5G,家庭信息终端发展的超级引擎

发布时间:2019-01-25  作者:李恒 中兴通讯  阅读量:

2018年10月,业界发生了两件大事。

其一,美国第一大移动运营商Verizon宣布正式启动5G商用,相关业务品牌名称为“Verizon5GHome”。此次Verizon的5G主打业务是“5G宽带接入+优质媒体内容“的商业模式,绑定了YouTube TV业务、苹果4K电视业务以及谷歌Chromecast Ultra等多个媒体业务提供商。 

其二,中国首个上星超高清电视直播频道CCTV-4K超高清频道10月1日在中央广播电视总台开播。超高清画质和丰富的节目内容,将为观众带来影院级别的观看体验。

这两个里程碑事件具有划时代的意义。5G宽带业务的商用标志着5G技术已经初步成熟并且率先在家庭宽带领域进入大规模应用;CCTV-4K频道的开播意味着超高清不再是无源之水,在4K电视全面占领市场,4K机顶盒终端早已普及的2018年,终于补齐了最后一块直播内容的短板,家庭信息娱乐领域全面进入4K时代。

超高清娱乐时代,家庭信息终端面临三大痛点

家庭信息终端,一般分为固网终端和多媒体终端两大类。固网终端包括各类CPE(路由器、家庭网关等)产品。多媒体终端包括机顶盒、智慧家庭产品以及AR/VR设备等。这些家庭信息终端产品传统的上行方式包括xDSL、xPON、Cable、Ethernet、WiFi。随着4G业务的成熟以及无限流量套餐的普及,上行方式也扩展到了LTE。而4K直播频道的开通以及越来越多OTT提供商提供4K点播专区,对家庭信息终端的带宽支持及处理能力提出了更高的要求。要全面拥抱超高清娱乐时代,家庭信息终端存在三大痛点。

带宽与布线的限制 

根据2018年第四季度互联网全球数据显示,目前全球平均接入网速为49.26Mbps,中国平均接入网速为80.44Mbps,排名第20位。

在这个4K已经到来、8K蓄势待发的时代,80Mbps的带宽难免捉襟见肘。分析央视4K频道码流参数,视频部分采用的是HEVC/AVS2编码格式,码率达到了36Mbps,加上多路音轨音频流以及其他数据流,单频道整体码率已经达到40Mbps以上,也就意味着在80Mbps带宽下普通中国消费者在同一时间只能勉强收看一路4K电视节目。如果用户家中还有其他的应用占用网络带宽,则4K节目很有可能出现卡顿。

此外入户宽带(光纤/铜线/Cable)一般都位于家门口的弱电箱,离机顶盒有一定的距离,需要布线。如果家里面积较大,有多个房间放电视,走线是个大问题。

AR/VR遭遇用户体验瓶颈

超高清视频和VR/AR应用将成为未来拉动运营商网络技术升级的应用场景,4K/8K直播、云游戏、VR全景直播、AR互动观赛等业务都将得到发展。这些应用都需要家庭信息终端的支持。

现有的4G技术下,典型的网络时延大约在15~60ms,高时延对于VR/AR的体验有严重影响,会造成用户的眩晕不适。此外,VR设备离眼睛距离非常近,对码流的分辨率/帧率有极高的要求,普通1080P60的分辨率在VR设备上会有明显的纱窗效应,只有超高分辨率4K/8K的视频、60P/120P超高帧频,才能给用户带来最好的体验。

家庭信息终端智能化程度不够

近年来业界已经达成共识,智能化是家庭信息终端的一个重要发展方向。智能家居在我国已有十年的发展时间,然而智慧家庭企业生产的多是安防、声控、灯控等一些基础产品,很少具有整套系统和产品的集成厂商,离实际意义的智能家居在技术上和功能上还存在较大的差距。此外整个产业还存在产品互通性不够、业界无统一标准、用户体验较差等亟待解决的问题。

5G助力家庭信息终端的发展

2018年6月,3GPP正式批准了第五代移动通信技术标准(5G)新空口(NR)独立建网(SA)功能冻结。5G NR正式具备了独立部署的能力,同时意味着3GPP首个完整的5G标准Release-15正式确定,5G产业链进入商用倒计时。业界预计到2020年,5G会实现全球范围内的大规模商用。

5G国际标准组织3GPP为5G应用场景定义了eMBB(增强移动宽带)、mMTC(大规模物联网)、URLLC(超高可靠超低时延)三大方向,包含几个关键指标:峰值数据速率20Gbps;用户体验数据率,拥挤地区传输速度达到100Mbps;连接密度,每单位地区可连接设备数量每平方公里100万台;数据包传输时延1ms;移动性,切换和保证通信质量极速达到500km/h;高达99.999%的可靠性。

5G高带宽、大连接、超低时延超高可靠的特性,将成为家庭信息终端发展的超级引擎。

高带宽支持超高清视频

不论是4K/8K视频,还是VR/AR,都离不开高带宽低延迟的可靠数据连接。从最早进行规模商用的美国Verizon案例来看,平均户均带宽已经轻松达到300Mbps,峰值甚至可以达到1Gbps,网络时延更是低于1ms,可以完美支持4K超高清视频业务。

随着超高清的进一步成熟及发展,8K也在不远的前方向我们招手。2018年几大电视厂商如LG、三星及夏普纷纷发布了8K分辨率的电视机,日本NHK更是宣布在2018年12月1日推出8K的超高清频道并且在2020年东京奥运进行8K实况转播,标志着产业链的逐步形成。8K视频的像素是4K的4倍,码率也成倍增长,对带宽产生了巨大压力。5G中的eMBB技术能提供超高带宽,作为运营商的最早大规模应用的业务,能够为超高清业务保驾护航。

基于多年无线领域积累的经验,中兴通讯在国家二阶段测试以及与中国移动的5G外场试验中,均展示了优异的性能,eMBB场景小区峰值吞吐量超过19Gbps(使用3.5GHz频段,200MHz带宽),单用户峰值速率超过2Gbps。随着5G时代的来临以及eMBB技术的成熟,带宽不再成为瓶颈,FWA(Fixed Wireless Access)接入方式必然会占有一席之地。

低时延提升用户体验

5G新的空口协议及网络切片技术可以有效保证低延时及高可靠性,减少卡顿并降低丢包,从而加快响应速度。

以VR/AR为例,沉浸感的提升依赖于画质分辨率、渲染和交互的处理速度,其中对传输的带宽、时延需求逐步提升。高分辨率的码流及超低的时延是保障完美用户体验的前提。要达到良好的用户体验,双眼4KP60是最基础的需求,那么最低带宽必须达到100Mbps,而具备超高带宽及超低时延的5G技术无疑能够带来更好的用户体验。

近期中兴通讯在国家二阶段测试中展示了0.42ms的超低时延空口能力,体现出5G的强悍实力。VR/AR设备在5G技术的加持之下,能够摆脱有线的束缚,释放更大的能量。

海量物联网使能智慧家庭

纵观智慧家庭的发展及面临的困境,解决“信息孤岛”是问题关键。如果控制家里的各个设备需要手忙脚乱地找各种遥控器、下载多个APP,必然会降低用户体验而使人远离所谓的“智慧家庭”。对于智能家居来说,智能门锁/监控、能源控制、智能音箱/电视、各类传感器以及可穿戴设备的有机结合是必须的,只有物与物以及人与物之间进行了直接连接,才能打破“信息孤岛”的现象。考虑到智慧家庭对带宽/时延及海量连接的刚性需求,4G技术在并发连接数及时延等几个核心指标上已经无法满足需求。而5G的mMTC技术的出现则打破了这个限制。在5G网络的支持下,数据的采集分析等变得非常快,能以微秒级别来计算,而海量的连接更能达到每平方公里百万级别,从而使得万物互联没有限制,真正实现家庭智能化。

业界人士已经达成共识,5G是一项革命性的技术,它必将会带来“第四次工业革命”,对各行各业都有深远的影响。Intel与咨询公司Ovum近期发布报告,预测了未来10年5G网络发展前景:在5G网络数据流量中,视频将占到90%,得益于5G的高带宽容量和极低延时,AR/VR将获得长足发展,届时云化AR/VR体感游戏将会成为5G主要应用,带来更为震撼和个性化的沉浸式体验。家庭信息终端作为数据连接及处理的重要节点,对促进信息化社会的发展起到至关重要的作用,而5G时代的到来更是为家庭信息终端的演进插上了翅膀。


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