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产业研究

5G技术的原理是什么?有哪些相关产业链

更新时间:2020-01-31 08:50 点击数:


  5G其实是第五代移动通讯技术的简称,是一种类基础设施的通讯标准和底层技术。它极大的提升了数据的传输速度,为未来互联的应用场景打开了想象空间,未来基于大数据传输量的应用场景将在5G技术的支持下大量涌现,VR虚拟现实、无人驾驶、工业4.0、物联网、人工智能、云计算、远程医疗等等场景以及众多交叉性应用都将得到广泛的应用及提升。

  所以对5G的布局,是建设未来信息社会的基础设施的制高点,也是培育众多新技术应用的起点,对国家占领新的科技高地具有长期战略性的意义。

  当然这是标准上理论的数值,真正的商业下会有不同,但是不可否认5G技术下的传输速率理论上比4G条件下快了100倍,相当于一下子提升了两个数量级,这种飞跃所带来的科技变革和社会效用将不可估量。

  在5G技术实现的这种数据传输速度的支持下,将真正实现互联,为社会的发展带来巨大而深远的影响。这堪比是一场科技。所以回看全球主要国家都在紧盯5G技术的科技制高点,就是在竞争未来时代发展的先机。我们可以预见任何国家的发展如果在5G的竞争中落后,国家间将会以极快的速度拉开差距。所以5G技术的布局关系到国家未来长期的科技发展,也是一个全新的战略起点。正因为5G技术这种重要的战略意义,所以美国才会不惜国家的力量来和遏制我国5G技术的领先企业华为公司的发展。

  虽然5G通讯在技术实现上非常复杂,但在通讯基础原理上却非常简单,也不是什么秘密。我们都知道最初的通讯都是靠电磁波传输的,电磁波都是以光速进行,其速度不能改变,改变的只能是频率。因此提升数据传输速率只能够通过改变载波频率得以实现。

  5G技术选用的电磁波信号波长是比4G技术更短的波长,形象来说这就好比在同样长度的列车上多加了车厢,这就是5G技术数据传输速度得以提升理论基础。

  但是长波与短波相比它的优势是传输距离远,抗干扰能力强以及能耗低。所以5G技术相对于4G技术,其除了数据传输速度快外,其问题就是信号覆盖距离短,抗干扰能力低以及能耗高的问题。所以覆盖同一个区域,需要的基站数量将大大超过4G:

  5G建设周期可以按先后顺序分为规划期、建设期和应用期。除运营商外,大部分细分行业只归属于其中一个阶段。规划期主要是5G网络的规划和设计,而建设期涉及较多细分行业。我们以无线设备、传输设备和终端设备的逻辑将这些细分行业再分割为三个类别:

  1)无线设备以基站为主,包括基站天线、基站射频、基站光模块和小微基站等,其中基站射频器件包含滤波器、功放、PCB、集成功率放大器(PA)和天线)传输设备涵盖传输主设备、光纤光缆、光模块以及SDN/NFV解决方案;

  3)终端主要有基带芯片、终端射频器件、LCD模组、通讯模块等,终端设备是建设期第一阶段的投资对象,先于基站系统以及网络架构。

  最终的应用期,5G凭借超高可靠性和超低时延的卓越性能推动超高清视频、自动驾驶、智慧城市等产业的发展。

  ● 基站天线及射频:无线射频主要由许多个射频器件组成,这些射频器件主要是负责将电磁波信号与射频信号进行转换。基站天线是基站设备与终端用户之间的信息能量转换器,需求主要来自运营商和设备商,受需求量和技术结构升级影响天线预计量价齐升。

  ● 基站PCB:5G时代天线集成度要求显著变高,AAU需要在更小的尺寸内集成更多的组件,需要采用更多层的PCB技术,因此单个基站的PCB用量将会显著增加,技术壁垒全面提升。并且5G基站的发射功率较4G大幅扩大,要求PCB用基材全面升级PCB的加工难度也会显著提升。预期到2026年,建设基站所需的PCB市场空间约为292亿元

  ● 基站滤波器:滤波器是射频模块的关键部件,长期来看,由于介质滤波器具有体积小、介电数高、损耗小特点,或将取代腔体滤波器成为主流。预期到2026年,建设基站所需的滤波器市场空间约为473亿元

  ● 小基站:小基站信号发射覆盖半径较小,适合小范围精确覆盖,作为宏基站的有效补充。根据SCF预测,2015年至2025年小基站建置数量复合成长率为36%至7,000万站,保守估计5G小基站市场规模有望超过1,000亿元市值。

  ● 核心网:核心网是负责处理和管理数据的中枢网络。5G核心网主要采用的是SBA(ServiceBasedArchitecture)架构,是基于“云”上的通信服务架构。将核心网模块化,软件化以更简便的方式应对5G的三大场景

  ● SDN/NFV:SDN和NFV将是5G核心网中的关键技术,两者在网络层面互不依赖,SDN更偏向硬件分离管理,NFV偏向部分传统硬件功能的软件化。

  ● 光纤光缆:5G基站的密集组网,需要应用大量的光纤光缆,对光网络提出了更大的需求和更高的标准。根据CRU报告,预计至2021年全球及中国光缆需求量将分别达到6.17亿芯公里和3.55亿芯公里。但短期5G建设对于光纤光缆的需求影响并不大,不管是中国还是全球未来的光缆需求同比增长均为个位数。

  ● 芯片:射频芯片负责无线通信,应用处理器就是传统意义的CPU和GPU,基带芯片负责对无线通信的收发信号进行数字信号处理,在整个系统中的介于前两者之间。目前5G芯片领域美国仍占据主导优势,但同时中国芯片制造商也在寻求更大的发展。

  ● 光模块:光模块的主要功能是在光通信网络中实现光电信号的转换,主要包括光信号发射端和接收端两大部分。以建设初期每年建设45万座基站,CRAN部署测算,前传网、接入层、汇聚层和核心层新增需求分别90万、18万、7万和0.3万只。

  ● 主设备商:5G时代迎来了运营商ICT转型和融合,全球设备厂商数量从2G的14-15家,下降至3G时代的6-7家,目前只剩下4家(华为、爱立信、诺基亚和中兴四家)。4家设备商中以华为产业链布局最广,不仅涉及5G、还包含AI、云、软件、芯片开发以及物联网,其他三家在产业布局上稍逊。

  随着硬件领域投资的推进,5G市场的应用也将随之展开。在个人消费领域的手机、电脑将完成新一轮的5G的升级,随之各种新应用的场景也将随着5G技术的普及而逐渐展开。预计这个阶段市场将偏向于软硬件技术上的交叉融合,并诞生一些新的场景应用。

  像物联网、人工智能、云计算等技术也将逐步成为新一代信息技术的在数据应用上的支撑。但后端应用领域多集中在研发和软件上,属性上偏向于人才和资本密集型产业,相关的项目不易于形成固定资产投资。对于一般的中小型城市来说,很难吸引到这些创新应用类企业的落户。

  5G后端应用类的企业,他们的重点更多的倾向于市场,因此从招商角度来看多偏向以市场来换项目。比如类似智能网联汽车等一些新技术的试点或者与城市合作的试验区域等等。所以多关注一些前瞻性的技术产业的概念,一些城市中的试验领域,解决他们与城市合作上的痛点,吸引相关行业进行一些先导性的试验,也可以作为引进相关方向产业群的思和参考方法。所以招商工作从5G这个大方向上看,重点还是在前端细分行业领域的设备生产商,应用次之。

  总之5G是一种增强型技术的应用,它会给各行各业都带来巨大的改变,这种改变也会深刻的影响我们未来的生活,是值得我们重点关注并对此保持的领域。



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