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  • VR 十大应用场景

    2017-01-04 16:12:02
    2017 VR 十大应用场景
  • eMBB(移动宽带增强)、mMTC(大规模物联网,更多的称为海量机器类通信[1-2])、uRLLC(超高可靠超低时延通信) eMBB Enhanced Mobile Broadband 增强移动宽带 mMTC massive Machine Type of Communication ...

     

    术语:

    eMBB(移动宽带增强)、mMTC(大规模物联网,更多的称为海量机器类通信 [1-2]  )、uRLLC(超高可靠超低时延通信)

    eMBB        Enhanced Mobile Broadband                             增强移动宽带 

    mMTC      massive Machine Type of Communication          大规模物联网

    uRLLC       ultra-reliable low latency communications           超高可靠超低时延通信

     

    导语:5G
    未来就在眼前,由于5G技术的三大场景应用性上相比于前几代无线通信技术的巨大提升,它必将带来一些我们目前甚至无法想象出的应用。此番,我们从技术角度上来看看5G技术是如何得以实现的,也为你埋下一颗在5G应用上的种子。

    现代无线通信技术的演进几乎10年就是一个时代,从上世纪90年代的2G,直至触手可及的5G。可以说,无线通信技术是真正能够最迅速普惠全民众的事业,它所带来的便利性,应用性起到着推进时代进程的作用,我觉得这是通信人所值得骄傲的。

    最新的5G无线通信技术会带来什么样的变化,ITU(International Telecommunication Union  国际电信联盟)从eMBB(增强型移动宽带)、mMTC(海量机器类通信)、uRLLC(超可靠、低时延通信)的三大应用场景上做出了一定规划。那么5G技术到底又有什么不同呢?我们从其根源上出发从技术角度来看看它的演进过程。

    首先从香农公式说起,:C=B log2(1+S/N)。C是最大传输速率;B为频谱带宽;S为信号功率;N则是噪声功率。此公式为通信领域理论之基。

    首先很明显,在直观角度上,为了提高传输速率最直接的做法就是提高频谱带宽。

    为了提高频谱带宽,总的来说分为三类方法。

    其一,提高频谱范围,由C= λV,为了提高频率,那么所需波长就越小。也就诞生了5G的关键技术之一:毫米波(mmWave)。其二,提高频谱利用率,那么这就涉及到了大幅提高频谱效率的Massive MIMO,以及(调制技术)正交频分复用技术OFDM(以及F-OFDM等)和可以实现频谱效率3倍提升空分多址技术SCMA。

    其三,为了提高在传输过程中的效率,空间利用率和抗干扰性、减低能耗,便有了CCFD(同时同频全双共)、3D波束赋形(对射频信号相位的控制,使得电磁波精准的指向所需服务的移动终端)和D2D(同基站下终端与终端可直接通信,无需经过基站)。

    在实现了这些技术的前提下,三大应用场景基本就得到了解决,当然这不是最终的。在有了这些技术的情况下,为了提高其可靠性,更低时延等,还有别的工作要做。

    首先,传统运营商基站的建设成本是比较高的,而5G由于其多需要采用高频段,那么它的覆盖范围势必将缩小,那么(宏)基站的建设成本无疑会成为一个很大的问题,(这也正是当初运营商抢低频而段而抢的头破血流的原因)因而提出了UDN(超密集组网)、UCNC(虚拟化小区和CloudRAN)等的建设方案,其做法之一就是建设微基站。(PS:据了解近两年微基站的建设成本控制在五千元以内)同时,由于SDR技术的发展,微基站建设的长期投入成本将会更低——频带、空中接口协议和功能都可通过软件下载和更新来升级,而不用完全更换硬件。

    除此之外,5G技术其实不单单指高频段的应用上,它将涵盖,或者说覆盖此前的网络频段应用,使得5G网成为一个巨大的混合网,因而有5G物联网之说。由此,端对端网络切片技术的应用也将成为解决大规模连接节点的一个重要方式,这会更好地解决5G在物联网中一些对连接要求不那么极端的设备连接上。

    说完这些提高物理性技术的方案,我们再来谈谈从计算机技术上的方案。编码方案一定程度上在传输“源头”决定了传输的速率与时延,此前的4G网络上,不论信道控制还是数据控制都采用的是LDPC,而在去年底,3GPP确定了由华为中国公司主推的的极化码(Polar)方案作为5G eMBB场景的控制信道编码方案,虽然数据信道上憾负LDPC几票。

    至此,我们从通信技术的根源上对5G所采用的主要新兴技术做了一个简单的系统性总结,当然,5G中的新技术还很多,我也只是从旁观者的角度去少部分的了解了这么一些。(如有意见,请评论补充)再者,5G虽在眼前,但它仍然还处于不断发展的状态,也势必会出现更多更好地促使其成熟、加快落地的新技术。

    此外,以下部分则是一段简单的无线通信技术演进史。

    追溯到由无线电报而衍生的模拟移动通信系统,它以模拟电路单元为基本模块实现语音通信,并创新式地采用了蜂窝结构,可重复利用频带,实现大区域覆盖和移动环境下的不间断通信。但它的不足之处也很明显:频谱利用率低,容量节点有限;保真性较差,安全隐患大;制式太多,兼容性差;无法提供非语音数据业务。

    相比于1G,2G时代由ETSI制定的GSM可谓是三朝元老,自90年商用沿用至今,统治了一代人的记忆。除此之外,高通基于扩频技术推广的CDMA也是我国联通早期的主要通信技术标准。2G时代我们主要应用的就是基于GSM演进的GPRS了,基于此诞生的WAP可以算是移动互联网的阶段性产物。但是很明显,其仍旧无法解决频谱资源紧张的问题。

    直至3G的出现,日、欧提出了WCDMA,能够直接架设在GSM网络基础之上,能够轻易度过通信技术的迭代,降低基站建设的成本;高通则提出了CDMA2000,这套系统从窄频CDMA1X衍生而来,可从原有CDMA 1X结构直接升级3G,建设成本低廉。同时这套系统也成了高通的摇钱树之一,从运营商处收取5%的专利费用,这也为日后我国和欧洲共同研发LTE埋下了伏笔。1998年,我国也提出了TD-SCDMA,采用了智能无线,同步CDMA和软件无线电等当今国际领先技术,其在频谱利用、业务支持灵活性上都有独特优势。

    4G时代的到来,是比较快的。很多人都感觉3G还没用热呢,运营商已经在短信通知换取4G卡了。4G的演进过程中OFDM有着关键性作用,而无论WCDMA还是TD-SCDMA都可以很快速的直接演进到LTE,相比于此前的通信技术无疑4G的优势是巨大的,通信速度上的跃升已可匹及家庭宽带,因而实现了更高质量的多媒体通信业务,同时4G的发展也为现今智能手机、移动互联网的发展和普及做出了巨大贡献。

    而讲到LTE就不得不说说FDD与TDD的差别了,如果将频谱比作一条高速公路,那么FDD就是采用双车道制式,可同步进行数据的上传和下载;而TDD则是一条根据时间变换的单行道,将时间分成无数帧,在帧与帧之间实行变换。

    5G以前的通信演进史就到此告一段落了,而5G的演进正在进行之中,我们会共同持续关注它给物联网,给整个时代所带来的影响。

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  • 3GPP TR 22.886规范 5G支持的V2X服务研究
  • 5G技术定义的三大场景,增强型移动宽带(eMBB)、 低功耗大连接(mMTC)、低时延高可靠(uRLLC)可覆盖高带宽、低延时等传统应用场景,满足工业环境下的设备互联和远程交互应用需求。 《中国联通5G工业应用场景...
  • 5G 的三大场景:eMBB、URLLC、mMTC

    万次阅读 2020-03-12 15:21:14
    背景:很多人认为 5G 确实是未来的发展方向,但具体到哪些落地,又说不清楚,甚至于认为 5G 只比 4G 多...即为“增强移动宽带”,就是以人为中心的应用场景,集中表现为超高的传输数据速率,广覆盖下的移动性保证等...

    背景:很多人认为 5G 确实是未来的发展方向,但具体到哪些落地,又说不清楚,甚至于认为 5G 只比 4G 多了一个G 而已,但笔者认为:5G 在移动通信领域绝对是革命性的,如果说以前的移动通信只是改变了人们的通信方式、 社交方式,5G 则是改变了网络社会。 先看 5G 的三大场景:

    (1)eMBB

    即为“增强移动宽带”,就是以人为中心的应用场景,集中表现为超高的传输数据速率,广覆盖下的移动性保证等,这是最直观改善移动网速,未来更多的应用对移动网速的需求都将得到满足,从 eMBB 层面上来说, 它是原来移动网络的升级,让人们体验到极致的网速。因此,增强移动宽带(eMBB)将是 5G 发展初期面向个人消费市场的核心应用场景。

    (2)uRLLC

    “高可靠低时延连接”。在此场景下,连接时延要达到 1ms 级别,而且要支持高速移动(500KM/H)情况下的高可靠性(99.999%)连接。这一场景更多面向车联网、工业控制、远程医疗等特殊应用,这类应用在未来潜在的价值极高,未来社会走向智能化,就得依靠这个场景得网络,这些应用的安全性、可靠性要求极高。

    (3)mMTC

    “海量物联”,5G 强大的连接能力可以快速促进各垂直行业(智慧城市、智能家居、环境监测等)的深度融合。万物互联下,人们的生活方式也将发生颠覆性的变化。这一场景下,数据速率较低且时延不敏感,连接覆盖生活的方方面面,终端成本更低,电池寿命更长且可靠性更高,真正能实现万物互联。

    三大场景其实都提供了无限的可能性,真正应用起来,对未来社会都将产生深刻的影响。

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  • 1. 5G的三大应用场景 2 eMBB 增强移动宽带 (高速): 快 3 URLLC 超可靠低时延通信 (可靠):好 4 mMTC 海量机器类通信 (海量):多

    目录

    第1章 5G的三大应用场景

    1.1 黄金三角

    1.2 环环相扣

    第2章 eMBB 增强移动宽带 (高速): 快

    2.1 技术需求

    2.2 业务场景

    第3章  URLLC 超可靠低时延通信 (可靠):好

    3.1 技术需求

    3.2 业务场景

    第4章 mMTC 海量机器类通信 (海量):多

    4.1 技术需求

    4.2 业务场景

    第5章 综合应用



    第1章 5G的三大应用场景

    人们对多、快、好、省的需求和追求是乎从未停止过,各行各业皆如此。

    5G也是一样,

    多:就是支持用终端用户“多”,“多”到支持海量终端的应用:mMTC 海量机器类通信。

    快:就是响应速度要快,即超低延时URLLC中的低延时 ;大量数据传输的速度要快,即增强移动宽带eMBB。

    好:就是要可靠,不出错,即超低延时URLLC中的高可靠。

    省:要省钱,单位比特的价格要低;要省电,终端和网络的功耗要低;省是三大应用场景中内嵌的需求。

    1.1 黄金三角

     

    1.2 环环相扣

     

    第2章 eMBB 增强移动宽带 (高速): 快

    2.1 技术需求

    超高数据速率(单用户):中延时、高速、大量的手机业务

    相对于4G,5G要解决的第一个问题就是高速度。

    (1)传输速率由1G增大增加了10倍,达到10Gbps。

    (2)更高的载波频率

    (3)更高的传输频谱带宽, 带宽扩展到400M

    • 超大规模天线阵列xMIMO
    • 频谱效率增加5到10倍,比4G在同样带宽下传输的数据增加5到10倍。
    • 微基站广泛使用,室内移动通讯 基站部署更加密集。

    2.2 业务场景

    (1)AI使能的视频监控

    5G网络的成熟将催化大量安全警报器、传感器和摄像头的部署,使得实时、高质量的视频传输成为可能,这有助于增强远程监控并更好的评估犯罪现场。

    更重要的是,基于AI的系统会自动分析嫌疑犯的活动、肢体语言和面部表情,实时监测犯罪情况。

    此外,通过分析过去的罪行数据,基于AI的平台还能预测未来的犯罪,以帮助相关部门优化对预防犯罪资源的使用。

    (2)全景直播

    (3)无人机安防

     

     

    第3章  URLLC 超可靠低时延通信 (可靠):好

    3.1 技术需求

    超低延时高稳定(单用户): 低延时、高稳定的工业业务

    相对于4G,5G对于时延的最低要求是1毫秒,甚至更低。

    5G的一个新场景是无人驾驶、工业自动化的高可靠连接。

    人与人之间进行信息交流,140毫秒的时延是可以接受的,但是如果这个时延用于无人驾驶、工业自动化就无法接受。

    此种业务,要求跨越空间的远程性交换极强,需要有及时的远程反馈。

     

    3.2 业务场景

    (1)无人驾驶汽车

    需要中央控制中心和汽车进行互联,车与车之间也应进行互联,在高速度行动中,一个制动,需要瞬间把信息送到车上做出反应,100毫秒左右的时间,车就会冲出几十米,这就需要在最短的时延中,把信息送到车上,进行制动与车控反应。

     

    无人驾驶飞机更是如此。如数百架无人驾驶编队飞行,极小的偏差就会导致碰撞和事故,这就需要在极小的时延中,把信息传递给飞行中的无人驾驶飞机。

     

    (2)智能制造

    一个机械臂的操作,如果要做到极精细化,保证工作的高品质与精准性,也是需要极小的时延,最及时地做出反应。

    要满足低时延的要求,需要在5G网络建构中找到各种办法,减少时延。边缘计算这样的技术也会被采用到5G的网络架构中。

     

     

    第4章 mMTC 海量机器类通信 (海量):多

    4.1 技术需求

    超大规模设备连接(多用户):低延时、低速、超大量的物联网业务

    传统的1G-4G网络,有由运营商提供的,人与人之间实现文本、语音、视频业务的通信业务。

    5G不仅仅解决人与人之间的通信,还能解决人与物的通信、物与物的通信,把万物互联纳入到了5G系统的目标中。网络终端需要无所不包。

    未来接入到网络中的终端,不仅是我们今天的手机,还会有更多千奇百怪的产品。

    在这种场景下,信令的带宽占比很大,与数据的带宽相当,甚至要超过数据的带宽。

     

    4.2 业务场景

    可以说,我们生活中每一个产品都有可能通过5G接入网络。我们的眼镜、手机、衣服、腰带、鞋子都有可能接入网络,成为智能产品。家中的门窗、门锁、空气净化器、新风机、加湿器、空调、冰箱、洗衣机都可能进入智能时代,也通过5G接入网络,我们的家庭成为智慧家庭。

    (1)海量终端

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    而社会生活中大量以前不可能联网的设备也会进行联网工作,更加智能。汽车、井盖、电线杆、垃圾桶这些公共设施,以前管理起来非常难,也很难做到智能化。

    而5G可以让这些设备都成为智能设备。

    (2)智慧城市

     

    第5章 综合应用

    (1) AR

    增强现实(Augmented Reality)技术是一种将虚拟信息与真实世界巧妙融合的技术,广泛运用了多媒体、三维建模、实时跟踪及注册、智能交互、传感等多种技术手段,将计算机生成的文字、图像、三维模型、音乐、视频等虚拟信息模拟仿真后,应用到真实世界中,两种信息互为补充,从而实现对真实世界的“增强”。

     

    (2)VR

    虚拟现实技术(英文名称:Virtual Reality,缩写为VR),又称灵境技术,是20世纪发展起来的一项全新的实用技术。虚拟现实技术囊括计算机、电子信息、仿真技术于一体,其基本实现方式是计算机模拟虚拟环境从而给人以环境沉浸感。随着社会生产力和科学技术的不断发展,各行各业对VR技术的需求日益旺盛。VR技术也取得了巨大进步,并逐步成为一个新的科学技术领域。

    (3)云游戏

    (4)远程无线医疗

     

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  • Ultra-Reliable Low Latency Cellular Network: Use Cases, Challenges and Approaches研究内容URLLC 应用蜂窝网络中时延的来源减少时延的方法short Error control codesradio resource management1 Non-orthogonal ...

    IEEE COMMUNICATIONS MAGAZINE

    除了增强的移动宽带应用之外,第五代蜂窝移动网络还可用于支持关键任务URLLC服务。

    研究内容

    • 本文首先介绍了URLLC的三个新兴关键任务应用程序,并确定了它们对端到端延迟和可靠性的要求。
    • 以4GLTE为例,研究当前无线网络端到端延迟的各种来源。
    • 从错误控制编码,信号处理和无线电资源管理的角度提出并评估若干技术以减少端到端延迟。
    • 讨论其他网络设计方法,有可能进一步减少延迟

    URLLC 应用

    关键性应用:tele-surgery,intelligent transportation, and industry automation(远程手术,智能交通,工业自动化)
    其他:触觉互联网,增强/虚拟现实,故障检测,智能电网中的频率和电压控制

    tele-surgery
    两个主要例子:remote surgical consultations and remote surgery

    • round trip times (RTTs) lower than 1 ms
    • BLER down to 10 –9

    intelligent transportation
    自动驾驶,道路安全,交通效率服务(traffic efficiency services)

    • 自动驾驶 :该应用的典型用例是自动超车,合作防撞和高密度队列。end-to-end latency of 5–10 ms and a BLER down to 10 –5

    industry automation
    典型工业自动化用例要求URLLC的包括工厂,过程和电力系统自动化。由于现存的无线技术无法满足工业上对于时延和稳定性的要求,所以传统的工业控制系统是有线的。

    • latency lower than 0.5 ms and an exceedingly high reliability with BLER of 10 –9

    蜂窝网络中时延的来源

    (考虑到时延是以4G为例说明的,将来的5G可能存在差异,故不深入)
    4G架构和其关键任务,最下面的是减少时延的措施

    • 4G架构和其关键任务,最下面的是减少时延的措施 Architecture of 4G LTE network with representative mission-critical user equipment. The bottom part lists various potential measures towards latency reduction in different parts

    Various delay sources of an LTE system
    Various delay sources of an LTE system

    减少时延的方法

    short Error control codes 短的错误控制码

    一些码的缺点
    最近Polyansky-Poor-Verdu(PPV)对有限块长度的信道容量的分析[10]中,表明:短的块长度存在严重的容量损失;
    在传统通信系统中,low-density parity check (LDPC) or turbo codes错误率低但是带来large decoding latency;
    长固定速率码的自适应方案:复杂的编码和解码算法,估计接收器处的CSI所需的时间,CSI(channel state information)返回发送器的反馈,发送器中的码率和调制选择过程以及块长度,导致延迟增加
    analog fountain code (AFC):由于渐进的长码,被认为是在宽范围SNR( signal-to-noise ratio 信噪率)上有接近无速率码的容量;即使在目前的短码优化设计中,在高信噪比方案的媒介中,AFC与PPV约束有很小的差距。希望在针对较短块长度优化AFC时可以实现更低的延迟;注意,一旦码字被成功解码,AFC的实现将要求接收器发送积极的反馈,但实际中,这个反馈可能丢失。因此,应该在确认分组上应用强大的编码方案以避免这种额外的延迟。

    self-adaptive codes,also known as rateless codes,does not require any CSI at the transmitter side.Self-adaptive codes appear as a promising solution to URLLC

    radio resource management

    1 Non-orthogonal multiple access (NOMA)

    orthogonal multiple access (OMA) techniques缺点:当用户数量增加时,该策略遭受严重冲突和高延迟。

    Non-orthogonal multiple access (NOMA)分类:power-domain NOMA and code-domain NOMA
    code-domain NOMA中, 每个用户会分配到一个独一无二的信道道码,用于验证。代码域NOMA中的用户能够以无授权的方式进行传输。
    NOMA优点:NOMA的主要优点在于它不需要单独的授权获取和随机访问阶段,因为设备可以随时发送数据。 当设备数量增长时,这变得更有益,这是大多数物联网感兴趣的场景用例

    NOMA还可以轻松与AFC代码结合使用,以提高每个用户的频谱效率和可靠性,从而为减少延迟提供跨层解决方案。

    对于具有相对固定用户(例如,工厂自动化)的URLLC场景,基于竞争的访问不是必需的,并且基于预分配的访问更有效。
    另一方面,对于那些可能有大量用户经常加入和离开网络的URLLC场景(例如,智能交通系统),基于竞争的访问是必不可少的,因此NOMA可能更有益

    2 resource reservation via resource slicing

    建议为每项服务预留无线电资源。
    做法:通过切片RB(resource blocks (RBs))并基于流量需求为每个服务分配切片来完成预留。此外,如果切片中的RB没有被使用,它们将被其他服务共享。
    效果:实现高频谱效率并消除由来自其他服务的流量过载问题引起的延迟问题

    other potential techniques

    cross-layer error control(跨层错误控制)

    用户数据报协议(UDP:User Datagram Protocols)没有自动重复请求(ARQ)重传而且比传输控制协议(TCP)有更低的开销,对于在无线网络中新兴任务关键型通信具有吸引力。
    缺点: 需要提高可靠性,解决这个问题的一个有前景的方法就是在物理和网络层使用短AFC码,并形成在物理层具有软输出解码和在网络层具有软输入解码的级联码。此外,由于低解码延迟,可以高度并行化两个AFC码的解码。

    D2D

    这需要高效的干扰管理技术,以确保D2D链路和传统链路之间的和谐共存。

    MEC

    边缘计算技术的实现在蜂窝网络中并不成熟。关键障碍源于计算服务与现有LTE协议栈的不兼容性。修改现有堆栈以适应计算服务可能导致大量网络重建和重新配置。因此,将边缘计算平滑地合并到协议栈中是未来研究的关键方向

    Mobile caching for content delivery

    局限: 基站缓存容量有限,如何明智地缓存一组流行内容以最大化命中率至关重要

    lightweight Security mechanisms

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空空如也

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