全球信息与通信解决方案供应商华为，在2015年巴塞罗纳世界移动通信展上首次展示了5G网络架构和5G新空口技术集。
2014年11月在上海举办的全球移动宽带论坛上，华为轮值CEO徐直军提出“5G要关注物联网的发展，同时在支撑移动互联网进一步做大做强上，要有突破性进展。”5G在物联网和垂直行业的应用，将为运营商带来更广阔的市场空间和更多新的商业机会。同时，移动互联网业务的做大做强，有助于进一步提升用户体验、增强客户黏性和提高ARPU值，保障运营商的收入和盈利水平。
要同时做到对移动互联网和物联网的良好支撑，首先，5G必须在技术上有更大的突破，而其中最关键的是网络架构和空口的技术突破。其次，5G网络应该更加开放，促使业务流程中的各个角色都能参与到业务和网络定制过程中，以使网络能更好的匹配业务需求。基于这两点，华为在今年的巴展上提出了“5G，新空口、新架构、新运营”的理念。
在巴展现场，华为通过Flash的形式直观地展示了5G网络的物理架构和逻辑架构，并演示了为满足不同的业务需求如何对物理架构进行切片，以及在此过程中各网元角色和功能的动态变化。
图1华为在巴展现场展示的5G网络架构
在空口技术展示区，通过模拟真实应用场景的方式，展现了空口波形和多址技术随不同的业务需求而进行动态调整的过程，其重点展示了三个未来的典型应用场景：3D通话(大带宽)，自动驾驶(低时延)，物联网(多连接)。在参观者体验每个应用场景的同时，空口波形和多址编码模块的图形也会呈现出来，使参观者能更直观的理解什么是5G的空口技术及空口技术如何灵动的匹配业务需求。
图2华为在巴展现场展示的新空口技术集
在巴展现场的另一个展岛，华为还展示了下一代的运营支撑系统“TelcoOS”。TelcoOS是基于互联网架构的开放操作系统。对于运营商来说，TelcoOS是下一代的操作系统，将运营商的所有资产(包括合作方的内容)整合成产品或解决方案提供给用户；对于开发者来说，TelcoOS是渠道和定制化业务的开发平台；对于用户来说，TelcoOS是数字化的市场空间，用户可通过TelcoOS参与定制自己所需要的产品或解决方案。
无线网络的架构就像一个庞大的组织，每个网元都是该组织中的一个成员。在4G网络架构中，各个成员的功能都是严格定义的，其中基站只负责数据的传输和处理，核心网则负责数据的转发和业务的控制。4G时代，移动互联网的业务种类比较单一，每种业务的流程也是被定义好的，通过各成员之间的协同和按部就班的工作，整个网络可有效的完成任务。在5G时代，用户和开发者都可以参与到业务的定制过程中，因此除协议定义的业务种类之外，还会有各种定制化和个性化的业务。固定的组织架构会因过于僵化而无法满足千差万别的业务需求。
以车联网业务为例，如果基于4G网络架构，自动驾驶的车辆状态和周边环境信息需通过基站传递到核心网，然后通过中央控制器向车辆发送行驶指令，这其中需要经过城域网和传输网，端到端的时延超过1秒，在车辆收到刹车指令时，事故可能已经发生了。
因此，5G的网络架构需要更加灵活，根据业务的实际需要，来定义每个网元的功能，控制权可下放给每一个层次的网元。还是以车联网为例，在5G网络中，为了满足自动驾驶汽车对超短时延的需求，基站将集数据传输、处理、转发和业务控制于一身，车辆的状态信息和行驶指令都集中到基站进行处理，并形成闭环，将时延缩短到低于1ms，使车辆能及时接收到指令并做出相对应的操作。
但基站集成的功能太多，对基站资源的消耗会很大，而且并非所有业务都有超短时延的需求。如智能传感器就只需定期将收集到的状态数据进行上传，该种应用对网络带宽和传输时延的要求都不高。在这种情况下，基站只需要负责数据传输和转发，数据将被直接传送到中央控制器进行集中处理，这样可有效降低基站的负荷，以连接更多的传感器，并将宝贵的资源分配给其他的业务。
未来5G网络架构将集连接管理、移动性管理、安全性管理和路由管理于一体，以业务为中心，以用户为中心，支撑海量垂直行业应用。同时5G网络应该是一个机动性更强的组织，这个组织中每一个成员的角色不是固定的，即使是最普通的员工，在业务需要时也可以被授权成为拥有最高权力的领导人，当即立断做出正确的决策，而无需层层汇报和审批。只有这样更加扁平化的组织架构，才能最高效的完成千奇百怪任务，才能帮助运营商完成从单纯的管道运营向业务运营的蜕变。
同样的道理也适用于空口侧。空口就像一条空中的管道，连接着终端和无线网络。在4G网络的空口技术中(OFDM，OFDMA和半双工FDD/TDD)，波形和多址技术等都是固定不变的，这也就意味着管道中传输的时频资源块大小和每个资源块中承载的用户数量都是固定的。这就像是一条高速公路，只允许宽2米，高4米的车通过，且每个车上只能承载4个不同用户的货物。如果某项业务需要更大块的货物，只能对货物进行切割以适配车的大小；当某些用户需要承载的业务模块很小时，一辆车也不能承载超过4个用户的货物，否则到达目的地后每个用户将不能区分哪一块是自己的货物，即每个用户的终端将无法解调出自己所需要的数据。另外，由于4G是半双工模式(FDD或TDD)，所以4G的高速公路是单向的，在FDD模式下同一条路上的车只能向同一方向行驶，在TDD模式上同一条路上的车在同一时间上也只能向着相同的方向行驶，这就造成了部分资源的浪费。因此现有的空口技术无法达到频谱资源的最大化利用，同时也无法更好的适应不同的业务需求。
5G如果要达到对移动互联网体验的突破性进展，并支持物联网的发展，需要在空口技术上突破4G空口的这些限制。华为本次展示的空口技术集包括了新的波形Filtered-OFDM，新的多址方式SCMA，新的信道编码PolarCode及全双工模式等。这些新的空口技术在提升频谱效率的同时能更灵活的适配业务对空口传输的需求。应用Filtered-OFDM技术，使过空口波形可动态调整，即高速公路是可变的，如果用户需承载的货物体积很大，就用更大的车来运输，高速公路可根据车的宽度和高度对自身进行相应的调整，以达到最大的车辆通行速度。而SCMA技术则是通过给货物增加编码的方式，使每辆车承载的用户数达到了6个，等货物到达时，用户(终端)可根据分配给自己的编码来领取货物。PolarCode的应用保证了货物在运输途中道路的安全性和可靠性，使每一车的货物都能顺利到达，减少了误码率。而在全双工模式下同一条高速公路在同一时间可以有不同方向的车在行驶，大大提高了资源的利用效率。
简单对比，就是在同一个时间点，4G空口高速公路上只能有宽和高都一样，行驶方向也一样的汽车，而每个车上只能运载4个用户的货物，并且偶尔公路上还会出现点小事故，致使货物丢失，需要再重新发货。而5G空口高速公路上跑的车在长和高上可以千差万别，车辆可相向行驶，每个车上最多可以承载6个用户的货物，并且事故发生率非常低，每件货物都能快速及时的运到用户手中。
根据华为的外场测试结果，5G新空口技术集的应用，可使无线频谱效率提升300%以上，同时也能更好的满足不同业务对时频资源块的大小和传输信道安全性的要求。
2015年巴展，5G成为炙手可热的话题，随着关注度的增加，用户及各行业对5G的需求也将逐步清晰。华为在5G的研发上一直处于行业领先的位置，从2012年第一款5G基站样机，到2014年第一个100Gbps基站样机，再到今年第一个将5G的网络架构和空口技术进行清晰描述。华为将从满足用户需求和支撑运营商发展的角度出发，从新的网络架构、新的空口技术和新的运营系统三个方向上加大对5G的投入和研究，并与产业伙伴一起定义全球统一的5G标准，为2020年5G商用做好准备。
