登录 注册
当前位置: 首页 >>影视演员

5G打开元宇宙的大门

来源: 时间:2022/9/26 16:50:38 【网络整理】

元宇宙是一个将来而未来的时代,是一个与现实世界交融的虚拟世界。以5G为代表的新一代移动通信技术将凭借其大带宽、低时延、高可靠、广连接的特性,以及与增强现实、云计算等前沿技术的交汇融合,成为元宇宙的基础设施。6G作为下一代移动通信技术,将更好地与元宇宙相融合,成为进入“元宇宙”的便捷通道。…

文/许 浩

元宇宙 是一个将来而未来的时代,是一个与现实世界交融的虚拟世界。以5G为代表的新一代移动通信技术将凭借其大带宽、低时延、高可靠、广连接的特性,以及与增强现实、云计算等前沿技术的交汇融合,成为元宇宙的基础设施。6G作为下一代移动通信技术,将更好地与元宇宙相融合,成为进入[元宇宙]的便捷通道。

近来,[元宇宙]这一概念,犹如一声春雷,引起了包括科技、经济、政治等各界人士的热议。各行各业纷纷响应,如春笋破土一般,越来越多的企业和组织参与到元宇宙的研究中。2021年12月,上海市经济和信息化委员会印发《上海市电子信息产业发展[十四五]规划》提出,要加强元宇宙底层核心技术基础能力的前瞻研发。

5G作为新一代移动通信技术的代表,以大带宽、低时延、高可靠、广连接等特性,将在元宇宙的推广和发展中发挥巨大的作用,打开人们进入元宇宙的大门。当然,10年后的6G或许可以更好地满足元宇宙的通信需求。

元宇宙需要5G技术

未来,元宇宙有三大特征:与现实世界平行、反作用于现实世界、多种高技术综合。这是一个属于[未来]的虚拟世界,同时也与现实紧密联系在一起。在这个连接的通道中,以5G为代表的移动通信将发挥重要的作用。

元宇宙的到来是需求侧和供给侧的结合

目前,元宇宙离我们还很遥远,我们可以接触到的沉浸式游戏只是有了一些元宇宙的概念,远未是真正的元宇宙。无论是从技术还是从内容、产业等各方面来看,元宇宙都需要有一个较长的过程推进到成熟阶段。可以说,元宇宙是属于未来的。

然而,元宇宙离我们又不太遥远。互联网、移动互联网发展到今天,人们基本都有了两个身份,一个属于现实世界,一个属于虚拟世界。随着多媒体内容的丰富、以扩展现实(XR)为代表的沉浸式技术的快速发展,人们有了对真实的、沉浸式的虚拟世界的向往。从需求导向和技术发展来看,元宇宙会在不久的将来成为真实的世界。

回首过去的几十年,世界进入信息时代,细化来看,其中最典型的是互联网时代和移动互联网时代。这两个时代的到来,既有通信、计算机、芯片、多媒体等众多新技术大发展的原因,也是来自人类对实时信息交互和随时随地上网的实际需求。可以说,这是供给侧和需求侧的完美结合。

如何看待新技术对人类的影响?以21世纪到来的移动互联网时代为例,在3G刚来临的时候,人们对3G的憧憬最初是想解决视频电话的需求。对于通过手机上网,有不少的观点认为是没有多大作用的。到2010年左右,智能手机开始普及,人们开始陆续接受微博、微信等应用,但对于手机支付还是质疑重重。当然,那时候受限于3G系统是一个自干扰系统,单基站的容量是一个瓶颈。在部分用户聚集的区域,有信号无法上网的问题暂缓了手机支付的推广。随后,紧跟着到来的4G技术极大地解决了移动网络的容量问题,从而使手机支付成为人们日常的生活方式,直接影响了今天的社会和经济模式。因此,我们要以积极的态度来面对元宇宙的到来。

元宇宙可能成为下一个新的技术时代,可能我们今天对它的认识只是一个不成熟的设想,或者还只是一种美好的憧憬。相比于互联网,元宇宙的概念还是各个公司各自为战,缺乏像互联网一样的一些国际公认的标准。因此,从人类的需求和技术的供给结合来看,在不远的将来,元宇宙的[大门]必将打开。

元宇宙是一个与现实世界相连接的虚拟世界

元宇宙是一个虚拟的数字世界,在这个世界里,人们可以使用虚拟的身份、虚拟的货币进行社会化的活动。人们可以进行独立于真实世界以外的虚拟生活,也可以进行与现实相联系的真实活动。例如,元宇宙可以通过虚拟世界进行社交、游戏,也可以进行跨越虚实世界的真实交易行为。

具体而言,元宇宙会有很多维度的描述,其中将包括虚实融合、随需接入、安全可靠、远近一体等特点。

特点一:虚实融合。元宇宙是一个与真实世界密切相关的虚拟世界。通过沉浸式的感知,元宇宙的生活在看似与世隔绝的同时,实际上作为参与主体的人是生活在真实世界里的。那么,虚拟世界中多维的图像、视频、交易等信息如何与现实中的人进行交互?这就需要超大带宽、超高可靠的通信方式。

特点二:随需接入。正如现在的移动互联网可以满足人们随时随地接入的需求,在元宇宙的信息交互中也有类似的需求。相比于现在普遍使用的直播、观看视频,元宇宙沉浸式的、高清晰的多维视频对带宽、时延、可靠性等要求将有一到两个数量级的提升。

特点三:安全可靠。元宇宙必将是一个有显著经济属性的世界,虚拟世界内部、现实和虚拟世界之间将充满着经济行为。[现实—虚拟—现实—虚拟……]这样循环往复的控制关系将随处不在,两个世界的行为相互远程实时操控。就像远程驾驶、远程手术一样,元宇宙实时的安全可靠操作将无处不在。

特点四:远近一体。在元宇宙时代,增强现实(AR)/虚拟现实(VR)技术可以将现实的人带入虚拟世界,全息影像又可以把虚拟的世界投射到现实中。在互联网时代,距离不再是人类沟通的障碍。那么,在元宇宙时代,距离可能将不再是人类感知的障碍。

根据以上特性,不难看出,以5G为代表的新一代移动通信将成为现实中的人们打开虚拟世界大门的[钥匙],从而沟通虚实两个世界。

5G技术助推元宇宙的发展

从5G的特性来看,5G可以满足元宇宙的众多需求:一方面有赖于5G自身具备的大带宽、低时延、高可靠、广连接等特性;另一方面有赖于5G和云计算、人工智能(AI)、区块链、大视频等新技术的有机结合。

●5G是面向未来的通信技术

5G已经走入了现实,同时5G技术正在发展和演进中。具体可以从5G的几个基本特点来看:

(1)大带宽

5G给人的第一印象往往就是速率快,按照标准设计,5G的速率相比于4G高一个数量级,峰值速率可达20 Gbit/s,用户普遍感知速率可达100 Mbit/s。120帧/7 680×4 320分辨率的真8K视频,可以清晰地看到人身上的每一个毛孔,在现有的编码技术下,真8K对网络的带宽需求为100Mbit/s,5G可以普遍满足。对于沉浸式需要的真8K的VR技术,预计对带宽的要求会超过1Gbit/s,5G的峰值速率也可以满足。

相比于光纤,5G随时随地可达的便捷性将是虚实融合的最好途径。5G在频谱上将引入更高的带宽,在毫米波频段可以提供400 MHz的频宽给每个用户使用,如果需要5G以后会进一步进行载波聚合,成倍扩大带宽。在天线技术上,大规模多进多出(MIMO)技术引入,可以实现天线能量集中在用户的方向,让用户使用更高效的网络能力。在信道编码方面,LDPC和Polar码都已经逼近香农极限。在多址技术方面,正交频分多址(OFDMA)有很强的抗衰弱、抗干扰、高利用率等特点,适合大带宽下的高速数据传输。

(2)低时延

5G的最低时延可达1 ms,典型的端到端时延为5~10 ms,这个单位远超过人类的感知需求。在沉浸式虚拟现实中,如果时延超过20 ms,将会使人产生眩晕感。速度120 km/h的汽车10 ms的行驶距离是33 cm,无人驾驶将对时延有很高的要求。远程医疗对于超声和触觉反应的要求在10 ms左右。5G的低时延在设计之初并不仅仅针对人类的反应,而是力争满足机器反应。

5G低时延是一个端到端的概念,在每一个环节都有新技术的引入。在无线接口方面,无线帧结构发生了变化,最小调度时长进一步减小,从4G的1 ms降低到1/32 ms,而且引入了自包含帧、导频前置、上行免授权等机制,可以在小流量的控制信号进一步降低时延。核心网转发功能下沉,本来需要到核心网上去运行的业务数据,可以在就近的网络节点上处理或者转发,大幅节省业务时延。车联网等应用还将引入点对点通信,终端和终端之间可以直接通信,进一步降低时延。在承载方面,网络切片、资源预留等技术可以帮低时延业务预留好业务通道,提升高优先级业务对资源的占有能力,就像救护车在应急车道快速通行一样。

(3)高可靠

5G在自动驾驶、远程操作、自动化工厂等方面都有99.999%以上的可靠性指标要求,可以算得上[万无一失]。随着AI技术的发展,自动化、无人化会逐步在很多行业中成为趋势,高效和安全是这些趋势发展过程中的前置条件。在元宇宙中,经济活动将是一种基本活动,时延就是生产力,可靠就是竞争力。5G时代将把很多基于光纤的生产和活动逐步实现随时、随地、随需的便捷化发展。

5G高可靠的突破点主要在无线方面,其核心技术之一是引入了分集技术,通过频率、空间、时隙等维度的分集,加强数据传输的可靠性。例如:在频率方面,发送端将数据复制,然后将两个数据包发送到两个独立频率的逻辑信道传输,实现频率分集增益;在空间方面,使用不同的天线口、发送相同的数据分组或者控制分组,实现空间分集增益。另外,5G支持高可靠业务通过更小负载的编码设置,从而降低一些控制信道的编码率,进而降低解码误码率。

(4)广连接

5G的连接密度可达100万个/km2,可以实现海量机器通信,打造真正万物互联的未来。在打造数字家居、数字城市、数字工厂等的新一代数字环境中,5G可以使每个数字终端联网互动。在智慧城市的建设中,无处不在的5G和城市数字采集设备好像给城市披上了一张皮肤,可以时刻感知外部世界。当人们沉浸在虚拟世界中,需要很多传感器实现[虚实互动],5G在这方面也可以发挥很大作用。

5G可以根据不同的物联网设备需求,选择不同的网络接入技术:可以有低功耗的设备,以天或者小时为周期,传输一个小数据包,做到低能耗;也可以实现低吞吐量、长连接的业务。在多址技术方面,5G引入了非正交多址接入(NOMA)技术,可以利用不同路径损耗的差异来对多路发射信号进行叠加,从而提高信号增益,移动设备都能获得最大的可接入带宽。

●[5G+]将推动元宇宙的技术发展

5G不仅仅是一个纯粹的网络接入技术,而应该被看作以5G技术为主体,与其他新技术密切联系的技术集。技术融合是当下推动数字技术发展的关键举措。

(1)[5G+XR]

AR/VR/MR是目前人们可想到的沉浸式感受的主要方式。此外,全息投影、8K视频都是元宇宙感知的方式。5G标准组织已经对XR开展专门研究和标准化工作,直接面对虚实相融世界的多个痛点,将对XR的容量、功耗、覆盖、移动性等性能进行评估,并在不同流量模型和无线电频谱范围条件下进行各种性能的评估。目前,增强多媒体和触感网络的工作已经完成,以针对沉浸式VR、远程控制和机器人协作等场景。当前,5G标准组织正在研究包括支持XR及触感业务(如手、肘、膝等部位)的多流协同传输,实现满足业务需求的超低时延、低抖动、服务质量控制,以保证端到端体验。

(2)[5G+云计算]

连接力和算力将是元宇宙发展的两个重要的能力资源。5G采用边缘计算让云端的计算、存储能力和内容更接近用户侧,使网络时延更低,用户体验更极致。元宇宙的终端应该是[轻便]的,依靠5G低时延、大带宽能力,终端侧的计算能力可以下移到边缘云,从而使VR头盔等终端更轻量化、更省电、更低成本。5G标准组织正在评估这种[边缘云+轻量化终端]的分布式架构,以优化网络时延、处理能力和功耗等。这种模式将大幅降低终端的价格,摆脱有线的束缚,让元宇宙和互联网一样可以走入每一个人的生活。

(3)[5G+安全]

5G是一种业务的基础连接能力,安全是业务的基础保障能力。目前的安全技术很多,如区块链、量子加密等。在区块链方面,5G可以大幅度提升区块链系统的交易速度和稳定性,提升元宇宙金融交易的安全性,万物互联的终端可以给区块链带来更多上链数据。在量子加密方面,与5G的结合,可以提升元宇宙中点对点通信的安全私密性。此外,5G自身也采用了全面的安全性技术,从用户和信息两个维度进行了加密和完整性保护,成为元宇宙一个安全的信息通道。

6G将真正走入元宇宙时代

● 6G是为元宇宙而设计的

2021年3月,被称为元宇宙第一股的Roblox公司正式上市,给出了元宇宙包含的八大要素:身份、朋友、沉浸感、低延迟、多元化、随时随地、经济系统和文明。

同年6月,中国IMT2030推进组发布了《6G总体愿景与潜在关键技术白皮书》,对6G的应用场景进行系统阐述,提出面向2030年及未来6G网络将助力实现完全沉浸式交互场景、多维感知与普惠智能融合共生、虚拟与现实深度融合的业务场景。业务场景主要包括沉浸式云XR、全息通信、感官互联、智慧交互、通信感知、普惠智能、数字孪生、全域覆盖。

由此可见,6G满足的大部分场景正是元宇宙规划的未来场景。可以说,6G是为元宇宙而设计的。

● 6G的性能全面助力元宇宙发展

IMT2030等6G研究组织的研究显示6G预计可以达到的部分指标如图1所示,相比于5G会有一到两个数量级的提升。

图1 6G指标预期

基于上述指标,6G可以紧密贴合元宇宙的需求实现一些功能。一是网络无处不在,空天地一体的网络使得连接无处不在。二是元宇宙的入口无处不在,安全内生能力通过内嵌安全能力,实现主动防御、安全可信、安全智能化等内生安全需求,满足不同业务场景的差异化安全需求。三是算力无处不在,形成云、边、端分级的算力网络,实现对算力随时随地、随心随愿的调用能力。四是沉浸多维感知,通过视觉、听觉、触觉乃至嗅觉、味觉的全方位感知,产生对于语义、情感的及时捕获,形成面向感知互通的网络。

基于6G,可以打造4张互联网:第一张网是形成面向全球、全域、全频谱的一张移动互联网;第二张网是通过沉浸式的XR、全息通信感知互通形成的一张感知互联网;第三张网是通过无处不在的算力、人工智能与网络的深度融合形成的一张智能互联网;第四张网是通过万物互联、数字孪生形成一张机器互联网。这些[网]的交织可以成为元宇宙的基础设施。

元宇宙将是一个新的世界、一个新的时代,而以5G为代表的新一代移动通信技术将成为进入云宇宙的新型基础设施。5G也将为人类打开[元宇宙]的大门。

许浩,中国电信上海公司总工程师室网络处副处长,上海产业菁英高层次人才,中国电信集团无线与移动专业高级专家。

相关文章

Copyright @ 2018-2024 hedonghua.com All rights reserved.
ICP备案号:湘ICP备09009000号  技术支持:HDHCMS
合作发稿QQ:43950305
温馨提示:文章内容来自网络,不代表和动画影视网 (⊙o⊙)对观点赞同或支持。
版权声明:内容与图片如有侵权,联系管理员删除!

关注和动画公众号