版權(quán)歸原作者所有,如有侵權(quán),請聯(lián)系我們

5G-A沉浸式通信新能力推動(dòng)元宇宙邁向新階段

中移科協(xié)
原創(chuàng)
有用的科技知識又增加了
收藏

人們對未來生活的美好愿景驅(qū)動(dòng)著通信業(yè)務(wù)發(fā)展和技術(shù)演進(jìn),從1G時(shí)代的IP話音,到2G時(shí)代的語音通話、文本短信,從3G時(shí)代的音視頻通話,到4G時(shí)代的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng),再到5G時(shí)代的萬物互聯(lián),每一代通信技術(shù)的演進(jìn)與迭代都給人們的生產(chǎn)生活方式帶來了革命性變化。

隨著超高清視頻渲染能力和終端顯示技術(shù)的不斷發(fā)展,以及5G-A技術(shù)的日益成熟,通信業(yè)務(wù)也向著高沉浸、強(qiáng)交互、多維多模態(tài)的方向演進(jìn),進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)人與人、人與物的三維動(dòng)態(tài)感知與交互,激發(fā)了人們對元宇宙等未來生活方式的追求向往,以及一系列超高清沉浸式的業(yè)務(wù)應(yīng)用,例如XR(擴(kuò)展現(xiàn)實(shí))。

XR作為元宇宙的初級核心載體,隨著5G網(wǎng)絡(luò)、AI、邊緣計(jì)算、云計(jì)算等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不斷完善,內(nèi)容生態(tài)也越來越豐富,給人們的生產(chǎn)生活方式注入全新活力,成為帶動(dòng)消費(fèi)升級的重要載體。

1、沉浸式業(yè)務(wù)端到端挑戰(zhàn)

XR沉浸式業(yè)務(wù)具有高沉浸、強(qiáng)交互、多維多模態(tài)等特征,對于端到端產(chǎn)業(yè)提出了諸多挑戰(zhàn),涉及頭顯設(shè)備、業(yè)務(wù)內(nèi)容、網(wǎng)絡(luò)傳輸、體驗(yàn)評估等。

頭顯設(shè)備方面,受限于光學(xué)方案和電池等因素,目前頭顯設(shè)備仍然較為笨重,影響用戶佩戴的舒適性。VR(虛擬現(xiàn)實(shí))/MR(混合現(xiàn)實(shí))頭顯一般采用菲涅爾透鏡光學(xué)方案,成像距離遠(yuǎn)、光學(xué)元件厚,而新產(chǎn)品逐步采用Pancake(折疊光路)方案,有助于縮短成像距離,并通過電池后置、電池外置等方式將電池移出主機(jī),避免增加主機(jī)重量。雖然Pancake方案和電池外置為頭顯設(shè)備進(jìn)行了“瘦身”,但是目前主流頭顯設(shè)備的重量仍達(dá)到400g~600g,續(xù)航時(shí)間僅2至3小時(shí),此外屏幕、高性能芯片功耗較高,需要進(jìn)一步開展技術(shù)攻關(guān)。

業(yè)務(wù)內(nèi)容方面,當(dāng)前XR的內(nèi)容生態(tài)聚焦于視頻、游戲、社交場景,其他領(lǐng)域內(nèi)容涉及較少。由于制作成本高、周期長,以及XR市場本身規(guī)模不大,大廠仍處于觀望狀態(tài),導(dǎo)致XR內(nèi)容占比不高,難以激發(fā)消費(fèi)者購買欲望。

網(wǎng)絡(luò)連接方面,以4K VR業(yè)務(wù)為例,在單用戶場景下需要網(wǎng)絡(luò)提供百兆bit/s的傳輸速率、穩(wěn)定的20ms網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延以及70ms的MTP(運(yùn)動(dòng)響應(yīng)時(shí)延),是典型的兼顧大帶寬和低時(shí)延的業(yè)務(wù)。此外,大空間XR業(yè)務(wù)存在移動(dòng)性要求,需要基于5G-A技術(shù)保障多用戶并發(fā)場景下流暢的業(yè)務(wù)體驗(yàn)。

體驗(yàn)評估方面,對于如何評價(jià)XR業(yè)務(wù)的用戶體驗(yàn),業(yè)界尚未形成客觀、量化的方法,而且不同頭顯、云平臺、網(wǎng)絡(luò)廠家的指標(biāo)統(tǒng)計(jì)方法存在差異,難以橫向?qū)Ρ?。因此,業(yè)界迫切需要建立完善的評估標(biāo)準(zhǔn)和指標(biāo)體系,明確通信網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)與影響業(yè)務(wù)體驗(yàn)指標(biāo)的映射模型和評估標(biāo)準(zhǔn),統(tǒng)一XR業(yè)務(wù)的幀級時(shí)延、速率、時(shí)延抖動(dòng)等指標(biāo)的定義,以及數(shù)據(jù)采集、測量上報(bào)和統(tǒng)計(jì)方法,用于問題定位定界。

2、5G-A沉浸式通信技術(shù)體系

針對上述挑戰(zhàn),中國移動(dòng)基于XR業(yè)務(wù)特征,以“信息跨層共享、連接多維增強(qiáng)、感知量化評估”為核心理念,提出毫秒級業(yè)務(wù)感知保障技術(shù)、幀級多維連接增強(qiáng)技術(shù)、面向XR沉浸式體驗(yàn)的5G指標(biāo)體系等技術(shù)方案,構(gòu)建面向XR業(yè)務(wù)的5G-A沉浸式通信技術(shù)體系。

2.1 網(wǎng)業(yè)跨層感知及協(xié)同技術(shù)

針對網(wǎng)絡(luò)對業(yè)務(wù)信息感知,目前標(biāo)準(zhǔn)方案為業(yè)務(wù)服務(wù)器通過RTP(實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議)擴(kuò)展頭攜帶業(yè)務(wù)幀級信息并傳遞給核心網(wǎng)UPF(用戶平面功能),再由UPF通過GTP-U(用戶數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議)接口傳遞給RAN(無線接入網(wǎng))側(cè)。在此基礎(chǔ)上,當(dāng)業(yè)務(wù)服務(wù)器不支持業(yè)務(wù)信息共享時(shí),基站可啟動(dòng)業(yè)務(wù)幀級特征精細(xì)感知方案,結(jié)合基站智能化能力,根據(jù)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的來包特征進(jìn)行關(guān)系識別,獲取業(yè)務(wù)的幀周期、幀大小、幀重要性等信息,并針對幀級數(shù)據(jù)進(jìn)行精細(xì)化調(diào)度。與此同時(shí),針對業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的感知,該方案可以基于空口狀態(tài)的業(yè)務(wù)自適應(yīng)調(diào)整技術(shù),通過將擁塞等網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息開放給應(yīng)用層,觸發(fā)應(yīng)用層動(dòng)態(tài)調(diào)整編碼速率,從而使得應(yīng)用速率不斷適配網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。

2.2 幀級多維連接增強(qiáng)技術(shù)

針對時(shí)延、容量、移動(dòng)性等影響XR用戶體驗(yàn)的三大關(guān)鍵指標(biāo),中國移動(dòng)開展了多維度的連接能力增強(qiáng),提出幀時(shí)延調(diào)度方案(如圖1所示),在調(diào)度算法中引入幀時(shí)延約束,依據(jù)數(shù)據(jù)包的幀時(shí)延余量調(diào)整調(diào)度優(yōu)化級,保障在約束時(shí)間內(nèi)完成一幀所有數(shù)據(jù)包的調(diào)度;還提出幀完整性調(diào)度方案,在多用戶時(shí)引入當(dāng)前傳輸幀的已傳數(shù)據(jù)比例,比例越高,該幀剩余包調(diào)度優(yōu)先級越高;提出基于幀邊界的切換控制方案(如圖2所示),在兩幀傳輸?shù)拈g隔發(fā)起切換,降低切換中斷對一幀完整傳輸?shù)挠绊憽?/p>

2.3 面向XR沉浸式體驗(yàn)的5G網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)體系

針對尚無面向XR業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)性能評測標(biāo)準(zhǔn),中國移動(dòng)提出面向XR業(yè)務(wù)體驗(yàn)的幀級網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)體系、測試方法及設(shè)備要求,形成幀級網(wǎng)絡(luò)KPI指標(biāo)定義及其統(tǒng)計(jì)方法,包含幀級上行/下行網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延、幀級上行/下行空口傳輸時(shí)延、幀級上行/下行時(shí)延分布、幀級上行/下行時(shí)延抖動(dòng)、幀級切換中斷時(shí)延、幀級上行/下行網(wǎng)絡(luò)傳輸吞吐率和幀級上行/下行空口傳輸吞吐率等,建立網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)與影響業(yè)務(wù)體驗(yàn)指標(biāo)的映射模型,實(shí)現(xiàn)用戶體驗(yàn)量化感知,并在CCSA(中國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會)中主導(dǎo)推進(jìn)相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目,引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)形成共識。

3、5G-A沉浸式通信應(yīng)用新范例

為保障關(guān)鍵技術(shù)方案可應(yīng)用可落地,中國移動(dòng)牽頭完成多種站型的原型樣機(jī)開發(fā),主導(dǎo)開展實(shí)驗(yàn)室及外場測試,面向文體娛樂等應(yīng)用場景,加速沉浸式業(yè)務(wù)5G應(yīng)用的試點(diǎn)落地,打造應(yīng)用示范標(biāo)桿。

在北京工人體育場,中國移動(dòng)開展了基于5G-A網(wǎng)業(yè)融合新技術(shù)的應(yīng)用試點(diǎn),采用新型的云網(wǎng)算一體化部署架構(gòu),創(chuàng)新應(yīng)用5G-A基站業(yè)務(wù)感知功能、靈活資源管理能力、端邊協(xié)同渲染方案等,實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)百兆bit/s體驗(yàn)速率以及低于20ms的幀級網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延,充分滿足了4K分辨率、90fps的沉浸式高交互XR業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)傳輸能力的需求,使用戶能夠在虛擬空間中流暢體驗(yàn)足球比賽,為工體觀眾提供基于中國移動(dòng)5G網(wǎng)絡(luò)的元宇宙數(shù)實(shí)融合新體驗(yàn)。

在首鋼高爐科幻樂園,中國移動(dòng)開展了室內(nèi)超密集沉浸式場景下的XR競技游戲應(yīng)用試點(diǎn),基于5G-A網(wǎng)絡(luò)提供的大帶寬和低時(shí)延能力,以及“免背包”“去線纜”的分離式渲染方案,可同時(shí)提供數(shù)十個(gè)用戶的實(shí)時(shí)百兆bit/s的體驗(yàn)速率和低于10ms的平均空口下行傳輸時(shí)延,滿足XR業(yè)務(wù)將背包中本地渲染數(shù)據(jù)上移至云端渲染的網(wǎng)絡(luò)傳輸需求和“零卡頓”體驗(yàn)的移動(dòng)性需求,在1000平方米的空間內(nèi),用戶可以“輕裝上陣”,體驗(yàn)更加沉浸的無邊界虛擬世界。

在杭州亞運(yùn)會期間,中國移動(dòng)開展了面向杭州亞運(yùn)會高清沉浸業(yè)務(wù)的5G-A新技術(shù)應(yīng)用,打造VR電競、VR賽事直播、裸眼3D看亞運(yùn)等新業(yè)務(wù),采用5G業(yè)務(wù)特征感知、幀級調(diào)度優(yōu)化、多流精細(xì)化保障、精準(zhǔn)切換控制等技術(shù),實(shí)現(xiàn)多用戶多業(yè)務(wù)并發(fā)場景下20ms業(yè)務(wù)幀級無線傳輸時(shí)延以及125Mbit/s幀級保障速率,有效保障多種類型高清強(qiáng)交互3D云化業(yè)務(wù)的流暢體驗(yàn),為觀眾重新定義賽事的“現(xiàn)場”體驗(yàn),感受“沉浸、精彩、互動(dòng)”的元宇宙亞運(yùn)會。

展望未來,隨著網(wǎng)絡(luò)傳輸能力和頭顯終端性能的不斷提升,XR業(yè)務(wù)也將進(jìn)入全面沉浸、虛實(shí)融合的時(shí)代,業(yè)務(wù)與網(wǎng)絡(luò)的相互感知、相互協(xié)同、相互融合也將愈加緊密。中國移動(dòng)將致力于推動(dòng)5G-A技術(shù)全面發(fā)展,探索5G-A承載元宇宙的技術(shù)路徑,更好地支撐數(shù)字化中國建設(shè),盡全力滿足未來人們對精神生活和物質(zhì)生活的全方位需求。

作者張弘骉 孔露婷 金晨光 徐婧文 江天明 曹蕾

單位:中國移動(dòng)研究院無線與終端技術(shù)研究所

評論
科普5c常壽忠
大學(xué)士級
2024-05-08
祥和123
庶吉士級
5G-A加速數(shù)字服務(wù)升級,構(gòu)建數(shù)字經(jīng)濟(jì)新高度
2024-05-08
Ljh春暖花開
少師級
人們對未來生活的美好愿景驅(qū)動(dòng)著通信業(yè)務(wù)發(fā)展和技術(shù)演進(jìn),從1G時(shí)代的IP話音,到2G時(shí)代的語音通話、文本短信,從3G時(shí)代的... 查看全部
2024-05-09