证券投资咨询业务资格证书 编号:ZX0054

未来已来,5G应用落地在即

投资策略    2018-09-29   山东神光        
0

摘要:

在4G应用不断成熟的今天,对于5G技术的研发也取得了阶段性的成果,而且随着2018年6月份R15标准的设立以及此前ITU对于5G关键参数指标的初步确认,5G技术已经具备了预商用的技术基础。而伴随着5G商用的逐渐临近,关于5G的投资建设也到了爆发的关键时点,并且由于5G是下一代科技变革的关键,预计相关的产业链机会将会是未来至少5年的蓝海市场。

一、5G通信引领新一代技术变革

在4G技术已经规模化应用的今天,5G也在各种技术逐渐成熟、标准逐渐确立的今天将商用提上日程。与前四代通信技术主要关注人与人的通信不同,5G通信的提出就承担了人与物、物与物的万物互联的职责。

简单讲,5G新的应用场景主要包括:增强移动宽带(eMBB)、 超高可靠低时延通信(uRLLC)和大规模机器通信(mMTC)。所谓eMBB 是传统 4G 功能的升级,应用于更高清的视频、VR/AR的应用以及享受高速的云服务,带宽体验从现有的 10Mbps 量级提升到 1Gbps 量级;uRLLC 主要针对自动驾驶、远程医疗等高可靠性低时延场景,关注重点在于精准、安全;mMTC 主要针对万物互联、工业互联等大规模机器互联的场景,包括智慧城市、智慧农业等大规模联接场景。


尽管关于5G的具体标准和参数尚未定论,但ITU已经发布了5G的参数标准,其中对比4G的主要提高如下:5G的速度将达到4G的100倍(1Gbps),与GoogleFiber相同,峰值速率达到20Gbps,意味着用户下载8GB的HD电影只需要6秒,而3G网络下需要70分钟,4G网络需要7分钟,延迟降低50倍至1毫秒,对比4G网络的延迟一般为50毫秒,网络容量大幅增加,可达到10Mbps/平方米,连接密度从目前的10万/平方公里增至100万/平方公里,能耗大幅降低,使用5G网络的物联网设备续航时间可达到10年。另外,5G需要支持无线、集客、家庭宽带上联等业务,同时需支持eMBB、mMTC、uRLLC多种业务类型,网络应根据不同服务的特点提供隔离、功能剪裁及网络资源分片,并且每个网络切片可拥有独立的网络资源和管控能力。


二、5G通信带来关键技术和设施的大变革

由于5G相对于4G的种种变化以及对于网络提出的新要求,其主要包括网络侧、无线侧和终端应用,网络侧主要指的的是整体的传输网络架构主要是信息结构变化和容量大幅增长带来的带宽和技术的不断演进;无线侧主要是以频谱变化引起的基站数量、基站设备构成(包括滤波器、天线等)的变化。



1、网络传输的投资机会

网络侧主要指的是传输网络架构。传输网是用来提供信号传送和转换的网络,是交换网、数据网和支撑网的基础网络,其负责将数据包从起点运输到终点,即承担了“搬运工”的角色,而传输技术也经过历代网络通信技术不断迭代,以保证对信息进行“快、准、稳” 的传送。

传输承载网一般分为省际/省内骨干网、城域网两级。骨干层是网络高速交换的主干,是实现骨干网络之间传输的关键,骨干层应具备保障冗余性、容错性、低时延性、高可靠性和保障数据高速传输的能力。由于骨干层是所有流量的最终承受者和汇聚者,运营商对骨干层的设计以及网络设备的要求十分严格,骨干层传输设备通常采用双机冗余进行热备份,也可以通过负载均衡技术来改善网络性能。

而城域网是整个传输承载网中设备量最多、最基础、结构最复杂、与末端业务最相关的网络,直接承载了2/3/4G移动业务、政企、家宽等业务。根据统计,城域网设备量占全网传输设备总量的 90%左右,而城域网又可分为接入层、汇聚层和核心层网络。汇聚层是网络接入层和核心层的“中介”,基站产生的数据业务在接入骨干层前应先做汇聚,以减轻骨干层设备的负荷。 由于需要处理来自接入层设备的所有通信量,并提供到核心层的上行链路,汇聚层传输设备与接入层相比,需要更高的性能以及更高的交换速率。此外,出于安全、稳定性考虑,运营商的网络控制功能一般在汇聚层而非核心层实施,汇聚层具有实施策略、安全、虚拟局域网(VLAN)之间的路由、源地址或目的地址过滤等多种功能。接入层通常指网络中直接面向用户连接或访问的部分,向本地网络提供基站接入的能力。接入层利用光纤、双绞线、同轴电缆、无线接入等传输介质,实现与用户连接,并进行业务和带宽的分配。接入层目的是允许终端用户连接到网络,因此接入层传输设备具有低成本和高端口密度等特性。


5G由于更高的体验速率、更高的连接密度、更高的峰值、带宽以及更低的时延等等一系列要求,其网络架构相比于4G有了一定的调整和优化。首先,激增的数据传输量对网络的带宽提出了较高的要求;其次,承载网络由原有的前传、中传二重架构变成前传、中传、回传三部分组成;同时,BBU(基带处理单元)将分拆为实时处理部分(CU)和非实时处理部分(DU),射频相关的物理部分将于4G的RRU(射频处理单元)合并成为AAU(有源天线部分),则其流程演变为前传AAU到DU,中传DU到CU,回传CU到5G核心网;最后,由于5G网络需要支持不同场景的业务,需要应用网络切片技术以应对一张网络下可以独立运行多项不同属性的业务。

在传输网进入光传输时代后,传输技术经历了准同步数字体系(PDH)、同步数字体系(SDH)、多业务传输平台(MSTP)、分组传送网(PTN)、无线接入网IP化(IPRAN)、波分复用(WDM)和光传送网(OTN)的演进。目前WDM和OTN技术是4G的主流应用技术,2G时代的10GOTN设备也从骨干网一路下沉,目前已经成为4G时代接入层的主流技术方案;随着5G到来,3G、4G时代的100GOTN技术也将进一步下沉,成为5G汇聚层的主流解决方案;而对于5G网络的主干网将有原来的100GOTN技术扩展到200G、400G甚至更高的规格的OTN技术。

同时针对5G特殊要求的网络切片技术,中国移动和中国联通分别提出了SPN技术和M-OTN技术,对原有PTN技术进行迭代升级。不过,无论是中国移动主导的SPN技术,还是中国电信和中国联通提议的端到端M-OTN(WDM/OTN)技术,其底层物理通信都是基于OTN技术和WDM技术,仅在网络分片方面采用不同的技术路径,SPN主要基于FlexE来实现网络切片,M-OTN主要基于FlexO和ODUflex来实现网络切片。

所以对于这种针对5G通信提出的新的技术要求,需要全新的与之匹配的芯片、模组,这就带来了对于全新的传输网络设备的升级。按照5G传输层各个节点的比例,接入环:汇聚环:核心环节点数8:6:6,即每8个基站(每个基站对应1个接入设备)形成1个接入环,对应1个汇聚环的上联设备;每6个汇聚环上联设备形成1个汇聚环,对应1个核心环的上联设备。按照总基站数约480万台,接入环25G传输设备价格8万元左右,汇聚环100G传输设备价格约30万元,核心环200G传输设备约100万元,以及各个设备单价将逐年下降10%左右计算,预计5G传输网的总规模将超过5000亿元。

2、无线基站的投资机会

无线基站的变化主要是由于频谱的变化。移动通信实际是对频谱资源的经营,通信带宽取决于频谱效率和频谱宽度,频谱决定了网络速率、基站数量、应用种类。从以往四代的通信技术来看,2G:700—1900MHz,传输语音和短信,需要很低速率和很低带宽,低频即可;3G:1900—2200MHz,传输短视频和彩信,需要中低速率和中低带宽,中频即可;4G:2200—2600MHz,传输视频、数据语音、视频聊天,需要高速率和高带宽;按照5G的256QAM调制方式,频谱效率有望达到8bit/s/Hz,若要支持数十Gbps的峰值速率,则5G所需带宽将达到近1GHz的水平。

业内普遍将5G频谱分为Lowbands,Midbands和毫米波三个部分,其中毫米波用于大容量传输,而Midbands兼顾覆盖和容量,Lowbands主要用于大范围覆盖。从我国无线电频率划分图中可以看到,大部分频谱均已被占用。2017年11月,工信部明确了3300-3400MHz(原则上限室内应用),3400-3600MHz和4800-5000MHz频段作为5G系统的工作频段,由于3.5G相对4.9G波长更长,同时欧洲、日本和韩国也都在3.5G有规划,有望最快形成商用,因此该频段资源更加宝贵。作为sub-6G覆盖频率,每家运营商均需100MHz连续频谱才能更好地支撑0.1-1Gbps的用户体验速率,但可用于室外建站的只有200MHz,而不足以分配给三家运营商使用,所以如何分配频谱是一个重要问题。一个可能的方案是将2.6GTD-LTE频谱重耕用作5G建设,但该办法需要将三家运营商的2.6G频谱收回,并交由其中一方建设5G;由于电信和联通并未建设TD-LTE网络,因此2.6G交由移动成为一种合理的潜在方案。5G频谱在sub-6G有可能覆盖2.6G,3.5G和4.9G三个频段。


由于电磁波在空间中的损耗与频率和传播距离成正比,意味着越高频的信号能够传播的范围越小,所以对于5G 的单个基站来讲其覆盖范围相对4G而言较小,预计未来覆盖全国的5G基站数量将会更多。粗略预计5G基站数将会是4G 基站数的1.2—1.5倍,预计在2018年底4G基站的总数量将会突破400万台,对应5G建设的基站总规模预计将会达到480万台,按照单个基站15万元计算,基站的总体规模将会超过7000亿元。

对于基站构成一般包括天线、滤波器功放以及模数转换等基站核心部件以及铁塔、传输光缆、电源设备、机房配套(空调)等。5G不能利用的是基站设备、天线等,由于5G与4G 的标准、频率不同,天线、滤波器功放以及模数转换等基站核心部件等不能兼容使用,但是铁塔、光缆、电源、配套等还是可以利旧或者使用4G原先的资源。

天线。5G基站天线最大的改变就是将应用大规模天线阵列技术(Massive MIMO)64 X 64大规模阵列天线成为主流,其是基于多用户波束成形的原理,在基站端布置几百根天线,对几十个目标接收机调制各自的波束,通过空间信号隔离,在同一频率资源上同时传输几十条信号。这种对空间资源的充分挖掘,可以有效利用宝贵而稀缺的频带资源,并且几十倍地提升网络容量。另外,天线振子尺寸变小,同时要满足通信容量而导致天线通道增多,振子同时增加。预计5G建设天线市场的整体规模在600亿元以上,天线阵子规模在80—100亿元。

滤波器。滤波器用量随着通道数量的增加而增加,单基站的滤波器使用量预计将是 4G FDD数制式的 16 倍, TDD 制式的 8 倍;同时由于随着频率超过2GHz, RRU一般倾向于上塔,因此滤波器的重量和体积也成为关键考量因素。4G时代,通信基站用的滤波器还以金属腔体滤波器为主,为了降低体积, 5G时代很有可能会采用高介电常数的介质滤波器,以减小尺寸,即所谓的介质滤波器预计将成为主流。预计滤波器的市场空间将达到180亿元左右。

功率放大器和模数转换。功率放大器同样直接随着通道数量增加,同时由于频率的提升,GaN在更高率上对LDMOS将体现出更大的优势。在3.5GHz及以上的频段, GaN在转换效率,能量密度上的优势将带动功率放大器逐渐从LDMOS过渡到GaN。模数转换部分随着通道数变多。预计功率放大器的市场规模将达到340亿元左右。


另外,除了上述的宏基站,由于宏基站信号存在弱覆盖或者盲点区域,小基站由于体积小、部署灵活等优点可以有效的弥补宏基站的劣势,形成完美互补。鉴于5G的应用场景对于5G信号的较高要求,预计未来5G小基站将会迎来大幅增长。根据HIS的报告,全球小基站数量将以每年8.5%的数量增长,而我国在4G时期小基站建设不足,存在的热点区域不稳定、建筑物内覆盖差的问题将在5G时代得以解决。按照5G小基站50m覆盖范围,宏基站500m覆盖范围。


三、5G商用渐行渐近

全球关于5G技术的研发和推进都在如火如荼的进行,2018年6月,5G第一版标准R15正式冻结:全面支持增强移动宽带(eMBB)场景,部分支持超可靠低时延通信(uRLLC)场景,不支持大规模机器通信(mMTC)场景。预计2019年Q4,5G第二版标准R16将会冻结将全面支持eMBB、uRLLC和mMTC三大场景。而预计最快得到商用的就是5G手机,根据各个手机厂商的规划以及来自产业链的消息,预计最快明年上半年就可以看到第一款5G手机。


我国的5G建设制定了两步走的战略,第一步主要为5G技术研发试验阶段,第二步为5G产品研发试验阶段。目前5G的技术研发试验阶段已经进入尾声,重点技术已完成攻关,华为、中兴等头部厂商已经完成非独立组网系统测试,充分验证了5G关键技术在支持Gbps用户体验速率、毫秒级端到端时延、每平方公里百万连接等多样化5G场景需求的技术可行性,后续将将重点开展面向移动互联网、低时延高可靠和低功耗大连接三大5G典型场景的无线空口和网络技术方案的研发。



目前,中移动已选择5城市进行5G规模试验(500站,2018.07启动NSA外场试验,11月启动SA外场试验,预计2019Q2完成测试),12城市进行5G业务示范(500站,2018.12开启),2019年70周年国庆时进行5G应用展示(预计是5G预商用);中国联通和中国电信也均启动了5G规模试验与业务示范工作。其中,中国联通同样选择17个城市,2018年-2019年初开展实验室和外场组网验证,2019年-2020年初将开展网络规划、试商用建设和行业应用推广工作。

另外,对于5G牌照的发生时受关注比较多的一个问题,预计将会在明年6月份左右揭晓。不过,值得指出的是,5G牌照的重要程度低于5G频谱,原因是5G只有一个技术标准,而且在4G时也是先公布了频谱,在此之后的3个月才进行了牌照的发放,由于3.5GHz预计将会是最新取得商用的频段,所以频谱的分配才是相对来说更应该被重视的。

四、针对5G通信的投资

从此前几代通信技术的发展演进的规律:

第一,运营商传输侧投资早于发牌7-14个月。由于传输网络具有的承载性基础性功能,只有在基础设施具备一定的承载能力之后,才能谈及应用,所以传输设备的迭代更新一般早于无线牌照发放7-14个月,以应对新一代无线网络对传输速率、时延等性能指标的要求。

第二,传输网的投资周期是“阶跃函数”而非“连续函数”,往往遵循“新建-扩容-新技术测试-新建”的循环,间隔大约为2-3年。早期的新建需求是运营商为下一代无线技术提前铺路;中期的扩容需求是已有的设备容量不能满足新一轮流量爆发所带来的承载压力;后期将更多投向新技术的研发测试,当前时间节点即处于这一阶段,即5G传输技术SPN、M-OTN与400GOTN的测试阶段。

第三,实力差距致使三大运营商传输网建设策略各不相同。中国移动综合实力最强,在新技术研发、试验进程中披荆斩棘,集采规模也领先于电信、联通;中国电信稳扎稳打,集采计划、批次制定较为合理;相对弱势的中国联通采取较保守的跟进策略,借鉴移动、电信的组网经验,减少试错成本,在技术相对成熟后再扩大集采规模,进而有效地降低采购费用。

第四,从以往几次三大运营商的投资路径来看,移动网络投资和传输网络投资大体上反向波动。主要因为运营商通常会选择大规模部署基站之前的年份对传输带宽做储备,在大规模部署基站之后的年份做必要的扩容;并且运营商平衡每年资本开支规模,在移动网络投资较多的年份会控制传输网络投资规模。

综上,当前时间点预计5G时代传输网络投资将提升,传输设备及上游企业将最先受益;另外对于5G基站相关的企业来讲,目前处于4G建设的尾声,今年预计还会有40万台左右的4G基站投资建设,预计从2019年开始5G基站开始大规模建设,而后2020年开始进入加速建设期。


上游来讲,最重要的元器件就属光器件以及其核心部件光芯片。光器件通过核心光电元件实现光信号的发射、接收、波分复用和解复用等功,其中光芯片就是起到光电转换的核心元件,光芯片的性能与传输速率直接决定了光纤通信系统的传输效率。根据种类不同,可分为有源光芯片和无源光芯片,有源光芯片又分为激光器芯片(发射端)和探测器芯片(接收端);其中,激光器芯片价值占比大,技术壁垒高,是光芯片中的“明珠”。

光芯片属于技术密集型行业,具有极高的技术壁垒和复杂的工艺流程。因此,光芯片在光器件/光模块中成本占比较大。此外,随着芯片速率的提升,制备难度增大,成本占比或进一步提升。与其他芯片一样,其也只要有两类制造商:垂直一体化的IDM厂商以及第三方代工厂商。由于壁垒较高目前高端光芯片和光模块主要集中在国际厂商手中,Finisar作为北美光器件的龙头厂商,占据全球14.8%的市场份额,其他包括Lumentum、VCSEL、Broadcom、Oclaro等;国内产品主要集中在10Gb/s及以下的低速光模块。根据《中国光器件产业发展线路图(2018-2022)》,目前小于10Gb/s的光芯片国产化率达到80%,10Gb/s速率的光芯片国产化率接近50%,而25Gb/s及以上的速率的光芯片则高度依赖出口,国产化率仅3%。目前国内仅光迅科技具备高速光芯片批量生产能力,其10GDFB/VCSEL已批量出货,25GDFB/EML等有望年底出货。


关键词:  5G 商用 产业链机会
0

点击排行

95105699


神光官方微信

神光新浪微博
Copyright 1998-2018 山东神光咨询服务有限责任公司 .All Rights Reserved.