疫情引发应用需求激增,网络升级成为必然
疫情改变生活方式,在线设备数和人均时长均创下新高。新型冠状病毒 引爆肺炎疫情后,全国各省市陆续启动严格的防护措施,民众被迫关闭 家中,各类需求也从线下大量转移至线上,对互联网的依赖进一步加强。 今年春节前后,连接的移动设备数比往年同期增加 5%;移动互联网用 户人均单日在线时长较往年增加 20%左右。
短视频和游戏直接挑战网络流量承载力。假期及疫情叠加驱动线上娱乐 需求明显增长,短视频、在线视频及手机游戏均迎来新增长。短视频日 均活跃用户和日人均使用时长较 2019 年增长近 35%和 38%;在线游戏 日均设备数和人日均使用时长较 2019 年增长近 8.87%和 11.5%。用户 规模和在线时间明显上升,对春节期间网络的流量承载能力带来直接挑 战。
节后办公和教育在线化对网络和应用产生长远影响。春节结束后,各地 要求企业员工延迟到岗,线上办公需求井喷。阿里钉钉、华为 WeLink等线上办公应用紧急扩容,并相继降低企业使用成本。节后办公类 APP 日活跃用户数较节前增长近 35%,人均日使用时长也增长明显;教育部 同样推迟入校时间,为确保教学进度线上教育空前发展,使用在线教育 的日设备数增长近 60%,人均单日使用时长增长近 35%,将深远影响网 络和应用发展。
4G 难再适应流量非线性增长,网络向 5G 升级成为必然。4G 以来移动 接入流量从 2014 年的 20.6 亿 GB 提升到 2019 年的 1220 亿 GB,增长 超 58 倍;DOU 在 2014 年为 0.2GB,到 2019 年已达 7.82GB,翻了 39 倍。移动互联需求充分释放,但非线性增长已经给现有 4G 网络构成 沉重压力。网络迫切需要性能指标的代际提升来应对更新更广的需求, 而非单纯的线性扩容,与之匹配的通信技术与网络体量呼之欲出。5G 在速率、时延、移动性及连接数等关键指标上较 4G 呈数量级地提升, 向下一代网络演进已是匹配需求的必然。
政策指引强化新基建,5G 居首确定性极高
5G 居于新基建首要地位。当前官方确定的“新 基建”主要涵盖七大领域:5G 基站建设、特高压、城际高速铁路和城 市轨道交通、新能源汽车充电桩、大数据中心、人工智能、工业互联网, 其中 5G 居于新基建首要地位。
国内 5G 建设卓有成效,进程不断提速。中国联通在 2 月 21 日的全国 疫情期间投资建设工作推进视频会上,明确提出要加快 5G 建设,上半 年与中电信力争完成 47 个地市、10 万基站的建设任务,使得 Q3 能提 前完成全国 25 万站建设的全年目标。中移动也在 3 月 6 日发布 2020 年 5G 二期无线网主设备集采公告,总需求超 23 万 5G 基站。目前中移动 已全面完成 5G 一期工程建设,在 50 个城市实现 5G 商用,此次启动的 二期工程设备集采,旨在保证 2020 年底 5G 基站数达到 30 万的目标, 确保年内在全国所有地级以上城市提供 5G 商用服务。
政策主导下 5G 建设有望创出周期跨度和规模新高。我国 4G 建设起步 晚于全球超过四年,在政策推进下仅用两年就建成全球最大 TD-LTE 网 络,全国性 FDD-LTE 网络也同步快速发展,截止 2019 年底总计建成 LTE 基站 544 万,支撑近 19 亿 LTE 用户,相应的承载网规模也稳步上 量长足发展。不局限于短期投资回报,集中海量资源快速达成覆盖水平 并拉升用户规模,是国内电信业相比市场化运营商的主要优势。在 5G 产业链尚未完善,全球缺乏成功商业先例的阶段,这种优势尤其明显。 当下政策导向明确促进围绕 5G 新基建,有望再次充分发挥此一优势, 5G 建设周期和规模均有望创出新高。
5G 外部性撬动上游产业,激发数字经济
5G 步伐加快撬动上游产业链发展。5G 在基带技术规范和组网方式上进 行了断代式的变革,几乎所有与 RAN 和核心网相关的产业链上游都需 要重新设计和开发。主设备中基带芯片的数字处理按照新协议重新构建; 同时需要更大带宽的前传回传光模块以及大量光纤;大规模 MIMO 要求 射频和天线轻型化和小型化以实现更高集成度;高频率和高功率密度也 对器件使用的复合半导体材料提出新需求;随着覆盖走向深化,小基站 渗透率将持续提升。5G 的大规模投入将强力带动广泛的产业链上游实 现跨越式升级。
5G 网络结合新技术与新场景,有望全面激发数字经济。在 ICT 产业“管 -端-云”相互促进协同发展过程中,5G 网络是所有新终端连接和新技术 应用的综合平台,不单传输和存储海量数据,更将融合云计算、人工智 能等技术、促进更多场景落地。从而进一步推动新类型智能终端、产业 Iot 和相关新业务的蓬勃发展,下游数字经济规模有望藉受到 5G 与新技 术激发而全面兴起。
5G 拉动国民经济的外部性十分明显。中国信息通信研究院《5G 经济社 会影响白皮书》对 5G 所带动的国民经济增长进行了预测:到 2030 年 5G 产出的直接经济将达到 6.3 万亿元,从 2020 年的约 0.5 万亿起步,十年间 CAGR 达到 29%,经济增加值为 2.9 万亿元;由 5G 带动的间 接经济产出将达到 10.6 万亿元,十年间 CAGR 为 24%,经济增加值为 3.6 万亿元。
在 5G 商用初期,运营商首先投资建设网络,为 5G 设备和上游产业链 各环节,为智能终端和物联终端市场直接提升了规模水平,预计 2030 年直接GDP贡献将达到2.9万亿;5G 商用中后期,社会资本持续涌入, 通过产业互联网和 5G 相关信息服务,将为成熟行业效益提升和新应用 领域间接带来大量收入,预计2030年间接GDP贡献将达到3.6万亿元。 以 5G 投资作为支点,其对上下游的外部效应将十分明显。
国内引领 5G 移动网进入向上大周期
海外全面布局 5G,但全力推进者较少。美国宣称是 5G 建设最早的国家, 但主要围绕 28GHz 毫米波开展,服务以 FWA 为主,在偏远空旷地区替 代光纤接入,2019H2 开始向 MBB 场景迁移,但尚需清理出 Sub-6GHz 频段,预计前期将在 600 到 800MHz 和 2.5GHz 展开。韩国于 2019 年 4 月真正开始 5G 商用,进展迅猛,2019 全年建站数实际已接近 20 万, 并在年底达到 500 万 5G 用户,未来两年有望保持用户数高速增长。日 本目前仍处于 5G 试商用状态,发展节奏相对务实,未来五年规划十多 万 5G 基站,主要面向垂直行业应用。欧洲受限于经济压力,延续了谨 慎务实的风格,德法英三国仅仅尝试性投入了小范围的 5G 商用,将依 据中国 5G 商用进展来评判后续推进,同时也在准备低频的 5G 重耕以 降低投资压力。
中国引领 5G,产业发展看中国投资。在经历 2G 跟随、3G 突破和 4G 同步之后,实现国内 ICT 产业全面引领,是 5G 阶段最核心的历史使命。 当前最重要的已不仅是份额的增减,而是以大规模 5G 建设为契机,撬 动上游核心自主实现跨越,并以外部效应带动全社会数字经济的发展。 贸易保护和地缘政治影响下,国内科技产业受到的遏制和挑战越来越严 峻。目前以美国为首的部分国家都有以安全为由摒弃使用中国厂商通信 设备,或禁止在政府部门使用的计划和表态。5G 市场更加向发达国家 集中,海外压力增加的背景下,本土厂商将以国内市场为基本盘,5G产业发展核心看中国投资。
资本开支周期重启,5G 总规模和时间跨度远超 4G。我们预计,国内运 营商总开支从 2019 年企稳回升后,有望经历三年的加速向上,2022 年 达到 17.72%的增速高点,略超 4G 阶段 16.87%的最高增速。2023 年 国内总开支预计达到 4980 亿元规模高点,超过 4G 阶段 4386 亿的规模 高点,其后有所回落。4G 建设时段 2013 到 2019 七年总开支 24067 亿 元,5G 建设时段 2019 到 2025 七年总开支约为 29034 亿元,累积提升 幅度约 20%。
国内 5G 总基站数预计和 4G 相当,移动网开支规模显著提升。综合信 通院数据,我们认为 2019 到 2025 年全国通信设备总支出约为 18650 亿元,占据总资本开支的 64.24%。5G 宏基站出货量在 2019 年约为 15 万,预计到 2022 年达到 120 万站,此后调整回落,七年内 5G 宏基站 数目累积约 550 万站,与 2013 到 2019 年间的 4G 宏站数基本相当。结 合产业链调研对基站单价变化的把握,预计 5G 设备支出(含基站、核 心网与回传)七年累积金额约 9075 亿元,意味着移动网开支占据总设 备开支的 48.66%。预计 5G 口径开支(含设备、局房土建和动力环境) 累积约为 19852 亿元,占据总开支的 68.35%,主要是考虑到产业链培 育期间设备占比较高,部分土建可以复用。
由此看出,国内总开支结构中,移动和固网比重大致为 65 比 35;移动 开支中有 40~50%归属于 5G 相关设备;而无线设备在总设备中占比接 近一半,5G 带动下无线设备国内市场规模未来五年将稳步向上。
5G 前期以全覆盖为主,国内宏基站数主导全球。当下以快速提供全面 覆盖和满足重点地区体验为建设导向。5G 前期以 eMBB 场景为主,尤 其近三年将着力面向广域覆盖,提升重点城市区域的覆盖水平的用户体 验,彰显 5G 性能优势并为用户导入做好准备。我们认为 5G 基站数将 呈现出快速向上的发展态势,2020 年 5G 宏站数据预计为 60 万台,2021 年有望达到100万台,截止2025年国内建站总规模有望达到550万台, 与 4G 七年的总建设水平相当,从 2023 年起小基站渗透率将逐步提升。
中国市场驱动全球 RAN 设备规模稳步向上。全球 RAN 设备市场在未来 五年将保持总规模稳步向上,根据 Dell’oro,2019 年 RAN 市场规模约 为 320 亿美元,在中国市场带动下,我们预计 2022 年有望超过 450 亿 美元,其后逐步回落到 380 亿美元,其中 5G 设备占比从 2019 年的不 足 30%到其后超过 80%。预计 LTE 设备规模稳步下降,从 2019 年的 200 亿下降到 2025 年的 64 亿美元;2/3G 设备投资逐渐消退。不难看 出带动和影响 RAN 设备市场规模变动的主要动力在于 5G。
长期看来自行业的 5G 设备支出将占据更广阔空间。当下正处在设备开 支加速向上的起点,将呈现出增量向上的长周期。投资节奏从 2020 起 将加速向上,网络设备规模有望超过 2200 亿(其中约 50%源自移动网, 其余来自固网),其后加速向上,2022 年或为增速高点,2023 年或达到 规模高点 3000 亿元。后期网络建设重心将由广覆盖转向深度覆盖,移 动投入减少将使总规模有所下降,但 2025 年前依然有望保持在 2800 亿 元以上。2020 到 2025 年来自运营商的网络设备投资规模约在 1.66 万 亿。同一时期,行业 5G 设备支出将迅速扩大,2020 年约为 500 亿元, 到 2026 年将有望达到 2500 亿元,赶超运营商设备支出。2030 年由行 业投资主体带动的设备支出或超过 5200 亿元,占比接近 70%。
5G 将在未来十年带给设备制造和信息服务强大的外部效应。5G 对于 ICT 产业的拉动结构将不断变化。据信通院预计,2020 年拉动 GDP 增 长的关键动力是电信运营商的 5G 网络投资和各类用户的终端购置支出, 产生GDP 约740亿元,占当年5G 对GDP 总贡献的80%。随着5G 的 广泛普及和应用,相关服务的经济带动效应将超越 5G 相关制造环节。 预计 2030 年运营商流量收入产生的 GDP 约 9000 亿元,占当年 5G 对 GDP 总贡献的 31%,同时各类信息服务将产生 GDP 约 1.7 万亿元, 占当年 5G 对 GDP 总贡献的 58%。
协同 5G,固网建设水平将稳步提升
固网建设将与移动网同步,规模稳步向上。全球电信业资本开支历经了 多年的小幅下降,在 2017 年触及到 3000 亿美元的历史低点,2018 和 2019 年逐步企稳在 3100 亿美元左右。参考 CT 设备的需求预期,我们 认为这已经是电信资本开支的历史低位,在 5G 建设带动下,全球电信 资本开支规模将以 4~5%左右的 CAGR 稳步向上,预计在 2025 年有望 站上接近 4000 亿美元的水平。
从开支结构上看,移动开支比重略高于固网开支,但总体相差不大。预 计 5G 阶段移动开支比重有所提升,从 2019 年的 52%至 2025 年的接近 56%;同期固网开支规模持续稳健增长,我们预计将从 2019 年的 1500 亿美元到 2023 年升至 1756 亿美元,CAGR 在 2~3%之间。固网投建规 模将匹配 5G 移动网规模,总量可观。
国内固网与移动网开支比重将保持稳定。国内总资本开支波动更大,主 要因为集中大规模投入,特别是移动网建设引入了较大波动。从 4G 高 点 2015 年以来,国内总开支持续下滑,到 2018 年落到 3000 亿人民币 以下,约为全球总开支的 1/6~1/7。2019 年起 5G 将拉动国内总开支大 幅提升,预计2023年有望接近 5000 亿人民币,接近全球总开支的 20%, 其后将逐步回落,但基本保持在全球开支的 15%以上。整体水平站上新 台阶。
国内固网开支匹配5G移动网投入,总规模将有明显增长,预计将从2019 年 1000 亿元的水平到 2023 年超过 1700 亿元,CAGR 超过 14%。从 占比上, 5G建设后期固网开支将保持在总开支35%左右的水平。在2019 到 2025 七年内,固网累积开支将超过万亿,在总开支中占比接近 40%。 国内固网投入将创造大量机会。
光网络、IP 承载和固网接入是固网设备开支的重心。从主设备规模分布 看,移动接入网 RAN 占据了 35%左右,是全部主设备的重心。与其相 关的移动回传与核心网占比约为 8%,因而移动网设备占比约为 43%。 除去业务支撑网,固网设备主要由光网络、 IP 承载和固网接入三大部分, 在总设备开支中占比分别为17.5%、 17.5%和10.5%,总体占比超过45%,因而三类固网主设备投入水平将不低于移动网主设备。
光网络建设使波分设备直接受益。自 2013 年起光网络设备规模逐年向 上,主要在于 4G 充分释放了移动互联业务需求。2013 年全球光网络规 模仅为 140 亿美元,到 2019 年已经超过 160 亿美元,其中国内市场匹 配 4G 的全国传输网建设是主要动力。城域网和骨干网间大颗粒数据主 要依赖于波分设备传输,波分设备在总量中的占比也在持续提升,2013 年波分设备占比为73%,到 2019年已经超过90%,并有望进一步提升。
跟随 5G 推进全球光网络规模将持续向上,我们预计 2025 年有望超过 190 亿美元,其中波分设备占比可能超过 95%。根据 Ovum,中国在光 网络市场的历史需求占比稳步向上,从 4G 阶段的 27%左右,到 2019 年已经超过 33%,随着 5G 投入加大,后续比重有望进一步提高,是带 动光网络建设的头部市场。 (若假设 2025 年国内市场占比 35%,则国内 市场规模约为 67 亿美元)
高端路由交换驱动 IP 承载网投入创下新高。运营商 IP 承载网规模发展 相对平稳,目前规模与光网络相当,自 2013 年的 156 亿到现在约 160 亿美元。运营商在局域网和接入侧 IP 网络的规模基本稳定,约在 32 到 37 亿美元之间,而城域和骨干网中的 IP 承载设备占比正在快速提升。 2019 年高端路由器和汇聚交换机的规模预计在 123 亿美元,到 2025 年 我们预计将超过 148 亿美元,在 IP 承载中的总占比也有望达到 80%。 由此 2025 年 IP 承载设备的总需求有望超过 185 亿美元。
驱动 IP 承载市场整体向上的依然是国内 5G 建设。根据 OVUM,IP 承 载网市场国内占比快速提升,从 4G 阶段的不足 20%到 2019 年已经超 过 26%,且有进一步提升的趋势。IP 承载与光网络规模相关度高,而国 内的 IP 承载网建设基数相对较低,国内扩大 5G 投入后,相应的规模水 平还将大幅向上,与此同时国产化水平还有很大的提升空间。(若假设 2025 年国内市场占比 30%,则国内市场规模约为 56 亿美元)
光接入渗透率和规模持续向上。驱动固网接入的主要动力在于头部市场 引领的 PON 设备渗透和升级。总量上看 FTTx 渗透率提升带动光接入占比迅速向上,4G 阶段全球光接入占比已经提升到 70%以上,5G 阶段一 方面 PON 设备速率将持续升级;另外 WIFI 接入点暴增,其作为固网的 延伸同样需要光接入作为铺垫,预计到 2025 年光接入渗透率将达到 90%。固网接入全球总规模有望从 67 亿美元升至 88 亿美元。
历史数据显示,中国市场的固网接入建设一直独冠全球,4G 全国大规 模光纤到户和通村建设,使得国内市场一直占据全球 40%以上,到 2017 年一度接近 45%的高位。预计在渗透率的饱和后,国内将主要围绕 PON 设备速率升级为拉动,占比有所回落,有望保持在 35~40%之间。(按 2025 年国内市场 37%的假设,则国内市场规模约为 33 亿美元)
综上所述,全球固网开支将伴随移动开支整体成比例上升,国内 5G 阶 段预计到 2025 年累积固网投入将超过万亿,规模同样不可忽视。其中 最主要的三类主设备规模都将稳步增长,产品结构持续优化和升级。中 国市场地位尤为突出,按照中性假设,2025 年国内固网设备规模约为 156 亿美元(约 1092 亿元),本土企业将经历规模和份额的双重提升。
开支结构变化改写主设备长期竞争格局
电信市场地缘化倾向加大,国内市场地位突出。电信业非完全市场化, 由于涉及公共安全和技术体系核心,地缘倾向性一直存在,尤其近年贸 易保护抬头和技术封锁加大,市场裂化越来越明显。北美价值市场长期 将国内主设备商排斥在外,能够通过竞争获取的价值市场集中在西欧、 中东和东南亚等地。有利的是国内市场未来几年将主导全球电信设备求,为国内厂商的发展提供了强大的基本盘。
预计未来五年移动接入设备国内市场从2021到2023年将超过全球需求 的半数,主要因素是国内 5G 的集中大规模建设,其后将逐步回落,有 望保持在 30%左右;光网络设备国内需求在 4G 阶段站上 30%,在 5G 阶段有望稳定在 35%左右;IP 承载设备国内占全球比重有望从 20%提 升至 30%;固网接入部分国内份额将保持在 37%左右。各项主设备国内 市场的汇总规模占比将在全球占到 30~50%,是带动国内厂商发展的主 要力量。
优化营运开支将给海外厂商带来更大交付压力。长期以来全球电信业营 运开支 Opex 一直数倍于资本开支 Capex。经过多年激烈竞争,目前主 设备商格局已相当集中优化。5G 投入的大趋势决定了资本开支向上趋 势的确定性,而在同时运营商却普遍面临管道化经营的困局,收入压力 加大,成本压缩的重心开始从资本开支转向营运开支。运营商普遍加大 人力外包和网规网优自动化程度,如此变化对于海外设备商影响更大, 因其设备交付和运维成本显著高于本土厂商,而软服务一直是移动设备 商主要的盈利来源,该业务源头的空间压缩,将使得海外厂商交付压力 空前加大,商务竞争力被进一步削弱。
国内移动设备商竞争力全球领先,或为 RAN 市场第一梯队。5G 国内移 动设备商全面引领,从前期导入情况看,在专利、技术、产业链和商务 上已经具备突出优势。随着国内强化自主可控和工程师红利持续释放, 相对于海外厂商会更显优势。此外国内市场也将为本土厂商提供有力支 撑。我们预计 5G 阶段华为在 RAN 市场占比有望保持在 33%左右水平;中兴份额将有望提升至 20%;爱立信和诺西份额落在 20~25%之间,将 出现显著下滑。
光网络市场中国厂商已占主导,地位稳固。光网络设备国内厂商已经具 备较强领先性,预计 5G 阶段华为将占据全球 30%份额,独成第一梯队; 中兴有望占据 15%,Ciena 和 Nokia 份额分别为 17.5%和 12.5%,三家 共同构成第二梯队;国内市场支撑和海外一带一路沿线国家推进将助力 烽火份额明显提升,有望达到 8%,和 Infinera 共同构成第三阵营。
IP 承载市场中国厂商向上空间广阔。国内厂商在 IP 承载设备市场起点 较弱,乘势 5G 发展将会出现最显著变化。预计 5G 阶段华为份额将从 29%提升到 33%,Cisco 份额则从 29%降至 25%;Nokia 份额将稳定在 15%左右,Juniper 预计在 12.5%上下;ZTE 份额有望从 7%升至 10% 甚至更高。国内电信网高端路由器和汇聚交换机总需求仍在加大,同时 自主替代率提升将带动国内厂商规模增长。此外,烽火、锐捷和紫光等 传统以太网路由交换设备厂商也有望在 5G 契机下切入运营商市场。
中国在固网接入的优势将会巩固。国内厂商在固定宽带接入方面已经四 强有三,预计 5G 阶段华为份额将保持在全球 40%左右;中兴份额在 17~18%之间,大致和 Nokia 相当;烽火份额可望提升到 7~8%左右。 4G 阶段国内大举兴建光纤到户筑成了较好的份额基础,后期宽带接入 设备速率升级将是驱动份额优化的主要因素。
国内设备商竞争力和产业地位全面提升,竞争优势将长期持续强化。综 上分析,国内移动和固网设备在 5G 开支主导下,总空间较 4G 阶段有 20%的提升,在此期间中国厂商在不同领域中的份额均将出现明显提升。 随着上游产业链自主程度加大,工程师红利持续释放,本土厂商内生竞 争力将不断增强;而国内市场形成的强劲支撑,运营商压缩营运开支对 海外厂商交付构成压力是外部有利条件。内外因共同作用下,国内厂商 相对于海外的优势将长期持续强化。
射频和天馈是 RAN 设备的价值重心
射频天馈是基站功能的核心。射频子系统位于 BBU 与天线之间,将数 字基带信号映射到无线电波上,是基站的核心和移动设备商的真正壁垒。 发射过程中, 其根据指令将源自 BBU 的数据信号转换成高频无线电磁信 号交由天线发射;接收过程中,其根据指令由天线获取高频电磁信号, 并转换成基带数据信号传递给 BBU 处理。
图中滤波器选择特定频率的射频信号,消除干扰杂波后让有用信号尽可 能无衰减通过。双工器由一个接收端滤波器和一个发射端滤波器组成, 实现收发共用同一天线,其可将通话双方信号分离、滤除干扰和杂波, 确保在极拥挤的电磁波环境中,无需对讲切换也能清晰获取对方信息。 合路器主要用途是将两路或多路输入信号合并成一路,用于增加发射信 道数,扩大通信容量。
射频天馈总是基站中价值量最大的部分。对于 4G 基站的成本结构,海 内外差别较大。国内由于三大运营商相对独立的集采体系,单价偏低, 权重主要集中在射频天馈和基带数字处理两部分,占比分别为 59.09% 和 15.15%;基础与可选软件服务通常以定价的方式收取,占比约为 15.15%,与基带数字部分价值量相当;辅料占比约为 9.09%。
以 4G 为参考,和国内相比海外对基站采购偏市场化,重视商务效益和 可持续性,4G基站单价较高,且给予软件服务更高的比重,约占38.1%; 硬件部分的比重相对较低,但价值量其实略有提升。其中射频天馈占比 约为 40%、基带数字处理约占 14.29%、辅料占比约 5.71%。 上述表示的是能直接使用的基站(含基本软件服务)的报价结构。由此 可见,海外市场给予基站的溢价弹性体现在了软服务上,大部分归属于 设备商。而不论海内外市场,射频天馈的价值量都没有受到影响,其在 总 BOM 中的比重也是最高的。
AAU 方案已成为 5G 的事实标准。3G 时代,为节省机房内槽柜资源, 华为提出远端射频单元 RRU 方案,开创了如今广泛使用的分布式宏基 站形态。4G 建设需要在已有的 2/3G 基础上增量部署网络,对抱杆的天 面空间和承重形成了更大压力。根据华为结论,一二线城市 50%左右站 点的天面空间拥挤,已无法新增天线,针对该痛点,华为提出了集成射 频与天馈的有源天线单元 AAU 方案。虽然初衷是为了节省部署空间,但 在面向 Massive-MIMO、3D BeamForming 和软件无线电等技术上 AAU 的优势十分突出。对于 8T8R 以上的天线阵列,AAU 已是必然选择。
5G 新方案将进一步提升视频天馈在基站中价值地位。 AAU 高度集成化, 对内部有源模块可靠性要求极高,该部分设计是技术核心。华为起步最 早,其 AAU 产品已在 LTE 中商用,经验证 AAU 可使网络容量增益达到 70%甚至更高。5G 阶段大规模天线大量普及,各厂商纷纷启动了 AAU 研发,在未来将成为事实上的标准。此过程将使天线形态将演变为振子, 从接口公开的独立产品成为了系统中的配件,但射频天馈整体地位仍将 提升。
大规模天线使得 5G 的工作频点大幅增多,输入输出形成多个小功率的频率分量,这种情况对天线增益影响很大,所以在 5G 射频中引入了在 单振子或振子组后分别滤波的方案。以目前出货的机型来看,通常一个 射频通道对应一套滤波器,连接在三个天线振子之后。Massive-MIMO 中射频通道数量急剧增加,这样的连接方式极大扩充了对介质波导滤波 器和天线振子的数量需求。
以 64T64R 的基站为例,假设该基站数累积达到 300 万站,全部采用射 频天馈一体化方案,单扇面有 64 个射频通道,三扇区将累积 192 套波 导滤波器,300 万基站共计 5.76 亿套波导滤波器,将是形成非常庞大的 需求。由于是基站核心部件、价值量高,新特性使得批量稳定供应具有 较高门槛。我们认为市场格局成熟之后,份额将向 5 家左右头部供应商 集中,同时将与下游厂商形成较强黏性。和 4G 类似,规模化和技改将 引入成本优化,将使企业能保持盈利能力,因此头部供应商才有望长期 充分受益。
射频天馈将是决定 5G 基站价格重要因素。产业链虽然在迅速成熟,部 分器件单价出现了快速下降,但国内 5G 设备单价仍将明显高出 4G。我 们判断,即使到价格均衡阶段,5G 基站单价预计也可能高出 4G 基站一 倍,原因主要是射频通道数量的成倍增加。由于产业链变化较快和成本 结构不透明,实际情况和预期也可能出现一定差异。
我们预计,5G 中射频天馈比重较 4G 明显提升,包含硬件 License 之后 约占到设备比重的 80%甚至可能更高,Massvie-MIMO 的普及带动射频 通路大幅增加,器件数目倍数级增长,且单品技术尚处于培育期,需要 相当时间来收敛成本。数字处理部分权重略有降低,预计占设备总量的 15%左右;辅料比重进一步下降,总成本预计不足 5%。综合判断,我 们认为从 2019 到 2025 七年,国内 5G 设备中射频天馈累积总规模有望 超过 7000 亿元。
核心组件供应本土化集中化,头部机会明确。供应链区别于 4G 的重要 特点,在于核心组件供应本地化和集中化:主设备商在 5G 阶段高度重 视供应链安全和产能可持续性,主动参与和引导自身供应链建设,通过 技术支持和产能引导积极培育一批有潜力的本土核心供应商。我们预计 这一趋势会持续强化,部分核心组件如介质波导滤波器和天线振子等, 国内头部企业已经有较好的制造基础和客户粘性,未来份额有望持续优 化。同时具备良好的份额保障和商务条件,头部厂商近几年乘势 5G 发 展机会十分明确。
5G 网络平台化赋予 IT 厂商重大机遇
网络切片是 5G 的核心特性。5G 将万物互联作为其标志性需求,将相互 独立的各类型终端、设备或子网络全面联通,开创性的意义堪比 90 年 代信息高速公路。差异化的 B 端或 G 端场景,未来将承载在统一的网络 平台上,对网络、终端和业务都会产生难以想象的深刻演进,将是大数 据与智能化发展的新起点。而网络切片能力则是 5G 满足差异化 B 端需 求和异构网络间互联的核心特性。
承载网必须与移动网同步发展,方能满足整网平台化能力。从 5G 需求 出发,要求网络资源可调度、网络能力可开放、容量可伸缩和架构可调 整,本质上是要求网络具备平台化的能力。平台化能力类似于网络的操 作系统:其管理各类网络设备并屏蔽硬件差异、利用软件调配虚拟化的 网络资源、通过接口提供差异化的网络服务,可以理解为网络的云化。 5G 接入网作用在于深挖空口频谱、时隙和空间资源利用效率,提升移 动接入性能指标和管理水平,而承载网能力上的深层次变革,才是适配 不同场景的差异化需求的关键。承载网在技术上需要实现的功能包括: 控制面和转发面分离、移动边缘计算、网络功能重构、网络切片和能力 开放等等。
承载网是提升整网效能的关键。5G 接入网+核心网共同实现 5G NR 新 空口功能,直接提升对空口容量和移动管理效能。而 5G 承载网的首要 目标则是为生成的空口数据提供泛在的连接,高效满足不同类型业务数 据的 Qos。5G NR 要求的大带宽、低时延和高可靠性等性能指标,最终 是 5G 承载网协同作用的结果。此外,网络连接调度、组网保护和管理 控制等关键特性也由 5G 承载网得以实现。
管控平面与转发面密切协同,为 5G 数传提供链接通路。转发面分为省 内省际干线和城域网两个层次,省干网节点采用多对多的拓扑结构,传 递大颗粒数据;城域网内包括了接入、汇聚与核心三层次。这套多层次 组网架构,是承载所有类型数据的统一物理设施。
5G 承载网面向 SDN 架构,意味着管控面与转发面是可分离的,由管控 平面提供业务和网络资源的灵活调度,同时完成智能化的网络运维能力。 其中各分域、分层的 SDN 网络需要由不同的控制器管理,还需要跨专 业的编排协同层完成跨层编排和调度,所以控制器也可能分为多级来实 现端到端的服务。
业务编排协同层能够根据预定的业务模板,将用户录入的业务需求转化 为针对不同域的控制命令,下发给各域控制器,实现端到端的配置,从 而能够实现不同域、不同专业、不同厂商之间控制器的协同。OSS 内的 工单、电子运维、客户管理等子系统也需要与 SDN 控制面、编排协同 平面和应用平面交互。
相比于前代承载网,5G 承载能够在同一管控平台进行多层次跨地域管 理,意味着所有网元享有统一的北向接口,这样对于网络流量、延时和 告警的获取更全面及时,对于业务切片的协同服务能力极大增强。同时 也能满足专线业务客户在线自助订购业务、自助调整带宽、临时带宽调 整等实时新业务方面的灵活性和实时性。
5G 变革为 IT 厂商的介入创造重大契机。 “5G 商用,承载先行”。5G 承 载技术和标准化研究伴随着 5G 接入网标准迅速发展,已经拟定并纳入 ITU-T 标准体系。在架构、组网及支撑技术方面,承载网建设围绕 5G 业务和场景有序展开,是 5G 基站规模化部署的先导指标。 5G 网络必将打破前代 CT 产业相对封闭的生态圈,呈现出 CT 和 IT 的 深度融合。传统设备商软硬件一体化的商务模式可能被逐渐破除,在硬 件通用化和软件虚拟化方面 IT 厂商更具优势,在平台标准化工作落实后, 运营商有望开放迎接更多 IT 新玩家的参与,这对于原有 CT 生态的人才、 组织、机制等多方面带来挑战。在产业重构过程中传统 IT 厂商,尤其是 以太网交换机供应商和具备网络虚拟化能力的云厂商,将通过突破 CT 市场获得重大增量机遇。
光模块将随 5G 新需求持续放量升级
5G 网络的多层次结构,对光模块数量和品类提出全新要求。5G 前传是 对光模块数量需求最大部分,规格较之前大幅提升。5G 前传光模块面 向 10~20km 以内的连接需求,以实现基站射频子系统与基带板之间的 连通,因而与基站数目、AAU 数据呈现出线性相关性,是整个 5G 承载 中,数目最庞大的部分。网络拓扑以星型(单基站对多 AAU)为主、环 形网为辅的方式。5G 基带板与 AAU 直接若以光纤直连,通常采用 25Gb/s 速率的 eCPRI 接口;若存在 WDM 设备,则支路侧采用 25Gb/s 速率的彩光模块,干路侧采用 N*25Gb/s 或 100Gb/s 彩光模块。
接入网拓扑和光模块规格有望阶梯式演进。5G 前传主要有 DRAN 和 CRAN 两种场景,其中 CRAN 又可细分为 CRAN 小集中和 CRAN 大集 中两种部署模式。从 5G 初期到成熟期,光模块带宽将出现明显的代际 提升过程;从拓扑结构看,将从初期的 DRAN 模式、发展期的 CRAN 小集中、而 CRAN 大集中一般需要 CU 云化和 DU 池化集中部署来支撑 实现,是 5G 后期基站密度升高后,进行集约式管理的演进方向。
5G RAN 在建设初期主要采用 CU 和 DU 合设模式,称为 DRAN,这种模式和 LTE 的组网方式基本类似,AAU 和 DU 一般分别部署在塔上和塔 下,距离较短。AAU 通过光纤直和基带板连接,单基站中通常有 5 块左 右基带板,作为同一个 CU/DU 单元,每个基带板通常配置 3 个 AAU 连 接。
5G 建设后期,光模块铺设密度将持续提升。考虑到 5G 基站密度的增加 和潜在的多频点组网方案,DU 和下辖 AAU 数量是变化最大的因素。 CRAN 场景对应的拉远距离通常在 10 km 以内。局部光纤资源不足的 地区,可通过设备承载方案作为补充。在 5G 规模建设阶段,将采用 CU 和 DU 分离模式,并实施 CU 云化。每个 DU 单元可统筹管理下辖的 AAU 射频单元内的无线资源。
DU 单元配置基带板可带 1~6 块,在 CRAN 小集中部署模式下,通常配 置一块。每个 DU 单元通常对 3 个扇区的无线资源进行统筹管理。CU 和 DU 分离是为了对部分协议栈功能 IT 化,各自数据需经过中传连接汇 总到 CU,在统一转发给核心网。CRAN 小集中与 CRAN 大集中建设模 式的差别在于,后者的 CU 下辖 DU 数量较少,而 DU 下统筹的载频频 点较多,集合管理大 DU 节点。按每个频点 3 个 AAU 计算,可以安排 5~8 个频带,也就是 15 到 24 个 AAU。通过三种组网方式的搭配,极大 丰富了运营商对站址、载频数和基带资源管理上的灵活性。
回传光模块与 DU 数量将呈现正相关性。我们判断,DU 和 CU 合设将 是未来相当一段时期的主流,大部分主设备商不愿意分离 CU 进行云化, 而 CU/DU 合设并不会影响 RAN 的接入效用和成本,因此暂时忽略掉中 传光模块,而每个 DU 都与核心网形成一一映射关系,所以回传光模块 基本上是 DU 数量的翻倍,七年累积数量将超过 1000 万只。
前传光模块已进入向上周期,有望加速放量。5G 初始阶段 DU 和基带 板通常一一对应,单板与AAU之间也采用单纤连接。对4G频谱的重耕, 可能使得 DU 对应的基带板数量逐步提升,向着集中式 CRAN 的部署方 式过度。在 CA 等特性进一步驱动下,双纤的比重也会越来越高。所以 宏站的前传光模块数量将呈现出比基站数更快的增长。叠加小基站的渗透率提升,这些都共同推升前传光模块的加速放量。假设 2019 年平均 每宏站 DU 连接 3 个 AAU,此后逐年提升,到 2025 年平均每宏站 DU 连接 5 个 AAU,则前传光模块的数量将从 2019 年不到 100 万只提升到 2025 年超过 500 万只,仅就宏基站需求而言,七年内累积数量超过 4000 万只。
国内光模块厂商将从 5G 承载网变化和流量刚需中获得确定性机会。5G 承载网重大变化,光模块速率容量、芯片规格与可靠性、产品成本效益 比带来的新挑战层出不穷,产品化方式将长期持续升级,为产业链打开 新空间并引发重配。速率和容量提升是最直接驱动因素,单模块带宽向 更高发展是必然趋势;连接密度提升和传输距离增强,工业级芯片和器 件的产能成为决定组网效益和规模的关键;而光纤资源和无源设备的协 同,也会更进一步体现产品成本和指标间的折中。芯片、封测、成本效 益比迎来全面挑战,5G 光模块产业由此将产生重大新空间与新变化。
从目前涉及到 5G 从接入到干线的光芯片自给情况看,国内自主尚处于 较低水平,在未来两年的存货期内成本理应刚性,5G 光模块的降价节 奏有望比 4G 缓慢。全球电信光模块厂商格局集中,我国已经有若干具 备全球领先性的龙头厂商,在光模块封测和高速光芯片自产方面有深厚 积累,已经和设备商建立了牢固合作,国内广阔的市场空间和主动培育, 将使本土光模块厂商迎来长期稳定的发展。
新基建 5G 居首,强大外部效应适配新需求顺应新政策。疫情催生在线 生活新变化,数字经济已经起量,春节前后设备数、在线时长和人均流 量都创下新高。短视频和在线游戏、办公和在线教育带动大流量承载需 求,网络线性升级已难满足流量的非线性增长,建设 5G 网络提升性能 数量级是根本解决之道。与此同时,高层密集出台政策强调以 5G 为首 的新基建,工信部和运营商调研建设实施方案并明确年内提前完成原定 计划。在宏观经济和就业压力下,政策引导资源趋向新型基础设施,有 望加快加大投入。5G 网络处于核心地位,未来十年会对 GDP 产生庞大 的直接或间接拉动,带动上游产业链变革的同时,也将激发数字经济全 面兴起。
中国主导 5G 建设,将深刻改变全球设备产业格局。中国市场投资将是 5G 建设主线,我们预计 2019 到 2025 年间,5G 总投资规模有望较 2013 到 2019 年 LTE 阶段增长 20%,建成 5G 宏基站总数大致和 4G 相当, 由此启动全球 RAN 市场进入向上周期,从而带动移动开支比重缓慢提 升。未来五年固网建设将匹配移动网,固网设备总规模将持续稳步向上, 光网络、IP 承载和固网接入三大业务线设备总开支有望略超移动设备。 国内主设备商在各项领域已具备逐鹿全球的竞争力,当前运营商收入普 遍承压,同时资本开支扩大,营运开支将逐步缩减,给海外厂商的交付 运维形成更大压力。5G 阶段依托本土市场份额的有力支撑、工程师红 利持续释放、产业链自主不断深化,国内主设备商竞争力将全面提升, 产业地位有望站稳第一阵营。
5G 投资带动本土产业链迎来全新成长契机。Massvie-MIMO 在 5G 基站 的广泛使用,促使射频通道数剧增,相关器件向小型化轻型化发展,材 料和结构发生巨变,射频天馈子系统的价值量创出新高,并将引发上游 供应链格局出现重大变化,本土厂商将全面主导。网络软件化和平台化 能力是 5G 胜任万物互联的关键特性,运营商推动网络设备白盒化,将 为 IT 厂商切入 CT 供应链引入更多机遇,产业重构使得 IT 厂商在硬件 通用和软件虚拟化方面的优势充分施展。网络规模增大和拓扑结构变化 将使 5G 光模块用量持续向上,5G 承载网适配移动网更大流量水平,引 导从接入到汇聚到骨干的各节点光模块规格持续升级,为国内光模块封 测和光芯片厂商带来长期成长契机。
重点推荐具备全球领先性的主设备商中兴通讯、烽火通信,两者将在国 内 5G 投资加码过程中,直接受益于 5G 新基建,并将通过竞争力提升 优化份额;5G 承载网建设上量、流量持续增长将长期拉动光模块数量 和规格提升,中际旭创和光迅科技为全球龙头,在高速光模块封测和光 芯片领域能力突出,将持续成长;5G 平台化为 IT 厂商发挥硬件通用和 软件虚拟化优势,从而切入 CT 市场提供契机,重点推荐星网锐捷,建 议关注紫光股份;建议重点关注 5G 射频器件本土龙头供应商武汉凡谷、 世嘉科技。
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(报告来源:中泰证券)
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