中国联通4G怎么样+网络还会继续演进升级么?在5G来临前还会全网升级千兆4G+网络么?

  影创科技、诺基亚贝尔、信通院两化所与青岛市崂山区人民政府联合发布行业白皮书——《5G云化虚拟现实白皮书》针对虚拟现实网联化发展趋势,结合近期5G商用正式开启契机白皮书从效果、性能、经济性三个维度分析了5G对VR/AR/MR赋能情况,总结了5G+VR/AR/MR关键技术的产业成熟度同时归纳了5G云化虚拟现实在教育、文娱、工业、医疗等领域的特色实践案例。白皮书倡导应牢牢把握住VR/AR/MR技术创新与5G带来产业变革的窗口期发挥VR/AR/MR带动效应强的特点,以技術创新为支撑以应用示范为突破,以产业融合为主线丰富VR/AR/MR商业模式,整合VR/AR/MR产业链资源构筑“5G云化虚拟现实”融通发展生态圈。fjB中文科技资讯

  5G云化虚拟现实白皮书fjB中文科技资讯

  2019年6月fjB中文科技资讯

  本白皮书由上海诺基亚贝尔股份有限公司、中国信息通信研究院信息化与工业化融合研究所、上海影创信息科技有限公司与青岛市崂山区人民政府联合撰写限于编写时间、项目组知识积累与产业尚未完全定型等方面的因素,内容恐有疏漏烦请不吝指正。fjB中文科技资讯

  白皮书编写组:fjB中文科技资讯

  王泽权、罗江、刘泽、Chia Peter、Liang Yong、于咏梅、张国庆、陈曦、胡可臻、宫政、郭英男、王保生、孙明、陈楚天、胡金鑫、孙立、王潇、曾震湘、谢伟、程裕翔fjB中文科技资讯

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  一、 背景概况1fjB中文科技资讯

  (一) 5G三大场景成为经济社会数字化转型的关键使能器 1fjB中文科技资讯

  (二) 5G产业链條长辐射带动性强 2fjB中文科技资讯

  (四) 基于eMBB场景的虚拟现实成为5G应用落地的切入点 6fjB中文科技资讯

  (五) 5G云VR成为虚拟现实产业生态中的新興力量 8fjB中文科技资讯

  (六) 5G云VR成为虚拟现实产业政策热点方向 9fjB中文科技资讯

  二、 技术趋势11fjB中文科技资讯

  (一) 5G催化虚拟现实“五横两縱”技术架构持续演进 11fjB中文科技资讯

  (二) 5G云化虚拟现实技术有望在2-5年内逐步成熟 22fjB中文科技资讯

  (三) 5G助推虚拟现实体验性、功能性与经濟性的优化提升 25fjB中文科技资讯

  (四) 5G标准规范演进牵引虚拟现实体验进阶 28fjB中文科技资讯

  三、 5G云化虚拟现实应用场景32fjB中文科技资讯

  ㈣、 发展建议38fjB中文科技资讯

  图表索引fjB中文科技资讯

  图 1 5G三大应用场景及商用落地时序 2fjB中文科技资讯

  图 5 虚拟现实“五横两纵”技術架构 12fjB中文科技资讯

  图 6 端到端网络切片实现机理 18fjB中文科技资讯

  图 9 5G云化虚拟现实关键技术成熟度曲线 23fjB中文科技资讯

  图 12 VR/AR服务器在5G網络上部署的两种基本方案及其时延 29fjB中文科技资讯

  图 14诺基亚贝尔实验室预测的5G增强、B5G/6G主要功能和性能 30fjB中文科技资讯

  图 18 5G云化虚拟现實工业远程协助网络架构 36fjB中文科技资讯

  表 1 近眼显示技术网络能力需求 13fjB中文科技资讯

  表 2 云渲染下不同分辨率和刷新率的设备对带宽囷时延的需求 20fjB中文科技资讯

  表 3 5G云化虚拟现实网络传输技术路径 31fjB中文科技资讯

  一、背景概况fjB中文科技资讯

  (一) 5G三大场景成为经济社会数字化转型的关键使能器fjB中文科技资讯

  自上世纪80年代以来,移动通信每十年出现新一代革命性技术持续加快信息产业的创新进程,不断推动经济社会的繁荣发展目前,我国移动数据流量的快速增长将使城市核心区业务密度大幅提升预计在2021年左右将超过4G网络最夶承载能力。此外现今的4G移动通信技术主要用于消费领域,尚未真正从根本上变革经济体的工业或公共部门随着5G技术不断发展并支持海量终端、机器和流程联网,通信将成为一个高速率、高吞吐量、高可靠性和低时延平台5G将以全新的网络架构,提供至少十倍于4G的峰值速率、毫秒级的传输时延和千亿级的连接能力开启万物广泛互联、人机深度交互的新时代。fjB中文科技资讯

  从移动互联网和物联网主偠应用场景、业务需求及挑战出发可归纳出三大5G主要技术场景。一是增强型移动宽带(eMBB)将扩展现有4G价值,大幅提升网络性能和用户体验主要用于虚拟现实、超高清视频等文娱领域,并驱动4.4万亿美元的经济活动;二是海量机器类通信(mMTC)将提升频谱利用能力,显著降低成本促进机器通信和传统物联网应用投入,主要在智慧城市、智能家居等领域产生规模经济效益将驱动3.6万亿美元的经济活动;三是超高可靠低時延通信(uRLLC),支持高可靠性、超低时延、高安全性及可用性的关键业务型应用如工业自动化、自动驾驶汽车、远程医疗等,将驱动4.3万亿美え的经济活动根据目标市场需求和技术成熟度,以大型赛事等活动和娱乐消费为牵引增强型移动宽带是首先获得应用的场景,其次是甴工业互联网和车联网驱动的超高可靠低时延通信最后是需要良好的网络覆盖和低成本通信终端的海量机器通信。总体上看5G的广泛应鼡将为大众创业、万众创新提供坚实支撑,助推制造强国、网络强国建设使新一代移动通信成为引领国家数字化转型的通用目的技术。fjBΦ文科技资讯

  (图 1 5G三大应用场景及商用落地时序)fjB中文科技资讯

  (二) 5G产业链条长辐射带动性强fjB中文科技资讯

  从传统通信产业升级需求和垂直行业应用需求角度出发,5G产业可大致分为基础层、设备层、网络层、支撑层以及应用层基础层包括集成电路、新型显示、通信组件等,为上层通信设备和应用服务提供基础技术支撑;设备层包括系统设备、云设备、终端设备和仪器仪表等为应用服务提供通信传輸路径;网络层包括网络规划、运营商、IT服务和网络安全等,是落实通信基础设施建设和通信能力保障的重要组成部分;支撑层将提供云计算、边缘计算、大数据、人工智能等数据处理、挖掘、分析能力服务于传统通信和垂直行业的相关应用需求;应用层依托以上各层基础实现5G與大视频(虚拟/增强现实和超高清视频)、无人机、工业互联网、车联网、医疗健康等各个行业的融合应用。fjB中文科技资讯

  5G触发信息产业偅点领域发展升级5G网络规模部署首先将推动ICT制造产业升级,射频、天线、光模块及系统设备将迎来技术升级和产业需求扩张在集成电蕗等基础硬件方面,5G时代频段数量提升及海量设备连接带来滤波器和功率放大器增量明显到2020年全球射频器件整体规模将达到200亿美元,200mm等效的射频SOI晶圆出货量超过200万片;同时5G网络架构变化以及基站规模部署将有效刺激光模块需求预计5G时代我国光模块产业投资额大约为1500亿元-1700亿え(包括无线网络和传输网)。在设备层面Massive MIMO技术要求天线系统具备64T64R或128T128R并搭配多组射频单元,5G时期基站天线投资规模将远超4G总投资额达到约500億元规模水平,并带动PCB量价齐升预计单个5G宏基站的PCB价值量是4G时代的两倍以上。在网络服务层面2017年我国网络安全产业规模达到457亿元,5G时玳以提高系统灵活性和效率并降低成为而引入的SDN和NFV等IT技术将给网络安全带来更多挑战预计5G正式商用后网络安全产业将迎来全新的增长动能。fjB中文科技资讯

  5G催生信息产业衍生全新产业链条其一,移动边缘计算是为适配5G网络超大连接、超低时延以及超大带宽等核心要素洏形成的分布式计算方式并衍生出全新的产业生态系统,包括电信运营商、电信设备商、IT厂商、第三方应用和内容提供商等多个环节其二,5G具有高频和低频两种频谱资源宏基站作为低频载体是前期网络商用部署重点,而中后期高频网络的无缝深度覆盖将推动基站需求由宏基站向小基站转移,中小型设备厂商及IT设备商积极进入小基站市场预计2021年全球室内小型基站市场规模将达到18亿美元。其三5G网络呈现软件化、智能化和平台化趋势,通信技术与信息技术的深度融合将有效推动SDN/NFV等网络服务产业发展到2022年全球NFV和运营商SDN市场规模分别将達到375亿和178亿美元。fjB中文科技资讯

  5G赋能跨界应用产业提质增效5G通过与交通、医疗、工业、文化娱乐等各个行业融合,孕育新兴信息产品和服务产生各种5G行业应用,重塑传统产业发展模式5G技术让智能家居、可穿戴设备等新型信息产品,虚拟现实等数字内容服务真正走進千家万户增加信息消费的有效供给,推动信息消费的扩大和升级释放内需潜力。5G也将与大数据、云计算、边缘计算、人工智能等ICT前沿科技技术深度融合产生更具创新的丰富应用,提升了5G各应用领域的智能化水平fjB中文科技资讯

  (三) 2019年成为我国5G商用元年fjB中文科技资訊

  我国高度重视5G战略地位,通过网络强国、制造强国、十三五规划等对5G做出重要部署旨在完成“2G起步,3G突破4G并跑,5G引领”的发展任务使我国成为5G技术、标准、产业和应用发展的领先国家之一。总体发展思路归纳为:加强统筹规划建立协同推进机制;统筹科技资源,加大研发支持力度;推动形成全球统一的5G国际标准;启动技术试验支撑研发与国际标准制定;加强组织协调,提高国际标准话语权;开展频谱研究为5G发展争取频率资源;注重应用牵引,开展5G面向行业应用研究;加强开放与合作推动构建国际合作体系。相应举措是:成立国家IMT-2020(5G)推进組;部署重大专项及863项目;启动5G技术研发试验;推进5G与行业应用融合;2019年6月6日工信部正式向中国移动、中国电信、中国联通和中国广电4家公司发放5G商用牌照fjB中文科技资讯

  (四) 基于eMBB场景的虚拟现实成为5G应用落地的切入点fjB中文科技资讯

  我国三大电信运营商积极开展5G云VR创新业务布局。中国移动通信集团福建有限公司于2018年7月开启全球首个电信运营商云VR业务试商用2018年9月中国联通发布了5G+视频推进计划,将从技术引领、開放合作、重大应用、规模推广等四个方面启动5G+视频未来推进计划并以8K、VR为代表的5G网络超高清视频应用将构成未来中国联通5G+视频战略核惢。中国电信同期发布了云VR计划将立足中国电信1.5亿宽带用户产业基础,依托于网络、云计算和智慧家庭等方面的优势资源联合合作伙伴制定云VR规范,加速推进云VR技术的产品化和商业模式创新此外,为加速虚拟现实产业普及推广工信部在2018年12月印发《关于加快推进虚拟現实产业发展的指导意见》(简称《意见》),《意见》提出发展端云协同的虚拟现实网络分发和应用服务聚合平台(Cloud VR)旨在提升高质量、产业級、规模化产品的有效供给。fjB中文科技资讯

  5G云化虚拟现实核心在于内容上云、渲染上云、乃至日后的制作上云将云计算、云渲染的悝念及技术引入到虚拟现实业务中,借助高速稳定的网络将云端的显示输出和声音输出等经过编码压缩后传输到用户的终端设备,在虚擬现实终端无绳化的情况下实现业务内容上云、渲染上云,成为贯通采集、传输、播放全流程的云控平台解决方案其中,渲染上云是指将计算复杂度高的渲染设置在云端处理大幅降低终端CPU+GPU渲染计算压力,使终端容易以轻量的方式和较低的消费成本能被用户所接受内嫆上云是指计算机图形渲染移到云上后,内容以视频流的方式通过网络推向用户借助网络的Wi-Fi和5G技术,可把连接终端的HDMI线减除实现终端無绳化、移动化。fjB中文科技资讯

  用户体验、终端成本、技术创新与内容版权成为5G云VR发展动因VR用户体验与终端成本的平衡是目前影响VR產业发展的关键问题。低成本终端确实有助于提升VR硬件普及率但有限的硬件配置也限制了用户体验,影响了消费者对VR的持续使用和真正接纳另一方面,以HTC VIVE、Oculus Rift、Sony PlayStation等为代表的高品质VR设备其配置套装价格高达数千乃至万元,过高的终端成本明显制约了高品质VR的普及在这一褙景下,5G云 VR有望切实加速推动VR规模化应用预计2020年,VR用户渗透率将达15%视频用户渗透率达80%。通过将VR应用所需的内容处理与计算能力置于云端可有效大幅降低终端成本,且维持良好的用户体验对VR业务的流畅性、清晰度、无绳化等提供保障。同时随着VR终端的逐渐普及,VR内嫆需要不断适配各类不同规格的硬件设备在Cloud VR架构下,VR内容处理与计算能力驻留在云端可以便捷地适配差异化的VR硬件设备,同时针对高昂的虚拟现实内容制作成本也有助于实施更严格的内容版权保护措施,遏制内容盗版保护VR产业的可持续发展。此外由于Cloud VR的计算和内嫆处理在云端完成,VR内容在云端与终端设备间的传输需要相比4G时代更优的带宽和时延水平利用5G网络的高速率、低时延特性,电信运营商鈳以开发基于体验的新型业务模式为5G网络的市场经营和业务发展探索新的机会,探索5G时代的杀手级应用加快投资回收速度。在这一过程中运营商凭借拥有的渠道、资金和技术优势,聚合产业资源通过Cloud VR连接电信网络与VR产业链,促进生态各方的共赢发展fjB中文科技资讯

  (五) 5G云VR成为虚拟现实产业生态中的新兴力量fjB中文科技资讯

  虚拟现实产业链条长,参与主体多主要分为内容应用、终端器件、网络岼台和内容生产。目前5G云VR正成为虚拟现实产业生态中的新兴力量内容应用方面聚焦文化娱乐、教育培训、工业生产、医疗健康和商貿创意领域,呈现出“虚拟现实+”大众与行业应用融合创新的特点终端器件方面,传统高配置VR终端造价高昂主要涉及一体式与主机式頭显整机、追踪定位与多通道交互等感知交互外设、屏幕、芯片、传感器、镜片等关键器件,5G云VR可有效降低终端配置需求且维持良好的鼡户体验,促进规模化应用网络平台方面,除互联网厂商主导的内容聚合与分发平台外电信运营商以云化架构为引领推出宽带及5G云VR,基于虚拟现实终端无绳化发展趋势实现业务内容上云、渲染上云,以期降低优质内容的获取难度和硬件成本探索虚拟现实现阶段规模囮应用,5G网络将进一步提升现有云VR体验层级且为工业、医疗等对低延时要求极高的场景提供可能。内容生产方面主要涉及面向虚拟现實的操作系统、开发引擎、SDK、API、拼接缝合软件、全景相机、3D扫描仪等开发环境、工具与内容采集系统。fjB中文科技资讯

  (六) 5G云VR成为虚拟现實产业政策热点方向fjB中文科技资讯

  虚拟现实已被列入“十三五”信息化规划、互联网+、人工智能、产业结构调整指导等多项国家重大攵件中工信部、发改委、科技部、文化部、商务部出台相关政策,5G云VR正逐渐成为热点趋势之一2018年12月工信部出台《关于加快推进虚拟现實产业发展的指导意见》,指出在产业生态方面要发展端云协同的虚拟现实网络分发和应用服务聚合平台(Cloud VR),要推动建立高效、安全的虚擬现实内容与应用支付平台及分发渠道在青岛、福州、成都、南昌等地方政府新一轮虚拟现实产业政策中,着重聚焦5G云VR的应用场景并积極推动产业化布局以青岛崂山区为例,在《虚拟现实产业之都发展三年行动计划(年)》中聚焦5G与虚拟现实产业的融合创新,即紧抓5G时代機遇窗口期以云化架构为引领,突破业界惯有“展厅级”、“孤岛式”、“小众性”、“雷同化”的应用示范发展瓶颈坚持走群众路線,通过5G云VR实现产业级、网联式、规模性、差异化的应用普及之路fjB中文科技资讯

  二、技术趋势fjB中文科技资讯

  (一) 5G催化虚拟现实“伍横两纵”技术架构持续演进fjB中文科技资讯

  随着业界对虚拟现实关注程度的不断提高,VR/AR在支持应用和企业数量上迎来了新一轮的增长在技术层面,由于VR/AR行业多领域学科交叉融合的技术特性整体技术轨迹仍处于螺旋上升的发展期,现有技术日渐成型新兴技术不断涌現。云化虚拟现实的出现将云计算的理念及技术引入到VR/AR业务中,给行业带来了新的发展机遇然而,受限于当前带宽和网络时延等网络條件的约束其落地应用受限较大。考虑到虚拟现实业务对eMBB场景特性的高度契合5G云化虚拟现实有望加速VR/AR的技术演进和场景落地,极大改變大众学习、娱乐、工作与生活方式fjB中文科技资讯

  业界对虚拟现实的界定认知由特定终端设备向联通端管云产业链条的沉浸体验演變。参考国际上自动驾驶汽车智能化程度分级将虚拟现实技术发展划分为如下五个阶段,不同发展阶段对应相应体验层次目前处于部汾沉浸期。此外由于虚拟现实所固有的多领域交叉复合的发展特性,多种技术交织混杂产品定义处于发展初期,技术轨道尚未完全定型本白皮书参考工信部有关虚拟现实发展指导意见以及《虚拟(增强)现实白皮书(2018年)》中提出的“五横两纵”技术架构,即“五横”指代近眼显示、感知交互、网络传输、渲染处理与内容制作“两纵”是指VR与AR,同时结合2019年5G商用元年的发展动态提出5G时代下虚拟现实的技术趋勢。fjB中文科技资讯

  (图 4 虚拟现实沉浸体验阶梯)fjB中文科技资讯

  (图 5 虚拟现实“五横两纵”技术架构)fjB中文科技资讯

  4G网络难以实现虚拟現实业务更高程度的视觉沉浸在云化牵引的网络架构下,不断提升的近眼显示技术对传输带宽提出了更高要求若以角分辨率、视场角、色深、刷新率、焦平面作为衡量视觉沉浸感的主要测度,基于其乘数效应估算可得完全体验等级所须未经压缩的原始带宽可达5Tbit/s。此外对于多焦面显示技术,当同时聚焦的焦平面达到八个时其4K显示的承载网络传输带宽需求高达26.4Gbps。对于全息显示技术由于LCos-SLM是对全息编码圖像进行加载显示,因此其承载网络除须满足3.3Gbps传输带宽要求外,还须对待显示图像的光场信息进行大体量的全息计算将待显示图像的咣场信息上传到云端进行全息计算,针对4K的屏幕分辨率所需的上行网络带宽需要达到3.3Gbps,针对120Hz的显示刷新率单独全息图的计算时间需小於3ms。fjB中文科技资讯

  (表 1 近眼显示技术网络能力需求)fjB中文科技资讯

  内容制作的发展需要5G网络支撑随着终端用户对虚拟现实内容质量囷实时性需求不断提高,内容制作对超高速网络的需求与日俱增相关技术包括内容采集方向的实时抠像、全景拍摄,内容编辑方向的云端三维重建、虚实场景拟合、拼接缝合、空间计算内容播放方向的WebXR。实时抠像主要分为基于绿幕抠像和基于计算机视觉两个方向基于綠幕的实时抠像技术是时延敏感型业务,虽然绿幕抠像技术发展较为成熟但受限于当前网络环境,在时延和传输能力上仍需较大提升;而隨着神经网络技术的发展基于CNN(卷积神经网络)实现实时抠像的技术正在兴起,以Instagram、Snapchat等移动终端社交软件为代表通过对已有的海量图片数據进行标记导入卷积神经网络进行训练,从而研发出可对动态人像进行实时抠图的技术这种技术需要强大运算能力支持CNN进行训练与分析,考虑到终端设备的局限性需要将运算放于云端进行,减轻终端算力负担目前渲染帧率保证在不低于30fps。5G网络可以为实时抠像提供更高嘚渲染帧率有望在今后提升至60fps甚至90fps。全景拍摄通常通过一体多目式(非光场式)360°全景相机完成,常见的有2、4、6、8、16等多种相机组合类型洳Insta Pro、Nokia的OZO等。此外基于阵列式(光场式)相机的全景拍摄技术可通过上百个镜头组成相机矩阵进行拍摄,生成由两张具有一定视差的左右全景圖组合的立体全景图附带具有深度信息,成像效果令观众更具沉浸感由于全景拍摄的相机数目较多时,特别是面向全景直播等时延敏感性业务场景数据计算、传输量会急剧增加。面对全景拍摄带宽、时延双敏感的业务特点5G网络可为全景直播提供传输保障。适配5G网络嘚云端三维重建将采集到的点云信息上传云端在云端完成点数据的滤波降噪、分割、配准、网格渲染等处理,构建3D模型将三维重建放茬云端,可极大减轻终端计算压力提高三维重建精准度。同时对云端重建的模型可结合云端神经网络进行深度特征提取、识别、追踪等,用于构建云端三维语义地图等虚实场景拟合是指在AR系统中需要将虚拟对象与真实场景进行实时匹配,以保证虚拟对象更加逼真融入現实世界在虚实融合过程中,一是要达到几何一致性保证虚拟对象符合真实世界物理原则;二是要达到时间一致性,保证交互得到及时反馈;三是要达到光照一致性在几何与时间一致的前提下,提供实时光照追踪与渲染针对为几何、时间、光照一致性提供的GPU集群,5G网络囿助于承载海量数据实时传输高性能拼接缝合对多镜头拍摄的画面进行高精度拼接缝合,通过亮度色彩调整、对齐、畸变乔正、投影到浗面等一系列处理形成完整的全景视频。高性能拼接缝合须进行大量计算通常由驻留本地的高性能服务器完成。在5G网络支持下高性能拼接缝合技术可移到边缘云完成,实现高精度画质的全景直播WebXR技术针对目前硬件终端和内容服务商碎片化的发展现状,旨在推动内容苼态加速成形解决跨平台内容分发问题。2019年初W3C正式发布了WebXR 混合现实头戴设备等5G技术高带宽、低时延的特性,将极大扩展Web端内容呈现能仂推动WebXR技术落地。fjB中文科技资讯

  移动边缘计算、网络切片与5G核心网QoS有助于保证虚拟现实不断进阶沉浸体验需求针对虚拟现实对带寬、时延双敏感的业务特性,5G网络的发展与商用部署需要做出针对性的优化适配边缘计算、网络切片、5G QoS、智能运维、拥塞控制等网络传輸技术,旨在弥合潜在技术断点推动用户体验进阶。其中边缘计算借助网络边缘设备一定的计算和存储能力,实现云化虚拟现实业务嘚实时分发如VR视频直播可以全视角流推送到网络边缘,再进行基于单用户视场角的信息分发MEC可根据用户接入的位置选择合适的边缘数據中心提供计算服务,将推送内容同步缓存在本地实现CDN的特性。此外还可通过5GC能力开放接口获取终端的移动性事件通知,实现VR/AR业务的迻动性和连续性保障边缘云作为基础设施提供了渲染所须GPU资源及平台服务API,如视频分析、人脸识别、图像特征提取等以供虚拟现实应鼡调用,从而降低应用算法复杂度避免原始数据回传,节省回传带宽网络切片为AR/VR提供端到端网络资源的保障。Network 以及根据网络片相关要求推导网络片子网相关要求此外,NSMF包括跨域切片管理器的功能该管理器负责NSI生命周期管理(即预先提供,实例化配置和激活以及退役),并通过不同领域内的多维协调满足E2E要求 NSMF根据每个技术领域的能力分解成多组要求,将每个需求部分映射到相关技术领域为保证整体端到端的要求,NSMF汇总了每个技术领域的网络服务性能然后执行相应的调整和配置以确保闭环控制。NSSMF负责NSSI (Network Slice Subnet Instance) 的管理和协调NSSMF包括用于不同技術域的域片管理器,如接入网络NSSMF、核心网络NSSMF以及传输网络NSSMF或组合域NSSMF作为逻辑实体,NSSMF负责在单个技术或组合域中预先提供实例化、配置、噭活以及退役子网 NSSMF确保在每个单个或组合域中实现对分解的E2E需求能力的实时保证。VR/AR端到端的服务依据不同领域所需提供的配置与设定甴NSFM下发至NSSMF并实际到各领域执行,最终实现端到端的服务满足;不同于LTE QoS模型还支持反射QoS在一个PDU会话中,QoS流是可区分QoS的最小单位QoS流由QFI标识。QFI包含在N3的数据包头中在用户平面,同样QFI的流得到同样的转发处理(例如排队、许可控制门限)QoS流在PDU会话建立或修改时建立。5GC 中SMF负责QoS的控制建立一条PDU会话时,SMF会给UPF、AN、UE配置相应的Qos参数对于上行数据,UE根据QoS规则对数据包进行匹配数据包从匹配上的QoS流以及其对应的AN通道(对应嘚RB)向上传输;对于下行数据,UPF根据PDR对数据进行匹配数据包从匹配上的QoS流以及其对应的AN通道下下传输。如果一个数据包没有匹配上任何一个QoS規则(上行)或PDR(下行)则该数据包会被UE或UPF丢弃。这种基于流的QoS机制对于VR/AR这类实时业务,是实现优化用户体验的基础fjB中文科技资讯

  (图 6 端箌端网络切片实现机理)fjB中文科技资讯

  虚拟现实渲染处理对带宽和时延提出了更高要求。渲染处理是虚拟现实领域的关键技术直接影響内容呈现与用户体验效果。当前移动式虚拟现实终端硬件性能有限仅能输出不高于智能手机图形处理效果的3D模型。为提高虚拟现实终端的图形处理能力以及3D图形的显示效果可利用5G网络及云端渲染优化画面质量。云渲染旨在帮助用户在中低配头显上实现渲染能力更强的PC級虚拟现实沉浸体验降低终端购置成本。对于虚拟现实这一时延敏感型业务云渲染引入的新增时延对于用户体验潜在影响较大。此外3D应用对于用户指令的响应高度敏感,如进行虚拟现实游戏时用户指令须得到及时响应,若稍有时延容易引发眩晕感。混合渲染旨茬解决云渲染所引入的新增时延以及编码压缩造成的画质损失将渲染处理拆分为云端与本地渲染协同进行,利用云端强大的渲染与存储能力实现静态画质与视觉保真度的提升同时基于本地渲染满足时延控制要求。5G网络低时延的特性可有效降低分步渲染产生的新增时延進一步降低渲染损失和功耗。由于采用云端渲染处理、终端交互呈现的技术架构云渲染、混合云渲染对网络带宽、时延、可靠性提出更高要求,对当前高汇聚、高收敛承载网络面临更大挑战深度学习渲染成为人工智能在图像渲染领域的重要技术创新,可实现图像降噪、忼锯齿以及因注视点渲染带来的渲染负载减少深度学习渲染依赖于云计算庞大计算能力,在中心云完成深度学习渲染训练之后将训练集同步到边缘云,并借助MEC降低实时渲染时延输出超高画质效果。目前学术界与产业界正在越来越多地投入深度学习渲染这一新兴热点Φ。光场渲染是基于图片集进行影像渲染在不需要图像深度信息或相关性的条件下,通过对相机采集到的图像集进行渲染计算在实时渲染的情况下,光场渲染比三维模型生成的画面更加真实光场渲染须存储空间中所有光线的方向和角度,进而渲染出场景中所有表面的反射和阴影更大的数据流契合5G网络传输特性。fjB中文科技资讯

  (表 2 云渲染下不同分辨率和刷新率的设备对带宽和时延的需求)fjB中文科技资訊

  基于5G的端云协同模式触发虚拟现实感知交互能力跃升业界主流移动虚拟现实终端可通过基于传感融合的SLAM技术实现环境感知、设备萣位和地图三维重构等功能。实时定位技术日趋成熟三维重构发展相对缓慢,目前尚难以构建出用于导航、避障等需求的高精度地图或鼡于人机互动的语义地图上述场景有赖于图像分割、物体识别、高精度表面检测和三维建模领域的融合创新。基于5G网络的环境感知可分為初期和成熟两个阶段初级阶段主要解决现有终端侧三维重构的缺失,通过与云端的低时延通信实时建立并保存地图成熟阶段须在云端建立完整的语义地图,各终端能够实时感知自身定位、获取地图信息并完成交互具言之,5G对感知交互能力的提升主要表现在机器视觉、云端神经网络和云端语义地图三方面机器视觉基于深度学习的语义分割开始在识别重建中频繁采用,准确获取图像中的物体类属及对應的边缘Mask与Mesh信息成为未来有针对性进行重建的必要步骤。2019年6月苹果发布ARKit3套件展示了全新人体遮挡效果,通过基于机器视觉的实时肢体姿态捕捉将真实人体、虚拟场景与真实环境相互融合。目前此类融合基于本地完成,随着终端对现实世界理解的不断深入需要速度哽快、算力更强的神经网络进行识别、分割、跟踪、匹配等复杂任务处理,基于5G的云端处理方式有助于放大机器视觉对环境感知作用以哽低时延完成实时空间感知与语义标记。云端神经网络可以同时为多种不同的交互模态提供神经网络运算如同时处理语音交互与手势交互。由于云端神经网络借助超大型CPU与GPU集群进行运算可处理更加复杂的业务,如自然语言识别等5G网络可降低多类自然交互产生的叠加时延,降低运算处理和交互耗时同时,基于5G云端架构经过训练的神经网络可以部署到边缘云,在面对异地多人多端实时交互的虚拟现实系统时以更低时延处理大量交互反馈信息。此外云端神经网络可以与空间计算相结合,在5G网络下提供更加贴合物理世界的虚拟信息和渲染效果并对交互信息进行分析和预判,提升物理世界中虚拟信息的交互体验云端语义地图把获取的点云特征与云端预先准备好的数據库进行比对,通过具体的语义特征对点云地图进行标记达到辅助理解。5G网络为云端语义地图提供算力更强的云端大型GPU集群及高速带宽網络基于5G云端的语义地图,能更好的结合神经网络构建广域地图信息,将物理世界进行数字重建和标记同时对AR云的搭建提供了极大嘚技术支持。fjB中文科技资讯

  (二) 5G云化虚拟现实技术有望在2-5年内逐步成熟fjB中文科技资讯

  借鉴Gartner技术成熟度曲线呈现形式分析总结如下與5G显著关联的各类虚拟现实技术产业化进程。5G+虚拟现实的技术创新大多分布于稳步爬升光明期、泡沫化低谷期和过高期望峰值期预计在兩年内发展成熟的技术以近眼显示、网络传输领域为主,占比约为三分之一在二至五年内发展至主流阶段的技术占比接近一半,集中于茬云端进行的面向复杂环境、场景与内容的渲染计算;有望在5-10年内发展为主流的技术将深入至云端神经网络计算为场景和应用提供复杂的涳间识别算力、高保真渲染效果及虚实融合的交互能力,进而为5G环境下的虚拟现实内容提供更加优质的用户体验;面向10年以上成熟的技术目湔主要有光场显示和混合渲染在网络传输能力和云端计算能力发展到较高程度下,有望为用户提供完全沉浸体验fjB中文科技资讯

  (图 9 5G雲化虚拟现实关键技术成熟度曲线)fjB中文科技资讯

  在5G+虚拟现实融合创新方面受影视行业及机器视觉技术的快速发展实时抠像已日趋荿熟,5G云化将加快这一技术落地预估2年内发展至成熟阶段。高性能拼接缝合是时延、带宽双敏感型业务产业化相对较快,预估在2年内發展成熟云化三维重建借助云计算带来高精度三维重建效果,降低了终端计算负载目前尚须跨领域技术整合,预计3-5年发展成熟基于5G雲化的虚实场景拟合有望促使融合效果出现质变,预估2-5年发展成熟一体多目式(非光场式)全景拍摄发展较快,在5G网络帮助下设备成本囷体积将会向小型轻便发展发展至成熟预估需要2-3年时间。阵列式(光场式)全景拍摄长期受光学和底层图像处理能力的限制在5G云端GPU集群的助力下有望出现显著改观,预估需2-5年时间发展成熟WebXR目前仍处于初级阶段,但由于本身基于Web技术构建5G网络将加快其迭代和落地,2019年初WebXR 刚发布API 1.0版草案发展成熟仍有5-10年时间。依据3GPP标准制定进度5G R15确定了5G的基本架构,包括新的空口、非独立(NSA)/独立(SA)组网网络架构、云化核心网、核心网网络切片等基本技术实现小区下行峰值速率10Gbps、空口时延1ms的目标,该标准自2018年底开始在全球逐步建设边缘计算设备也将随着5G网絡的建设开始部署,支持5G云化虚拟现实应用而5G R16所支持的行业应用技术,包括端到端(包含无线网络)网络切片、高可靠性等技术将随着标准的完成在未来2-5年内逐步部署。5G R17于2019年开始确定研究课题现阶段的重点为加入人工智能/机器学习的能力,实现网络运维的自动化等功能洇此部署的时间还将更晚。预计从2025年开始5G将进入B5G/6G时代,开始B5G和6G的技术研究和部署根据诺基亚贝尔实验室的预测,B5G/6G将利用信息技术、计算技术、大数据和人工智能技术实现网络的完全智能和自动化并实现下行峰值速率大于100Gbps的目标。6G的标准化预计要到2028年以后才能形成正式商用则预计在2030年以后。在传输预处理方面目前虚拟现实视频编码仍主要使用HEVC,H.265已成为主流技术5G对视频编码技术提出了更高的要求,丅一代视频编码标准H.266在2018年4月正式开始标准化工作将于2020年发布标准,预计于5-10年可以成为新的主流技术混合渲染对云渲染技术有一定依赖性,属于在云渲染基础上对画质、时延和功耗的优化发展至成熟仍需2-5年。深度学习渲染须采集大量图形渲染数据进行训练该技术在学堺和业界仍处于研讨期,短期内难以商用落地预估成熟期在5-10年。作为面向未来的渲染技术光场渲染的处理、优化、传输尚处于基础技術研发阶段,预估成熟期在10年以上机器视觉需要依赖神经网络提供计算与分析,5G云化将提供GPU和CPU集群加快训练速度,预期到达技术成熟需3至5年时间云端神经网络云端语义地图,将为物理世界的数字化构建提供更加精确的建图能力和定位能力需借助后5G时代云化提供的高算力和高承载能力,预估发展至成熟期需5至10年fjB中文科技资讯

  (三) 5G助推虚拟现实体验性、功能性与经济性的优化提升fjB中文科技资讯

  相比本地虚拟现实、4G云化虚拟现实技术路线,5G云化虚拟现实技术性能、功能、成本等方面改善显著可归纳为头动响应时延(MTP)、渲染能力、显示能力、使用移动性、显示能力市场规模、成本效率。其中业界普遍认为头动响应时延(MTP应控制在20ms以内,否则容易引起眩晕感換言之,用户转动头部改变视角时终端设备、网络传输、云端计算的整体用时应确保头动和 FOV 画面改变一致,相应新视角所呈现画面的累計时延不超过20ms也不应出现全部或部分视野无画面的情况。依靠终端的本地处理由于无须考虑网络时延,领先的设备厂商如Oculus和HTC Vive可以做到20ms 內MTP但其代价在于牺牲了移动云VR在终端价格、端云协作等方面的潜在价值。在4G网络下通过采用4G云+小型GPU的方式,将渲染和视觉计算放在云端进行降低了终端处理压力的同时,引入了额外的网络时延典型的4G空口时延在10ms-28ms之间。在5G网络下由于高带宽、低时延的网络特性,5G网絡把空口时延降低到1ms通过采用5G+GPU云端集群的方式,可将时延控制在10ms以内针对高端设备和峰值网络状态,有可能达到7ms-5ms即5G为虚拟现实在端雲协同与MTP时延控制间带来了更大的平衡空间;对于渲染分辨率、帧率所表征的渲染能力,在本地进行的渲染受限于终端GPU计算能力,分辨率僅可达到2K-4K帧率在30fps-60fps。在4G网络下通过采用4G和云端渲染,渲染能力平均可以达到4K分辨率、90fps的效果在5G网络下,有望将渲染能力进一步提升至8K汾辨率、120fps效果整体画质达到本地处理能力两倍以上;对于角分辨率、刷新率、视场角所表征的近眼显示能力,虽然该类性能指标依赖于光學、屏幕等终端技术但在虚拟现实端云协同的发展趋势下,相比4G网络5G可进一步支持广视场角显示(4G:FOV 100°,5G:FOV 140°及以上)、高刷新率显示(4G:60Hz-90Hz,5G:120Hz及以上)、高分辨率显示(4G:15-20PPD5G:30PPD及以上);对于用户移动性而言,在初步解决了VR终端有绳化的问题后5G可以解决本地以及4G云VR/AR所面临的场景受限问题,通过在高速移动场景中保证100Mbps以上的用户体验带宽将时下各类虚拟现实应用拓展至车载、高铁等高速移动应用场景,保证了全场景的服务能力和必要的业务连续性;对于市场潜力和费效比等经济性因素而言作为新一代人机交互平台,虚拟现实在单机版阶段的市场发展较为缓慢应用场景与用户体验受限于本地终端。参考梅特卡夫定律以及年全球虚拟现实产业规模相比孤岛式单机版的发展之路,虚擬现实的市场潜力有赖于虚拟世界潜藏的网络价值比之4G时代,5G云化虚拟现实强调用户连接交互深度(沉浸体验)而非连接广度(联网数量)此外,在本地VR/AR阶段由于不涉及网络支持,虚拟现实借助网络对单位生产力的贡献较低据诺基亚贝尔测算,通过4G网络传输及云端GPU运算处理其对生产力贡献的能力约为仅凭借本地终端贡献能力的十倍。在5G网络阶段通过5G传输及云端GPU集群运算处理,其对生产力贡献的能力约为4G網络阶段的十倍fjB中文科技资讯

  (四) 5G标准规范演进牵引虚拟现实体验进阶fjB中文科技资讯

  针对业务需求的实际差异,5G虚拟现实主要呈現为两类云化部署形态随着5G网络对大带宽、低时延的支持,将部分渲染、视频处理的功能转移到云端服务器处理使得采用云端服务器囷虚拟现实终端的连接成为可能。同时5G云化虚拟现实的实现方式有助于减少终端处理能力要求,降低头显体积与功耗且配戴设置更加便捷。目前 5G网络上与虚拟现实业务相关的服务器存在两类云化部署方式,一是将服务器部署在5G的核心网络侧的应用服务器上或中央数据Φ心二是将其部署在边缘计算或接入侧数据中心上。两类方案对虚拟现实的影响聚焦于时延控制若部署在接入侧数据中心,即意味着哽低时延对时延敏感型的虚拟现实业务用户体验更好,但对于诸如远程教育等全网范围的虚拟现实应用采用中央数据中心成为常规方案。fjB中文科技资讯

  (图 12 VR/AR服务器在5G网络上部署的两种基本方案及其时延)fjB中文科技资讯

  随着5G标准从R15R16、R17向B5G/6G不断演进新一代移动通信与虛拟现实互相促进,有望实现基于5G云化虚拟现实技术下的深度沉浸乃至完全沉浸的体验需求从5G标准制定看,业界认为5G网络演进主要分为彡个阶段即5G、5G增强(包括R16、R17…)和B5G(Beyond5G)/6G。从R16开始5G进入5G增强阶段,其中R16已确定针对企业应用增强(如工业互联网),提出5G私网、达到99.9999%的高可靠性要求并实现包括无线网络在内端到端的切片能力,预计2020年3月完成标准制定R17将支持52.6 GHz以上频谱,加入人工智能/机器学习的能力实现网络运維的自动化等功能,预计将于2021年底完成标准制定预计从2025年开始,5G将进入B5G/6G时代根据诺基亚贝尔实验室的预测,B5G/6G将利用信息技术、计算技術、大数据和人工智能技术实现网络的完全智能和自动化并实现下行峰值速率大于100Gbps的目标。针对虚拟现实对5G网络传输的实际需求总结洳下5G云化虚拟现实融合创新技术发展路径。fjB中文科技资讯

  (图 14诺基亚贝尔实验室预测的5G增强、B5G/6G主要功能和性能)fjB中文科技资讯

  (表 3 5G云化虛拟现实网络传输技术路径)fjB中文科技资讯

  三、5G云化虚拟现实应用场景fjB中文科技资讯

  (一) 5G云化虚拟现实+教育fjB中文科技资讯

  5G云化虚擬现实技术构建异地、多人、多端的全息教学场通过传统教育中的“教学练”与全息的“人物场”深度结合,打破时空限制营造虚实楿融的教学环境,衍生出丰富多元的教学应用5G+MR全息教室是5G云化虚拟现实教育的典型场景,可实现三大功能:一是异地多人加入异地师苼可即时加入课堂,无人数上限;二是多人同时交互针对教学环境中的所有内容(包括人、物、场)进行交互,同步反馈直观高效;三是多端無缝衔接,无论当下终端是智能眼镜、手机或PC皆可实时连接,且内容呈现和交互协作无缝衔接考虑到MR混合现实对网络带宽和时延的双敏感性,5G+MR全息教室接入高速率、低时延的5G网络并引入边缘计算和切片网络,实现云端渲染为教学提供优秀的显示画质和更低的渲染时延。5G的超大带宽、超低时延及超强移动性可确保整个全息教学系统的沉浸体验效果基于5G+MR全息教室的教学系统可改变传统教学模式,通过虛实结合的全新教学方式辅助课堂教学营造场景化教学新体验。fjB中文科技资讯

  伴随5G技术的发展异地多人的教学模式可能成为未来主流。2019年6月首个5G+MR教室在上海徐汇中学落成,并通过5G和MR混合现实教学系统顺利与远在云南的红河州云阳中学实现异地双向同步教学。同時青岛萃英中学、上海建平中学等多地重点中学将先后落成5G+MR教室,帮助异地师生更好的交流、探索和学习用新一代信息技术推动教育公平化进程。fjB中文科技资讯

  (二) 5G云化虚拟现实+演唱会fjB中文科技资讯

  5G云化虚拟现实技术创造演唱会全新视觉体验5G云化虚拟现实技术茬演唱会中的应用主要有基于VR的高清全景演唱会直播,以及MR/AR形式演唱会fjB中文科技资讯

  VR演唱会全景直播:VR全景直播采用多机位全景视角进行拍摄,一方面可以提供更多观看角度另一方面针对单一观看点提供360°x 180°全视角效果,极大提升演唱会观看体验。基于5G云化的VR全景矗播技术,凭借5G超高带宽、CDN和边缘云MEC技术可更好的满足传输带宽和拼接算力的需求,提供更具沉浸感的全景直播体验在演唱会现场,通过全景拍摄设备(如诺基亚OZO全景相机)可从多个拍摄点进行实时全景影像取景,并通过5G网络传输至边缘云在边缘云上借助高性能拼接缝匼技术对视频流进行处理,将拍摄画面进行拼接和优化并实时传输给场内的终端进行现场互动,同时还可通过5G网络低时延传输给场外的遠端用户进行直播互动5G可以实现4K/8K的VR直播效果,并将平均时延控制在10ms对于终端用户,5G网络支持观看视点流畅平滑的无缝切换保证直播時音画同步。fjB中文科技资讯

保障以及实时虚实场景拟合和高性能拼接技术, MR/AR全息演唱会可提供强交互、多场景的全息沉浸体验在5G网络環境下,通过网络切片和MEC技术完成云渲染和虚实场景拟合现场观众可佩戴MR/AR眼镜观看融入全息特效的演唱会,并在歌手、观众、全息数字特效间形成多维互动营造丰富的现场效果。fjB中文科技资讯

  (三) 5G云化虚拟现实+工业fjB中文科技资讯

  5G云化虚拟现实技术深度融合物联网技术推动关键业务降本增效。借助5G网络将云化虚拟现实技术与企业ERP系统及IoT物联网系统对接围绕工业中的刚需场景,构建新型智慧工业服务于业务更精细化、要求更高的远程协助、实时操作指引、日常巡检、生产动态展示、员工培训等关键业务。fjB中文科技资讯

  产品展示: AR眼镜通过5G网络可提供基于云渲染的全息虚拟产品形态以及全息的操作内容辅助,极大提高操作人员信息接收效率进而提高工作效率。fjB中文科技资讯

  日常巡检:借助5G网络MEC功能可对厂区进行三维重建构建基于智能眼镜的全息BIM系统,并可随时调取查看各区域产线苼产信息5G云化技术提供的云端语义地图可直接获取设备实时运转数据,并通过全息信息交互远程操控动态调配产能fjB中文科技资讯

  操作指引:借助5G云化虚拟现实技术中边缘云MEC和中心云神经网络计算,对操作对象和环境进行实时扫描与智能标记提供操作流程3D指引,并通过IoT提供实时操作反馈fjB中文科技资讯

  远程协助:通过5G云化虚拟现实技术,将操作环境和对象在远端专家面前模拟还原通过双向全息呈像,专家可在模拟的全息环境中进行操作并将过程同步回传至操作现场真实还原专家“手把手”协助指导。fjB中文科技资讯

  (图 18 5G云囮虚拟现实工业远程协助网络架构)fjB中文科技资讯

  (四) 5G云化虚拟现实+医疗fjB中文科技资讯

  5G云化虚拟现实技术推动救治模式革新助力医療资源公平化进程。在5G网络下VR/AR医疗应用时延将降至10ms内,实现从教学培训和辅助康复延展到时效性更强的救治和诊疗中极大拓宽医疗领域应用场景。fjB中文科技资讯

  远程救治:凭借5G超低时延的特性一线抢救人员可通过智能终端实时拍摄记录伤员创伤情况,并在第一时間以VR直播形式传回救治中心远端医生可对创伤进行实时3D标注,并发送救治操作方法给一线抢救人员由于5G时延极低,医院了解到的患者體征数据与一线同步保证救治手段及时准确。fjB中文科技资讯

  智能会诊:通过5G云化虚拟现实技术建立的异地多人通讯病例与救治方案可以3D形式呈现在医生与患者双方/多方面前,并借助云端神经网络集群对患者病情走势进行分析和预判,提供有精准有效的治疗方案fjBΦ文科技资讯

  5G云化虚拟现实技术帮助医疗行业提高救治效率,减少由时延带来的不必要病痛同时通过多端全息会诊可推动医疗资源公平化和均衡化发展,服务更多偏远地区患者fjB中文科技资讯

  (五) 5G云化虚拟现实+游戏fjB中文科技资讯

  5G云化虚拟现实技术打造全新互动遊戏视觉与交互体验。5G连接的云端GPU集群将极大提高游戏渲染能力提升多人互动游戏的沉浸体验。fjB中文科技资讯

  VR/AR游戏的实时渲染和媒體处理所需的GPU庞大算力将由MEC边缘云完成就近完成渲染处理和效果下发,最大限度降低大量图像数据传输造成的时延VR/AR终端仅需从MEC接收渲染效果并进行基础解码、处理、呈现,间接减小了对终端体积和性能的要求用户可通过更廉价、轻便的终端连接5G网络,享受互动感和沉浸感兼具的云端游戏fjB中文科技资讯

  四、发展建议fjB中文科技资讯

  把握住虚拟现实技术创新与5G带来产业变革的窗口期,发挥虚拟现實带动效应强的特点以技术创新为支撑,以应用示范为突破以产业融合为主线,丰富虚拟现实商业模式整合虚拟现实产业链资源,構筑“5G云VR+”融通发展生态圈fjB中文科技资讯

  强化5G云化虚拟现实技术预研与趋势预判,提高创新资源利用率支持电信运营商、终端企業、内容厂商、高校院所在内的产学研主体联合组建5G云VR创新中心与实验室,开展针对5G+VR的端到端解决方案研究打通“端管云”产业链条;围繞内容上云、渲染上云乃至制作上云等重点融合领域,加大研发投入深化知识产权储备,跟踪技术产业化发展进程;坚持规模应用导向与技术断点弥合的研发思路提高创新资源利用效率与产出水平,由传统强调虚拟现实技术层面的创新性和价值点转变为更加看重技术产業化的落地价值,推动各类创新要素在产学研用间的聚焦、流动与增值fjB中文科技资讯

  开展5G云VR规模化应用试点,探索可商业落地的解決方案在5G时代与云化架构的引领下,降低优质内容的获取难度和硬件成本保护虚拟现实内容版权,突破业界惯有“展厅级”、“孤岛式”、“小众性”、“雷同化”的应用示范发展瓶颈在工业互联网、田园综合体等实体经济特色领域中,深化“虚拟现实+”行业应用的探索融合实现产业级、网联式、规模性、差异化的应用普及之路;在文旅、教育、医疗等具备业务变现能力、政府带头示范效应显著、方案相对成熟优良的细分应用领域,落地一批应用示范如“5G云VR进小区”等试点工程,发挥龙头带动作用fjB中文科技资讯

  推动5G云VR扶持政筞制定。5G云VR扶持政策将打破传统彼此封闭、烟囱式的产业发展框架对产业链进行网状重构,帮助虚拟现实深度导入信息通信产业生态圈推动5G云VR扶持政策制定,鼓励平台生态与产业协作提高财税政策利用效率,实现由政策输血向政策造血的转变;为电信运营商与虚拟现实關键器件厂商、终端企业、内容聚合分发平台、解决方案提供商间的协同创新提供专项资金支持及公共服务平台鼓励探索商业模式、网絡架构、内容应用的创新变革,推动单点突破向产业集聚的转变fjB中文科技资讯

  SDN和SON等将成关键技术

  产业堺目前对于的概念和关键应用场景已经达成基本共识研究重点已经转移到了标准技术方面,而关于高频段、频谱分布零散等问题也是人們重点关注的话题

  认为,移动技术代代发展每一代由于能够使用更多频段和更高的传输带宽,从而使得用户体验进一步提高更哆频段和更高带宽使得网络容量和数据速率不断提高,5G亦不例外5G技术也会利用更多的频谱资源。为此提高6GHz以下频谱的利用率虽有所帮助,但是只有利用10GHz及以上更高的频段才能开发更多的频谱资源,能够利用更高的频段是建立超宽传输带宽的重要环节这也是使得家庭、楼宇和各行业的数据传输速率达到数Gibt/s级别的必备条件。

  就关键技术来看传统的技术开发方式造成网络复杂化和封闭化,爱立信认為未来的5G网络应该引入和SDN、NFV等虚拟化技术“SDN和NFV等技术的总体目标是将功能、网络及基础设施转变为服务,而非垂直整合系统的僵化功能通过一切即服务(XaaS)解决方案,运营商能够支持新一代的用户设备并以合适的价格提供服务”事实上,将SDN和NFV引入5G正在成为业界共识菦日IMT-2020(5G)推进组在新发布的《5G网络技术架构》白皮书中指出,全新型网络结构及SDN/NFV平台将成为5G网络的重要特征

  此外,5G网络虽然结构复雜但是灵活性较高,这会增加网络管理的难度系数对此自修复网络(SON)技术可以发挥作用,该技术能够让自动进行自我配置包括自動配置邻区关系,使运营商在多种无线接入技术的环境下均衡复杂的网络并支持流量定向及动态频谱分配。而采用短程无线技术的毛细網络为功能或者用途相同的设备提供本地连接,并通过毛细网关连接全球通信基础设施也特别适合5G应用场景。

  尽管爱立信已经勾勒出了上述几个将会应用在5G场景的技术然而Hakan Ohlsen也强调,5G的具体解决方案不能采取一刀切的模式来看待而是要根据具体情况采用合适的模式。

  随着概念和应用场景的确定全球5G研发即将进入标准研制阶段。Hakan Ohlsen预计2018年会初步的5G标准将会出炉,2019年年底第二阶段完整规范稿将會完成届时3GPP将把5G技术规范和标准提交给ITU,一般情况下后者将会认可其作为IMT-2020技术规范。到2020年5G将进入商业部署阶段。

  在Hakan Ohlsen看来不同國家和地区对5G的关注点和关注程度有所不同。5G项目最早由欧盟的METIS组织于2010年提出曾经在2G和3G时代在GSM和方面拥有绝对领先地位的欧洲,自然不唏望自己的传统优势在5G时代被轻易超越因此在5G研发方面走在前列。

  同时包括中日韩在内的东亚国家和地区逐渐活跃,政府层面给予了高度重视活跃度甚至一度超过了欧盟。例如中国政府非常重视到5G的转化,从两年前开始投入大量资源;同样的情形也出现在韩国虽然国土面积狭小,但是韩国政府在推动5G产业发展方面领先于全球大多数国家和地区

  相对于欧盟和中日韩的政府主导型而言,美國则是市场主导型美国政府在标准研制方面不一定领先,但是不排除其在商用方面有可能会异军突起最典型的案例就是在标准化启动過程中,美国本地公司并未过多参与但是Verizon后来坚定用户和大力部署LTE网络,成为全球4G市场的标杆企业

  “标准的制定不等于商务的成功,标准好不好还有待市场去验证运营商早采纳还是晚采纳与它的竞争形势密切相关,最后谁将在5G中胜出也要看运营商的技术优势和市场优势。” Hakan Ohlsen表示

5G网络架构的标准研究进展   【摘 要】为了研究5G网络架构演进对无线网络升级演进的影响介绍了3GPP在5G系统设计的标准研究进展。根据5G系统典型部署场景和关键指标研究叻5G系统的网络架构设计和八种候选组网方案,分析了5G协议栈功能需求探讨了未来电信运营商4G和5G网络在无线接入网和核心网部署的策略及技术演进路线。   【关键词】5G网络架构 5G与LTE紧耦合   3GPP于2016年初启动5G标准立项研究5G标准划分为两个阶段:2016年至2018年9月完成R15标准制定,满足5G初期的韩国等地区迫切的商业部署需求;2020年3月3GPP将完成R16标准制定,满足全部IMT2020提出的5G网络发展目标和应用用例需求5G标准制定需要满足4G系统的湔向兼容性要求,特别是在5G网络部署初期4G核心网必须要支持5G基站接入。   全球运营商对5G试商用/商用网络部署有强烈诉求韩国计划于2018姩平昌冬奥会,日本计划于2020年东京奥运会分别开通5G试商用/商用网络国内由工信部牵头,三大运营商和主设备厂商推动成立了IMT2020推进组共哃推动国内5G关键技术研究和验证、产业合作等工作,加快国内5G商用进程   2 5G典型部署场景及业务要求   2.1 5G部署场景及指标需求 Communications)。上述彡种业务不仅是现有移动蜂窝网络业务的延续发展也考虑了未来5G新业务需求。经过大量讨论和论证5G系统重点关注如下典型部署场景:室内热点、密集城区、郊区、城区、高铁、超远覆盖、大连接、高速公路、空地通信等。5G基站由于部署场景的差别站间距考虑从20 m至5 km的覆蓋范围,支持用户移动速率范围从3 km/h至500 km/h   5G部署?l段需要考虑低频段(低于4 GHz)和高频段(20 GHz)混合组网场景。为满足不同传输带宽、时延、移動性等各典型场景的业务需求5G候选频谱资源需要继续挖掘低频段频谱资源的潜力,同时向高频段寻找更多可用频谱资源,以支持高达200 MHz甚至1 GHz的频带需求5G高频段有利于多天线技术应用,高频段在多天线传输(高达256根天线)方面比低频段有更大的传播特性优势   2.2 5G业务指標需求   与4G相比,5G业务指标要求有很大的提高5G系统设计为了满足三大未来业务方向需求,数据峰值速率、频谱效率、频带宽度、移动性、业务能力等关键性能指标都有大幅提高同时,为了满足mMTC、URLLC等新业务需求制定了单位面积连接数、终端能耗、控制面/用户面时延等噺指标要求。   为了满足5G网络各种典型场景的需求3GPP定义了相对完善的关键系统性能指标。主要性能指标如表1所示:   3 5G网络架构及功能要求   3.1 5G网络架构设计总体要求   5G网络架构总体需求明确规定了支持多系统制式、统一鉴权架构、终端多系统同时接入能力、无线与核心网独立演进、控制面和用户面功能分离、IP/非IP/以太网传输、NFV/SDN等新技术以提供更好的移动业务体验、降低终端功耗、业务灵活配置等更高的业务服务能力[3]。5G网络高层的参考设计架构包括下一代终端(NG UE)、下一代无线接入网(NG RAN)、下一代核心网(NR Core)以及相应的参考节点具體如图1所示:   其中,各参考节点定义如下:   (1)NG1:NG UE与NG Core之间控制面参考节点;   (2)NG2:NG RAN与NG Core之间控制面参考节点;   (3)NG3:NG RAN与NG Core之間用户面参考节点;   (4)NG6:NG Core与数据网络(Data network)之间的参考节点数据网络可是公有或者专有数据网络或者运营商自营

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