要分析中国5G产业的家底如何,得从全产业链去看。5G产业链从前期的规划设计,到组建器件材料、搭建设备网络,再通过运营商或终端投放应用到各个领域,可以大致分为上游产业、中游产业和下游产业三个环节。
上游产业主要包括规划设计和器件材料两部分,其中网络规划运维主要包括无线接入网、业务承载网等前期规划设计和后期优化运维。5G无线网络规划中主要关注的是业务预测、覆盖规划、容量规划和站址规划。而器件材料则主要包括芯片、光器件以及光纤光缆等。
在为客户提供5G网络规划解决方案方面,华为处于行业领先地位。
低频组网和网络规划方面。在4G时代,客户通过快速提供4G服务,市场份额获得连续增长,而在5G时代,客户还想继续保持先发优势,就必须先于其他运营商部署5G连续覆盖网络,提供高速率5G eMBB体验,才能继续提升网络品牌并保持市场地位。但由于5G相对4G有大量的改进,传统的4G网络规划技术已经不能满足5G网络诉求,客户亟须获得5G网络规划的经验和方法。针对此需求,华为在试验网建设中提供了5G网络规划解决方案及软件平台U-Net支撑客户快速进行网络建设。具体说来,华为基于自研的高精度射线追踪模型以及覆盖预测功能,能够准确仿真CBD、密集城区、普通城区居民区、沿江高速路等环境下的覆盖效果,帮助客户评估不同规划方案的网络性能。此外,使用华为精准站址规划ASP功能,可以根据建网目标从4G候选站址中选择出最佳的5G站址,并提供最佳方向角和下倾角配置建议,保证最佳拓扑和最佳覆盖。
2018年1月,客户与华为联合启动100个AAUC-Band试验网络建设,确定3大区域5大场景的网络规划和部署。依托华为5G无线网络规划解决方案及软件平台U-Net,完成了试验区域的5G站点选择、RF参数规划和对应的覆盖评估,并完成了20+AAU的开通测试。经过试验网的测试验证,华为5G无线网络规划解决方案的准确性得到认可。基于密集城区已建设的5G站点的测试结果对比,华为5G覆盖预测结果与实测RSRP的均值误差和标准差均满足预期,准确性领先。
高频组网和网络规划方面。设想这样一个场景,客户网络是一个典型的多用户单元,用户密度约为400户/栋,楼宇通常为10~30层,每层6~20户。这类高容量价值的楼宇,基本都有DSL/Cable覆盖,但由于物业协调困难,光纤入户难以进入,在这种情况下,采用无线WTTx(无线宽带到户)将是非常好的替代方案。客户要求网络建设好后,用户体验速率能达到:下行峰值速率1000Mbps;在忙时,用户的平均吞吐量需要达到下行25Mbps。针对此需求,华为提供的方案是,在建网前,根据建网目标规划站址和RF参数,提供覆盖仿真结果,这样就可以大大降低客户试验网建设成本;网络建设完成后,继续提供覆盖仿真能力,辅助客户选择测试路线或测试点,减少客户无效测试验证,降低了试验网测试成本;网络建设完成后,华为提供5G覆盖仿真能力帮助客户识别可放号友好用户,和客户规划友好用户CPE安装位置,将单个CPE安装耗时从3小时减少到0.5小时。
芯片产业。芯片,也即集成电路,被喻为“现代工业的粮食”,是物联网、大数据、云计算等新一代信息产业的基石。集成电路产业链分为设计、制造和封测三个部分。其中,设计位于价值链顶端,属于技术密集型产业;制造属于资本密集和技术密集型产业;封测技术含量较低,属于劳动密集型产业。从这三大环节来看,中国在芯片封测环节发展最好,无论在技术水平还是生产规模上,中国企业与国际顶尖企业基本没有什么差距。
但在芯片制造环节,中国企业跟世界一流水平还存在很大的差距。当中芯国际还在苦苦提升28nm工艺的良率时,来自中国台湾的台积电已经掌握了7nm工艺并开始研发5nm工艺了,这意味着中芯国际在技术上与对手至少存在着三代的差距。
而在芯片设计环节,中国企业整体上与国外一流企业存在不小的差距,但在一些细分领域已经有了重要突破。比如,在个人电脑CPU领域有胡伟武教授带领的龙芯中科,在服务器和超算CPU领域则有申威、飞腾等,在GPU领域则有景嘉微、兆芯。
在手机芯片方面,华为海思的麒麟系列,性能已经基本与高通、三星等最先进产品持平,也因此被许多人视为手机芯片厂商的有力竞争者。在5G基带芯片方面,华为发布了巴龙5G01,符合5G标准R15规范,支持Sub-6GHz中低频,以及28GHz高频毫米波,兼容2G/3G/4G网络,主要应用在小型网络终端产品上。
光器件产业。光器件是光网络传输的关键元素,主要分为有源器件和无源器件。简单来说就是,需要电驱动的是有源器件,不需要的就是无源器件,比如光开关不需要外加电源就可以发挥作用,属于无源器件。
光器件产业链可分为“光芯片、光组件、光器件和光模块”。光芯片和光组件是制造光器件的基础元件,其中芯片占据了技术与价值的制高点,国内仍然薄弱;光组件主要包括陶瓷套管/插芯、光收发接口组件等,现阶段中国是光组件产业全球最大的生产地。将各种光组件加工组装得到光器件,多种光器件封装组成光模块。国内高速光模块厂商,如光迅等竞争力正在提升,其下游一般为光通信设备商、电信运营商和数据中心及云服务提供商等。
目前,我国高端光通信芯片市场基本被国外厂商垄断,它们占据了高端光芯片、电芯片领域市场90%以上的份额。光迅科技是国内少数具备光芯片设计及量产能力的企业。在高速率激光器和调制器芯片上,我国仅光迅科技、海信宽带等少数厂商能量产10G及以下速率光芯片,25G基本依赖进口。在无源芯片方面,PLC光分路器芯片国内的光迅科技、仕佳光子、鸿辉光通等已实现批量供应,AWG芯片仅光迅科技、仕佳光子等可以提供,应用于高维数ROADM和OXC设备的WSS芯片主要依赖进口。
总体而言,在光器件产业方面,中国大陆企业与世界一流企业还存在相当大的差距,但在某些细分领域已经逐渐迎头赶上。
中游产业为设备网络,主要包括主设备商(基站、传输设备)、基站/天线(小基站、天线)、网络(SDN/NFV、网络工程、网络优化)、配套(配套设备、芯片终端配套)。这部分是5G全面覆盖的关键,也是各国努力的方向。在设备网络中,传输网络是5G发展的关键,因此基站就显得尤为重要。而我国在基站建设方面的投入远超其他国家,这直接构成了我国的竞争优势。
基站是公用移动通信无线电的台站。在5G时代,“宏基站为主,小基站为辅”的组网方式是未来网络覆盖提升的主要途径。主要是5G时期采用3.5G及以上的频段,在室外场景下覆盖范围减小,加上由于宏基站布设成本较高,因此,需要小基站配合组网。根据3GPP制定的规则,无线基站可按照功能划分为四大类,分别为宏基站、微基站、皮基站和飞基站。飞基站单载波发射功率(20MHz)在100mW以下,覆盖半径为10~20米,主要应用场景为家庭和企业;皮基站单载波发射功率为100mW~500mW,覆盖半径为20~50米,主要应用场景为室内公共场所,比如机场、火车站、购物中心等。就目前而言,这两类基站能够创造收益的时间节点还很遥远,因此当下所提及的基站主要是宏基站和微基站两类。微基站单载波发射功率为500mW~10W,覆盖半径为50~200米,应用场景主要是受限于占地无法部署宏基站的市区或农村;宏基站单载波发射功率在10W以上,覆盖半径超过200米,应用场景主要是城市等空间足够大的热点人流地区。
基站天线性能决定通话功能质量,是基站的重要组成部分。基站天线是基站设备与终端用户之间的信息能量转换器,主要用于发射或接收电磁波,把传输在线的射频信号换成可以在空间传播的电磁波。信号发出过程中,以射频信号经过基站天线转换为电磁波能量,并在预定的区域辐射出去。信号接收过程中,在收到由用户经调制后发出的电磁波能量后,由基站天线接收,并有效地转换为射频信号,传输至主设备。因此,基站天线性能的高低将直接决定移动通话功能的质素。整体来说,无论是基站还是移动终端,天线都是充当发射信号和接收信号的中介。
天线数量提升,5G使用较高频段,基站数量增加并带动基站天线需求量增长。移动通信从2G发展到4G的过程中,每一代制式的升级都伴随着频率的提升,由于低频的使用逐步饱和,于是从低频往高频段拓展。在覆盖相同面积条件下,高频段组网所需基站数更多,主要是频率越高、波长减小、传输距离越远,天线传输损耗则越大,接收到的信号功率显著减少,因此频段上移导致基站覆盖半径进一步缩减。三大运营商2G频谱位于1GHz附近,3G频谱位于2GHz~2.2GHz区间,4G频谱位于2.6GHz。5G频谱方面,根据工信部于2018年关于5G频谱的划分,5G发展初期,三大运营商频谱主要集中在3.5GHz。基站数量方面,目前,3G的基站数量约2G的4.5倍,4G的基站数量约2G的9倍。由于5G使用高频段(毫米波),单基站覆盖范围也进一步缩小,估算5G的基站数量约4G的1.5倍,因而所需基站天线数量也需同时增加。
国内的基站天线企业在全球市场已经占据重要份额,据统计,2011年,中国前四大基站天线厂商(华为、京信、摩比、通宇)出货量在全球基站天线市场仅占据全球20.5%的市场份额,其中华为1.2%、京信11.2%、摩比4.9%,通宇3.2%。到2017年,中国前四大基站天线厂商出货量在全球基站天线市场占据了全球60%的市场份额,其中华为32%、京信13%、摩比8%、通宇7%。
在技术方面,国内基站天线厂商也已经拥有全球核心技术。2000年以前,国内天线产业几乎100%依靠进口;2001—2010年为进口替代期,国内天线品牌本土市场占有率从2002年的25%提升至2006年的90%。2011年以后,受运营商投资放缓的影响,天线行业在激烈的市场竞争中逐渐整合,国内厂商在全球基站发货量占比明显提高。据统计,2017年,全球宏基站天线发货量为453万台,中国企业在前十大天线厂商中占据半数,发货量占比超过60%。其中,华为的天线市场份额占比全球最高,达到32%,京信占13%,摩比占8%,通宇占7%。
下游产业主要是应用,通过运营商、终端将5G应用在工业、通信、智能家居等场景。目前,我国5G技术通过与云计算、大数据、人工智能、虚拟现实等技术的融合,在车联网、智慧医疗等多个场景展开应用。另外,我国正在积极推动5G产业化,三大运营商及华为、中兴等企业加快布局其中。
2017年12月,5GNSA标准冻结,2018年3月MWC上市,华为和中兴便推出了满足NSA标准的5G端到端设备。从标准落地到发布相关产品,我国设备商仅用了三个月,产业化实力不言而喻。
华为作为国产手机领头羊,其5G核心技术的掌握与运用引起了国内外的广泛关注,在2019年11月21日的2019世界5G大会上,华为公司轮值董事长徐直军表示:“华为在5G方面的研究和投入始于2009年,累计投入20亿美元研发资金。”付出必有回报,目前,由IPlytics(德国的一家专利数据公司,在全球的专利统计方面具有权威地位)最新统计数据可知,目前全球5GSEP(英文全称Standard Essential Patent,即标准必要专利)中,华为凭借高达3325件申请量占据绝对制高点,三星以2846件居第二,LG以2463件排第三。同时,华为已在全球范围内获得超过60个5G商用合同,支持全球40多个国家建设了5G网络,5G基站发货总量达40余万。华为5G产品线总裁杨超斌表示,华为在5G方面比同行至少领先12个月到18个月,是全球最大的5G厂商。
中兴通讯是我国最大的通信设备上市公司,也是业界少数具备5G端到端解决方案能力的设备供应商之一,其5G解决方案具备面向业务的端到端切片能力、灵活的功能编排能力,以及按需的业务模块部署能力。截至2019年11月,中兴已经签订了35个5G商用合同,与全球60多家运营商展开5G深度合作。在核心产品和技术方面的领先,奠定了中兴在5G阵营中的领先地位,以及在国内市场的双寡头地位。
在三大运营商方面,中国移动在我国的普及率不言而喻,其在5G领域的努力也显而易见,比如在2018年世界移动大会上,中国移动正式公布将在杭州、上海、广州、苏州、武汉等5个城市开展5G外场测试,此外,还将在北京、成都、深圳等12个城市进行5G业务和应用示范。如今成效显著。比如,2019年10月31日,中国移动在北京、天津、上海、重庆等4个直辖市,以及石家庄、雄安等46个城市正式开启5G商用,并出台5G商用套餐和服务等一系列举措。
中国联通在5G上也不甘示弱,据中国联通研究院5G研究室主任周晶介绍,在ToC(面向普通用户)端,联通目前已在国内47个城市加速5G战略布局,还将寻找有良好商业模式的ToB(面向企业)需求,按需滚动安排。随着5G商用,中国联通将与产业链共同推进5G智联新生态。而一系列5G合作也显示了中国联通在5G领域的不断进步,比如2019年11月7日,中国联通发布首个5G杀手级应用,27日,又与国际乒联中国大陆地区《中国体育》zhibo.tv合作签约,双方联合发布国内首个5G商用直播——“5G沃视频乒乓新视界”新视频直播产品。
中国电信在2018年表示,将在2018年年底前开始对兰州、成都、深圳、雄安、苏州、上海6个城市进行5G网络的测试。2019年3月前,将推出超过1200台支持5G网络的设备。到2020年正式商用阶段,中国电信前期5G终端将会超过2500万部。2019年11月29日,东方网力与中国电信四川分公司在2019中国信息通信大会上签署了“5G+安防”战略合作协议。这一协议也在一定程度上体现出中国电信在5G领域的拓展从未止步。
由此可见,无论是中国终端设备商还是中国运营商,都在以积极的态度投入中国的5G建设和产业创新,力求在5G产业中创造属于自己的优势。而运营商规模化建设5G网络,意味着整个产业链各个节点市场需求量的激增,HIS Markit(一家全球商业资讯服务的多元化供应商)预测,到2035年,5G价值链将创造3.5万亿美元的产出,2200万个工作岗位,其中,中国实现的产出和就业机会将居全球第一。