智芯研報 | 5G,從改變連接到改變社會

2019-09-27     智芯諮詢
5G(第五代通信技術)作為下一代通信技術,決定了未來十年整個電信行業的發展方向,因此在標準制定的過程中備受行業內各個板塊的高度重視。5G 的技術標準和應用場景直接決定了設備製造、網絡建設及運營服務等領域的未來走勢。

5G,從改變連接到改變社會

5G 技術最核心的改變就是通過對三大應用場景的定義豐富了網絡連接的適用範圍,進而滿足了新增的連接需求,將網際網路從「人」進一步擴大到「物」。如果說 4G 改變了人與人之間的連接方式,那麼 5G 就改變了「人與物」及「物與物」的連接方式。


5G 技術是對 4G 技術的一次全面革新,在速率、連接數、時延三個方面有巨大改善。這三個方面分別對應5G 提出的三個核心應用場景:增強移動寬頻(eMBB)、海量機器通信(mMTC)和超高可靠低時延通信(uRLLC)。

增強移動寬頻(eMBB):增強移動寬頻主要帶來的改進是移動連接速率的大幅改善,峰值速率(從1Gbps 提升到 10Gbps~20Gbps)和用戶體驗速率(從 10Mbps 提升到100Mbps~1Gbps),在保證廣覆蓋和移動性的前提下為用戶提供更快的數據速率。頻譜效率提升 3 至 5 倍,降低了運營商提供流量的單位成本。

低功耗超大連接(mMTC):主要針對了傳輸速率較低、時延容忍度高、成本敏感且待機時間超長的海量機器類通訊,是當下物聯網的進化版本。連接密度每平方公里超過100 萬,電池壽命超過 10 年。為今後大規模的物聯網發展提供可能性。

低時延高可靠(uRLLC):主要針對了特殊的應用場景,這些場景對網絡的時延和可靠性有著特殊的要求,如工業控制、車聯網等。在5G 的技術標準下,用戶層面的時延要控制在 1ms 之內,這樣才能滿足特殊場景作業的需求。


可以發現,5G 帶來的運營商服務的變化大致可以分為兩類。一方面是現有服務的改進,主要是增強移動寬頻,進一步提升運營商提供無線流量的能力,在數據速率和流量容量上大幅提升運營商現有能力。另一方面是新服務的拓展,海量物聯網連接幫助運營商向物聯網和垂直行業進行滲透,低時延高可靠幫助運營商向特定應用場景擴展服務範圍。

5G 帶來的實質性轉變實際上主要是指運營商的新增業務,向物聯網和特定應用場景等方面的進一步擴張,這會大大增強移動網際網路的實用性和適用範圍,改變人與物的信息交換方式,從而帶來社會層面的信息交互方式的轉變。


中國 5G 技術研發走在世界前列。以華為、中興為代表的設備商和三大運營商在 5G 技術方面進行深入合作,已經完成了5G 技術研發試驗的第一、第二階段相關測試及第三階段NSA(非獨立組網)測試。目前第三階段 SA(獨立組網)測試已全面啟動,SA 外場試驗預計在 2019 年初步完成。

全球主流運營商已公布 5G 商用時間點。全球已有 55 家移動運營商公布 5G 商用計劃,其中 40%計劃在 2018 和 2019 年商用(中東地區最早),其它60%計劃在 2020 年後商用。初期 5G 商用將主要用於高密度城市中心區域及產業創新集中的領域,以便在郊區和農村區域部署之前測試網絡性能和用戶使用水平。


各國在 5G 頻譜開發的側重點有所不同。美國、日本、韓國等 5G 先行國家重點開發 28GHz的毫米波頻段,而我國和歐盟則側重於開發中低頻段。根據工信部發布的5G 頻譜規劃,中國 5G 中頻段為 3.3~3.6GHz 和 4.8~5.0GHz,而 24.75~27.5GHz 和 37~43.5GHz 高頻段將用於 5G 高頻技術研發試驗。

由於應用場景更加多元化,5G 頻譜資源使用時也會更加複雜。在低頻段實現物聯網功能,中頻段實現一般通信功能,在高頻段實現超大帶寬的毫米波傳播。這與 5G 應用的複雜程度高於 4G 是相一致的。通過網絡切片技術,5G 網絡可以獨立地管理好各個應用層面的獨特網絡需求。

5G 通過新連接構築新生活

5G 相較於 4G 將實現速率、連接數、時延等各方面指標的大幅提升。在系統性能方面,5G 技術將實現 10~20Gbps 的峰值速率,100Mbps~1Gbps 的用戶體驗速率,每平方公里100 萬的連接數密度,1ms 的空口時延,500km/h 的移動性支持,每平方米 10Mbps 的流量密度等關鍵能力指標,相對 4G 提升 3 到 5 倍的頻譜效率、百倍的能效。

2019 年將率先出現的 5G 產品及服務:5G VR/AR 早期產品、高速率低時延無人機、5G 車載移動醫療試點、車載 4K 高清視頻、早期自動駕駛、車路信息感知平台等。

基礎通訊功能僅是 5G 應用中的一小部分,在商業和工業領域應用的物聯網應用才是 5G真正發揮作用的藍海,5G 三大應用場景的規劃滿足了產業網際網路對移動通訊網絡要求。

我們認為 5G 應用中以高清視頻傳輸、VR/AR 產品為代表的大帶寬應用將首先實現商用;其次,以物聯網和大規模連接為代表的智慧城市、工業應用將快速普及;最後以人工智慧和自動駕駛為代表的先進技術將在 5G 網絡的輔助下加快發展。


三大應用場景分別對應著不同的實際應用。eMBB 針對的大流量應用場景有 3D/4K 等格式的超高清視頻傳輸、高清語音(或多人高清語音或視頻),更先進的雲服務、AR/VR 等。mMTC 對應的應用場景主要是物聯網目前涵蓋的範圍,包括智能家居、智能交通、智慧城市等。uRLLC 場景對應的特殊應用場景包括工業自動化、自動駕駛、移動醫療等。

泛在現實(UR)

泛在現實(Ubiquitous Reality)將成為 5G 技術 eMBB 場景的核心應用之一。泛在現實在4G 網絡下的應用主要體現在 VR(虛擬現實)和 AR(增強現實),但受制於現有4G 網絡在低時延、高速率傳輸等方面仍有待優化,因此還處於 VR/AR 本地傳輸階段。隨著 5G eMBB 場景的開發,將實現毫秒級時延及高速率傳輸,泛在現實的應用場景有望進一步增強。


從車聯網到自動駕駛

5G 將推動汽車駕駛從「車聯網」演進到真正意義上的自動駕駛。當前在 4G 網絡下,網聯汽車是已經實現的一類應用場景,但通過 5G 網絡的賦能可以使汽車駕駛從網聯汽車進一步演進到真正意義上的自動駕駛。中國三大運營商已經在車聯網、車連接、遠程信息處理等領域進行積極布局,並與垂直領域的合作夥伴推出多種應用方案。根據中國信通院《5G 經濟社會影響白皮書》,預計到2030 年我國車聯網行業中 5G 相關投入大約 120億元左右。


智能製造

5G 技術將進一步推動工業領域智能製造的發展。5G 技術在智能製造中的應用將主要體現在機器和機器人技術、遠程實時製造、現有勞動力增強以及智能分析領域。根據中國信通院《5G 經濟社會影響白皮書》,預計到2030 年,我國工業領域中 5G 相關投入約達2000 億元。電信運營商在智能製造領域可以通過為客戶單獨提供連接或提供完整成套服務來獲得利潤,後者能夠提供更高的整體值。


預計 2025 年全球 5G 連接數將達到百億量級。根據 GSMA 預測,2025 年全球將擁有 14億 5G 移動用戶,其中中國 4.3 億,是 5G 最大的市場。中國 5G 網絡滲透率將達到 28%,與歐洲持平,低於美國、韓國和日本。根據IDC 預測,2025 年全球物聯網終端連接數將達到 822 億,其中 170 億(約 20%)是通過 5G 的物聯網連接。


5G 應用場景仍需進一步完善

儘管 5G 提出的應用場景對應了三大應用場景及其所包含的數十個具體應用,但是目前這些應用仍然沒有充分反映出 5G 網絡帶來的革命性變化,以及採用 5G 網絡的必要性。我們認為,實際需要5G 的應用相對匱乏的原因主要有兩個方面:一是 5G 僅僅是在網絡連接層面提供了革命性的技術進步,但是實際的應用需要相關的垂直領域同樣取得革命性的技術進步,目前這些領域雖然發展迅速,但是距離實際的大規模商用還尚有距離;另一方面是目前的網絡已經可以覆蓋一些應用場景(下圖中白色部分的應用已經可以被目前的行動網路覆蓋,灰色部分需要5G 提供行動網路覆蓋),如果考慮 Wi-Fi 的補充,那麼尚需 5G 覆蓋的應用場景會更少。


從上圖中可以看出,最需要 5G 網絡覆蓋的服務實際上位於象限的右上方(即低時延大流量服務),具體的應用包括自動駕駛、工業自動化、AR/VR、遠程醫療等。但是這些應用仍然處於早期研發階段,因此實際的應用場景和市場規模仍有較大的不確定性,因此對行動網路的實際需求也不明朗。

5G 將會是供給方主導下的長期網絡演進

根據我們之前的分析,可以得出兩個結論:一是 5G 目前並沒有需求端的強有力的拉動,實際上變成了供給側自發推動的技術進步;二是 5G 所提出的潛在應用場景,已經有不少可以被目前的網絡所覆蓋,缺乏突破性的應用革新。

也正是這兩個原因,導致 5G 網絡的發展和 4G 網絡有明顯的差異性。4G 網絡發展的時候,網際網路內容已經非常豐富,對於移動上網的需求強有力地拉動了網絡建設和 4G 服務的快速滲透,是典型的需求端拉動的技術進步;而且相對於3G 網絡,4G 網絡在早已成熟的上網需求層面給出了更好的移動解決方案,有效地促使了用戶快速地轉向 4G 服務。


我們相信,5G 網絡將是供給方主導下的長期網絡演進。這種網絡的升級將分為兩個層面:一是在需求不足的情況下,網絡的建設將是長期的漸進式投資,運營商的投資將會按照實際的需求首先進行熱點覆蓋,然後逐步擴大;二是4G 網絡仍將會長期存在,長期承擔主要針對個人用戶的電信服務,因為 4G 已經提出了 All-IP 服務的理念,這與 5G 的網絡演進相吻合,因此在網絡承載能力允許的情況下,用戶和運營商都沒有足夠的動力向5G轉型。

除此之外,從全球範圍內看,4G 和 5G 網絡之間的切換並不會那麼快的發生,按照 GSMA Intelligence 的預測全球 4G 的滲透率將在 2030 年左右達到峰值,然後由於用戶轉向5G 開始出現滲透率下降。

通信技術的推出和推廣中間存在約 20 年的時差。從歷代通信技術的發展而言,大約 10年就會有一代通信技術的推出,而通信技術的推出到滲透率達到頂峰大約需要近 20 年的時間。這個約 20 年的時間缺口與運營商穩步推進網絡建設,用戶逐步遷移相一致。技術的推出到運營商逐步建立起網絡覆蓋需要10 年左右的時間,用戶開始淘汰舊技術轉向新服務還需要 10 年的時間,在這 10 年內運營商不斷降低新服務的資費,逐步淘汰舊服務網絡,完成網絡的疊代更新。

4G 時代這個時鐘的規律仍然有效,全球範圍內4G 建設依然處於網絡發展建設的早期階段,歐洲、東南亞、非洲、南美洲這些地方仍然是以 3G 服務為主。但是中國跳出了這個時鐘規律的範疇,中國從2015 年開始,4G 的網絡發展和用戶滲透率的提高進入了一個超速發展的階段,使得 3G 網絡的服務生涯戛然而止。我們認為中國的 4G 出現跳躍式發展的背後主要包含以下原因:

中國的電信市場存在嚴重的不對稱競爭。中國移動獨大的局面使得其在行業內具有較強的話語權。網絡的建設發展,服務的推廣普及都較為依賴中國移動的一家運營商的做法。因此當中國移動放棄3G 網絡,轉而大力發展 4G 網絡的時候,我國的移動用戶結構很快發生根本性轉變。

3G 時代運營商面臨不對稱監管。3G 時代中國移動因為網絡制式的原因在競爭中處於不利地位,網絡質量、網絡建設成本、用戶體驗均相比處於劣勢,因此急於改變自身不利局面。因為網絡制式問題,中國移動直接跳過了3.5G 的發展,進入 4G,通過 4G 網絡服務對其他運營商進行降維打擊,扭轉了頹勢。

4G 網絡發展出現搶跑。中國移動率先拿到了4G 牌照,先於其他運營商開始發展 4G服務,為了充分利用這個搶跑優勢,中國移動進行了跨越式的網絡發展,在 2014、2015 和 2016 年三年間進行巨額投資,拉大了與其他運營商的差距。而其他運營商只能被動跟進,與中國移動進行直面競爭,因此也在短時間內進行了巨額投資,集中精力建設4G 網絡,導致我國的網絡發展在短時間內出現躍進。

我們認為 5G 時代這種現象將出現改善,首先在終端用戶層面 5G 短時間內帶來的改進不會帶來明顯的用戶體驗升級;其次 4G 階段,運營商的網絡不存在明顯的優劣之分,運營商搶跑的動力被削弱;而且,4G 時代的巨額投資建成的網絡有待充分利用,提高投資回報率。因此,我們認為5G 時代,我國將會回歸通信技術發展時鐘的規律。同時,從供給端來看,也缺乏加速網絡發展的動力。

5G 時代,運營商的網絡建設將長期穩步進行

我們認為 5G 時代,運營商的網絡建設將呈現出穩步推進、長期漸進的特點。4G/5G 網絡將出現長期共存的局面,並且分工明確。5G 網絡將在高流量密度的熱點區域、物聯網等場景下提供服務,而4G 仍將作為廣覆蓋的移動通信網為終端消費者提供通信服務。

運營商 5G 投資思路發生轉變

5G 目前的試驗頻段要比 4G 更高,這意味同等情況下,基站的覆蓋範圍會明顯縮小,為了實現5G 覆蓋,運營商就需要進行更大規模的投資,建設更多 5G 基站。這樣的投資對於運營商而言壓力過於沉重,因此運營商會改變之前快馬加鞭全面覆蓋的做法,轉為穩步推進,按需投資的思路。

5G 應用端的需求不足也為運營商的這一投資思路提供了支持,在供給端主導的技術進步中,網絡建設將更具彈性,運營商會按照實際產生的需求進行網絡規劃,按需建設提高投資回報率。因此,我們預計2020 年之後也不會出現大規模集中建設的局面,5G 網絡將會是漸進式的網絡改善。

5G 競爭結構更加公平

目前三大運營商 4G 網絡的服務質量不存在明顯的優劣,三家運營商的 4G 滲透率也接近高位,4G 網絡巨大投資之後的回報期才開始不久。我們認為沒有明顯的跡象表明有運營商會存在搶跑的動機。而由於 5G 網絡制式將更加統一,運營商的牌照發放也不會存在先後順序,大機率下將會是三家運營商同時獲牌,因此也不會存在運營商被迫跟進的局面。

運營商在進行網絡建設時面臨「囚徒困境」的局面,如果運營商「有默契」的選擇延緩網絡建設進度放棄大規模集中建設,那麼運營商的利潤、現金流等財務指標都會表現更好,但是如果有一家運營商選擇了先建設,那麼其他運營商就會陷入被動挨打的局面,只能被迫跟進。最終導致所有運營商都會選擇率先發展網絡建設,而現金流惡化,利潤率受到影響。

4G 時代這個情況尤為明顯。那麼在5G 時代運營商的「囚徒困境」有望得到改善嗎?我們認為答案是肯定的。首先,運營商有望同時獲得5G 牌照,那麼就不會出現 4G 時代有運營商率先獲得選擇權;其次,5G 時代打破「囚徒困境」的關鍵在於 5G 網絡需要的巨額投資,這使得沒有一家運營商有實力獨自完成5G 網絡的集中大規模建設,因此搶跑優勢會被削弱,搶跑動力也會被相應的減弱;最後,運營商的網絡建設環節出現了新的角色,即鐵塔公司,這會導致運營商的網路建設沒有辦法完全按照自己的步驟進行。

因此,我們認為 5G 周期中,運營商的生存方式將會出現明顯的轉變。4G 網絡將會長期負擔起基礎通信業務,其投資紅利期將會被相應地拉長;5G 的網絡投資將會在 2020 年左右牌照發放後正式展開,並且5G 的投資將會是漸進式的推進;運營商憑藉 5G 網絡的發展有望繼續進行服務的擴展,深化在物聯網垂直領域的發展。

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