扩展现实和3GPP演进研究报告

摘要。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 内。。容。。。。。。。。。。。。。。。。。。。3 1.简介4 2.XR的演变5 3.XR关键促进者和用例6 3.1XR关键促进者6 3.2VR用例7 3.3AR用例8 4.XR服务特点和交货要求11 4.1VR无线要求11 4.2AR无线要求13 4.3MR及超越无线要求13 5.XR密钥使能因素15 5.1拆分计算/渲染架构15 5.2边缘计算16 5.3频谱考虑因素16 6.3GPP标准中的XR17 6.1Rel-15/Rel-16中的XR17 6.2Rel-17中的XR18 6.3XR在Rel-18中22 6.4XR在Rel-19中23 结论。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。24 缩写。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。25 确认。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。27 尾注28 执行概要 扩展现实（XR）通过增强现实（AR）增强了我们的生活体验， 虚拟现实（VR）和混合现实（MR）。它创造了完全虚拟的、身临其境的环境或将这些虚拟景观和功能与“真实”世界融合在一起。 它的用例不仅限于游戏等消费类应用，还包括 企业、机构和制造业。XR将影响人们的游戏方式，工作、学习和互动。VR，尤其是AR，需要大量的在多个领域发展，包括但不限于多媒体、人工 智能、计算、显示系统和通信，以提供体验 XR合并到我们的日常生活。 低时延、高可靠、低功耗、高容量是关键业务 XR成功的要求。5G新空口（NR）由3开发理查德·道金斯一代合作伙伴项目（3GPP）旨在支持新兴的XR用例： 需要此类关键绩效指标（KPI）。虽然5GNR有利于XR，但潜力5G和平衡KPI的增强功能需要进一步的端到端优化。 本白皮书介绍了具有服务交付要求的潜在用例。 它还详细介绍了5G如何实现端到端XR系统，包括如何拆分跨各种系统组件的计算架构为降低 延迟、更高的可靠性、更高的速率和更少的设备计算。Rel-15/Rel-16为XR提供了不错的基础，但尚未经过专门设计或优化 用于XR支持。本文研究了Rel-15和16的5G系统演变可用于XR，然后描述 Rel-17到Rel-18中的3GPP，预计将优化XR支持，包括XR 感知、功耗优化和容量增强。本文的结论是 描述Rel-19中本地化移动元宇宙服务的预期研究。 1.介绍 扩展现实（XR）是虚拟现实（VR），增强现实（AR）和混合现实（MR）的总称，如图所示在图1中。XR将成为下一代计算平台，通过创建 与现实无法区分的虚拟体验。XR将主要影响人们的娱乐，工作，学习和连接。 VR是一种数字渲染，旨在尽可能自然地模仿现实世界的视觉和听觉感官刺激观察者或用户在应用程序定义的限制内移动时。使用VR，用户通常佩戴头戴式 显示器（HMD），用模拟的视觉组件完全取代用户的视野（FoV）。虚拟现实用户也可以戴耳机伴随音频。此外，VR中用户的头部和运动跟踪允许 要更新的模拟视频和音频组件，以确保项目和声源与用户的同步运动。2 VR正在蓄势待发，但仍需要大量研究来增强用户的沉浸式体验。预付款包括 但不限于更高分辨率、更宽的FoV、深度、触觉手套和音频传播。使用AR，人工生成视觉和音频内容叠加在用户的当前环境中。他们对当前环境的观察可能会 直接，没有中间的感知、处理、渲染或间接的，他们对环境的感知是使用传感器中继。使用MR，虚拟元素入到物理环境中，以提供这些错觉元素存在于真实的场景。 VR，尤其是AR，仍处于早期阶段，需要大量的研究、创新和开发才能实现。 在日常生活中实际实施。这些技术包括光学、投影仪、显示系统、图形、音频、手跟踪、眼动跟踪、面部跟踪、身体跟踪、世界映射和重建以及人工智能（AI）。 VR头显提供包含在HMD中的视觉输入，而AR眼镜允许用户观察和使用虚拟物体叠加在现实中，以注释我们的世界并与他人互动。AR眼镜和VR头显在紧功率下工作 和热预算。AR眼镜通常具有较小的外形尺寸，并且必须在狭窄的预算内运行（轻巧，低权力),使长会话或全天使用。 云游戏（CG）是一种密切相关的XR应用程序，它利用边缘服务器在移动设备上渲染图形。游戏控制器信息在上行链路上传输，呈现的图形不会随着用户移动而改变，并且 与其他XR系统相比，通常分辨率较低。XR和CG3是目前业内最重要的行业之一5g的媒体应用程序正在考虑。 图1:不同类型的XR服务1 2.XR的进化 在我们迈向6G的过程中，XR应用的增强功能需要得到更多的考虑。5G技术改善了对高 高质量的视频，但5G-Advanced将提供更多身临其境的用户体验，6G开发正在努力提供更多全息体验。数字孪生、定位和传感也随着这些技术的发展而得到增强。 6克。 生态系统支持以及设备和网络制造商之间的强大沟通等因素不容忽视。通信和协作对于增强电池寿命、光学、节能和 拥塞控制。沉浸式媒体、3D映射、传感和内容开发推动了XR的发展， 需要更低的延迟和更高的带宽。迈向6G的旅程正在稳步推进。从现在到2030年，消费者将继续看到视觉改进、更生动的图像和增强的VR头戴式设备功能，如手部跟踪、全身、 和面部表情(见图2和图3)。 图2：XR是一个漫长的旅程，消费者XR设备时间表4 图3:XR进化在网络层面上 3.XR主要促进者和用例 XR服务很复杂，需要许多新颖的功能。虽然复杂，但XR服务将改变我们的方式交流、学习和娱乐。XR服务将成为企业应用程序、消费者应用程序和 介于两者之间的一切。元宇宙和数字孪生可以成功实现未来多感官XR的部署。 3.1XR主要促进者 Metaverse将物理世界和数字世界融合到一个XR用户、内容和数字实体交互的世界中。这元宇宙将把XR带入消费者家庭、企业和工业领域。用户可以看到他们的身体动作得到反映 在数字世界中及其反映在物理世界中的虚拟行为56.从本质上讲，元宇宙可能是一个虚构的世界 （例如，视频游戏领域），在虚拟和数字领域（例如，发电厂区域的虚拟副本）中模仿日常生活。图4:Metaverse景观 元宇宙可能会迎来某种形式的区块链技术、加密货币或不可替代的代币 （NFT）在万维网的新迭代上，即去中心化网络。这可能是使世界成为可能的基本支柱 的分布式应用程序（dApps），因为它重塑了数据在整个网络主干中的移动方式。从本质上讲，它是可以改变动态数据灵活性的基础结构层。这种新的作案手法带来了挑战 运营和能源效率，但也提供了新的机会，使用户成为这个新互联网的核心部分，经济。 数字双胞胎:数字孪生构成了现实世界与元宇宙之间的基本纽带，并且已经建成可能主要通过工业物联网（IIoT）。数字孪生保证复杂物理的端到端数字化 资产，由物理孪生和网络孪生组成。需要针对复杂物理资产的可调整、相应的XR内容一个数字的双胞胎。 人工智能（AI）、机器学习（ML）和自治：人工智能和ML几乎每一个行业的影响重塑高科技的极限。服务和运营智能对于保证成功和 XR服务的高效性能，并通过无线接入提供XR。服务智能用于 应用程序本身，如与渲染、与VR场景相关的操作以及多个全息影像的协调相关的ML。运营智能为网络提供了智能机制，以执行优化和自我可持续性 复杂的服务,比如XR7.确保复杂物理资产的端到端数字化需要利用物联网 （物联网）设备和传感器。计算能力有限的物联网设备正在看到有望释放其真实发展的发展边缘计算功能的潜力，可实现决策制定、先发制人的维护等。企业可以 还受益于更智能的物联网生态系统，以及鼓励可持续发展的先进建筑管理系统。 最终，成功部署元宇宙和数字孪生保证了XR服务的成功出现预计将渗透到多功能行业和垂直领域，如表1所示。 表1:XR用例类型 用例类型 垂直行业中 云游戏/ 体育 虚拟事件/ 协作 教育 公共安全/ 医疗保健 AI/物联网 消费者 X X X X 公共 机构 X X X 企业 X X 制造业 X 快速消费品 X 模拟 X 3.2虚拟现实的用例 VR最初以将屏幕有限的视频游戏转换为完全身临其境的体验的方式而闻名。因此，VR 催化了游戏行业的重大发展，导致各个垂直行业的范式转变。 3.2.1在线身临其境的游戏 用户可以从客厅传送到体育场馆、幻想领域或模拟战场等地方体验无缝的多人游戏体验。云原生应用程序和云游戏为 这是游戏参与的新途径。虽然这个概念仍在发展中，但VR游戏将推动一个新的游戏元宇宙。 和在线生态系统。例如，像Roblox和Minecraft这样的游戏的应用内使用量是Twitter和Facebook的10倍;其影响是不可否认的8. 3.2.2虚拟活动的参与 就在不久前，即时传送到另一个地方的想法还像科幻小说。但是，随着 可用的VR技术、元宇宙的成熟度和强大的网络，参与NEAR的高度沉浸式虚拟活动实时正在成为现实。虚拟活动具有广泛的包容性，涵盖从音乐会到时尚的广泛范围显示团队协作。用户可以参加虚拟音乐会或为客户、朋友和 跨州和国家的家庭，例如，虚拟开放日。企业也有机会进行全球合作。为 例如，用户可以参加一个身临其境的虚拟市政厅会议，然后“走出去”并在同一范围内订购披萨。虚拟环境并使用加密货币付款。用户可以虚拟地消费披萨，但也可以在一次送到他们的 物理位置。 图5:虚拟开放的房子用例 3.2.3教育经历 COVID-19大流行表明，不应限制教育资源和媒介骨干 到教室和面对面的环境。教育必须能够随时随地远程访问。整个 大流行，许多用户受到连接限制的抑制，并且无法寻求他们的身体感官了解学习模块并无缝参与课堂讨论。VR课堂体验使用户能够 消除面对面和远程边界之间的界限。“360度摄像头”让远程学生体验 教室设置以更加身临其境的方式9.此外，虚拟世界可以迎来对偏远地区的访问 除了通过虚拟博物馆参观、虚拟实验室或公司参观以及更多实践学习方法进行在线课程之外。斯坦福大学的研究表明，支持XR的方法可以使学习效率提高76%10. 获得定制的学习计划和学习材料不仅使学生受益，而且使教师受益匪浅。图6：物理和虚拟类混合用例 虽然关键任务服务与AR服务有更大的影响（在第3.3.2节中描述），但VR可以进一步彻底改变。通过语音驱动的培训进行公共安全响应教育，并重新构想低成本的远程高级心脏生活 为急救人员提供支持（ACLS）培训。它还允许在模拟场景中进行早期测试和校准，这些场景可以减少实际紧急情况下出错的可能性。11 3.3基于“增大化现实” 技术的用例 VR和AR具有共同点和用例，但交付方式不同。AR补充了我们的日常工作 使用虚拟组件生活，而不是让用户沉浸在虚拟世界中。 3.3.1移动基于“增大化现实”技术的游戏 与VR中的沉浸式游戏体验一样，AR可以利用手机，可穿戴设备和AR眼镜来补充AR。 我们日常生活中的内容（例如，PokémonGo）。确保AR内容的流畅流动及其与真实的同步随着无线网络的进步，世界得到了保证，这些无线网络提供了可靠的低延迟，同时保证了极端高率。一种促进方法是迁移多功能接口的云化和支持边缘的访问13. 3.3.2任务关键服务 AR服务预计将对多个关键任务服务产生重大影响，从公共安全应用到 医疗保健和工业制