Weightless系列汇报之一，要不要了解一下？
作者：刘鹏毅
物联网智库 整理发布
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【导读】
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Weightless是重要的全球性LPWAN技术标准之一，曾被评为与3GPP技术最为接近的LPWA标准。Weightless和NB-IoT同宗同源，相得益彰，同时兼顾了覆盖、容量、功耗、以及其他LPWA标准没有的功能。可以与NB-IOT技术最佳互补。
Weightless技术标准
低功耗广域网（LPWAN）正紧密跟踪着物联网市场的发展，提出了大量创新的技术方案，例如：NB-IOT、LoRa、SigFox、Weightless、RPMA、Qowisio、N-Wave、Telensa、DART等等。其中，Weightless是低功耗广域网（LPWAN）领域里，重要的全球性技术标准之一。
正如其名字一样，Weightless如一股清风，在物联网市场未清晰和未成熟阶段，没有发出巨大的声音，而是选择在庞大的物联网前，举重若轻，潜心研究具体细分的应用场景，深入优化技术标准，应对各种挑战。
按“Mobile Expert LCC”于2016年发布的当时最全面的“LPWA技术与经济分析报告”中的总结，“Weightless提供与GERAN和3GPP路径相同的蜂窝IOT技术，并在窄带频谱和低速率应用上进行了优化”；“Weightless同时兼顾了覆盖、容量、以及其他LPWA标准没有的功能。在技术范畴中，Weightless是与3GPP技术最为接近的LPWA标准”。
获得这样的评价，Weightless是源自何处？让我们一起看一下Weightless技术发展的历史，和对物联网技术所做的贡献，就可见一斑。
Weightless与NB-IOT溯本同源
Weightless技术和标准组织于2012年由Dr. William Webb创立，初始董事会成员包括Neul，ARM，Cable &Wireless，CSR等公司。Dr. William Webb担任Weightless SIG标准组织的CEO职务, 同时兼任Neul公司联合创始人和CTO。
Weightless标准于2013年4月发布，针对M2M通信市场的需求，按照城市级组网的目标，创立连续覆盖的物联网无线通信标准，以满足：
低硬件和服务成本：模组成本需要在为1美元至2美元范围内；
优秀的覆盖能力：在室内或甚至在地下室深达数米的地方可以良好通信；
超低功耗：十年或更长的电池寿命；
安全和可靠的信息传输；
开放的标准，使网络运营商和用户不会陷入垄断供应，并相信解决方案将得到持续演进，合理的竞争导致价格下降。
众所周知，Neul公司在2014年被华为公司并购，在其前期工作的基础上逐步推出了NB-IOT标准并于2016年3GPP发布。由此可见，Weightless标准与NB-IOT标准本是同宗同源。Dr. William Webb教授在Neul被华为并购之后，继续担任Weightless SIG标准组织的CEO，Weightless则保持原有技术路线演进。
Weightless和NB-IoT同宗同源，相得益彰。事实上，Neul最初作为董事会成员推动了Weightless标准的发展，后来被华为收购成为NB-IoT的源起。因此，Weightless和NB-IOT的核心架构非常相似，使用相似的带宽，调制方式，和组网方式等。
但是NB-IOT需要考量与LTE系统的兼容，例如NB-OFDMA，10ms帧长，FDD的双工模式，以及In-Band模式为LTE参考信号的资源预留。因此，引入了新的挑战：OFDMA的功放效率和PAPR（峰均功率比）导致NB-IOT的功耗较大；LTE参考信号预留降低了信道效率等问题，NB-IOT仍在技术上逐渐改进中。
Weightless则继续在原生系统架构上演进，没有额外的包袱，具有更好的灵活性，易于针对具体应用进行优化。而且Weightless是完全开放的标准，包括底层的核心技术标准。在演进过程中，Weightless实现真正的sub-1G频段全支持，覆盖全部授权频段和ISM频段，目前这是NB-IOT和其他LPWA商用芯片做不到的。而且Weightless在保持了NB-IOT蜂窝同步组网架构的基础上，在保证超远覆盖和大容量的同时，可以实现针对性功耗优化，满足具体“公共”物联网和“专用”物联网应用场景。
因此，Weightless技术将是NB-IOT技术的最佳互补方案。
Dr. William Webb简介
Dr. WilliamWebb是Weightless SIG的CEO；
铂讯科技的首席科学家；
2014/15 Presidentof IET - 欧洲最大的专业工程机构；
Fellowof RAE（皇家工程学院），IEEE，IET。
Dr. WilliamWebb是Neul的联合创始人和CTO。Neul公司于2011年初成立，旨在开发M2M物联网通信网络技术，于2014年被华为并购。之前，William曾在摩托罗拉，Ofcom担任的高级职位，负责关键技术研究，通信咨询，战略管理等工作。
他出版了14本书，100多篇论文和18项专利，是萨里大学和南安普顿大学的客座教授，都柏林三一学院的兼职教授，剑桥无线的董事会成员，DCMS科学咨询委员会的成员，皇家工程院，IEEE和IET的院士。2015年，他获得南安普敦大学科学博士荣誉学位，以表彰他在无线技术方面的工作，获得安格利亚罗斯金大学技术荣誉博士，以表彰他对工程专业的贡献。
Weightless技术标准的演进
Weightless是完全开放的标准，标准体系的演进包括3个子集：Weightless-P用于低功耗广域网应用；Weightless-W用于宽带物联网应用；Weightless-N用于超窄带应用。同时Weightless真正支持Sub-1G频谱的全部频段，包括ISM频段和授权频段。为物联网跨行业，跨应用的长远发展，打下技术基础。
2012年，Weightless SIG作为一个非营利性标准化组织成立。Neul公司是推动标准组织成立的核心成员，为物联网提供新的无线技术，在“广播电视白频谱”上运营，当时许多国家正在研究这段频谱。Neul公司的联合创始人Dr. William Webb联合了一系列业内著名公司，约有100家公司以核心或会员身份加入。
在2012年和2013年期间，Weightless标准通过各公司的联合投入开发，原始标准于2013年4月发布（命名为Weightless-W）。Weightless标准充分利用扩频技术，TDD（时分双工），单载波调制，优化的帧结构和信令开销等技术优势，提供良好的物联网通信性能。
遗憾的是，世界各地的监管机构未能以预期的速度开放广播电视白频谱（TVWS）的应用。例如：当时只有美国启用了该频谱的接入权限，但FCC计划将部分UHF频段（470-698MHz）拍卖，用于移动通信业务，白频谱的可用性引入更多不确定。在英国，虽然长期以来承诺白频谱的可用性，但其需要的时间比预期的要长得多。
可见，全球都面临着广播电视白频谱应用的难题和不确定性，这导致Neul和其他芯片模组公司继续投资具有风险。Weightless-W标准被作为技术储备，根据具体应用情况使用。
Weightless-P标准化于2015年12月完成。该标准在许多方面与Weightless-W一致。MAC层取自Weightless-W，并进行了优化以适应窄带的频谱带宽。物理层架构也是类似的，但是降低了扩频以适应窄带的带宽需求。具体而言，该标准适用于具有TDMA（时分多址的）的单载波下行链路，适应于100kHz或200kHz带宽频谱内多用户的接入。上行链路被分成多个子信道，每个子信道可以同时使用12.5kHz或25KHz的带宽。以类似于Weightless-W的方式传播和纠错。与Weightless-W一样，该设备可以在1帧内完全同步，从而降低功耗，并通过同步组网的架构，通过调度机制控制终端竞争访问，以扩大系统容量，这一点其他LPWA技术是无法做到的。
Weightless-P相比其他LPWA技术引入了很多优点，特别是双向能力以及终端竞争的调度和管理。目前物联通信市场的需求，大多数用户会更喜欢Weightless-P标准，因此这是当前Weightless SIG的关键焦点领域。2017年，来自中国的铂讯（北京）科技有限公司（Bridging Science）正式加入Weightless董事会，在“公共设施专用物联网”，“工业物联网”，“AMI”等垂直市场，为Weightless标准的完善，带来重要贡献和提升。
该标准于2015年4月完成并发布。该标准适用于单向上行通信解决方案。基站利用200Hz的窄带信道监听终端设备的传输。设备数据速率仅约为100bits / s，但多个设备可以使用不同的超窄通道同时发送到同一个基站。可实现每个基站30kbits / s的平均吞吐量和175dB的链路预算。
Weightless-N类似于其他超窄带（UNB）技术。它的关键优势在于它是一个开放标准，是其广泛采用的关键。
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