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【摘要】 目前5G+XR已经形成生态式应用，但在便携式终端方面，主要集中于头显、眼镜等可穿戴设备方面，较少涉及微型投影仪，本文给出在微型投影仪上通过TOF、UWB等技术实现交互模式友好的5G+XR的技术方案 ，该方案极大增强用户在多设备内容源交互、裸眼3D、云XR、全息视频会议等方面的体验，具有广泛的应用场景。
【关键词】 微型投影仪 第五代移动通信 扩展现实 飞行时间 超宽带
引言
XR（扩展现实）目前业界给出的一般性定义是指通过计算机技术和可穿戴设备产生的一个真实与虚拟组合的、可人机交互的环境，包括VR（虚拟现实）、AR（增强现实）、MR（混合现实）、HR（全息现实）等多种形式。
5G商用已经在全球展开，在高速、低时延的5G连接支持下，人们可以将XR渲染等任务放到终端侧和云端进行分布式处理，充分利用终端、云端的优势，使用户在纤薄的轻量型设备上也能体验到具有逼真视效的XR体验。另外，AI也能为空间计算所需的诸多感知算法提供支持，进一步提升人们在XR设备上的沉浸式体验[1，2]。特别是，新冠肺炎疫情之下，去电影院、博物馆、KTV等场所存在风险，人们通过XR可以获取相应的现实感的体验;同时，后疫情时代因5G+XR技术不断成熟则相关需求态势会一直持续。
XR作为下一代计算平台，5G作为下一代网络，两者一起构成一个新的生态系统：空间互联网[3]。目前5G+XR已经形成生态式应用，但在便携式终端方面，主要集中于头显、眼镜等可穿戴设备方面，较少涉及微型投影仪。实际上，虽然微型投影仪不属于传统意义上的可穿戴设备，但作为一种便携式终端，其给用户带来的5G+XR独特体验相比传统意义上的可穿戴设备有着诸多方面的不可多得的优势。
一、微型投影仪5G+XR技术方案
图1给出基于的微型投影仪的5G+XR技术方案。对于通常的微型投影仪来说，一般只具有图中粗虚线左边的部分，即实现通过处理器接收HDMI或USB有线信源转换为光机处理信号实现投影播放的基本功能，而实现5G+XR则需要图1中粗虚线右侧的部分。这个划分只是总体层面上面的，具体实施可以有少许增减，比如说一些微型投影仪为减轻重量去掉了大容量电池，但增加了WIFI、蓝牙模块以获取短距离无线信源。但总体上来说，从用户便携性使用的角度，具有大容量电池更便于在很多场景下摆脱电源线的束缚。
图1的粗虚线右侧部分与5G+XR核心关联的，一方面是5G MODEM（Modulator&Demodulator，调制解调器）和关联的射频前端以及MIMO（Multi-input Multi-output，多输入输出）天线组成的5G移动通信模块，另一方面是由红外深度识别组件、激光雷达扫描仪、顶部鱼眼摄像头以及UWB（Ultra Wideband，超宽带）模块等组成的XR交互部件。这些XR交互部件是可以其中一个或某几个组合共存而不是必须全部共存的。
另外，图1的粗虚线右侧部分还有高清触摸显示屏以及前已述及的WIFI、蓝牙模块。高清触摸显示屏为用户提供一个友好的UI交互界面，但其也可以由与WIFI、蓝牙模块无线连接的手持终端UI界面来替代，因而是可选的。
1.1 5G移动通信模块
由5G调制解调器、射频前端和天馈系统组成的5G通信模块，实现5G通信功能离不开系统程序存储器存储并调用到应用处理器处理的通信协议处理和基带信息处理等相关的程序。
同时，对于5G天馈系统来说，最大的特点是MIMO。用于5G通信的频段包含Sub 6GHz和毫米波频段。在图2的微型投影仪外表面布局图中，4*4MIMO的Sub 6GHz天线分布在棱边4个不同位置上，形成一个天线组，可采用FPC、LDS以及PDS工艺实现。但5G频段众多，一个天线上往往只是相近频段，需要增加到多个天线，于是就有多个天线组，故实际上天线分布比图示复杂很多。
利用毫米波的大带宽能有效提升移动通信网络系统数据吞吐量。毫米波天线尺寸是毫米级的（约2.5mm），频段比较宽，2*2 MIMO就可，但因为毫米波电磁波的频率非常高，在空气中传播衰减较快，为了减少衰减，所以一般会配2～4个天线模块（Aim方式，Antenna in Module，即天线阵列与射频芯片RFIC形成一模组），规则地分布在不同位置，某个信号差自动转别的，避免单一的一个导致收发不畅。同时，毫米波天线是垂直与水平天线交互的点阵，对应垂直和水平两个极化方向的信号收发，可以采用相控阵体系，天线单元做波束成形，通过软件控制聚集射频信号朝一个方向。
针对Sub 6GHz和毫米波频段通过深度学习对信道估计、信道检测、CSI反馈和重建、信道译码增强MIMO无线传输[4]，可以使得微型投影仪在5G+XR高带宽、移动性应用，典型如4k/8k/16k高清视频码流传输方面更加自如。
从图2还可以看出，从便攜式角度，具有5G+XR功能微型投影仪一般可做成加厚版平板电脑形态（现有高亮度光机厚度可以控制在20mm厚度左右）。
1.2 XR交互部件
1.2.1 红外深度识别组件
图3给出微型投影仪上的前面板局部布局示意图。为了便于紧凑布局，除了要保持足够亮度的光机采用了较大的动件（通过马达驱动调焦）和定件以及散热件，红外深度识别组件在红外摄像头之外，采用了小型化的红外TOF（Time of Light，飞行时间）传感器和泛光照射器。红外TOF传感器集成有红外发射和接收装置，采用iTOF（indirect TOF）技术，用VCSEL（vertical Cavity surface Emitting Laser，垂直共腔振表面放射激光器）发射红外连续调制脉冲光并接收目标反射的红外光，进行零差解调以测量反射光的相移，间接计算出光的飞行时间，进行目标深度的预判（即先粗略确定有无意向中的目标的深度信息），然后再在泛光照射器进行红外补光时再次发射红外信息并通过红外摄像头采集精细化的目标深度信息。 红外摄像头还可以单独工作用于识别用户在投影界面的按钮、手指、激光笔等坐标特征，用于互动投影。
彩色摄像头获取目标载体的二维特征信息，即RGB信息;同时，处理器根据红外深度识别组件采集深度信息D。然后处理器将两者汇聚合成为目标载体的RGBD信息，亦即三维特征信息。该信息可以进一步经由处理器实现三维图像重构应用于XR虚拟图像渲染或三维图像识别。
1.2.2 激光雷达扫描仪
激光雷达扫描仪是基于dTOF（direct TOF）原理工作的微型LiDAR（Light Detection and Ranging，光探测和探距）部件。dToF核心组件包含VCSEL、单光子雪崩二极管SPAD（Single Photon Avalanche Diode）和时间数字转换器TDC（Time Digital Converter）。SPAD是一种具有单光子探测能力的光电探测雪崩二极管，只要有微弱的光信号就能产生电流。dToF模组的VCSEL向场景中发射脉冲波，SPAD接收从目标物体反射回来的脉冲波。TDC能够记录每次接收到的光信号的飞行时间，也就是发射脉冲和接收脉冲之间的时间间隔。dToF会在单帧测量时间内发射和接收N次光信号，然后对记录的N次飞行时间做直方图统计，其中出现频率最高的飞行时间t用来计算待测物体的深度。
dToF技术系统在很短的时间窗口内发出高能光脉冲，曝光时间越短，运动模糊的效应越小，更适用于户外;同时，信号占空比通常比同等水平的连续波系统要低得多，可以降低系统的总功耗;另外，因脉冲时序和宽度不需要一样，支持更宽的动态范围和自动曝光等功能。
采用脉冲dToF技术的激光雷达扫描仪在微型投影仪上位置可以比较灵活，不局限于布局前部，还可以布局顶部、侧部乃至后部，通过扫描外部场景获取的深度信息，融合布局于投影仪机体相应方位的彩色摄像头获取的2D图像，在应用中创建该场景的3D模型，然后用户就可以对该模型展开编辑、将新对象添加到该场景中并使用XR查看实际场景中添加的对象。
1.2.3 顶部鱼眼摄像头
顶部鱼眼摄像头应用于微型投影仪，首先可以服务于视频电话会议系统。
顶部鱼眼摄像头通过360度环绕周围摄录影像，实现根据设定如5m范围内的全景影像采集，并根据捕捉的声音来源（通过图2中的多个麦克风协同工作，实现定向录音）自主选择会议发言人进行专项拍摄，也可以响应用户指令实现对投影影像内容的摄录实现信息共享。同时，经由5G系统从远端接收到的音频和视频可以分别通过扬声器和光机播放。
电话会议开始后，音频系统和鱼眼摄像头同时启动工作，会议室的图像和语音就可以经由移动通信网络传递到多个远程会议现场，并能经各个远端会议室的投影投放，在会议进行过程中通过鱼眼度摄像头定向对会议发言人或会议投影内容进行摄录交互共享，实现良好的视频电话会议功能。
1.2.4 UWB
UWB用于实现室内定位。UWB限制在3.1-10.6GHz和低于41dB发射功率。UWB不同于传统的通信技术，它通过发送和接收具有纳秒或微秒级以下的极窄脉冲来实现无线传输，可以实现500MHz以上的超宽带。
UWB抗多径能力强，定位精度高，其精度甚至可以达到Wi-Fi、BT等传统系统的百倍以上。同时，时间戳精度高，纳秒级脉冲信号由定时来计算位置的误差通常小于几厘米。此外，电磁兼容性强，能够很好地隐蔽在其它类型信号和环境噪声之中，既不会对其他通信业务造成干扰，同时也能够避免其他通信设备对其造成干扰。
基于上述技术优势，采用UWB具备极佳的空间感知能力。利用UWB技术，微型投影仪和其他具有UWB标签的智能设备可以更精准地实现室内定位，不仅可以感知自己的位置，还可以感知周边其它智能终端设备的位置。这就构成了5G系统下低成本终端直通D2D。智能终端设备或物联设备通过UWB模块接入到微型投影仪后，从而可以接入到5G系统，不仅使得微型投影仪有了更便捷的数据来源，也使得智能终端设备或物联设备具有了连接5G蜂窝网络的能力[5，6]。
二、微型投影仪5G+XR应用场景
微型投影儀的XR部件中，采用iTOF技术的红外深度识别组件适合室内近距3D识别;采用dTOF技术的激光雷达扫描仪适合于室外远距3D识别。两者均既可针对投影界面内容进行3D建模和重构，也可针对投影界面之外的实景世界进行3D扫描、建模和重构。虽然可以二选一应用，但同时应用性能更能互补。这两个部件是XR交互主要的感知器，其信息采集和处理既可以应用于本地XR，也可以通过5G网络传递到MEC平台（Mobile Edge Computing，移动边缘计算）或云平台构成云XR。
顶部鱼眼摄像头则主要把单机XR功能扩展到视频会议场景。UWB则使得多机交互更便捷，经由室内精准定位，外部终端信息和微型投影仪可快捷实现多内容源交互。这两者的结合可以使得在多人参与的远程视频会议中能随时精准定位与会者的内容设备位置并快速切换XR内容源。
上述XR部件结合5G模块，多个微型投影仪可以本地或异地联合3D投影，实现广景式、集群式或共享式XR。
基于微型投影仪的5G+XR可以实现裸眼3D（原始视觉模型经模拟人双眼视觉进行了法向量计算处理，即3D建模的特效以2D投影播放，也可以是原始视频数据模型是模拟人左右眼从两个角度记录同一影像后两幅图错位叠加，人戴上3D眼镜后产生立体感），本地全息和多地全息视频电话会议，从而可以免除戴头盔、戴眼镜，手持灵活位移，体验上更加自在，空间层次也可以更大。
另外，在微型投影仪用户界面或用户遥控终端的用户界面上采用专门的APP，可使得操控更加便捷，应用模式更加多样化。
2.1云XR
如图4所示，具有5G+XR功能组件的微型投影仪藉由5G基站与MEC平台交互（两者通过下沉到基站的边缘UPF相结合）可以很好实现云XR功能。MEC平台具有AI引擎和XR计算能力以及存储和网络服务功能，对来自于微型投影仪以及来自企业网或互联网提供的典型如视频方面的内容进行数据分组分析，提供低延时的本地化业务服务。MEC平台部署在无线接入网或云化的无线接入网，有效减少核心网的网络负载，为用户带来低时延、智能加载、实时互动、可定制化的上佳用户体验。 与本地XR比较，通过云端渲染的云XR可以有效提升智能计算和图像处理能力，还可以降低用戶消费XR的费用。
2.2全息交互
具有5G+XR功能组件的微型投影仪，除了通常的对目标载体深度识别后实现三维重构图像投影到墙面或幕布，在三维重构技术基础上深加工的全息图像投影到全息膜（通常原始全息图像是参考光和物光干涉形成（远端终端需增加干涉成像设备），以衍射方式重放，此时本地终端可选投影器镜头可选增加加衍射光栅;但还可以直接远端和本体终端内部均通过复杂算法来实现全息成像和全息三维重构）上，实现全息视频通话。这种三维视频数据的远端传播对无线网络数据高传输率、低失真率、短时延性要求很高，微型投影仪也必须加持5G功能模块才能很好实现。除了全息膜，也可以采用玻璃、空气等新兴的全息方式。
基于微型投影仪实现的全息影像的视频会议，使得会议终端更加多样化，使得用户视频交互更直观、更立体、更身临其境。该方案可广泛应用多个场景，如3D模型互动演示培训，多方参会人可以立体的、多维的观看操作同一个3D模型，解决了现实中需要制作物理3D模型的教学问题。云XR作为全息影像素材存储中心、分享中心以及处理中心，供大家上传、分享、观看各种全息影像内容。
三、应用APP
微型投影仪的5G+XR典型应用模式均还有很多具体应用，具体到每个应用也都有进一步扩展空间。因此，微型投影仪的用户界面或用户的手持控制终端的用户界面可以加载应用APP。
比如，应用APP的一级菜单设置XR投影（可选增设背投、倒置模式）、XR视频采集、XR视频通话、XR全息投影、人脸识别、物体识别、XR其他应用等基本功能模式，XR其他应用再设置二级菜单，把XR游戏、XR购物、XR导航，XR布置家居、XR看星空等容纳其中。
四、结束语：
人们通过手持具有5G+XR功能组件的微型投影仪，可以免除戴头盔、戴眼镜，直接人眼就可以在现实环境中体验各种本地和云端的XR场景。特别地，随着超高清视频、人工智能、云计算技术的飞速发展，基于微型投影仪的5G+云+XR将会为工业制造、教育、医疗以及个人娱乐消费领域带来全新的信息消费体验，让沉浸式可互动多情节观影体验随时随地呈现在人们面前，催生更多创新应用场景。
同时，为了使得基于微型投影仪的5G+XR在交互模式上进一步拓展，可以引入更加智能化的交互方式，如手势识别、身姿识别等;另外，APP中的XR应用模式不断延伸，以及UWB引入投影多内容源交互越来越多情况下，基于内容安全性，还可以通过区块链征信系统实现信息共享。
图1的粗虚线右侧部分与5G+XR核心关联的，一方面是5G MODEM（Modulator&Demodulator，调制解调器）和关联的射频前端以及MIMO（Multi-input Multi-output，多输入输出）天线组成的5G移动通信模块，另一方面是由红外深度识别组件、激光雷达扫描仪、顶部鱼眼摄像头以及UWB（Ultra Wideband，超宽带）模块等组成的XR交互部件。这些XR交互部件是可以其中一个或某几个组合共存而不是必须全部共存的。
另外，图1的粗虚线右侧部分还有高清触摸显示屏以及前已述及的WIFI、蓝牙模块。高清触摸显示屏为用户提供一个友好的UI交互界面，但其也可以由与WIFI、蓝牙模块无线连接的手持终端UI界面来替代，因而是可选的。
5G移动通信模块
由5G调制解调器、射频前端和天馈系统组成的5G通信模块，实现5G通信功能离不开系统程序存储器存储并调用到应用处理器处理的通信协议处理和基带信息处理等相关的程序。
同时，对于5G天馈系统来说，最大的特点是MIMO。用于5G通信的频段包含Sub 6GHz和毫米波频段。在图2的微型投影仪外表面布局图中，4*4MIMO的Sub 6GHz天线分布在棱边4个不同位置上，形成一个天线组，可采用FPC、LDS以及PDS工艺实现。但5G频段众多，一个天线上往往只是相近频段，需要增加到多个天线，于是就有多个天线组，故实际上天线分布比图示复杂很多。
利用毫米波的大带宽能有效提升移动通信网络系统数据吞吐量。毫米波天线尺寸是毫米级的（约2.5mm），频段比较宽，2*2 MIMO就可，但因为毫米波电磁波的频率非常高，在空气中传播衰减较快，为了减少衰减，所以一般会配2～4个天线模块（Aim方式，Antenna in Module，即天线阵列与射频芯片RFIC形成一模组），规则地分布在不同位置，某个信号差自动转别的，避免单一的一个导致收发不畅。同时，毫米波天线是垂直与水平天线交互的点阵，对应垂直和水平两个极化方向的信号收发，可以采用相控阵体系，天线单元做波束成形，通过软件控制聚集射频信号朝一个方向。
针对Sub 6GHz和毫米波频段通过深度学习对信道估计、信道检测、CSI反馈和重建、信道译码增强MIMO无线传输[4]，可以使得微型投影仪在5G+XR高带宽、移动性应用，典型如4k/8k/16k高清视频码流传输方面更加自如。
从图2还可以看出，从便携式角度，具有5G+XR功能微型投影仪一般可做成加厚版平板电脑形态（现有高亮度光机厚度可以控制在20mm厚度左右）。
1.2 XR交互部件
1.2.1 红外深度识别组件
图3给出微型投影仪上的前面板局部布局示意图。为了便于紧凑布局，除了要保持足够亮度的光机采用了较大的动件（通过马达驱动调焦）和定件以及散热件，红外深度识别组件在红外摄像头之外，采用了小型化的红外TOF（Time of Light，飞行时间）传感器和泛光照射器。红外TOF传感器集成有红外发射和接收装置，采用iTOF（indirect TOF）技术，用VCSEL（vertical Cavity surface Emitting Laser，垂直共腔振表面放射激光器）发射红外连续调制脉冲光并接收目标反射的红外光，进行零差解调以测量反射光的相移，间接计算出光的飞行时间，进行目标深度的预判（即先粗略确定有无意向中的目标的深度信息），然后再在泛光照射器进行红外补光时再次发射红外信息并通过红外摄像头采集精细化的目标深度信息。 红外摄像头还可以单独工作用于识别用户在投影界面的按钮、手指、激光笔等坐标特征，用于互動投影。
彩色摄像头获取目标载体的二维特征信息，即RGB信息;同时，处理器根据红外深度识别组件采集深度信息D。然后处理器将两者汇聚合成为目标载体的RGBD信息，亦即三维特征信息。该信息可以进一步经由处理器实现三维图像重构应用于XR虚拟图像渲染或三维图像识别。
1.2.2 激光雷达扫描仪
激光雷达扫描仪是基于dTOF（direct TOF）原理工作的微型LiDAR（Light Detection and Ranging，光探测和探距）部件。dToF核心组件包含VCSEL、单光子雪崩二极管SPAD（Single Photon Avalanche Diode）和时间数字转换器TDC（Time Digital Converter）。SPAD是一种具有单光子探测能力的光电探测雪崩二极管，只要有微弱的光信号就能产生电流。dToF模组的VCSEL向场景中发射脉冲波，SPAD接收从目标物体反射回来的脉冲波。TDC能够记录每次接收到的光信号的飞行时间，也就是发射脉冲和接收脉冲之间的时间间隔。dToF会在单帧测量时间内发射和接收N次光信号，然后对记录的N次飞行时间做直方图统计，其中出现频率最高的飞行时间t用来计算待测物体的深度。
dToF技术系统在很短的时间窗口内发出高能光脉冲，曝光时间越短，运动模糊的效应越小，更适用于户外;同时，信号占空比通常比同等水平的连续波系统要低得多，可以降低系统的总功耗;另外，因脉冲时序和宽度不需要一样，支持更宽的动态范围和自动曝光等功能。
采用脉冲dToF技术的激光雷达扫描仪在微型投影仪上位置可以比较灵活，不局限于布局前部，还可以布局顶部、侧部乃至后部，通过扫描外部场景获取的深度信息，融合布局于投影仪机体相应方位的彩色摄像头获取的2D图像，在应用中创建该场景的3D模型，然后用户就可以对该模型展开编辑、将新对象添加到该场景中并使用XR查看实际场景中添加的对象。
1.2.3 顶部鱼眼摄像头
顶部鱼眼摄像头应用于微型投影仪，首先可以服务于视频电话会议系统。
顶部鱼眼摄像头通过360度环绕周围摄录影像，实现根据设定如5m范围内的全景影像采集，并根据捕捉的声音来源（通过图2中的多个麦克风协同工作，实现定向录音）自主选择会议发言人进行专项拍摄，也可以响应用户指令实现对投影影像内容的摄录实现信息共享。同时，经由5G系统从远端接收到的音频和视频可以分别通过扬声器和光机播放。
电话会议开始后，音频系统和鱼眼摄像头同时启动工作，会议室的图像和语音就可以经由移动通信网络传递到多个远程会议现场，并能经各个远端会议室的投影投放，在会议进行过程中通过鱼眼度摄像头定向对会议发言人或会议投影内容进行摄录交互共享，实现良好的视频电话会议功能。
1.2.4 UWB
UWB用于实现室内定位。UWB限制在3.1-10.6GHz和低于41dB发射功率。UWB不同于传统的通信技术，它通过发送和接收具有纳秒或微秒级以下的极窄脉冲来实现无线传输，可以实现500MHz以上的超宽带。
UWB抗多径能力强，定位精度高，其精度甚至可以达到Wi-Fi、BT等传统系统的百倍以上。同时，时间戳精度高，纳秒级脉冲信号由定时来计算位置的误差通常小于几厘米。此外，电磁兼容性强，能够很好地隐蔽在其它类型信号和环境噪声之中，既不会对其他通信业务造成干扰，同时也能够避免其他通信设备对其造成干扰。
基于上述技术优势，采用UWB具备极佳的空间感知能力。利用UWB技术，微型投影仪和其他具有UWB标签的智能设备可以更精准地实现室内定位，不仅可以感知自己的位置，还可以感知周边其它智能终端设备的位置。这就构成了5G系统下低成本终端直通D2D。智能终端设备或物联设备通过UWB模块接入到微型投影仪后，从而可以接入到5G系统，不仅使得微型投影仪有了更便捷的数据来源，也使得智能终端设备或物联设备具有了连接5G蜂窝网络的能力[5，6]。
微型投影仪5G+XR应用场景
微型投影仪的XR部件中，采用iTOF技术的红外深度识别组件适合室内近距3D识别;采用dTOF技术的激光雷达扫描仪适合于室外远距3D识别。两者均既可针对投影界面内容进行3D建模和重构，也可针对投影界面之外的实景世界进行3D扫描、建模和重构。虽然可以二选一应用，但同时应用性能更能互补。这两个部件是XR交互主要的感知器，其信息采集和处理既可以应用于本地XR，也可以通过5G网络传递到MEC平台（Mobile Edge Computing，移动边缘计算）或云平台构成云XR。
顶部鱼眼摄像头则主要把单机XR功能扩展到视频会议场景。UWB则使得多机交互更便捷，经由室内精准定位，外部终端信息和微型投影仪可快捷实现多内容源交互。这两者的结合可以使得在多人参与的远程视频会议中能随时精准定位与会者的内容设备位置并快速切换XR内容源。
上述XR部件结合5G模块，多个微型投影仪可以本地或异地联合3D投影，实现广景式、集群式或共享式XR。
基于微型投影仪的5G+XR可以实现裸眼3D（原始视觉模型经模拟人双眼视觉进行了法向量计算处理，即3D建模的特效以2D投影播放，也可以是原始视频数据模型是模拟人左右眼从两个角度记录同一影像后两幅图错位叠加，人戴上3D眼镜后产生立体感），本地全息和多地全息视频电话会议，从而可以免除戴头盔、戴眼镜，手持灵活位移，体验上更加自在，空间层次也可以更大。
另外，在微型投影仪用户界面或用户遥控终端的用户界面上采用专门的APP，可使得操控更加便捷，应用模式更加多样化。
云XR
如图4所示，具有5G+XR功能组件的微型投影仪藉由5G基站与MEC平台交互（两者通过下沉到基站的边缘UPF相结合）可以很好实现云XR功能。MEC平台具有AI引擎和XR计算能力以及存储和网络服务功能，对来自于微型投影仪以及来自企业网或互联网提供的典型如视频方面的内容进行数据分组分析，提供低延时的本地化业务服务。MEC平台部署在无线接入网或云化的无线接入网，有效减少核心网的网络负载，为用户带来低时延、智能加载、实时互动、可定制化的上佳用户体验。 与本地XR比较，通过云端渲染的云XR可以有效提升智能计算和图像处理能力，还可以降低用户消费XR的费用。
全息交互
具有5G+XR功能组件的微型投影仪，除了通常的对目标载体深度识别后实现三维重构图像投影到墙面或幕布，在三维重构技术基础上深加工的全息图像投影到全息膜（通常原始全息图像是参考光和物光干涉形成（远端终端需增加干涉成像设备），以衍射方式重放，此时本地终端可选投影器镜头可选增加加衍射光栅;但还可以直接远端和本体终端内部均通过复杂算法来实现全息成像和全息三维重构）上，实现全息视频通话。这种三维视频数据的远端传播对无线网络数据高传输率、低失真率、短时延性要求很高，微型投影仪也必须加持5G功能模块才能很好实现。除了全息膜，也可以采用玻璃、空气等新兴的全息方式。
基于微型投影仪实现的全息影像的视频会议，使得会议终端更加多样化，使得用户视频交互更直观、更立体、更身临其境。该方案可广泛应用多个场景，如3D模型互动演示培训，多方参会人可以立体的、多维的观看操作同一个3D模型，解决了现实中需要制作物理3D模型的教学问题。云XR作为全息影像素材存储中心、分享中心以及处理中心，供大家上传、分享、观看各种全息影像内容。
应用APP
微型投影仪的5G+XR典型应用模式均还有很多具体应用，具体到每个应用也都有进一步扩展空间。因此，微型投影仪的用户界面或用户的手持控制终端的用户界面可以加載应用APP。比如，应用APP的一级菜单设置XR投影（可选增设背投、倒置模式）、XR视频采集、XR视频通话、XR全息投影、人脸识别、物体识别、XR其他应用等基本功能模式，XR其他应用再设置二级菜单，把XR游戏、XR购物、XR导航，XR布置家居、XR看星空等容纳其中。
结束语：
人们通过手持具有5G+XR功能组件的微型投影仪，可以免除戴头盔、戴眼镜，直接人眼就可以在现实环境中体验各种本地和云端的XR场景。特别地，随着超高清视频、人工智能、云计算技术的飞速发展，基于微型投影仪的5G+云+XR将会为工业制造、教育、医疗以及个人娱乐消费领域带来全新的信息消费体验，让沉浸式可互动多情节观影体验随时随地呈现在人们面前，催生更多创新应用场景。
同时，为了使得基于微型投影仪的5G+XR在交互模式上进一步拓展，可以引入更加智能化的交互方式，如手势识别、身姿识别等;另外，APP中的XR应用模式不断延伸，以及UWB引入投影多内容源交互越来越多情况下，基于内容安全性，还可以通过区块链征信系统实现信息共享。
参考文献：
中兴通讯.5G云XR应用白皮书[R/OL]， （2019-2-19）[2019-3-19]. https：//res-www.zte.com.cn/mediares/zte/Files/PDF/white_book/201902011029.pdf？la=zh-CN
张晨璐， vivo通信研究院编著.从局部到整体：5G系统观[D]，北京：人民邮电出版社，2020：19-24.
安福双 钟建辉，编著.互联网下一站 5G与AR/VR的融合[D].北京：电子工业出版社，2020：17-27;87-99.
金石，温朝凯，编著.智能通信：基于深度学习的物理层设计[D]，北京：科学出版社，2020：1-14.
罗振东，焦慧颖，魏克军，等.宽带无线接入技术[D]，北京：电子工业出版社，2017：330-333.
杨昉，刘思聪，高镇，编著.5G移动通信空口新技术[D].北京：电子工业出版社，2020：263-273.
作者：张永亮 性别：男 出生年月：1975.3 籍贯 河南 学历：硕士 工作单位：中兴通讯上海研发中心（上海市浦东新区张江镇碧波路889号），目前从事5G终端研发工作。
【关键词】 微型投影仪 第五代移动通信 扩展现实 飞行时间 超宽带
引言
XR（扩展现实）目前业界给出的一般性定义是指通过计算机技术和可穿戴设备产生的一个真实与虚拟组合的、可人机交互的环境，包括VR（虚拟现实）、AR（增强现实）、MR（混合现实）、HR（全息现实）等多种形式。
5G商用已经在全球展开，在高速、低时延的5G连接支持下，人们可以将XR渲染等任务放到终端侧和云端进行分布式处理，充分利用终端、云端的优势，使用户在纤薄的轻量型设备上也能体验到具有逼真视效的XR体验。另外，AI也能为空间计算所需的诸多感知算法提供支持，进一步提升人们在XR设备上的沉浸式体验[1，2]。特别是，新冠肺炎疫情之下，去电影院、博物馆、KTV等场所存在风险，人们通过XR可以获取相应的现实感的体验;同时，后疫情时代因5G+XR技术不断成熟则相关需求态势会一直持续。
XR作为下一代计算平台，5G作为下一代网络，两者一起构成一个新的生态系统：空间互联网[3]。目前5G+XR已经形成生态式应用，但在便携式终端方面，主要集中于头显、眼镜等可穿戴设备方面，较少涉及微型投影仪。实际上，虽然微型投影仪不属于传统意义上的可穿戴设备，但作为一种便携式终端，其给用户带来的5G+XR独特体验相比传统意义上的可穿戴设备有着诸多方面的不可多得的优势。
一、微型投影仪5G+XR技术方案
图1给出基于的微型投影仪的5G+XR技术方案。对于通常的微型投影仪来说，一般只具有图中粗虚线左边的部分，即实现通过处理器接收HDMI或USB有线信源转换为光机处理信号实现投影播放的基本功能，而实现5G+XR则需要图1中粗虚线右侧的部分。这个划分只是总体层面上面的，具体实施可以有少许增减，比如说一些微型投影仪为减轻重量去掉了大容量电池，但增加了WIFI、蓝牙模块以获取短距离无线信源。但总体上来说，从用户便携性使用的角度，具有大容量电池更便于在很多场景下摆脱电源线的束缚。
图1的粗虚线右侧部分与5G+XR核心关联的，一方面是5G MODEM（Modulator&Demodulator，调制解调器）和关联的射频前端以及MIMO（Multi-input Multi-output，多输入输出）天线组成的5G移动通信模块，另一方面是由红外深度识别组件、激光雷达扫描仪、顶部鱼眼摄像头以及UWB（Ultra Wideband，超宽带）模块等组成的XR交互部件。这些XR交互部件是可以其中一个或某几个组合共存而不是必须全部共存的。
另外，图1的粗虚线右侧部分还有高清触摸显示屏以及前已述及的WIFI、蓝牙模块。高清触摸显示屏为用户提供一个友好的UI交互界面，但其也可以由与WIFI、蓝牙模块无线连接的手持终端UI界面来替代，因而是可选的。
1.1 5G移动通信模块
由5G调制解调器、射频前端和天馈系统组成的5G通信模块，实现5G通信功能离不开系统程序存储器存储并调用到应用处理器处理的通信协议处理和基带信息处理等相关的程序。
同时，对于5G天馈系统来说，最大的特点是MIMO。用于5G通信的频段包含Sub 6GHz和毫米波频段。在图2的微型投影仪外表面布局图中，4*4MIMO的Sub 6GHz天线分布在棱边4个不同位置上，形成一个天线组，可采用FPC、LDS以及PDS工艺实现。但5G频段众多，一个天线上往往只是相近频段，需要增加到多个天线，于是就有多个天线组，故实际上天线分布比图示复杂很多。
利用毫米波的大带宽能有效提升移动通信网络系统数据吞吐量。毫米波天线尺寸是毫米级的（约2.5mm），频段比较宽，2*2 MIMO就可，但因为毫米波电磁波的频率非常高，在空气中传播衰减较快，为了减少衰减，所以一般会配2～4个天线模块（Aim方式，Antenna in Module，即天线阵列与射频芯片RFIC形成一模组），规则地分布在不同位置，某个信号差自动转别的，避免单一的一个导致收发不畅。同时，毫米波天线是垂直与水平天线交互的点阵，对应垂直和水平两个极化方向的信号收发，可以采用相控阵体系，天线单元做波束成形，通过软件控制聚集射频信号朝一个方向。
针对Sub 6GHz和毫米波频段通过深度学习对信道估计、信道检测、CSI反馈和重建、信道译码增强MIMO无线传输[4]，可以使得微型投影仪在5G+XR高带宽、移动性应用，典型如4k/8k/16k高清视频码流传输方面更加自如。
从图2还可以看出，从便攜式角度，具有5G+XR功能微型投影仪一般可做成加厚版平板电脑形态（现有高亮度光机厚度可以控制在20mm厚度左右）。
1.2 XR交互部件
1.2.1 红外深度识别组件
图3给出微型投影仪上的前面板局部布局示意图。为了便于紧凑布局，除了要保持足够亮度的光机采用了较大的动件（通过马达驱动调焦）和定件以及散热件，红外深度识别组件在红外摄像头之外，采用了小型化的红外TOF（Time of Light，飞行时间）传感器和泛光照射器。红外TOF传感器集成有红外发射和接收装置，采用iTOF（indirect TOF）技术，用VCSEL（vertical Cavity surface Emitting Laser，垂直共腔振表面放射激光器）发射红外连续调制脉冲光并接收目标反射的红外光，进行零差解调以测量反射光的相移，间接计算出光的飞行时间，进行目标深度的预判（即先粗略确定有无意向中的目标的深度信息），然后再在泛光照射器进行红外补光时再次发射红外信息并通过红外摄像头采集精细化的目标深度信息。 红外摄像头还可以单独工作用于识别用户在投影界面的按钮、手指、激光笔等坐标特征，用于互动投影。
彩色摄像头获取目标载体的二维特征信息，即RGB信息;同时，处理器根据红外深度识别组件采集深度信息D。然后处理器将两者汇聚合成为目标载体的RGBD信息，亦即三维特征信息。该信息可以进一步经由处理器实现三维图像重构应用于XR虚拟图像渲染或三维图像识别。
1.2.2 激光雷达扫描仪
激光雷达扫描仪是基于dTOF（direct TOF）原理工作的微型LiDAR（Light Detection and Ranging，光探测和探距）部件。dToF核心组件包含VCSEL、单光子雪崩二极管SPAD（Single Photon Avalanche Diode）和时间数字转换器TDC（Time Digital Converter）。SPAD是一种具有单光子探测能力的光电探测雪崩二极管，只要有微弱的光信号就能产生电流。dToF模组的VCSEL向场景中发射脉冲波，SPAD接收从目标物体反射回来的脉冲波。TDC能够记录每次接收到的光信号的飞行时间，也就是发射脉冲和接收脉冲之间的时间间隔。dToF会在单帧测量时间内发射和接收N次光信号，然后对记录的N次飞行时间做直方图统计，其中出现频率最高的飞行时间t用来计算待测物体的深度。
dToF技术系统在很短的时间窗口内发出高能光脉冲，曝光时间越短，运动模糊的效应越小，更适用于户外;同时，信号占空比通常比同等水平的连续波系统要低得多，可以降低系统的总功耗;另外，因脉冲时序和宽度不需要一样，支持更宽的动态范围和自动曝光等功能。
采用脉冲dToF技术的激光雷达扫描仪在微型投影仪上位置可以比较灵活，不局限于布局前部，还可以布局顶部、侧部乃至后部，通过扫描外部场景获取的深度信息，融合布局于投影仪机体相应方位的彩色摄像头获取的2D图像，在应用中创建该场景的3D模型，然后用户就可以对该模型展开编辑、将新对象添加到该场景中并使用XR查看实际场景中添加的对象。
1.2.3 顶部鱼眼摄像头
顶部鱼眼摄像头应用于微型投影仪，首先可以服务于视频电话会议系统。
顶部鱼眼摄像头通过360度环绕周围摄录影像，实现根据设定如5m范围内的全景影像采集，并根据捕捉的声音来源（通过图2中的多个麦克风协同工作，实现定向录音）自主选择会议发言人进行专项拍摄，也可以响应用户指令实现对投影影像内容的摄录实现信息共享。同时，经由5G系统从远端接收到的音频和视频可以分别通过扬声器和光机播放。
电话会议开始后，音频系统和鱼眼摄像头同时启动工作，会议室的图像和语音就可以经由移动通信网络传递到多个远程会议现场，并能经各个远端会议室的投影投放，在会议进行过程中通过鱼眼度摄像头定向对会议发言人或会议投影内容进行摄录交互共享，实现良好的视频电话会议功能。
1.2.4 UWB
UWB用于实现室内定位。UWB限制在3.1-10.6GHz和低于41dB发射功率。UWB不同于传统的通信技术，它通过发送和接收具有纳秒或微秒级以下的极窄脉冲来实现无线传输，可以实现500MHz以上的超宽带。
UWB抗多径能力强，定位精度高，其精度甚至可以达到Wi-Fi、BT等传统系统的百倍以上。同时，时间戳精度高，纳秒级脉冲信号由定时来计算位置的误差通常小于几厘米。此外，电磁兼容性强，能够很好地隐蔽在其它类型信号和环境噪声之中，既不会对其他通信业务造成干扰，同时也能够避免其他通信设备对其造成干扰。
基于上述技术优势，采用UWB具备极佳的空间感知能力。利用UWB技术，微型投影仪和其他具有UWB标签的智能设备可以更精准地实现室内定位，不仅可以感知自己的位置，还可以感知周边其它智能终端设备的位置。这就构成了5G系统下低成本终端直通D2D。智能终端设备或物联设备通过UWB模块接入到微型投影仪后，从而可以接入到5G系统，不仅使得微型投影仪有了更便捷的数据来源，也使得智能终端设备或物联设备具有了连接5G蜂窝网络的能力[5，6]。
二、微型投影仪5G+XR应用场景
微型投影儀的XR部件中，采用iTOF技术的红外深度识别组件适合室内近距3D识别;采用dTOF技术的激光雷达扫描仪适合于室外远距3D识别。两者均既可针对投影界面内容进行3D建模和重构，也可针对投影界面之外的实景世界进行3D扫描、建模和重构。虽然可以二选一应用，但同时应用性能更能互补。这两个部件是XR交互主要的感知器，其信息采集和处理既可以应用于本地XR，也可以通过5G网络传递到MEC平台（Mobile Edge Computing，移动边缘计算）或云平台构成云XR。
顶部鱼眼摄像头则主要把单机XR功能扩展到视频会议场景。UWB则使得多机交互更便捷，经由室内精准定位，外部终端信息和微型投影仪可快捷实现多内容源交互。这两者的结合可以使得在多人参与的远程视频会议中能随时精准定位与会者的内容设备位置并快速切换XR内容源。
上述XR部件结合5G模块，多个微型投影仪可以本地或异地联合3D投影，实现广景式、集群式或共享式XR。
基于微型投影仪的5G+XR可以实现裸眼3D（原始视觉模型经模拟人双眼视觉进行了法向量计算处理，即3D建模的特效以2D投影播放，也可以是原始视频数据模型是模拟人左右眼从两个角度记录同一影像后两幅图错位叠加，人戴上3D眼镜后产生立体感），本地全息和多地全息视频电话会议，从而可以免除戴头盔、戴眼镜，手持灵活位移，体验上更加自在，空间层次也可以更大。
另外，在微型投影仪用户界面或用户遥控终端的用户界面上采用专门的APP，可使得操控更加便捷，应用模式更加多样化。
2.1云XR
如图4所示，具有5G+XR功能组件的微型投影仪藉由5G基站与MEC平台交互（两者通过下沉到基站的边缘UPF相结合）可以很好实现云XR功能。MEC平台具有AI引擎和XR计算能力以及存储和网络服务功能，对来自于微型投影仪以及来自企业网或互联网提供的典型如视频方面的内容进行数据分组分析，提供低延时的本地化业务服务。MEC平台部署在无线接入网或云化的无线接入网，有效减少核心网的网络负载，为用户带来低时延、智能加载、实时互动、可定制化的上佳用户体验。 与本地XR比较，通过云端渲染的云XR可以有效提升智能计算和图像处理能力，还可以降低用戶消费XR的费用。
2.2全息交互
具有5G+XR功能组件的微型投影仪，除了通常的对目标载体深度识别后实现三维重构图像投影到墙面或幕布，在三维重构技术基础上深加工的全息图像投影到全息膜（通常原始全息图像是参考光和物光干涉形成（远端终端需增加干涉成像设备），以衍射方式重放，此时本地终端可选投影器镜头可选增加加衍射光栅;但还可以直接远端和本体终端内部均通过复杂算法来实现全息成像和全息三维重构）上，实现全息视频通话。这种三维视频数据的远端传播对无线网络数据高传输率、低失真率、短时延性要求很高，微型投影仪也必须加持5G功能模块才能很好实现。除了全息膜，也可以采用玻璃、空气等新兴的全息方式。
基于微型投影仪实现的全息影像的视频会议，使得会议终端更加多样化，使得用户视频交互更直观、更立体、更身临其境。该方案可广泛应用多个场景，如3D模型互动演示培训，多方参会人可以立体的、多维的观看操作同一个3D模型，解决了现实中需要制作物理3D模型的教学问题。云XR作为全息影像素材存储中心、分享中心以及处理中心，供大家上传、分享、观看各种全息影像内容。
三、应用APP
微型投影仪的5G+XR典型应用模式均还有很多具体应用，具体到每个应用也都有进一步扩展空间。因此，微型投影仪的用户界面或用户的手持控制终端的用户界面可以加载应用APP。
比如，应用APP的一级菜单设置XR投影（可选增设背投、倒置模式）、XR视频采集、XR视频通话、XR全息投影、人脸识别、物体识别、XR其他应用等基本功能模式，XR其他应用再设置二级菜单，把XR游戏、XR购物、XR导航，XR布置家居、XR看星空等容纳其中。
四、结束语：
人们通过手持具有5G+XR功能组件的微型投影仪，可以免除戴头盔、戴眼镜，直接人眼就可以在现实环境中体验各种本地和云端的XR场景。特别地，随着超高清视频、人工智能、云计算技术的飞速发展，基于微型投影仪的5G+云+XR将会为工业制造、教育、医疗以及个人娱乐消费领域带来全新的信息消费体验，让沉浸式可互动多情节观影体验随时随地呈现在人们面前，催生更多创新应用场景。
同时，为了使得基于微型投影仪的5G+XR在交互模式上进一步拓展，可以引入更加智能化的交互方式，如手势识别、身姿识别等;另外，APP中的XR应用模式不断延伸，以及UWB引入投影多内容源交互越来越多情况下，基于内容安全性，还可以通过区块链征信系统实现信息共享。
图1的粗虚线右侧部分与5G+XR核心关联的，一方面是5G MODEM（Modulator&Demodulator，调制解调器）和关联的射频前端以及MIMO（Multi-input Multi-output，多输入输出）天线组成的5G移动通信模块，另一方面是由红外深度识别组件、激光雷达扫描仪、顶部鱼眼摄像头以及UWB（Ultra Wideband，超宽带）模块等组成的XR交互部件。这些XR交互部件是可以其中一个或某几个组合共存而不是必须全部共存的。
另外，图1的粗虚线右侧部分还有高清触摸显示屏以及前已述及的WIFI、蓝牙模块。高清触摸显示屏为用户提供一个友好的UI交互界面，但其也可以由与WIFI、蓝牙模块无线连接的手持终端UI界面来替代，因而是可选的。
5G移动通信模块
由5G调制解调器、射频前端和天馈系统组成的5G通信模块，实现5G通信功能离不开系统程序存储器存储并调用到应用处理器处理的通信协议处理和基带信息处理等相关的程序。
同时，对于5G天馈系统来说，最大的特点是MIMO。用于5G通信的频段包含Sub 6GHz和毫米波频段。在图2的微型投影仪外表面布局图中，4*4MIMO的Sub 6GHz天线分布在棱边4个不同位置上，形成一个天线组，可采用FPC、LDS以及PDS工艺实现。但5G频段众多，一个天线上往往只是相近频段，需要增加到多个天线，于是就有多个天线组，故实际上天线分布比图示复杂很多。
利用毫米波的大带宽能有效提升移动通信网络系统数据吞吐量。毫米波天线尺寸是毫米级的（约2.5mm），频段比较宽，2*2 MIMO就可，但因为毫米波电磁波的频率非常高，在空气中传播衰减较快，为了减少衰减，所以一般会配2～4个天线模块（Aim方式，Antenna in Module，即天线阵列与射频芯片RFIC形成一模组），规则地分布在不同位置，某个信号差自动转别的，避免单一的一个导致收发不畅。同时，毫米波天线是垂直与水平天线交互的点阵，对应垂直和水平两个极化方向的信号收发，可以采用相控阵体系，天线单元做波束成形，通过软件控制聚集射频信号朝一个方向。
针对Sub 6GHz和毫米波频段通过深度学习对信道估计、信道检测、CSI反馈和重建、信道译码增强MIMO无线传输[4]，可以使得微型投影仪在5G+XR高带宽、移动性应用，典型如4k/8k/16k高清视频码流传输方面更加自如。
从图2还可以看出，从便携式角度，具有5G+XR功能微型投影仪一般可做成加厚版平板电脑形态（现有高亮度光机厚度可以控制在20mm厚度左右）。
1.2 XR交互部件
1.2.1 红外深度识别组件
图3给出微型投影仪上的前面板局部布局示意图。为了便于紧凑布局，除了要保持足够亮度的光机采用了较大的动件（通过马达驱动调焦）和定件以及散热件，红外深度识别组件在红外摄像头之外，采用了小型化的红外TOF（Time of Light，飞行时间）传感器和泛光照射器。红外TOF传感器集成有红外发射和接收装置，采用iTOF（indirect TOF）技术，用VCSEL（vertical Cavity surface Emitting Laser，垂直共腔振表面放射激光器）发射红外连续调制脉冲光并接收目标反射的红外光，进行零差解调以测量反射光的相移，间接计算出光的飞行时间，进行目标深度的预判（即先粗略确定有无意向中的目标的深度信息），然后再在泛光照射器进行红外补光时再次发射红外信息并通过红外摄像头采集精细化的目标深度信息。 红外摄像头还可以单独工作用于识别用户在投影界面的按钮、手指、激光笔等坐标特征，用于互動投影。
彩色摄像头获取目标载体的二维特征信息，即RGB信息;同时，处理器根据红外深度识别组件采集深度信息D。然后处理器将两者汇聚合成为目标载体的RGBD信息，亦即三维特征信息。该信息可以进一步经由处理器实现三维图像重构应用于XR虚拟图像渲染或三维图像识别。
1.2.2 激光雷达扫描仪
激光雷达扫描仪是基于dTOF（direct TOF）原理工作的微型LiDAR（Light Detection and Ranging，光探测和探距）部件。dToF核心组件包含VCSEL、单光子雪崩二极管SPAD（Single Photon Avalanche Diode）和时间数字转换器TDC（Time Digital Converter）。SPAD是一种具有单光子探测能力的光电探测雪崩二极管，只要有微弱的光信号就能产生电流。dToF模组的VCSEL向场景中发射脉冲波，SPAD接收从目标物体反射回来的脉冲波。TDC能够记录每次接收到的光信号的飞行时间，也就是发射脉冲和接收脉冲之间的时间间隔。dToF会在单帧测量时间内发射和接收N次光信号，然后对记录的N次飞行时间做直方图统计，其中出现频率最高的飞行时间t用来计算待测物体的深度。
dToF技术系统在很短的时间窗口内发出高能光脉冲，曝光时间越短，运动模糊的效应越小，更适用于户外;同时，信号占空比通常比同等水平的连续波系统要低得多，可以降低系统的总功耗;另外，因脉冲时序和宽度不需要一样，支持更宽的动态范围和自动曝光等功能。
采用脉冲dToF技术的激光雷达扫描仪在微型投影仪上位置可以比较灵活，不局限于布局前部，还可以布局顶部、侧部乃至后部，通过扫描外部场景获取的深度信息，融合布局于投影仪机体相应方位的彩色摄像头获取的2D图像，在应用中创建该场景的3D模型，然后用户就可以对该模型展开编辑、将新对象添加到该场景中并使用XR查看实际场景中添加的对象。
1.2.3 顶部鱼眼摄像头
顶部鱼眼摄像头应用于微型投影仪，首先可以服务于视频电话会议系统。
顶部鱼眼摄像头通过360度环绕周围摄录影像，实现根据设定如5m范围内的全景影像采集，并根据捕捉的声音来源（通过图2中的多个麦克风协同工作，实现定向录音）自主选择会议发言人进行专项拍摄，也可以响应用户指令实现对投影影像内容的摄录实现信息共享。同时，经由5G系统从远端接收到的音频和视频可以分别通过扬声器和光机播放。
电话会议开始后，音频系统和鱼眼摄像头同时启动工作，会议室的图像和语音就可以经由移动通信网络传递到多个远程会议现场，并能经各个远端会议室的投影投放，在会议进行过程中通过鱼眼度摄像头定向对会议发言人或会议投影内容进行摄录交互共享，实现良好的视频电话会议功能。
1.2.4 UWB
UWB用于实现室内定位。UWB限制在3.1-10.6GHz和低于41dB发射功率。UWB不同于传统的通信技术，它通过发送和接收具有纳秒或微秒级以下的极窄脉冲来实现无线传输，可以实现500MHz以上的超宽带。
UWB抗多径能力强，定位精度高，其精度甚至可以达到Wi-Fi、BT等传统系统的百倍以上。同时，时间戳精度高，纳秒级脉冲信号由定时来计算位置的误差通常小于几厘米。此外，电磁兼容性强，能够很好地隐蔽在其它类型信号和环境噪声之中，既不会对其他通信业务造成干扰，同时也能够避免其他通信设备对其造成干扰。
基于上述技术优势，采用UWB具备极佳的空间感知能力。利用UWB技术，微型投影仪和其他具有UWB标签的智能设备可以更精准地实现室内定位，不仅可以感知自己的位置，还可以感知周边其它智能终端设备的位置。这就构成了5G系统下低成本终端直通D2D。智能终端设备或物联设备通过UWB模块接入到微型投影仪后，从而可以接入到5G系统，不仅使得微型投影仪有了更便捷的数据来源，也使得智能终端设备或物联设备具有了连接5G蜂窝网络的能力[5，6]。
微型投影仪5G+XR应用场景
微型投影仪的XR部件中，采用iTOF技术的红外深度识别组件适合室内近距3D识别;采用dTOF技术的激光雷达扫描仪适合于室外远距3D识别。两者均既可针对投影界面内容进行3D建模和重构，也可针对投影界面之外的实景世界进行3D扫描、建模和重构。虽然可以二选一应用，但同时应用性能更能互补。这两个部件是XR交互主要的感知器，其信息采集和处理既可以应用于本地XR，也可以通过5G网络传递到MEC平台（Mobile Edge Computing，移动边缘计算）或云平台构成云XR。
顶部鱼眼摄像头则主要把单机XR功能扩展到视频会议场景。UWB则使得多机交互更便捷，经由室内精准定位，外部终端信息和微型投影仪可快捷实现多内容源交互。这两者的结合可以使得在多人参与的远程视频会议中能随时精准定位与会者的内容设备位置并快速切换XR内容源。
上述XR部件结合5G模块，多个微型投影仪可以本地或异地联合3D投影，实现广景式、集群式或共享式XR。
基于微型投影仪的5G+XR可以实现裸眼3D（原始视觉模型经模拟人双眼视觉进行了法向量计算处理，即3D建模的特效以2D投影播放，也可以是原始视频数据模型是模拟人左右眼从两个角度记录同一影像后两幅图错位叠加，人戴上3D眼镜后产生立体感），本地全息和多地全息视频电话会议，从而可以免除戴头盔、戴眼镜，手持灵活位移，体验上更加自在，空间层次也可以更大。
另外，在微型投影仪用户界面或用户遥控终端的用户界面上采用专门的APP，可使得操控更加便捷，应用模式更加多样化。
云XR
如图4所示，具有5G+XR功能组件的微型投影仪藉由5G基站与MEC平台交互（两者通过下沉到基站的边缘UPF相结合）可以很好实现云XR功能。MEC平台具有AI引擎和XR计算能力以及存储和网络服务功能，对来自于微型投影仪以及来自企业网或互联网提供的典型如视频方面的内容进行数据分组分析，提供低延时的本地化业务服务。MEC平台部署在无线接入网或云化的无线接入网，有效减少核心网的网络负载，为用户带来低时延、智能加载、实时互动、可定制化的上佳用户体验。 与本地XR比较，通过云端渲染的云XR可以有效提升智能计算和图像处理能力，还可以降低用户消费XR的费用。
全息交互
具有5G+XR功能组件的微型投影仪，除了通常的对目标载体深度识别后实现三维重构图像投影到墙面或幕布，在三维重构技术基础上深加工的全息图像投影到全息膜（通常原始全息图像是参考光和物光干涉形成（远端终端需增加干涉成像设备），以衍射方式重放，此时本地终端可选投影器镜头可选增加加衍射光栅;但还可以直接远端和本体终端内部均通过复杂算法来实现全息成像和全息三维重构）上，实现全息视频通话。这种三维视频数据的远端传播对无线网络数据高传输率、低失真率、短时延性要求很高，微型投影仪也必须加持5G功能模块才能很好实现。除了全息膜，也可以采用玻璃、空气等新兴的全息方式。
基于微型投影仪实现的全息影像的视频会议，使得会议终端更加多样化，使得用户视频交互更直观、更立体、更身临其境。该方案可广泛应用多个场景，如3D模型互动演示培训，多方参会人可以立体的、多维的观看操作同一个3D模型，解决了现实中需要制作物理3D模型的教学问题。云XR作为全息影像素材存储中心、分享中心以及处理中心，供大家上传、分享、观看各种全息影像内容。
应用APP
微型投影仪的5G+XR典型应用模式均还有很多具体应用，具体到每个应用也都有进一步扩展空间。因此，微型投影仪的用户界面或用户的手持控制终端的用户界面可以加載应用APP。比如，应用APP的一级菜单设置XR投影（可选增设背投、倒置模式）、XR视频采集、XR视频通话、XR全息投影、人脸识别、物体识别、XR其他应用等基本功能模式，XR其他应用再设置二级菜单，把XR游戏、XR购物、XR导航，XR布置家居、XR看星空等容纳其中。
结束语：
人们通过手持具有5G+XR功能组件的微型投影仪，可以免除戴头盔、戴眼镜，直接人眼就可以在现实环境中体验各种本地和云端的XR场景。特别地，随着超高清视频、人工智能、云计算技术的飞速发展，基于微型投影仪的5G+云+XR将会为工业制造、教育、医疗以及个人娱乐消费领域带来全新的信息消费体验，让沉浸式可互动多情节观影体验随时随地呈现在人们面前，催生更多创新应用场景。
同时，为了使得基于微型投影仪的5G+XR在交互模式上进一步拓展，可以引入更加智能化的交互方式，如手势识别、身姿识别等;另外，APP中的XR应用模式不断延伸，以及UWB引入投影多内容源交互越来越多情况下，基于内容安全性，还可以通过区块链征信系统实现信息共享。
参考文献：
中兴通讯.5G云XR应用白皮书[R/OL]， （2019-2-19）[2019-3-19]. https：//res-www.zte.com.cn/mediares/zte/Files/PDF/white_book/201902011029.pdf？la=zh-CN
张晨璐， vivo通信研究院编著.从局部到整体：5G系统观[D]，北京：人民邮电出版社，2020：19-24.
安福双 钟建辉，编著.互联网下一站 5G与AR/VR的融合[D].北京：电子工业出版社，2020：17-27;87-99.
金石，温朝凯，编著.智能通信：基于深度学习的物理层设计[D]，北京：科学出版社，2020：1-14.
罗振东，焦慧颖，魏克军，等.宽带无线接入技术[D]，北京：电子工业出版社，2017：330-333.
杨昉，刘思聪，高镇，编著.5G移动通信空口新技术[D].北京：电子工业出版社，2020：263-273.
作者：张永亮 性别：男 出生年月：1975.3 籍贯 河南 学历：硕士 工作单位：中兴通讯上海研发中心（上海市浦东新区张江镇碧波路889号），目前从事5G终端研发工作。