复或冗余比特索引。所述无线设备可以基于所述重复或冗余比特索引来在所述ofdm符号中的比特位置处插入重复或冗余比特。所述重复或冗余比特的值可以与前一个ofdm符号末尾的不完整比特相同。

25、在一些实现方式中，为了对每个ofdm符号的所述时域波形进行循环移位，所述无线设备可以基于所述消息中的先前ofdm符号的循环前缀（cyclic prefix，cp）长度、ofdm符号的cp长度以及每个ook符号以离散傅里叶变换（discrete fourier transform，dft）样本数量计的长度来确定所述消息中的所述ofdm符号的循环移位值。

26、在一些实现方式中，所述消息中的所述ofdm符号的所述循环移位值可以基于下式。

27、

28、可以为所述循环移位值。

k可以为所述消息中第k个ofdm符号的索引。可以为所述消息中第i个ofdm符号以dft样本数量计的cp长度。可以为每个ook符号以dft样本数量计的长度。

29、在一些实现方式中，为了对每个ofdm符号的所述时域波形进行循环移位，所述无线设备可以基于循环移位值查找表、每个ofdm符号的开关键控（on-off keying，ook）符号数量以及ofdm符号在所述消息中的位置来确定所述ofdm符号的循环移位值。

30、在一些实现方式中，为了应用所述相位旋转，所述无线设备可以基于前一个ofdm符号的前一个相位旋转值、ofdm符号的cp长度、起始频率索引、子载波数量以及快速傅里叶变换（fast fourier transform，ifft）大小来确定所述消息中的所述ofdm符号的相位旋转值。

31、在一些实现方式中，所述相位旋转值可以基于下式。

32、，

33、可以为所述相位旋转值。

k可以为所述消息中第k个ofdm符号的索引。可以为分配用于发送所述消息的所述子载波数量。可以为所述第k个ofdm符号的所述cp长度。可以为所述ifft大小，并且{0,1,2,…, nifft-nsc}。

34、根据实现方式，无线设备（例如，wtru）使用第二数据速率来接收第二消息。所述第二消息包括第一组比特。所述无线设备通过丢弃所述第一组比特中的一个或多个比特来确定第二组比特。

35、在一些实现方式中，所述第一数据速率可以是不需要额外处理能力的低数据速率。所述第二数据速率可以是在所述无线设备处需要所述额外处理能力的高数据速率。

36、在一些实现方式中，所述第一组比特可以是一组曼彻斯特编码比特或码片。

37、在一些实现方式中，所述无线设备可以通过在所述第一组比特中每m个码片跳过一个或多个码片来确定第三组比特。m是每个ofdm符号的开关键控（on-off keying，ook）码片数量。所述无线设备可以基于曼彻斯特编码来从所述第三组比特解码第四组比特。所述无线设备可以通过丢弃所述第四组比特中的一个或多个比特来确定所述第二组比特。

38、在一些实现方式中，待跳过或丢弃的所述一个或多个码片或比特的数量可以是在配置消息或所述第二消息之前的前导码中接收的。

39、在一些实现方式中，待跳过或丢弃的所述一个或多个码片或比特的数量可以是基于m、数据速率指示、子载波间隔或ofdm符号持续时间中的任一个来确定的。

40、在一些实现方式中，所述第一组比特或所述第二组比特中的任一个可以包括编码码片或信息比特。

41、以这种方式，本发明提供了针对实现ook调制的波形设计的技术问题的技术方案。所公开的技术可以防止由循环前缀插入导致的ook符号误检测，将rf信号传输维持在高电平以促进更好的能量采集，并使aiot设备即使在采样时钟准确度较差的情况下也能跟踪ook符号定时。通过设计具有一致起始部分和结束部分的时域符号和/或应用改进的循环移位技术，本发明可以使低复杂度aiot设备能够可靠地发送、接收和解码信号，同时将功耗降至最低。