华为成为5G标准引领者意味什么:细剖5G技术带来的产业升级


发布时间:2021-05-04 11:13 作者:瀚天

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华为成为5G标准引领者意味什么:细剖5G技术带来的产业升级

作者   信达证券  边铁城

华为成为5G标准引领者意味什么:细剖5G技术带来的产业升级

5G不仅仅是速度

华为成为5G标准引领者意味什么:细剖5G技术带来的产业升级

无线通信技术通常每10年更新一代,2000年3G开始成熟并商用,2010年4G开始成熟并商用,按照推论,5G会在2020年成熟并开始商用。5G的诞生,将进一步改变我们的生活。从1G、2G到3G、4G我们看到了无线网络从支持语音通话转换到了支持文本图片视频等数据互联,运营商的业务方式也开始从语音为主到流量收费为主。而5G的到来又将开辟一片新的领域,除了连接速度的大幅提升而支持诸如虚拟现实等高带宽的应用外,它同时也是在人与人互联之外实现“万物相连”。

为应对连接速度大幅提升和物物互联带来的千亿级别的连接数量,5G系统将划分三大应用场景,分别为:(1)增强型移动宽带;(3)大规模机器类通信;(2)超高可靠与低延迟的通信。不同应用场景将应对通信网络各种性能指标组合带来的挑战,包括用户的体验速率、流量密度、时延、能效和连接数等。

面对多样化场景带来的极端差异化的性能需求,5G在网络上采用了基于SDN和NFV的新型网络架构,并且应用了许多新的无线技术包括大规模天线,超密集组网,新型多址接入和全频谱接入等无线技术。

中国领先5G标准和商业化角逐,国内厂商将大大受益

通信标准是一个多国合作以期达到统一的项目,掌握了5G标准的话语权的国家将会掌握未来的主动权,因此近两年来,各国早早的开始布局5G技术。中国曾在2G,3G追赶国际标准的脚步,在5G时代则终于成为主导力量。从技术标准来看,中国的IMT2020联盟已经成为仅次于欧洲METIS、5GPP的联合标准组织,芯片领域MTK、华为海思、清华紫光等对高通形成强烈的竞争,高通在3G,4G时代的垄断地位将会被打破。设备商领域,华为在技术和市场上全面领先于对手爱立信,诺基亚,成为电信设备商的老大,中兴也稳居世界前五的位置。华为在空口技术,中兴在MassiveMIMO等基础专利方面都达到了全球领先。从商用化进程来看,2018年韩国平昌冬奥会,2020年东京奥运会,2022年北京冬奥会将会极大的加速5G的布网和商用化,运营商领域中国移动、日本NTT和韩国KT结成5G联盟,中国核心城市和日、韩有望同步试商用pre-5G技术,从而成为全球最早的试点。因此5G到来将使移动通信的重心向东亚转移,从而给国内上下游产业链带来新的机遇。

5G关键技术及带来的产业升级解读

大规模天线

多天线MIMO(Multiple-InputMultiple-Output)技术已经广泛应用于WIFI、LTE等。根据概率统计学原理,当基站侧天线数远大于用户天线数时,用户间干扰将趋于消失,而巨大的阵列增益将能够有效地提升每个用户的信噪比,从而能够在相同的时频资源上支持更多用户传输。另外,大规模天线技术应用后,可以自动调节各个天线发射信号的相位,使其在手机接收点形成电磁波的叠加,从而达到提高接收信号强度的目的,因此天线数目的进一步增加将是无线收发技术继续演进的重要方向。

目前4G所用的天线数目大多在2x2(即2根发射天线和2根接收天线),5G网络应用的基站天线数甚至可以达到256根,复杂度大幅度增加。

据GSA及运营商官方数据统计显示,全球已宣布商用及正在商用部署的4.5G网络已达30张,采用4x4MIMO技术。而今年9月9日,日本软银(SoftBank)宣布“5GProject”正式启动,在第一阶段应用大规模天线技术。软银表示在东京城区4个地点进行的实验实现在MassiveMIMO打开时与关闭时比较,平均可以提升约6.7倍通信速度。

对于天线供应商而言,大规模天线技术不仅是在数量上的增加,天线的形式也将实现无源转向有源化。有源天线将天线阵列中的每个单元与相应的射频/数字电路模块集成在一起,实现每个单元的单独控制,从而完成波束赋形,因此未来拥有射频器件开发能力的天线厂商将占有更多话语权。

此外,有源天线阵列早在数十年前就已用于相控阵雷达系统中,而5G将来使用的毫米波也属于雷达的传统频段,因此我们判断未来传统的雷达设计、开发单位在移动通信领域也将占有一席之地。

超密集组网

为满足移动网络数据流量增大1000倍以及用户体验速率提升10~100倍的需求,和5GHz以上高频谱带来的单基站覆盖范围缩小的问题,无线网络基础设施也必将加密部署。超密集组网主要应用在局部热点区域,主要包括:办公室、密集住宅、密集街区、校园、大型集会、体育场、地铁、公寓等。在未来无线网络宏基站覆盖的区域中,各种无线接入技术的小功率基站的部署密度将达到现有站点密度的10倍以上。

超密集组网首先直观上带来的就是小基站需求数量的增加。小基站在4G网络中就已经作为覆盖盲点,补充热点的主力,城市里宏基站的站址正在消耗殆尽,小基站凭借其体积小从而能灵活部署的优势,越来越被运营商重视。5G时代,小基站可能被部署在各种各样意想不到的角落,如路灯,公交站牌等。据ABI统计数据,到2014年全球LTE小基站的销量就将达到12.7万个,超过LTE宏基站的11.3万个,2016年小基站收入将增至44.44亿美元,占比约23.9%。

全频段接入

电磁波频谱本质上是一种自然资源,无法创造,因而无线传输增加传输速率有两种方法,其一是增加频谱利用率,其二是增加频谱带宽。增加频谱利用率犹如在同一车道上跑更多的车,容易造成拥挤出错而影响传输效率,因而增加路的宽度即频谱带宽的方法显得更简单直接。目前常用的6GHz以下的频段已经非常拥挤,因而要实现移动通信高速率传输必须用到6GHz以上的高频段。目前28GHz频段和60GHz频段是最有希望使用在5G的两个频段,28GHz频段的可用频谱带宽可达1GHz,而60GHz频段每个信道的可用信号带宽则到了2GHz,相对于4G的100MHz的频谱宽度翻了10-20倍。但6GHz以上的高频率电磁波衰减较为严重,因此5G规划6GHz以下低频段是5G的核心频段,用于无缝覆盖;而高频段作为辅助频段,用于热点区域的速率提升。目前高频通信在雷达等军事领域已经获得应用,但是在蜂窝通信领域的研究尚处于起步阶段。目前芯片领域已经加紧6GHz以上电磁波领域的研究,包括Anokiwave、博通、英特尔、Qorvo、高通、三星以及其他不断涌现出来的厂商,正在开发相关芯片并有商用计划。Qualcomm收购了专注于毫米波技术的以色列科技公司Wilocity,并于10月18日正式发布了全球首款5G基带X50,集成骁龙X505G调制解调器的首批商用产品预计将于2018年上半年推出,服务韩国平昌冬奥会。Broadcom已经推出了60GHz的收发机芯片,该产品主要针对60GHz频段的WiFi标准(802.11.ad)。

此外,放大器,双工器,滤波器等相关射频组件也将迎来一波产业大幅成长和升级需求。对于放大器而言,传统的硅基器件已经不能满足高频段的要求,化合物半导体(如GaAs、InP,GaN)则在高频段拥有优良的性能,特别是GaAs和GaN基本已经成为高频段放大器的唯一选择。而滤波器由于天线要实现有源化和小型化,现有的同轴腔体滤波器也将会被介质滤波器等技术替代。

新型多址技术

多址技术主要是分配用户占用的无线资源(时,空,码和频域),以达到接入多个移动用户的功能。1G采用频分多址(FDMA),只能提供模拟语音业务;2G主要采用时分多址(TDMA),可提供数字语音和低速数据业务;3G主要采取码分多址(CDMA),4G采用正交频分多址(OFDMA)支持更高的速率和更多的用户容量。对于5G而言,由于要大幅度提升系统频谱效率和支持海量设备连接,无线资源需要被更灵活和更好效率的利用,因此新型多址技术需要在空/时/频/码域的叠加传输。

目前业界提出的技术方案主要包括华为提出的基于多维调制和稀疏码扩频的稀疏码分多址(SCMA)技术、中兴的基于复数多元码及增强叠加编码的多用户共享接入(MUSA)技术、大唐提出的基于非正交特征图样的图样分割多址(PDMA)技术以及NTTDocomo提出的基于功率叠加的非正交多址(NOMA)技术。目前各种多址技术尚在讨论阶段,标准尚未最终决定。

新型多制技术通过多用户的叠加传输,提高了用户连接数,有效利用了系统频谱资源,通过免调度竞争接入,还可以大幅度降低时延。

新型网络架构

传统的电信网络由于还是以保证语音通话质量为目标,因此对网络的每一个网元的都有苛刻要求,这就导致了成本的居高不下和灵活性不够。为了应对5G业务的多场景需求,必须引入以SDN/NFV为代表的新型技术,从而实现灵活的网络部署和高效的网络运营。5G网络架构包括接入云、控制云和转发云三个域。接入云可以支持多种形态的接入技术网络,针对各种业务场景选择部署,通过灵活的集中控制配合本地控制及多连接等无线接入技术,实现更灵活的组网部署和更高效的无线资源管理。控制云在逻辑上作为5G蜂窝网络的集中控制核心,由多个虚拟化网络控制功能模块组成,实现局部和全局的会话控制、移动性管理与服务质量保证,从而满足业务的差异化需求。5G网络转发云基于通用的硬件平台,在控制云高效的网络控制和资源调度下,实现了控制面与数据面的彻底分离,实现海量业务数据流的高可靠、低时延、均负载的高效传输。

基于“三朵云”的新型5G网络架构打破了封闭的垂直烟囱式架构,转向开放的水平架构,中间环节将会没入云端或者是向底层转移,网络将会变得扁平化,集约化,简洁化,柔性化和开放化。软硬件解耦后,硬件管性能,软件管功能,这样的分工不仅有利于产业链开放,而且有利于技术业务创新。未来,移动互联网将会实现从被动适应网络向网络主动、快速、灵活适应互联网应用的根本性转变,运营商将摆脱管道化而更多的参与到应用和内容的建设中来。

5G孕育上游企业投资空间

从5G在2020年开始商用的时间线来看,我们认为产业升级首先受益的是上游元器件厂商,其次是系统集成商,再次是下游运营商和终端设备商。按照公众通信提速降费的趋势,运营商的投入资本相对于4G和3G而言不会大规模上升,因此5G带来网络扁平化将带动投资将向基站前端单元和网络云后端设备转移,我们看好前端单元具有技术护城河的子行业如:基站天线,射频器件等。

基站天线

基站天线占基站设备的比例约在2.8%-4%左右,随着天线数量升级到4.5G的4x4和5G的大规模天线阵列以及天线从无源转向有源,基站天线采购比例将逐步提升。

此外工信部在2016年6月批准了中国电信使用800MHz和2100MHz频段开展LTE组网,同意中国联通在上海、江苏等14个省市在900MHz频段上开展LTEFDD技术试验。此次工信部批准中国电信和中国联通4G低频组网,旨在降低运营商在农村移动网络的建设成本,以期完成国务院“2017年底4G网络全面覆盖城市和农村”的目标。我们预计此次频率重耕将在2017年到2018年对基站天线的采购形成有力推动。

据智研咨询统计,2010-2013年基站天线市场呈现平稳发展趋势,2014年基站天线市场规模增长近200%,源于4G基站组网更密集和2*2MIMO技术的引入。未来5年基站天线将进入快速发展的轨道,2017-2019年预计基站天线市场复合增速为35%。

未来在市场具有深厚技术积累的天线公司将会收益,此外雷达天线研发厂商也可能通过毫米波天线阵列的技术切入通信天线市场,所以也值得关注。我们重点关注:通宇通讯,建议关注:盛路通信,宜通世纪和四创电子。

基站射频器件

基站射频器件通常包括,滤波器、双工器、塔顶放大器、合路器等。其中占比较高,技术含量较高的是放大器和滤波器。在2G网络基站中,射频器件价值占整个基站价值的比重约为4%,3G和4G技术中射频器件逐步提升至6%~8%,随着基站朝着小型化方向发展,射频器件的价值占比将会进一步提高,未来5年将是基站射频器件更新换代的高峰。

放大器方面,氮化镓器件将替代目前的硅器件。目前市场上的基站功放以基于Si工艺的成熟LDMOS技术为主,其成本较低,市占率在90%以上。但LDMOS技术的极限频率不超过3.5GHz,也不能满足视频应用所需的300MHz以上带宽。因此输出能量密度更高,工作环境温度也更高,更高的输出阻抗的氮化镓(GaN)器件将成为未来的替代选择。目前,由于绝大部分射频氮化镓器件是用又贵又小的碳化硅做衬底生产,其成本不能满足民用通信的要求,目前只能运用于军用雷达和电子战系统。不过各大厂商正在努力改良制造工艺,诸如Macom和Qorvo等国际厂商计划将晶元尺寸从3英寸或4英寸提升到6英寸和8英寸,制造成本有望大大降低。根据StrategyAnalytics的统计,2015年射频氮化镓市场规模达到3亿美元,而2020年射频氮化镓市场可达6.885亿美元。

滤波器方面,基站的集成化和小型化使得原有的大体积同轴腔体滤波器不再满足要求。目前业界正在研究新的替代方案,新型介质滤波器可能将会替代原有的同轴腔体滤波器。此外,原用于手机终端的体声波滤波器(BAW)器件也在挑战更高的功率密度,不久就会有可用于小蜂窝基站应用10W级器件的问世。

目前基站系统中射频器件中很大一部分被国外公司垄断,未来国产化替代将会是市场方向。我们重点关注:武汉凡谷,建议关注:三安光电,大富科技和春兴精工。

A股相关投资标的

通宇通讯(002792.SZ)

广东通宇通讯股份有限公司创立于1996年,从事通信天线及射频器件产品的研发、生产、销售和服务业务已经20年,到目前为止,已超过500万面天线在网应用。客户包括中国移动、沃达丰、中国联通等全球前十大运营商,华为、爱立信、诺基亚、阿里卡特-朗讯、中兴通讯全球前五大主设备商。通宇通讯基站天线业务位列国内第二,全球第七,是国内基站天线企业的领头羊。

受运营商建设周期影响收入下滑,未来业绩有望恢复增长。公司收入跟运营商建设周期同步,2014年4G建设达到顶峰,2015年受中国移动网络建设投资减少影响有所下滑。于此同时,联通与广电的4G网络建设都处于上升期,所以2016年整体4G建设规模与2015年是基本持平,但由于联通和电信项目有所推迟,公司业绩将会延期释放。2017年4.5G的商用,将促使许多运营商升级天线系统,此外公司2016年7月中标中国电信LTE基站天线集采,金额为2.69亿元,加上电信的800MHz频率的重耕带来的需求,2017年业绩有望恢复增长。

海外市场空间巨大。全球4G网络发展极不均衡,根据GlobalLTEPricingTariffTracker的数据,全球4G用户总数已经达到了10.5亿,其中中国、美国和日本的用户占到近2/3,大量的发展中国家需要建设和更新通信网络,因此随着国内4G建设周期的过去,国外市场将是公司拓展的重点。公司大力推进国际营销网络建设,扩建印度、美国、巴西和瑞典等4个主要营销网络,新建日本、阿联酋,新加坡,墨西哥、西班牙、俄罗斯和南非等7个国际营销服务网络。同时,通过收购滤波器全球领先厂商芬兰prismMicrowave,公司不仅获得5G关键的滤波器小型化技术,而且获得了占据重要地位的欧洲设备商渠道。

以技术立足,积极开发新一代网络的天线和射频技术。在天线微波这样专业化的领域,技术为立足之本。公司自成立以来就十分注重技术和品质,不打价格战,因此产品毛利率高于竞争对手摩比发展和京信通信。同时公司对研发投入也十分重视,研发费用率在同类企业中也是最高的。针对5G对天线提出的更高要求,公司在天线有源化,小型化和集成化方向发力,天线解决方案被爱立信和诺基亚演示的5G新技术使用,充分说明了公司的技术实力。

武汉凡谷(002194.SZ)

武汉凡谷前身是成立于1989年的武汉凡谷电子技术研究所。目前,公司注册资金55588万元,拥有员工近3000人。公司长期专注于发展移动通信天馈系统射频器件的核心技术,近年跻身国际一流的射频器件独立供应商。公司主要产品包括各种类型的双工器、滤波器、射频子系统,相关产品多达200多种,从收入结构上看,双工器、滤波器、射频子系统占营业收入的93.96%技术投入将显成效,专利数量持续增长。公司针对下一代移动通信系统积极准备,积极准备多种型号的POI、ODU、微波天线、介质滤波器等项目的研制,2016年上半年研发费用同比增加1395万元,增幅达35.74%;此外,公司申请专利数量持续增长,截至2015年12月31日,本公司共获得157项专利,其中发明专利18项,实用新型专利139项,另有23项专利正在申请过程中。技术投入和形成的专利将为公司树立起牢固的护城河,无形资产转化成业绩值得期待。

定增突破产能瓶颈,介质和微波产品迎合小基站趋势。2016年9月,公司公告定增13亿用于天馈系统扩建,新型介质滤波器研发等项目。目前公司的产能利用率接近100%,此次定增将使得公司目前的年产200万产能扩大到年产330万,新增的130万套移动通信天馈系统产品中包括新产品数字微波收发信机2.7万套、移动通信基站射频器件127.3万套,以缓解产能不足的瓶颈。其中,新增的数字微波收发信机及新型介质谐振器产品是未来基站小型化的关键元件。介质小型射频器件能大大降低基站体积与能耗,而微波收发信机则是小基站回程通信的主流解决方案,因此新产品未来有希望受密集组网建设带动而快速增长,提高公司的盈利能力。

地波雷达有望切入军工领域,与公司现有业务形成协同。地波雷达是公司全资子公司德威斯与武汉大学合作研发的军民两用项目,该雷达目前用于海洋监测与海洋搜救等,公司目前已经取得了军工资质,有望通过迪波雷达产品在军用领域取得突破。

此外,公司在雷达频段的技术积累将助力5G毫米波产品的相关研发,形成协同效应。

风险提示

5G标准落地滞后的风险:目前5G标准还在制定当中,特别是高频段的毫米波技术还有待开发和验证,未来落地存在开发滞后风险。

运营商网络投资放缓的风险:2015年4G在中国才开始大规模商用,距离2020年5G开始商用仅仅5年时间,如果市场需求没有打开,运营商可能放缓5G建设的脚步。

成本上升的风险:5G涉及的技术十分复杂,设备商和元器件供应商研发费用可能会大大增加,从而给厂商带来成本压力。

(完)

股市有风险,投资需谨慎。本文仅供受众参考,不代表任何投资建议,任何参考本文所作的投资决策皆为受众自行独立作出,造成的经济、财务或其他风险均由受众自担。

商用 技术 华为

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