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(dòng)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(dòng)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(shí)在支撐移動(dòng)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(yùn)營商帶來更廣闊的市場空間和更多新的商業(yè)機(jī)會(huì)。同時(shí)，移動(dòng)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(yàn)、增強(qiáng)客戶黏性和提高ARPU值，保障運(yùn)營商的收入和盈利水平。
要同時(shí)做到對(duì)移動(dòng)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(gè)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(diǎn)，華為在今年的巴展上提出了“5G，新空口、新架構(gòu)、新運(yùn)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(duì)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(dòng)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(shí)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(dòng)態(tài)調(diào)整的過程，其重點(diǎn)展示了三個(gè)未來的典型應(yīng)用場景：3D通話（大帶寬），自動(dòng)駕駛（低時(shí)延），物聯(lián)網(wǎng)（多連接）。在參觀者體驗(yàn)每個(gè)應(yīng)用場景的同時(shí)，空口波形和多址編碼模塊的圖形也會(huì)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(dòng)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(gè)展島，華為還展示了下一代的運(yùn)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(duì)于運(yùn)營商來說，TelcoOS是下一代的操作系統(tǒng)，將運(yùn)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(duì)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(tái)；對(duì)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(gè)龐大的組織，每個(gè)網(wǎng)元都是該組織中的一個(gè)成員。在4G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，各個(gè)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(shí)代，移動(dòng)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(gè)網(wǎng)絡(luò)可有效的完成任務(wù)。在5G時(shí)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(huì)有各種定制化和個(gè)性化的業(yè)務(wù)。固定的組織架構(gòu)會(huì)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(dòng)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(shí)延超過1秒，在車輛收到剎車指令時(shí)，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(shí)際需要，來定義每個(gè)網(wǎng)元的功能，控制權(quán)可下放給每一個(gè)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(dòng)駕駛汽車對(duì)超短時(shí)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(shí)延縮短到低于1ms，使車輛能及時(shí)接收到指令并做出相對(duì)應(yīng)的操作。
但基站集成的功能太多，對(duì)基站資源的消耗會(huì)很大，而且并非所有業(yè)務(wù)都有超短時(shí)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(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬和傳輸時(shí)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(dòng)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(shí)5G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該是一個(gè)機(jī)動(dòng)性更強(qiáng)的組織，這個(gè)組織中每一個(gè)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(shí)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(bào)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(yùn)營商完成從單純的管道運(yùn)營向業(yè)務(wù)運(yùn)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(shí)頻資源塊大小和每個(gè)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(gè)車上只能承載4個(gè)不同用戶的貨物。如果某項(xiàng)業(yè)務(wù)需要更大塊的貨物，只能對(duì)貨物進(jìn)行切割以適配車的大��；當(dāng)某些用戶需要承載的業(yè)務(wù)模塊很小時(shí)，一輛車也不能承載超過4個(gè)用戶的貨物，否則到達(dá)目的地后每個(gè)用戶將不能區(qū)分哪一塊是自己的貨物，即每個(gè)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(shí)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(fèi)。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(shí)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(duì)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)體驗(yàn)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(shí)能更靈活的適配業(yè)務(wù)對(duì)空口傳輸?shù)男枨�。�?yīng)用Filtered-OFDM技術(shù)，使過空口波形可動(dòng)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(yùn)輸，高速公路可根據(jù)車的寬度和高度對(duì)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(gè)，等貨物到達(dá)時(shí)，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(yùn)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(shí)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(duì)比，就是在同一個(gè)時(shí)間點(diǎn)，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(gè)車上只能運(yùn)載4個(gè)用戶的貨物，并且偶爾公路上還會(huì)出現(xiàn)點(diǎn)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(gè)車上最多可以承載6個(gè)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(shí)的運(yùn)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(shí)也能更好的滿足不同業(yè)務(wù)對(duì)時(shí)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(duì)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(gè)100Gbps基站樣機(jī)，再到今年第一個(gè)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(yùn)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(yùn)營系統(tǒng)三個(gè)方向上加大對(duì)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。
