全球信息與通信解決方案供應(yīng)商華為，在2015年巴塞羅納世界移動通信展上首次展示了5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和5G新空口技術(shù)集。
2014年11月在上海舉辦的全球移動寬帶論壇上，華為輪值CEO徐直軍提出“5G要關(guān)注物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，同時在支撐移動互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)一步做大做強(qiáng)上，要有突破性進(jìn)展�！�5G在物聯(lián)網(wǎng)和垂直行業(yè)的應(yīng)用，將為運營商帶來更廣闊的市場空間和更多新的商業(yè)機(jī)會。同時，移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的做大做強(qiáng)，有助于進(jìn)一步提升用戶體驗、增強(qiáng)客戶黏性和提高ARPU值，保障運營商的收入和盈利水平。
要同時做到對移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的良好支撐，首先，5G必須在技術(shù)上有更大的突破，而其中最關(guān)鍵的是網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和空口的技術(shù)突破。其次，5G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該更加開放，促使業(yè)務(wù)流程中的各個角色都能參與到業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)定制過程中，以使網(wǎng)絡(luò)能更好的匹配業(yè)務(wù)需求�；谶@兩點，華為在今年的巴展上提出了“5G，新空口、新架構(gòu)、新運營”的理念。
在巴展現(xiàn)場，華為通過Flash的形式直觀地展示了5G網(wǎng)絡(luò)的物理架構(gòu)和邏輯架構(gòu)，并演示了為滿足不同的業(yè)務(wù)需求如何對物理架構(gòu)進(jìn)行切片，以及在此過程中各網(wǎng)元角色和功能的動態(tài)變化。
圖1華為在巴展現(xiàn)場展示的5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
在空口技術(shù)展示區(qū)，通過模擬真實應(yīng)用場景的方式，展現(xiàn)了空口波形和多址技術(shù)隨不同的業(yè)務(wù)需求而進(jìn)行動態(tài)調(diào)整的過程，其重點展示了三個未來的典型應(yīng)用場景：3D通話（大帶寬），自動駕駛（低時延），物聯(lián)網(wǎng)（多連接）。在參觀者體驗每個應(yīng)用場景的同時，空口波形和多址編碼模塊的圖形也會呈現(xiàn)出來，使參觀者能更直觀的理解什么是5G的空口技術(shù)及空口技術(shù)如何靈動的匹配業(yè)務(wù)需求。
圖2 華為在巴展現(xiàn)場展示的新空口技術(shù)集
在巴展現(xiàn)場的另一個展島，華為還展示了下一代的運營支撐系統(tǒng)“TelcoOS”。TelcoOS是基于互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的開放操作系統(tǒng)。對于運營商來說，TelcoOS是下一代的操作系統(tǒng)，將運營商的所有資產(chǎn)（包括合作方的內(nèi)容）整合成產(chǎn)品或解決方案提供給用戶；對于開發(fā)者來說，Telco OS是渠道和定制化業(yè)務(wù)的開發(fā)平臺；對于用戶來說，Telco OS是數(shù)字化的市場空間，用戶可通過Telco OS參與定制自己所需要的產(chǎn)品或解決方案。
無線網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)就像一個龐大的組織，每個網(wǎng)元都是該組織中的一個成員。在4G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，各個成員的功能都是嚴(yán)格定義的，其中基站只負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的傳輸和處理，核心網(wǎng)則負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)和業(yè)務(wù)的控制。4G時代，移動互聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)種類比較單一，每種業(yè)務(wù)的流程也是被定義好的，通過各成員之間的協(xié)同和按部就班的工作，整個網(wǎng)絡(luò)可有效的完成任務(wù)。在5G時代，用戶和開發(fā)者都可以參與到業(yè)務(wù)的定制過程中，因此除協(xié)議定義的業(yè)務(wù)種類之外，還會有各種定制化和個性化的業(yè)務(wù)。固定的組織架構(gòu)會因過于僵化而無法滿足千差萬別的業(yè)務(wù)需求。
以車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)為例，如果基于4G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，自動駕駛的車輛狀態(tài)和周邊環(huán)境信息需通過基站傳遞到核心網(wǎng)，然后通過中央控制器向車輛發(fā)送行駛指令，這其中需要經(jīng)過城域網(wǎng)和傳輸網(wǎng)，端到端的時延超過1秒，在車輛收到剎車指令時，事故可能已經(jīng)發(fā)生了。
因此，5G的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)需要更加靈活，根據(jù)業(yè)務(wù)的實際需要，來定義每個網(wǎng)元的功能，控制權(quán)可下放給每一個層次的網(wǎng)元。還是以車聯(lián)網(wǎng)為例，在5G網(wǎng)絡(luò)中，為了滿足自動駕駛汽車對超短時延的需求，基站將集數(shù)據(jù)傳輸、處理、轉(zhuǎn)發(fā)和業(yè)務(wù)控制于一身，車輛的狀態(tài)信息和行駛指令都集中到基站進(jìn)行處理，并形成閉環(huán)，將時延縮短到低于1ms，使車輛能及時接收到指令并做出相對應(yīng)的操作。
但基站集成的功能太多，對基站資源的消耗會很大，而且并非所有業(yè)務(wù)都有超短時延的需求。如智能傳感器就只需定期將收集到的狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行上傳，該種應(yīng)用對網(wǎng)絡(luò)帶寬和傳輸時延的要求都不高。在這種情況下，基站只需要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)傳輸和轉(zhuǎn)發(fā)，數(shù)據(jù)將被直接傳送到中央控制器進(jìn)行集中處理，這樣可有效降低基站的負(fù)荷，以連接更多的傳感器，并將寶貴的資源分配給其他的業(yè)務(wù)。
未來5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)將集連接管理、移動性管理、安全性管理和路由管理于一體，以業(yè)務(wù)為中心，以用戶為中心，支撐海量垂直行業(yè)應(yīng)用。同時5G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該是一個機(jī)動性更強(qiáng)的組織，這個組織中每一個成員的角色不是固定的，即使是最普通的員工，在業(yè)務(wù)需要時也可以被授權(quán)成為擁有最高權(quán)力的領(lǐng)導(dǎo)人，當(dāng)即立斷做出正確的決策，而無需層層匯報和審批。只有這樣更加扁平化的組織架構(gòu)，才能最高效的完成千奇百怪任務(wù)，才能幫助運營商完成從單純的管道運營向業(yè)務(wù)運營的蛻變。
同樣的道理也適用于空口側(cè)。空口就像一條空中的管道，連接著終端和無線網(wǎng)絡(luò)。在4G網(wǎng)絡(luò)的空口技術(shù)中（OFDM，OFDMA和半雙工FDD/TDD），波形和多址技術(shù)等都是固定不變的，這也就意味著管道中傳輸?shù)臅r頻資源塊大小和每個資源塊中承載的用戶數(shù)量都是固定的。這就像是一條高速公路，只允許寬2米，高4米的車通過，且每個車上只能承載4個不同用戶的貨物。如果某項業(yè)務(wù)需要更大塊的貨物，只能對貨物進(jìn)行切割以適配車的大�。划�(dāng)某些用戶需要承載的業(yè)務(wù)模塊很小時，一輛車也不能承載超過4個用戶的貨物，否則到達(dá)目的地后每個用戶將不能區(qū)分哪一塊是自己的貨物，即每個用戶的終端將無法解調(diào)出自己所需要的數(shù)據(jù)。另外，由于4G是半雙工模式（FDD或TDD），所以4G的高速公路是單向的，在FDD模式下同一條路上的車只能向同一方向行駛，在TDD模式上同一條路上的車在同一時間上也只能向著相同的方向行駛，這就造成了部分資源的浪費。因此現(xiàn)有的空口技術(shù)無法達(dá)到頻譜資源的最大化利用，同時也無法更好的適應(yīng)不同的業(yè)務(wù)需求。
5G如果要達(dá)到對移動互聯(lián)網(wǎng)體驗的突破性進(jìn)展，并支持物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，需要在空口技術(shù)上突破4G空口的這些限制。華為本次展示的空口技術(shù)集包括了新的波形Filtered-OFDM，新的多址方式SCMA，新的信道編碼PolarCode及全雙工模式等。這些新的空口技術(shù)在提升頻譜效率的同時能更靈活的適配業(yè)務(wù)對空口傳輸?shù)男枨�。�?yīng)用Filtered-OFDM技術(shù)，使過空口波形可動態(tài)調(diào)整，即高速公路是可變的，如果用戶需承載的貨物體積很大，就用更大的車來運輸，高速公路可根據(jù)車的寬度和高度對自身進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，以達(dá)到最大的車輛通行速度。而SCMA技術(shù)則是通過給貨物增加編碼的方式，使每輛車承載的用戶數(shù)達(dá)到了6個，等貨物到達(dá)時，用戶（終端）可根據(jù)分配給自己的編碼來領(lǐng)取貨物。PolarCode的應(yīng)用保證了貨物在運輸途中道路的安全性和可靠性，使每一車的貨物都能順利到達(dá)，減少了誤碼率。而在全雙工模式下同一條高速公路在同一時間可以有不同方向的車在行駛，大大提高了資源的利用效率。
簡單對比，就是在同一個時間點，4G空口高速公路上只能有寬和高都一樣，行駛方向也一樣的汽車，而每個車上只能運載4個用戶的貨物，并且偶爾公路上還會出現(xiàn)點小事故，致使貨物丟失，需要再重新發(fā)貨。而5G空口高速公路上跑的車在長和高上可以千差萬別，車輛可相向行駛，每個車上最多可以承載6個用戶的貨物，并且事故發(fā)生率非常低，每件貨物都能快速及時的運到用戶手中。
根據(jù)華為的外場測試結(jié)果，5G新空口技術(shù)集的應(yīng)用，可使無線頻譜效率提升300%以上，同時也能更好的滿足不同業(yè)務(wù)對時頻資源塊的大小和傳輸信道安全性的要求。
2015年巴展，5G成為炙手可熱的話題，隨著關(guān)注度的增加，用戶及各行業(yè)對5G的需求也將逐步清晰。華為在5G的研發(fā)上一直處于行業(yè)領(lǐng)先的位置，從2012年第一款5G基站樣機(jī)，到2014年第一個100Gbps基站樣機(jī)，再到今年第一個將5G的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和空口技術(shù)進(jìn)行清晰描述。華為將從滿足用戶需求和支撐運營商發(fā)展的角度出發(fā)，從新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、新的空口技術(shù)和新的運營系統(tǒng)三個方向上加大對5G的投入和研究，并與產(chǎn)業(yè)伙伴一起定義全球統(tǒng)一的5G標(biāo)準(zhǔn)，為2020年5G商用做好準(zhǔn)備。
