2018-2019通信行业5G频谱发展分析报告.pptx

,2018/9/11,1,2018-2019通信行业5G频谱发展分析报告,目录, 频谱是稀缺性资源，5G核心, 商业和产业视角，频谱发放的侧重点, 5G频谱质变，带来各环节增量,2,72.3%,通信行业为什么需要频谱？ 移动通信实际是对频谱资源的经营，频谱决定了网络速率、基站数量、应用种类,2G： 7001900MHz，传输语音和短信，需要很低速率和很低带宽，低频即可3G： 19002200MHz，传输短视频和彩信，需要中低速率和中低带宽，中频即可4G： 22002600MHz，传输视频、数据语音、视频聊天，需要高速率和高带宽5G： 2.6GHz毫米波，应用于VR、智能驾驶、高速移动宽带等场景，兼顾大连接数、大带宽和低时延,图2：过去5年国内基站数变化/万,图1：频谱决定了带宽、网速和应用类型,2G：需低速率、带宽,3G：需中低速率、带宽,4G：需高速率、带宽,语音和短信,图文和彩信,数据和视频,频率提高带宽提高,3,109,141,136,0,12873,177144,263,299,340,45.2%241,68.7%467,20%10%0%,50%40%30%,80%70%60%,2001000,400300,700600500,2013,2014,2015,2016,2017,3G基站数,4G基站数,移动电话基站总数59.1%,3G/4G基站数占比73.5%592559,确定频谱是标准落地/产业化发展“枢纽”环节 在5G产业化流程中：确定频谱是标准化的最后一个环节、实用化的第一个环节 2018年6月14日，3GPP首发5G NR独立组网标准，第一版5G独立组网标准冻结,1.确定核心技术,2.核心技术标准,3.信道标准,4.组网标准, 英国、韩国等已完成频谱拍卖，全球范围内5G实用化流程开启图3：5G产业化流程图,标准化环节5.确定频谱,6.设备样品,7.实验网,8.试商用网,9.设备定型,10.发牌照,商用化环节正式商用4,2018年6月14日，3GPP首发5G NR第一版独立组网标准。,5,全球最有可能优先部署的5G频段 容量、覆盖、连接数的核心需求：5G需要高、中、低不同的工作频率 频谱协同效应：相同的5G频谱利于布局全球漫游、减少设备干扰、降低设备复杂度 高国际认可度：中、美、欧、日、韩等5G频谱规划陆续发布，国际社会形成共识图4：全球最有可能优先部署的5G频段FR1,n28,n71n77n78,MHz,703-748(U) 758-803(D),663-698(U),617-652(D),3300-42003300-3800,4400-5000,n79n258n260,FR224250-27500,37000-40000,低频广覆盖,中频黄金频段,高频高带宽,6,美国,欧盟,英国,亚洲中国,韩国日本,全球主要国家/地区5G频谱规划：3.35.0GHz是核心优质频段 世界各国将3.5GHz作为5G主流频段。但各国无线通信技术历史、实力不同，对5G的诉求也不同，亚洲对低频诉求强烈，美国5G初期力推高频图5：全球主要国家/地区5G频谱规划,700,698-806,MHz,1427-2518,3400-3800,3410-3480,3500-3580,3300-34003300-3600,4800-49904800-5000,低频广覆盖,中频黄金频段,高频高带宽,24GHz24.75-27.5GHz,37-42.5GHz,28GHz,35003400-4200,4400-4990,27.5-28.35GHz 37-40GHz,64-71GHz,已正式规划,尚在研究中,7,MHz,2G,3G,4G,825-835870-880885-890930-935890-909935-954,909-915954-9601710-17351805-18301735-17551830-1850,1900-1920,1880-19002010-20251940-19552130-21451920-19352110-2125,1880-18902320-23702575-26352300-23202555-2575,1755-17651850-18602370-23902635-26551765-17801860-1875,中国电信中国移动,中国联通注：虚线框内是一组上下行频率,目前被占用的部分2.6GHz频段，潜在5G重分配频段,当前国内三大运营商频谱分配，2.6GHz有一定闲置 2.6GHz具有较高的连续性和更好的覆盖性能，有重新分配可能，提高频谱利用率图6：国内频谱占用情况,目录, 频谱是稀缺性资源，5G核心, 商业和产业视角，频谱发放的侧重, 5G频谱质变，带来各环节增量,8,9,2000年3G国际标准冻结日韩英等国3G发牌,2005年中国3G实验网,2009年中国3G频谱分配中国3G发牌,日本4G发牌,2011-12年4G国际标准冻结韩、法4G发牌,2013年中国4G频谱分配中国4G发牌,英国4G发牌,2014年中国4G实验网,3G、4G国内频谱发放的时间和发放方式 3G、4G频谱发放：在国内产业各环节（标准、主设备）到位的时候发放,从3G到4G再到5G，国内演进进度由落后到基本同步到领先, 中国在5G的技术储备全球领先，频谱将于2018年9月份正式派发。不进行拍卖 频谱分配后设备定型，预计正式商用发牌将在主要设备定型后发生 正式5G商用牌照预计将在明年年初发放图9：3G/4G频谱分配、正式发牌时间点参考,10,5G频谱发放考虑因素：自主可控，抢占制高点 3G/4G发牌，国家扶持自主技术,中国主导的TD-SCDMA技术中国移动独家运营，且获配频谱频率更低(终端功耗更小、覆盖能力更强)，频谱带宽也较WCDMA、CDMA2000制式各多5MHzTD-LTE优先发牌：2013年12月工信部发放TD-LTE牌照，而FDD-LTE则2015年2月才发放, 5G会降低技术复杂度,从3G到4G网络制式逐步减少，5G预计只会有两种制式5G频率更高，不可能用更复杂的终端来加大功耗, 5G是未来国家竞争高端产业链的基础，全球会出现大一统的局面，估计只会有两种制式（美国放弃CDMA-WINMAX的升级路线）图7：2G5G各阶段的网络制式数量及类型,2G,3G,4G,GSM,E-GSM CDMA,DCS,TD-SCDMA,WCDMA,EVDO,TD-LTE,FDD-LTE,5G,淡化制式侧重频段,11,频谱方案(国外)：拍卖分配，综合竞争和公平，产业扶持较少 国外在运营商间分配频谱的时候主要有两大方案,频谱资源在运营商间平均分配将最大份额分配给出价最高者, 实际方案一般基于平均分配的基础上，向在市场竞争中处于劣势的运营商倾斜,表1：韩国运营商频谱拍卖结果,表2：英国运营商频谱拍卖结果,12,频谱方案(国内)：指派分配，产业扶持和平衡，考虑点较多 频谱资源在运营商间平均分配，实现三大运营商在5G建设上的同步 多运营商合作对某段连续100MHz频段共建、共享，以更好地体现5G性能 中国电信、中国联通：向相对弱势运营商倾斜，分配技术成熟、产业链成熟、总体成本更低的3.5GHz 中国移动：将优质低频段2.6GHz分配给中国移动，降低建造成本，实现部分TD设备复用，支持TD继续发展。让中国移动承接技术相对不成熟、建站成本相对更高的4.9GHz频段。图8：国内5G频谱特征及潜在分配方案及相应考量,1. 平均分配优质的3.5GHz频段2. 多运营商共建共享连续100MHz频段3. 将3.5GHz频段分配给弱势运营商4. 将3.5GHz频段分配给领先运营商,实现三大运营商5G的同步发展降低组网成本，减轻资本支出压力非对称监管，平衡运营商的竞争借助更强的技术储备和资金实力，加速5G发展,技术成熟、建站成本低、覆盖广3.5GHz频段4.9GHz频段技术不太成熟、建站成本高约50%,各种讨论方案,国内分配方案：移动2.6+4.9GHz；联通电信3.5GHz, 方案1：联通电信3.5GHz；移动4.9GHz和2.6GHz；广电700MHz；铁塔3.3-3.4GHz室内 优点：非对称监管，平衡三大运营商实力,缺点：基于3.5GHz的5G商用会略晚，但影响不大,最大化频谱利,用效率和效果 平衡运营商实力、免去复杂的运营商合并流程 利用移动强大的技术和资金实力开发2.6GHz频段5G，有利于复用4G现有站址、设备资源，快速做到5G广覆盖13, 方案2：三大运营商共享3.5GHz 优点：三大运营商5G的同时起步 缺点：出现碎片化的频段，不能发挥5G的最佳性能 方案3：联通电信合得100MHz连续3.5GHz频段，移动获其他单独100MHz频段 优点：实现成熟频谱的最大化利用 缺点：联通混改正在进行，再次实施合并带来较大的组织、管理、人员压力表3：国内5G频段兼容性研究,方案1是最有可能的分配方案,目录, 频谱是稀缺性资源，5G核心, 商业和产业视角，频谱发放的侧重, 5G频谱质变，带来各环节增量,14,15,总预测框架：5G频谱发放受益产业链环节 频谱的确定是5G进入实用化的前提条件,阵列化、有源化、数量增加组网更灵活、基站层次更明显、天线/RRU集成度更高,基站侧：设备样品生产、大规模实验网开建，关注基站天线、主设备用户侧：手机将支持5G频段，关注手机天线网络侧：5G连接容量更大、密度更高，关注主设备、光纤光缆应用侧：数据流量几何级增长，数据中心、传输节点需要扩容，关注光模块图10：5G频谱确定对应产业链受益环节及变化趋势,基站天线飞荣达摩比发展通宇通讯主设备中兴通讯烽火通信华为,终端天线信维通信硕贝德光纤光缆亨通光电长飞光纤中天科技,光模块光迅科技中际旭创新易盛,多天线技术出现、高频段小尺寸天线集成容量更大、连接密度更高、无线网/光纤网逐步融合容量向400G演进，技术向硅光模块演进,=,X 单天线所用,16,总预测框架：5G频谱带来增量测算-逻辑框架,5G高频谱5G新制式,每基站天线数增加每基站天线数增加每手机天线数增加,宏基站增加数微基站增加数更换手机,XXX,总基站天线增加数总微基站天线增加数总手机天线增加数,基站天线平均单价微天线平均单价手机天线平均单价,XXX,宏基站天线市场增量微基站天线市场增量手机天线市场增量,=,使用新材料的天线数量,材料价格,天线新材料市场增量,X使用新材料的天线比例新型高频天线材料,=,=,基站设备侧终端设备侧,总预测框架： 5G频谱带来增量测算-公式详解,5G高频谱5G新制式,基站设备侧终端设备侧,基站天线-宏站,基站天线-微站新材料手机天线射频前端新材料,宏站天线：5G宏站增加数*宏站天线均价增长=5G宏站天线市场增量,微站天线：5G微站数量*微站天线均价=5G微站天线市场规模塑料天线振子：5G宏站天线振子数增加*塑料天线渗透率*价格高频PCB材料：5G宏站增加数*高频PCB材料用量*高频PCB材料价格手机天线：5G手机天线数增加*单机价值量增加=5G手机天线市场增量滤波器、功率放大器、低噪声放大器：5G手机RFFE数量增加*单机价值量增加=射频前端市场增量5G手机背板材料：5G背板新材料(玻璃/陶瓷)渗透率*单机价值量17,18,总预测框架-关键假设 基础数据 4G时期的宏站数以2017年国内三大运营商年报披露数为准(389万站) 4G时期的天线均价按中国移动2017-2018基站天线集采结果加权平均测算 国内智能手机出货量以Canalys口径2017年出货量为准(4.59亿部) 5G基站侧 3.5GHz覆盖半径变小，宏站数按4G时期的1.2-1.5倍，2.6GHz覆盖半径不变 基站天线由于RRU集成及Massive MIMO技术引入导致单价提升，均价由2462.5元/面（2000-3000元/面，主体4*4天线）提升到4500元/面（价格平稳4000-5000元/面，主体64T64R天线） 小基站信号穿透能力变弱、覆盖半径变小，预计5G时期小基站数量是宏站数的2倍，小基站天线均价以8001000元/面计算，5G后期价格下降 5G建设以2022年为界分为两个阶段，两个阶段的建设强度按7:3计算 5G用户侧 5G手机出货量主要满足为换机需求，不会爆炸增长 5G手机天线由于单机天线数增加、天线阵列技术的引入，单机价值量提升,-,1.宏基站及宏站天线：基本原理与形态 宏基站天线从4G到5G将出现阵列化、有源化的形态变化,阵列化：MIMO技术进一步演进，由4G的2*2/4*4演变到5G的大规模多输入多输出(massiveMIMO)，在不增加频谱资源和天线发射功率的情况下，成倍提高系统信道容量有源化：massive MIMO使天线和RRU之间的射频连接变复杂，天线集成RRU成为有源天线AAU，,天线射频连接简化，降低维护成本；同时光纤将代替馈线，直接连接AAU和BBU降低馈线损耗 64T64R将成为5G时期主流配置，天线振子数和通道数成倍增加，单天线价值量增加,图11：传统天线覆盖和massive MIMO天线覆盖对比,图12：有源天线方案与传统方案的对比19,20,1.宏基站及宏站天线：市场规模与价值增量 宏基站大天线：5G频率高单站覆盖范围小基站数自然增加天线数增加,5G低频2.6GHz下，频率与4G相同，传送距离相同，站址维持并实现部分4G基站设备复用5G中频3.5-4.9GHz下，相比4G频率增加了约2倍，真空损耗2-6dB，传送距离大约是4G的一半。中频主要用于布置宏站实现广覆盖，宏站数是4G的1.5倍，宏站天线相应增加5G毫米波频段下，相比4G频率增加约10倍，真空损耗增加20dB，传送距离不到4G的1/8。毫米波频段主要用于布置小基站实现深度和容量覆盖，5G小基站数约为宏站2倍，约1100万站, 5G宏站以4G宏站的1.5倍计算约583.5万站，MIMO、RRU集成等技术使单天线价值量提高，预计5G宏站天线市场空间总额约788亿，较4G阶段增量500亿,图13：5G和4G基站覆盖范围示意图,4G覆盖5G覆盖,图14：5G宏站投资建设节奏预测,100,400,680,800,10,20,40,108060,138090,1320100 118090,60,0,12010080604020,0,1600140012001000800600400200,2019,2020,2021,2022,2023,2024,2025,2026,5G基站建设投资额/亿元,5G基站建设量/万个,21,2.小基站及小天线：原理与形态变化 5G基站建设遵循“宏微协同，异频组网”的原则，小基站将成为5G组网重要组成部分,5G基站数会大大增加，宏站建设成本高、站址资源稀缺且租赁成本高，小基站将是增加站址主要方式小基站部署将满足5G组网扩展覆盖、数据分流、室内信号覆盖三大场景基本要求小基站部署灵活、同频干扰小，非常适合热点区域的覆盖, 小基站特点：外形小巧/结构完整/低功耗/工作于授权或非授权频谱/覆盖几十米到几百米 小基站分类：微基站MicroCell; 纳基站NanoCell; 皮基站PicoCell; 飞基站FemtoCell等,交通信号灯杆,图15：小基站潜在的安装位置屋顶路灯杆,电力线缆,多功能杆,图16：华为小基站产品Lampsite,22,2.小基站及小天线：市场规模与价值增量 小基站天线：5G高频穿透能力弱、覆盖半径小，需要小基站进行热点区域和楼宇的补充覆盖。以3.5GHz频段计算将产生约宏站数两倍，即1100万部小基站需求。,5G应用场景中，50%的通信资源会被1%的终端占据，这1%终端聚集在城市热点区域，预计城市热点地区基站密度增加300%，将增加500万面以上小天线需求预计楼宇覆盖基站密度将增加35倍，增加500万面以上小天线需求, 以小天线平均单价8001000元计算，预计5G小天线市场规模总计约110亿元，宏站+微站天线总市场规模接近900亿元，建设高峰年份5G基站天线（宏+微）市场空间近300亿元,图17：D-RAN架构下的深度覆盖催生小天线数量爆发BBU集中放置,RRU宏小区,RRU小基站,RRU小基站（室内覆盖）,RRU小基站（人流密集区覆盖覆盖）（定向覆盖）,表4：5G小天线数量及市场规模测算表,23,3. 手机天线：原理与形态变化 4G天线：一般在手机上下端部和侧面，采用了LDS(激光在3D曲面塑胶上选择性沉积金属工艺)和FPC(柔性线路板)配合侧金属边框实现天线功能，一般为双天线，少数高端机四天线 5G天线：,5G中频段天线：4天线将是5G初期主流需求，逐步演变到8天线5G毫米波天线：毫米波波长尺度在10mm内，照波长四分之一计算，5G毫米波终端中天线阵列为约2.5mm的n*n有规则间距的阵列点阵,图19：三星S8上下四天线5G天线雏 形,图18：LDS天线技术工艺,24,3. 手机天线：市场规模与价值增量 5G手机天线数量增加的逻辑,MIMO技术可在不增加传输功率和不扩大带宽的条件下满足5G传输速率的要求，驱动天线数量增长DSDV是趋势，同时5G初期要求手机同时支持4G和5G，更多的频段支持要求驱动天线数量增长, 5G毫米波天线将是含芯片的模组：一般一个芯片管理四个点阵, 智能手机以换机需求为主，出货量维持稳定。高阶调制、载波聚合、MIMO等提升5G手机天线单机价值量至约30元，5G时期国内年均手机天线市场空间约138亿元，存在近百亿增量,图20：MIMO技术示意图,图21：5G毫米波天线将是含芯片的模组,手机天线市场规模,=,出货量,单机天线价值量,X,25,3.天线市场空间-测算总表,表5：5G天线市场空间测算总表,4.天线内部器件：原理与形态变化 射频前端(RF Front End: RFFE)是智能手机射频收发器(Transceiver)和天线之间的功能区域，主要包含滤波器、功率放大器(PA)、低噪声放大器(LNA)、开关、双工器等 随着5G手机天线数量增加，射频前端将出现适应性增长，包括：,5G多天线额外的滤波需求/多载波聚合额外的滤波需求/天线数增加带动天线开关数增加，低噪声放大器和射频开关数量增加图22：智能手机典型射频架构图26,4.天线内部器件：市场规模与价值增量 5G频段数增加将带动滤波器数量增加，从而单机价值量增加,5G和载波聚合技术的应用将使全球频段数大大增加，2020年预计增加50个频段每个频段滤波器的用量为23个，带动滤波器需求数量和单机价值量的增加, 手机射频滤波器SAW滤波器适用于2.5GHz以下的低频，BAW滤波器将成为5G高频主流 预计5G手机射频前端单机价值量超过12美元，则国内年均市场规模约55亿美元,表6：单部手机射频器件价值量演变/美元,Qorvo,8%,太阳诱电, 3%博通,87%27,TDK,2%,图23：BAW滤波器市场份额,5.1宏站天线新材料需求-高频PCB板 MIMO技术使宏站天线振子数成倍增加，64T64R将成为主流 振子数的成倍增长带来PCB材料使用面积的相应增加，以振子间距0.5*，国内5G载波频率分别为2.6GHz/3.5GHz/4.9GHz时，单天线AAU射频板所用PCB面积分别约2500cm2、1600cm2、900cm2，取算数平均1666cm2，则基站天线PCB总需求面积估算为：,基站天线PCB总需求量,=,单天线需求量,单站天线面数,X,5G宏站数,X,材料利用率,/,1666cm2,3,583.5万,80%,单站3面天线，5G宏站数是2017年底三大运营商披露4G基站数的1.5倍PCB板在生产基站天线过程中有20%损耗，即材料利用率80%, 5G时期PCB板高频材料应用增加，单价较4G时期将有所提升。根据产业链调研，4G时期基站用PCB材料单价约2400元/m2，此处5G测算按3000元/m2计算 5G时期仅基站天线AAU射频PCB板需求量将达364.5万平方米，市场规模约110亿元 除宏站天线AAU射频板外，基站设备中还有馈电、校准等处用到PCB板，总量大致与AAU处相当，预计5G宏站PCB市场规模总计约200亿元，建设高峰年份预计近百亿规模28,29,5.2宏站天线新材料需求-塑料天线振子和陶瓷天线 塑料天线：5G时代MIMO技术，天线振子数量成倍增加,应用优势：塑料天线重量轻、体积小、成本优、性能好技术难点：塑料天线一次性注塑成型、选择性激光蚀刻, 陶瓷天线：应用于蓝牙、GPS等低功耗、低尺寸天线的场景,应用优势：尺寸小、易于隐藏天线、陶瓷材料较PCB材料介电损失小技术难点：整块陶瓷一次烧结、多层陶瓷天线低温共烧, 假设宏基站30%采用塑料天线振子，单振子价格10元，以平均64T64R测算约35亿元,图24：飞荣达一次注塑成型的塑料天线振子,图25：常见的蓝牙陶瓷天线,30,5.3智能手机新材料需求-手机后盖增量估算 2G/3G/4G手机后盖材料,塑料金属玻璃/陶瓷的变化过程。当前主流手机后盖是金属后盖：散热性能好，抗摔。, 5G天线手机后盖材料,频率提高，信号穿透能力差；天线形态变化（阵列化、与芯片整合）、数量增加、无线充电陶瓷和玻璃将成为手机后盖材料备选，陶瓷材料力学性能好、手感佳，有望成为主流, 预计2021年，陶瓷背板在智能手机中的渗透率将达到60%，考虑未来产能提升价格下降，也将是年均百亿级的市场空间,图26：三星S7玻璃后盖贴上金属质感薄膜,图27：小米MIX2全面屏手机陶瓷后盖,31,相关公司列表,谢谢观看,