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2017年中国5G行业市场发展现状及发展趋势分析【图】

2019-06-26 14:2710000人浏览字号:T|T
标签:林黛玉 x5vd 博彩送10

    国际电信联盟ITU在2015年定义了5G三个主要应用场景:增强型移动宽带(eMBB)、大连接物联网(mMTC)及低时延高可靠通信(uRLLC)。根据未来移动通信论坛发布的《5G白皮书》,从信息交互对象不同的角度划分,其中eMBB场景是指在现有移动宽带业务场景的基础上,对于用户体验等性能的进一步提升,主要还是追求人与人之间极致的通信体验,对应的是3D/超高清视频等大流量移动宽带业务;mMTC和uRLLC则是物联网的应用场景,但各自侧重点不同:eMTC主要体现物与物之间的通信需求,面向智慧城市、环境监测、智能农业、森林防火等以传感和数据采集为目标的应用场景;uRLLC应用对时延和可靠性具有极高的指标要求,面向如车联网、工业控制等垂直行业的特殊应用需求。

    我国IMT-2020(5G)推进组定义了5G的主要技术场景:连续广域覆盖、热点高容量、低功耗大连接和低时延高可靠。与国际电信联盟ITU定义的三个场景基本相同,只是我国将移动宽带进一步划分为广域大覆盖和热点高速两个场景。其中,连续广域覆盖和热点高容量场景主要满足2020年及未来的移动互联网业务需求,也是传统的4G主要技术场景,该场景的主要挑战在于随时随地(包括小区边缘、高速移动等恶劣环境)为用户提供100Mbps以上的用户体验速率;而热点高容量场景主要面向局部热点区域,为用户提供极高的数据传输速率,该场景的主要挑战在于1Gbps用户体验速率、数十Gbps峰值速率和数十Tbps/km2的流量密度需求。

    低功耗大连接和低时延高可靠场景主要面向物联网业务,是5G新拓展的场景。低功耗大连接场景主要面向智慧城市、环境监测、智能农业、森林防火等以传感和数据采集为目标的应用场景,具有小数据包、低功耗、海量连接等特点,该场景的主要挑战在于满足100万/km2连接数密度指标要求,保证终端的超低功耗和超低成本。低时延高可靠场景主要面向车联网、工业控制等垂直行业的特殊应用需求,该场景的主要挑战在于需要为用户提供毫秒级的端到端时延和接近100%的业务可靠性保证。

5G主要技术场景及关键挑战

场景
简介
关键挑战
连续广域覆盖
移动通信最基本的覆盖方式
随时随地提供100Mbps以上用户体验速率
热点高容量
面向局部热点区域
1Gbps用户体验速率;数十Gbps峰值速率;数十Tbps/km2的流量密度
低功耗大连接
物联网(智慧城市、环境监测等应用场景)
满足100万/km2连接数密度;超低功耗和超低成本
低时延高可靠
物联网(车联网、工业控制等特殊应用需求)
毫秒级的端到端时延;接近100%的业务可靠性

资料来源:公开资料整理

    相关报告:智研咨询发布的《2018-2024年中国5G行业市场专项调研及投资战略研究报告

    5G定义:Gbps用户体验速率+一组关键技术。每一代移动通信系统都可以通过标志性能力指标和核心关键技术来定义,如4G以正交频分多址(OFDMA)技术为核心,用户峰值速率可达100Mbps至1Gbps,能够支持各种移动宽带数据业务。而5G关键能力则更加丰富,同时,面对多样化场景的极端差异化性能需求,5G很难像以往一样以某种单一技术为基础形成针对所有场景的解决方案。因此综合5G关键能力与核心技术,5G概念可由“标志性能力指标”和“一组关键技术”来共同定义。其中,标志性能力指标为“Gbps用户体验速率”;一组关键技术包括大规模天线阵列、超密集组网、新型多址、全频谱接入和新型网络架构。

    可以说5G是4G的延伸,但与4G不同的是,5G并不是一个单一的无线接入技术,而是一个真正意义上的融合网络。5G网络并不会独立存在,它将会是多种技术的结合,包括2G、3G、LTE、LTE-A、Wi-Fi、M2M等等。相比3G/4G技术,5G技术传输速率高、网络容量大、延时短,能将网络能效提升超过百倍,真正开启万物互联网时代。

5G应用全景

资料来源:公开资料整理

    5G时间表:到2018年底完成标准化工作,非独立组网标准化时间提前半年。在全球业界的共同努力下,5G愿景与关键能力需求已基本明确,3GPP作为国际移动通信行业的主要标准组织,将承担5G国际标准技术内容的制定工作。3GPP R14阶段被认为是启动5G标准研究的最佳时机。从全球进程计划上,到2018年底完成标准化工作,2019年开始进行试商用,其中亚太区的参与活跃程度比较高,这得益于政府的强力推动。在2017年2月,28家通信巨头集体宣布,支持加速5G NR标准化进度,同意将5G NRNon-Standalone(非独立组网)从原计划的标准完成时间2018年6月提前到2017年12月,以满足部分运营商在2019年实现5G商用的强烈需求。

5G时间工作计划

资料来源:公开资料整理

    我国5G进程:中国移动2017年开始5G外场试验。我国5G试验分为两步实施:技术研发试验,起止时间为2015年至2018年;产品研发试验,起止时间为2018年至2020年。我国5G商用推进进程几乎与ITU、3GPP的5G标准化时间表保持一致:3GPP将在2017年12月完成Rel.15非独立组网5G新空口技术标准化,以及完成5G网络架构标准化,满足美韩日激进运营商需求;2018年6月完成独立组网5G新空口和核心网标准化,支持eMBB和uRLLC两大场景,满足2020年5G初期商用需求;2019年9月,支持eMBB、mMTC、uRLLC三大场景,满足全部ITU技术要求。2017年3月,在MWC2017上,作为全球拥有最多4G用户的电信运营商,中国移动的计划在5G全球发展路径更为明晰时也出现了一些微调,2017年启动5G外场试验,2018年将启动5G网络预商用试验,在2019年进行商用化规模试验,力争在2020年实现5G网络规模商用的目标。

我国5G时间工作计划

资料来源:公开资料整理

    5G产业推进进度的标志性事件如下:(1)频率资源是移动通信发展的前提条件。MWC2015(世界无线电大会)通过了一个频率是1.4-1.5GHz的方案,其它留在2019年定。2016年7月,FCC(美国联邦通讯委员会)批准了5G的频率,工作在28GHz、37GHz、39GHz,以及64GHz到71GHz频段。2016年11月,欧盟发布了5G频率,低频段是3.4-3.8GHz,还有广播及现在电视用的牌照给移动通信用;高频段,有24-28GHz,31-33GHz,40-43GHz。可见,5G已经扩展到毫米波频段。2016年,我国无线电管理部门批复了在3.4-3.6GHz频段开展5G系统技术研发试验,2017年6月,工信部公开征求对5G使用3300-3600MHz和4800-5000MHz频段的意见。

    (2)2019-06-26,在国际移动通信标准化组织3GPP的RAN1(无线物理层)第87次会议上,3GPP最终确定了5G eMBB(增强移动宽带)场景的信道编码技术方案,其中,华为为核心代表、由中国主导推动的Polar Code码作为控制信道的编码方案,从侧面反映出中国在5G标准制定上话语权的增强,产业链受益或更为广泛。

    (3)大规模天线阵列Massive MIMO被预期为最先商用的5G关键技术,能够提升频谱效率、大幅度提升基站容量。2017年6月,中国移动正式启动4G网络五期工程无线网主设备集中采购工作,同时提出大规模天线的商用需求并正式采购。中国移动作为全球最早启动和推进Massive MIMO技术的运营商之一,目前,已经分别在29个省50个城市进行3D-MIMO预商用验证,并在杭州、深圳、合肥、洛阳、石家庄等地实现3D MIMO多场景商用部署。目前看,Massive MIMO的产业成熟度和支撑能力还有一定的差距,其中突出表现在Massive MIMO性价比还不够理想。中国移动研究院副院长黄宇红指出,2017年,计划全网热点区域分阶段正式商用,以三阶段推进Massive MIMO的商用,2020年,根据需要将2018-2017的Massive MIMO增强版本软件升级至5G,同时,引入支持5G新空口的全新型态产品。

    创新技术:包括无线技术和网络技术

    5G技术创新主要来源于无线技术和网络技术两方面。

5G无线技术创新

资料来源:公开资料整理

    【大规模天线阵列(MassiveMIMO)】大规模的天线是为增加天线数。在现有多天线基础上通过增加天线数可支持数十个独立的空间数据流,以此来增加并行传输用户数目,这将数倍提升多用户系统的频谱效率。

    面临的挑战:实际部署中面临的挑战在于硬件成本,主要由于大规模多天线系统由多个天线子阵列组成,每个子阵列共享数模转换、混频器等元件,而子阵列的每根天线单独拥有移相器、功率放大器、低噪放大器等模块,硬件的部署成本增加。同时,多天线的增益效应使得系统的容错能力提升,每个单元的模块的功能可以进一步减弱,软件层面则需要复杂的算法来管理和动态地适应与编码和解码用于多个并行信道的数据流,需要一个相对强大的处理器。

    【超密集组网】超密集组网是为增加基站数。通过增加基站部署密度,可实现频率复用效率的巨大提升,但考虑到频率干扰、站址资源和部署成本,可在局部热点区域实现百倍量级的容量提升。

    面临的挑战:在实际部署中,站址的获取和成本是超密集小区需要解决的首要问题。而随着小区部署密度的增加,除了站址和成本的问题之外,超密集组网将面临许多新的技术挑战,如干扰、移动性、传输资源等。

    【全频谱接入】全频谱接入是增加带宽。6GHz以下频段因其较好的信道传播特性可作为5G的优选频段,6~100GHz高频段具有更加丰富的空闲频谱资源,可作为5G的辅助频段。

    面临的挑战:6GHz以下的频段由于其较好的信道传播特性,已经非常拥挤;6~100GHz高频段中,30GHz~100GHz频率之间属于毫米波的范畴,需要使用到毫米波技术。我国5G推进组已完成2020年我国移动通信频谱需求预测,届时移动通信频谱需求总量为1350-1810MHz,我国已为IMT规划的687MHz频谱资源均属于5G可用频谱资源,因此还需要新增663-1123MHz频谱,我国无线电管理“十三五”规划中明确为IMT-2020(5G)储备不低于500MHz的频谱资源。

    【新型多址技术】新型多址接入是为增加信噪比。通过发送信号在空/时/频/码域的叠加传输来实现多种场景下系统频谱效率和接入能力的显著提升。此外,新型多址技术可实现免调度传输,将显著降低信令开销,缩短接入时延,节省终端功耗。

    【网络技术:软件定义网络(SDN)、网络功能虚拟化(NFV)新型网络架构】未来的5G网络与4G相比,网络架构将向更加扁平化的方向发展,控制和转发将进一步分离,网络可以根据业务的需求灵活动态地进行组网,将是基于SDN、NFV和云计算技术的更加灵活、智能、高效和开放的网络系统。在新型开放的网络系统下形成“三朵云”,即接入云、控制云和转发云三个域。其中接入云支持多种无线制式的接入;5G的网络控制功能和数据转发功能将解耦,形成集中统一的控制云和灵活高效的转发云,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,实现海量业务数据流的高可靠、低时延、均负载的高效传输。5G网络架构的发展会存在局部变化到全网变革的中间阶段,通信技术与IT技术的融合会从核心网向无线接入网逐步延伸,最终形成网络架构的整体演变。

5G网络技术创新

资料来源:公开资料整理

    1.35G产业链:技术创新将带来新一轮投资机会

    5G在无线技术和网络技术的创新技术将带来相关产业链的新一轮投资机会。按照产业链爆发顺序,依次为上游器件、中游设备、网建设优化维护、电信运营及应用。

5G技术变化带来的投资机会

资料来源:公开资料整理

    【上游器件】主要为终端天线及射频器件。手机天线及射频器件的数量增多,同时集成封装难度加大,相关标的:信维通信、硕贝德等。

    【中游设备】主要为基站天线及射频器件、无线设备、光通信设备。超密集组网、大规模天线阵列技术带来基站部署密度增加,所需的基站天线等数量成倍增加、射频模块需求大幅增加。基站天线及射频厂商:数量增加,集成难度加大,相关标的:通宇通讯、盛路通信。无线设备:受益基站增加及全频谱接入技术,相关标的:中兴通讯;光通信:核心网虚拟化,随后向无线接入网逐步延伸,形成网络架构的整体演变,带动网络改造投资,相关标的:中兴通讯、烽火通信、光迅科技等。

    【网建优化维护】都将面临新一轮建设、优化及维护需求,且需求要求或进一步提高。相关标的:宜通世纪、华星创业、邦讯技术、三元达等。

    【应用】5G将渗透到物联网及各种行业领域,与智慧城市、工业设施、医疗仪器、交通工具等深度融合。相关标的:宜通世纪、榕基软件、高新兴、东软载波、三川智慧、盛路通信等。

5G产业链

资料来源:公开资料整理

    5G技术逐步成熟及推广将对下游智能终端射频前端模块(RF FEM)的元器件结构产生深远影响。数据显示,2016年全球智能手机出货量14.7亿部,而同期国内智能手机出货量达5.22亿部,占全球智能手机出货量比重35.51%。随着无线通讯制式由4G向5G发展,智能手机射频前端模块将有相当显著的变化,对国内厂商而言是确定性的机遇。

    智能手机使用的RF前端模块与组件市场于2016年产值为101亿美元,到了2022年,预计将会成长至227亿美元。射频前端模块市场增长源于以下两方面因素:(1)2015 年开始国内4G终端出货量持续攀升,至2017年5月,4G手机出货量占比达到95%,但是载波聚合的应用对射频前端模块,特别是PA的复杂度有更高的要求,有助于提升FEM的价值量;(2)4G 到5G 的演进过程中,射频器件的复杂度逐渐提升,射频器件的单部手机价值量会得到提升。

国内4G手机渗透率接近100%

资料来源:公开资料整理

载波聚合示意图

资料来源:公开资料整理

    4G向5G演进,理论上最大下载速率可提升至18Gbps,对比2012年LTE Rel-11下的峰值速率仅为1.2Gbps。为了实现传输速率的最大化提升,需要对硬件层进行以下几方面的重大改变:增加天线数量、提高载波聚合CA频段的组合数量以及扩展频段数量。

LTE到5G演进的主要技术参数

类别
2012
2014
2020E
通讯协议
LTE Rel-11
LTE Rel-12
5G
MIMO(天线数量)
8x8
8x8
64x8
峰值下载速率
1.2Gbps
3Gbps
18Gbps
CA频段组合数量
25
75
300
新增频段数量
-
5+
50

资料来源:公开资料整理

    天线方面,现在智能终端普遍使用MIMO技术,即信号发射端和接收端采用多根发射天线和接收天线的通讯技术。MIMO技术使得通讯的速率及容量成倍的增长,是LTE 及未来5G 的关键技术之一。为提升通讯速率,预计到2020年5G商用之时,MIMO64x8 将成为标准配置,即基站采用64根天线,移动终端采用8 根天线。目前市场上多数手机采用MIMO 2x2技术,如若采用MIMO64x8 技术,基站天线的配置数量需要增长31倍,手机天线数量需要增长3倍。

    频段方面,根据预测,到2020年,5G应用支持的频段数量将实现翻番,新增50个以上通信频段,全球2G/3G/4G/5G网络合计支持的频段将达到91个以上。此外,美国FCC(联邦通信委员会)16年7月份划定了5G频段,包括3.85GHz、7GHz、27.5-28.35GHz、37-38.6 GHz、38.6-40GHz、64-71 GHz。从美国划定的5G频段来看,新增频段集中在3.8-7GHz、27-40GHz、64-71GHz的低、中、高三大频段,相比之下,目前4G频段均处于3.85GHz以下。高频率频段对滤波器的性能要求更加苛刻,滤波器行业面临着一场从材料到制造工艺的全新技术革命。

    大量新增频段也对载波聚合(CA)技术提出更高的要求。CA是将数个窄频段合成一个宽频段,实现传输速率的大幅提升。技术上,载波聚合需要有前端配合的多工器,功放PA又需要重新设计来满足线性度的要求,频段增加对射频器件性能以及射频系统复杂度的要求大大提高。目前市场上的射频器件主要采用2 载波的载波聚合,而市场预计2017年国内三大电信运营商将正式启动三载波的聚合,Qorvo预计2018年后多载波聚合将陆续出现。载波聚合技术要求射频天线开关具有极高的线性度,以避免与其他设备发生干扰,对于滤波器及射频开关的性能要求将更加苛刻。趋势上,随着制式复杂度的提高,射频前端器件趋于集成化。

    射频前端模块主要器件包括天线、开关、双工器、滤波器以及功率放大器(PA)/低噪声放大器(LNA)。随着国内网络制式不断升级,相关的手机终端射频模块的结构出现较大变化。以iPhone为例,对比2010年的iPhone 4以及2015年iPhone 6s可以发现明显的变化。由于iPhone 4 仅支持GSM以及WCDMA,而iPhone 6s全网通版本不仅支持GSM/WCDMA,还支持TD-SCDMA/FDD-LTE/TDD-LTE,因此在射频前端模块复杂度大幅提升。

    理论上,单个频段的射频信号处理需要2个滤波器。由于多个滤波器会集成在滤波器组中,手机配置的滤波器器件与频段数量之间的关系并非简单线性比例关系。但频段增多之后,滤波器设计的难度及滤波器数量大幅增加是确定的趋势。

射频前端模组(FEM)架构简图

资料来源:公开资料整理

iPhone4与iPhone6s射频模块对比

资料来源:公开资料整理

    以iPhone 7 的配置来看,手机配置了3 颗PA 芯片(高、中、低频段),2 颗滤波器组,2 颗射频开关,2 颗PA-滤波器一体化模组。根据在早期的GSM手机中,射频器件的单部手机价值量不足1美金,进入4G时代,单部手机射频器件价值从3G终端的3.75美金提升至7.5美金,支持全球漫游的终端设备ASP甚至达到了12.75美金。

单部手机RF器件价值量演变(美金)

类别
典型3G设备
区域性LTE设备
全球漫游LTE设备
SAW滤波器
1.25
2
2.25
TC-SAW滤波器
0
0.5
1.5
BAW滤波器
0
1.5
3.5
总滤波器含量
1.25
4
7.25
PA、开关
2.5
3.5
5.5
RF器件总计
3.75
7.5
12.75

资料来源:公开资料整理

    滤波器是射频前端市场中最大的业务板块,也是增长最快的细分行业。高通预测射频滤波器市场将由现在的50 亿美金的市场规模增长至2020 年的130 亿美金。滤波器市场的驱动力来自于新型天线对额外滤波的需求,以及多载波聚合(CA)对更多的体声波(BAW)滤波器的需求。

    功率放大器(PA)和低噪声放大器(LNA)是射频前端市场中第二大的业务板块,但是其增长乏力。高端LTE功率放大器市场的增长将被2G和3G市场的萎缩所平衡。由于新型天线的出现和增长,低噪声放大器市场将稳步前行。

    开关是射频前端市场中第三大的业务板块,其市场规模预计从2016年的10亿美元增长至2022年的20亿美元。该市场将主要由天线开关业务驱动而增长。

    天线调谐器是射频前端市场中最小的业务板块,2016年市场规模约为3600万美元,预计2022年将达到2.72亿美元。该市场的主要增长原因是调谐功能被添加到主天线和分集天线中。

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