5G云化虚拟现实白皮书.pdf

致 谢 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。 白皮书编写组： 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、 胡金鑫、孙立、 王潇 、 曾震湘 、 谢伟 、 程裕翔 、王保生、孙明、陈楚天 目 录 一、 背景概况 . 1 (一 ) 5G 三大场景成为经济社会数字化转型的关键使能器 . 1 (二 ) 5G 产业链条长，辐射带动性强 . 2 (三 ) 2019 年成为我国 5G 商用元年 . 5 (四 ) 基于 eMBB 场景的虚拟现实成为 5G应用落地的切入点 . 6 (五 ) 5G 云 VR 成为虚拟现实产业生态中的新兴力量 . 8 (六 ) 5G 云 VR 成为虚拟现实产业政策热点方向 . 9 二、 技术趋势 .11 (一 ) 5G 催化虚拟现实 “ 五横两纵 ” 技术架构持续演进 . 11 (二 ) 5G 云化虚拟现实技术有望在 2-5 年内逐步成熟 . 22 (三 ) 5G 助推虚拟现实体验性、功能性与经济性的优化提升 . 25 (四 ) 5G 标准规范演进牵引虚拟现实体验进阶 . 28 三、 5G 云化虚拟现实应用场景 .32 (一 ) 5G 云化虚拟现实 +教育 . 32 (二 ) 5G 云化虚拟现实 +演唱会 . 33 (三 ) 5G 云化虚拟现实 +工业 . 35 (四 ) 5G 云化虚拟现实 +医疗 . 36 (五 ) 5G 云化虚拟现实 +游戏 . 37 四、 发展建议 .38 图表索引 图 1 5G 三大应用场景及商用落地时序 . 2 图 2 5G 产业链框架视图 . 5 图 3 虚拟（增强）现实产业地图 . 9 图 4 虚拟现实沉浸体验阶梯 . 12 图 5 虚拟现实 “ 五横两纵 ” 技术架构 . 12 图 6 端到端网络切片实现机理 . 18 图 7 5G QoS 机制图 . 18 图 8 5G 云化虚拟现实技术树 . 22 图 9 5G 云化虚拟现实关键技术成熟度曲线 . 23 图 10 5G 云化虚拟现实技术路标 . 25 图 11 本地 /4G/5G+VR/AR 方案对比 . 28 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 . 29 图 13 3GPP Rel15、 16、 17 实现的主要功能和性能 . 30 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 . 30 图 15 5G+MR 全息教室特性 . 32 图 16 5G+MR 全息教室网络架构 . 33 图 17 5G+VR 演唱会全景直播网络架构 . 34 图 18 5G 云化虚拟现实工业远程协助网络架构 . 36 图 19 5G+VR/AR 云游戏网络架构 . 37 表 1 近眼显示技术网络能力需求 . 13 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 . 20 表 3 5G 云化虚拟现实网络传输技术路径 . 31 1 一、 背景概况 (一 ) 5G三大场景成为经济社会数字化转型的关键使能器 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 网络最大承载能力。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。 从移动互联网和物联网主要应用场景、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；三是超高可靠低时延通信（ 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2 自动化、自动驾驶汽车、远程医疗等，将驱动 4.3 万亿美元的经济活动。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，其次是由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 的广泛应用将为大众创业、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。 图 1 5G 三大应用场景及商用落地时序 (二 ) 5G产业链条长，辐射带动性强 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输路径；网3 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 与大视频（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。 5G 触发信息产业重点领域发展升级。 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。在集成电路等基础硬件方面， 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 亿元（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 亿元规模水平，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 时代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。 4 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而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 市场规模分别将达到 375 亿和 178 亿美元。 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进千家万户，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。 5 图 2 5G 产业链框架视图 (三 ) 2019年成为我国 5G商用元年 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）推进组；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。 6 (四 ) 基于 eMBB场景的虚拟现实成为 5G应用落地的切入点 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、开放合作、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+视频战略核心。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现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、产业级、规模化产品的有效供给。 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、云渲染的理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，在虚拟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