1、第五代移动通信5G行业深度调研投资展望分析报告(此文档为word格式，可任意修改编辑！）2017年7月正文目录图目录表目录1. 什么是5G：接入技术与网络技术全面升级1.1. 5G除了继续提高人联网速度，还能满足物联网的低时延、高可靠、高密度5G，全称5th Generation，即第五代移动通信。蜂窝移动通信从模拟通信（1G）演进到目前已经普及的LTE（4G），已经经历了4次更新换代。而从2012年开始，5G网络的研究和试验正在快速推进。图1：中国蜂窝移动通信网络的更新换代如果我们把无线通信网络简单地看成一个黑盒子，我们暂时不关注这个黑盒子的内部结构，那么5G的黑盒子与前几代移动通信网络相比
2、，其最大的不同是：同时满足三个场景。过去的2G、3G、4G主要是满足增强型移动宽带（eMBB，这是国际电联ITU定义的，而中国的5G标准推进组IMT-2020把这个场景定义为连续广域覆盖和热点地区高容量两个场景），而5G在满足这个场景的基础上，还增加了超高可靠低时延通信（uRLLC）和海量机器通信（mMTC）两个场景：1）增强型移动宽带（eMBB）这是传统的 4G 的主要技术场景。既满足连续广域覆盖，又满足热点地区高容量。连续广域覆盖，在满足用户移动性和业务连续性的前提下，无论在静止还是高速移动，覆盖中心还是边缘，用户都能随时随地获得100Mbps以上的体验速度；热点高容量，主要面向室内外局部
3、人群集中等热点区域，为用户提供1Gbps的极高数据传输速率，满足数十Tbps/平方公里的极高流量密度需求。2）超高可靠低时延通信（uRLLC）主要面向车联网、工业控制等物联网及垂直行业的特殊应用需求，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。3）海量机器通信（mMTC）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、低成本、海量连接的特点，要求支持百万终端数/平方公里的连接数密度。总的来说，5G网络除了继续提高人与人联网的通信速度，还将满足人与物、物与物通信需要的低时延、高可靠和高密度的性能。5G将开启一个万物互联的时代
4、。图2：5G网络满足的三大场景具体到指标，为了满足3个场景的需求，5G网络将在速率、流量密度、连接数、时延、可靠性等方面提出要求。表1：5G主要场景与关键性能指标表2：5G关键技术指标与4G参考值对比1.2. 5G是无线接入技术和网络架构技术的完美结合无线接入技术全面升级提升无线管道的传输效率为了满足先进的技术指标，5G技术的创新主要来源于无线接入技术和网络架构技术两方面。5G无线接入的关键技术主要包含6项：大规模天线阵列、超密集组网（UDN）、全频谱接入、新型多址、新型多载波、终端直连等。（1） 接入技术1大规模天线阵列（Massive MIMO）：增加天线端口数，提升相同时频下的用户数Ma
5、ssive MIMO技术是5G移动通信的核心技术。目前3GPP LTE Release10（4G）中支持的多天线技术仅仅支持最大8端口的水平维度波束赋形技术，而5G为了进一步提升频率效率，一个直观的方法就是进一步增加并行传输的数据流的个数，或者更进一步：增加基站天线端口的数目，达到16、64甚至更高端口数，即可使传输的用户配对数目随天线阵列数目增加而增加，即使更多的用户在同一时间内进行传输，提升了频谱效率。除了端口数继续增加，MIMO天线也在挖掘空间维度的潜能3D-MIMO。3D-MIMO是Massive MIMO的一种，3D-MIMO是在传统的2D-MIMO的基础上，在垂直方向增加了一维可供
6、利用的维度，可同时实现水平和垂直方向上的MIMIO，目前3D-MIMO将大规模用在4.5G系统中。图3：Massive MIMO示意图：单基站天线阵列增加图4：MIMO的原理：提升并行数据流（2） 接入技术2超密集组网（UDN）：大量增加小基站提升热点大容量场景覆盖5G网络要满足的其中一个场景是热点高容量，即办公室、密集住宅区、密集街区、校园、大型集会、体育场和地铁等热点地区和广域覆盖区域。随着移动数据业务飞速发展，尤其是热点地区的流量需求一直是运营商函需解决的重要问题，这一问题在5G网络将显得尤为显著。根据近几年运营商的统计数据看，虽然室内覆盖只占移动通信覆盖区域总面积的20%，却产生了所有
7、覆盖区域业务量的70%。图5：室内业务分布占比图6：室内、室外移动通信业务量对比由于低频段资源的稀缺，仅依靠提升频谱效率无法满足大容量地区数据增长的需求，因此，通过增加单位面积内小基站密度，形成超密集组网，是解决该问题的最有效手段。根据3GPP对某密集住宅区场景及办公楼场景的小基站部署实验统计，随着小基站数目的增加，系统容量逐渐升高。密集住宅场景下：当部署8个小基站时，系统容量达到仅宏基站蜂窝覆盖的13倍。办公楼场景下：当每层部署40个小基站时，系统容量可提升至单小基站部署的14倍。图7：系统容量与小基站部署数量的关系部署小基站大大提升了密集住宅区的系统容量，最多可达13倍 图8：系统容量与小
8、基站部署数量的关系部署小基站大大提升了办公楼场景下的系统容量，最多可达14倍随着小区部署密度的增加，超密集组网需要解决如干扰、移动性、站址、传输资源以及部署成本等问题。为了满足大容量场景的需求和技术挑战，实现易部署、易维护、用户体验轻快的轻型网络，5G 的超密集组网还需要解决如下技术：接入和回传联合设计、干扰管理及抑制、小区虚拟化技术等。图9：超密集组网（UDN）下所用到的技术（3） 接入技术3全频谱接入：增加6GHz以上高频段，高低频混合组网如果把移动通信系统的建设看成是开发商盖“房子”，那频谱的作用就是“土地”，只有有了土地，开发商才能盖好房子。过去2G、3G、4G网络，主要用的是6GHz
9、以内的低频段，而5G有着高数据流量和高传输速率的需求，根据ITU-R WP5D对2020年IMT（国际移动通信）频谱需求预测，中国2020年频谱需求总量为1490-1810MHz，而与我国目前已规划的IMT总频率687MHz相比仍然有800MHz的频谱缺口。所以5G将会是混合6GHz以下低频段和6GHz以上高频段，其中低频段是5G的核心频段，用于无缝覆盖；高频段作为辅助频段，用于热点区域的速率提升。图10：中国IMT（国际移动通信）系统三大运营商的频段划分情况表3：2020年频谱需求总量高频通信在军事通信和无线局域网（WLAN）等领域已经获得应用，但是在蜂窝通信领域的研究尚处于初步阶段。高频信
10、号在移动条件下，易受到障碍物、反射物、散射体以及大气吸收等环境因素的影响，高频信道与传统蜂窝频段信道有着明显差异，因此，在全频谱接入方面，还需要解决如下技术：高频信道测量与建模、高频新空口、组网技术以及高频毫米波器件。（4） 接入技术4新型多址：搭建更多专线，减少多余信令开销多址技术是基站区分终端用户的技术。3G时代的CDMA码分多址）、4G时代的OFDMA（正交频分多址）等都是重要的多址技术，5G时代为了应对海量终端的接入，将引入多址技术。新型多址技术包括：SCMA（基于多维调制和稀疏码扩频的稀疏码分多址技术，华为提出）、PDMA（基于复数多元码及增强叠加编码的多用户共享接入技术，中兴提出）
11、和MUSA（基于非正交特征图样的图样分割多址技术，大唐提出）为代表的新型多址技术。新型多址技术带来的优势：a）提升系统频谱效率；b）成倍增加系统接入容量；c）通过免调度传输简化信令流程，降低空口时延。图11：MUSA原理码域叠加图12：新型多址技术相比较LTE优势：下行吞吐量提升86%，用户连接数提升3倍（5） 接入技术5新型多载波：灵活配置的子载波长度OFDM是4G的主要载波方式，在5G时代，OFDM仍然是基本的载波方式，但为了应对5G业务多样化需求、更高频谱效率等需求，5G网络将应用滤波器对子载波进行过滤，为不同业务配置不同的 时延、带宽等参数，自适应地应对高速移动、物联网等业务。新型多载
12、波技术包括：F-OFDM（华为提出）、FB-OFDM（中兴提出）、UFOFDM（上海贝尔提出）。图13：F-OFDM与传统OFDM的比较（6） 接入技术6终端直连：邻居之间不经快递直接传信息终端之间通信的传统模式是“终端-基站-终端”，而终端直连通信是一种“终端-终端”的模式，不再经过“基站”这个“快递公司”。终端直连通信可以减轻基站负担、减小通信时延，是5G网络的重要延伸技术。终端直连主要采用WiFi、Bluetooth、LTE-D2D 等技术，与传统的蜂窝通信融合以后，可产生智能交通的V2V/V2I（车车、车路）通信、多用户协作通信、数据共享网络等新应用场景。图14：终端直连示意图1.3.
13、 5G是无线接入技术和网络架构技术的完美结合网络架构更加扁平、开放、融合、本地化，网络IT化趋势明显5G 网络架构的设计可以分解为上层针对功能的系统设计和下层面向部署的组网设计，并最终呈现功能按需重构、平面合理划分、资源弹性供给和组网灵活部署的全新架构。5G网络架构典型服务能力 要包括：网络切片、边缘计算 MEC、按需重构的移动网络，网络能力开放等。（1） 网络架构能力1网络切片：SDN、NFV、云化等技术的集合体，满足5G各类应用场景的定制化需求从过去的2G、3G到目前4G网络，传统的移动网络主要服务移动手机用户，因此采用单一服务能力的网络层级，然而在5G时代，移动网络需要服务各种类型和需求
14、的设备，对移动性、计费、安全、策略控制、延时、可靠性等方面有各不相同的要求。例如一个大规模物联网服务连接固定传感器测量温度、湿度等，并不需要传统移动网络那些主要服务手机的切换、位置更新等特性。因此，为了满足5G时代多类型用户需求，除了无线接入侧用到多载波等技术外，网络侧也需要通过网络切片技术实现将不同业务划分在不同通道，为典型的业务场景分配独立的网络切片。VPN是网络切片的基本版本，而SDN（软件定义网络）、NFV（网络功能虚拟化）、云化等技术作为网络切片的重要技术，SDN 通过对流量的顶层设计，实现 5G 复杂场景下的网络侧的整体接入性能；基于 NFV 按需编排网络资源，满足端到端的业务体验
15、和高效的网络运营需求。5G网络的NFV将从核心网全面延伸到无线接入网。最新产业情况：2017年3月，巴塞罗那2017年MWC大会上，中国移动、华为、德电、大众联合发布了服务可保证的5G网络切片白皮书。图15：传统网络与切片网络示意图（2） 网络架构能力2边缘计算MEC： 通过本地计算、存储，实现快速响应和传输目前传统的网络架构是把运算、存储等业务能力放在“云端”，但是在5G时代，随着终端连接数量增加以及业务时延要求的提高，决定了业务终结点不可能全部在核心网后端的云平台，边缘计算 MEC应运而生，将业务平台下沉到网络边缘，为移动用户就近提供业务计算和数据缓存能力。边缘计算的带来的优势：a）降低业
16、务时延，如4K视频、VR/AR等，降低时延有效减轻观看者眩晕效果；b）业务本地化，减轻远程传输压力，如某些区域性的物联网业务，可以本地终端业务，减轻回传网络压力。图16：MEC系统架构图图17：中兴通讯基于5G架构的MEC解决方案（3） 网络架构能力 3网络能力开放：开放调用菜单，方便第三方运营及发展大数据产业用户体验优化和新型商业模式探索，是移动网络发展永恒的课题。4G网络采用“不同功能、各自开放”的能力开放架构，控制单元分散，能力开放平台接口协议多，导致支持能力开放的网络架构复杂，部署难度大，用户体验差。在5G时代，将通过如下技术，实现能力平台的开放：a） 基于控制转发功能分离的架构原则，
17、5G网络能力开放平台实现了对集中部署的控制面功能的统一调用；b） 基于虚拟化的基础设施平台，5G网络能力开放平台优化了基础设施资源的管控和调度能力；c） 基于网络边缘计算平台，5G网络能力开放平台提供第三方业务运营的管控能力；d） 通过能力开放平台与大数据分析中心进行对接与联动，提供大数据产业的开放数据源。图18：5G能力开放平台2. 多角度点评为何5G网络建设值得关注5G网络为何值得关注，本文主要从国家意志、运营商角度、通信行业投资角度、管道升级对下游产业影响角度等4个角度分解描述。2.1. 国家意志：5G将成为中国产业走出去的又一张名片，核心专利之争刻不容缓我国的通信产业现状：虽然我国已成
18、为全球通信产业第一大国，但是我们的通信标准专利才刚迎头赶上，每年还在为通信标准支付大量的专利费。手机终端出货和通信企业收入已达到全球第一。根据市场调研机构Counterpoint数据显示，2016年全球智能手机出货量接近15亿部，中国品牌出货总量为4.65亿部，贡献了接近全球出货量的31.8%，其中华为、OPPO、vivo、金立4家品牌占领了中国品牌出货总量的 76.5%。同时，以华为、中兴为代表的中国通信设备企业营收逐年增长，华为更是自2012年便超越爱立信坐稳全球通信设备企业头把交椅。图19：2016年全球智能手机销量（中国品牌占比达到31.8%）图20：2010-2015年全球五大设备商
19、营业收入变化（单位：亿美元）我国在通信技术专利方面依然落后。在通信技术专利方面，1G、2G、3G 的重要专利技术几乎被美国的高通、爱立信垄断，中国一直处于落后和跟随的状态。缺少原创和专利技术使得中国通讯业在 “走出去”的过程中遭遇了海外列强的重重狙击，比如控告侵权、禁运等。到4G阶段，我国的专利水平才勉强算同步跟随。华为、中兴、大唐在4G LTE的专利数排名分别为第三、第七和第十位。图21：LTE（4G）专利数分布每年为通信标准支付大量的专利费。高通公司（Qualcomm）因为持有大量涉及CDMA、GSM、WCDMA、TD-SCDMA和LTE等无线通信技术标准的必要专利（SEP），其每年收入的
20、30%（2016年为81亿美元）和绝大部分的利润均来自于专利许可费。根据高通目前实行的授权许可协议，对于在中国销售使用授权专利的3G设备、4G设备，按照设备整机销售净价的65%基础，分别收取5%和3.5%的专利费。粗略估算2016年高通公司从中国出售的通信终端里收取的专利收入达到46亿美元。图22：高通公司各年专利授权费收入（单位：亿美元）图23：2016年高通公司分地区营业收入占比“十三五”战略新兴产业规划重点列出推进5G网络建设，5G有望成为中国新名片。现阶段，我国在以华为为代表的通信设备企业已经在收入体量上进入了全球的第一梯队。在下一阶段的5G时代，网络设备及手机终端等将继续扩大份额，5
21、G有望成为继高铁、核电之后中国的“国家名片”，因此其专利及产业链发展得到了高度重视。通信领域作为“ 服务业走出去”和“ 中国制造走出去”的结合点，必须拥有自己的技术和专利才能不受制于人。我国对于 5G 的重视可谓由来已久，早在 2013 年 2 月， 3G&4G 方兴未艾之际，我国就由工业和信息化部、国家发展和改革委员会、科学技术部牵头，组织中国移动、中国联通、华为、大唐电信、中兴等通讯龙头联合成立了 IMT-2020(5G)推进组，以推动第五代移动通信技术产学研用链条化研究与发展，力争 2020 年实现 5G 商用。同时，国务院在2016年12月19日印发“十三五”国家战略性新兴产业发展规划
22、中，发展新一代信息产业成为五大领域之首，其中大力推进第五代移动通信（5G）联合研发、试验和预商用试点成为构建网络强国的重要基础。图24：十三五战略新兴产业规划关于5G网络建设规划2.2. 运营商角度：5G是竞争格局重新洗牌的指望自1999年第一次拆分中国电信形成“七雄初立”，到2002年第二次拆分中国电信形成“四大两小”，以及2008年的电信重组最终形成“三足鼎立”，中国的基础电信运营商在组织架构上经历了三次大的重组，也基本奠定了目前中国电信、中国联通、中国移动三足鼎立的格局。图25：中国电信运营商组织架构的三次变革不难看出，基础电信运营商组织架构改革的目标是打破垄断，实行资费市场化，提高公众
23、福利。但是除了组织架构改革带来的变化，实际上电信行业竞争格局的变化更多还是来自于网络服务能力的差距，包括网络的信号质量、网络运维服务能力以及资费水平，说得更直接点即新网络制式的更新换代：1）2G 时代：中国移动凭借先发优势，铺设了完善的网络，使得用户数快速增长，不断扩大市场份额，至3G大规模建设应用前的2009年初，中国移动的2G用户数达到4.6亿户，而中国电信和中国联通合计仅1.6亿户。2）3G时代：2009年国家向三家运营商发放3G牌照，联通得到WCDMA牌照、移动得到TD-SCDMA牌照、电信得到CDMA2000牌照。在当时，WCDMA是全球最成熟的3G标准，全球绝大多数运营商运营的都是
24、WCDMA，因此WCDMA的成本最低，手机款式最多、价格也最低。CDMA2000由于专利被高通所垄断成本最高手机款式远少于WCDMA。TD-SCDMA是中国力推的标准但是技术不够成熟，其时尚未有成熟的芯片，中国移动还花了数年时间和资金推动芯片的成熟。在3G时代，中国联通依靠网络制式的优势暂时扳回了一城。3） 4G时代：经过短暂的3G时代，2013年12月，国家向三家运营商发放4G TD-LTE牌照，随后中国移动快速启动4G建网，仅2014年一年就60万个4G基站建设，远超联通和电信，最终的情况就是竞争的天平再次向中国移动倾斜。电信业就像是一场接力赛，再厉害的短跑选手，一旦接棒不慎，就可能全盘皆
25、输。在4G时代，中国移动的竞争优势充分显示，联通和电信基本上已经错失了商机，据最新财报显示，2016年中国移动净利润1077亿元，远超联通+电信之和的181亿元。因此，要想扳回一城，唯有靠5G，中国电信和中国联通的高层也不只一次在公开场合表示5G时代的到来是公司掰回一局的关键机会，不容再错失。图26：运营商市场占有率变化（单位：万户）2.3. 通信行业投资的角度：5G是通信行业下阶段的重要投资增量在A股的全部3190个上市公司中，属于中信一级分类通信行业的标的有107个。这107个上市公司大部分是围绕三大基础电信运营商（中国移动、中国电信、中国联通）和广电运营商来开展商业行为的，因此通信行业传
26、统的投资逻辑主要是看三大运营商和广电运营商每年的CAPEX（资本开支）：在运营商资本开支较大的年份，通信板块相应公司的盈利状况一般也较好。三大运营商的资本开支中，无线网络和有线网络是投资大头占比超过 60%。其中无线网络即我们日常所用的手机上网的网络，包含2G、3G、4G网络，具体投入将包含无线通信基站的工程及设备费用；有线网络是指运营商的有线基础网，具体将分为骨干层（骨干网）、汇聚层（城域网）和接入层网络（接入层网络最贴近终端用户，即家庭或者企业日常所用的固定有线上网网络，如ADSL、光纤网络等）。图27：运营商网络架构图三大运营商的CAPEX近几年呈现两个特点：1）有线网络，即传输、数据、
27、宽带接入网等，由于“宽带中国”、“网络强国”的原因，近几年保持在高位；2）无线网络，在3G、4G建设的第一年是投资的高峰，之后逐年下滑。因此，期待下一次运营商CAPEX高潮必然在5G网络建设。图28：三大运营商2011年至2017年资本开支情况（单位：亿元）2.4. 管道升级对下游产业影响角度：5G网络打通新连接，下游应用层出不穷，有可能是新一轮牛市的开端通信网络是终端与终端、终端与服务器、人与人之间互连的管道，可类比为公路、铁路，“要想富先修路”，路修起来了，上面跑的车和业务量就多起来了。因此在每次网络更新换代的时候，管道得到加宽升级，相关下游应用也变得更加丰富了：2G只有语音和文字，3G有
28、了图片出现了微博等，4G多了视频涌现了直播、在线视频等。在2009年之后不断涌现的互联网公司，正是搭上了移动通信网络大跨步升级的快车道。以3G发展为例，据工信部统计，我国3G发展头三年，直接带动投资4556亿元，间接拉动投资22300亿元；直接带动终端业务消费3558亿元，间接拉动社会消费3033亿元；直接带动GDP增长2110亿元，间接拉动GDP增长7440亿元。同时，3G发展也增加了社会就业机会，3年直接带动增加就业岗位123万个，间接拉动增加就业岗位266万个。而4G阶段更是催生了国家“互联网+”的大变革。而明天的5G，会带来更多：1） 相比于4G，除了继续加强人与人的移动宽带通信eMB
29、B，还增加了海量机器通信mMTC、超高可靠低时延通信uRLLC等两个场景：5G时代，除了人与人通信，还增加了人与物、物与物的智能互联通信，打开了海量的终端连接市场，同时增加了高清视频、VR/AR、车联网、智慧城市、无人驾驶、无人机网络、大规模物联网等各种应用场景市场。2） 继续加强人与人的移动宽带通信，有望出现视频通话，全息视频通话、VR/AR 互动等应用。图29：5G将渗透到社会各领域，带来生活的极大变化3. 什么时间布局5G：2017年四季度是主题升温开始阶段3.1. 产业的时间表：原定2020年商用，现状进程有望加快为了保证各移动终端能在世界范围内正常通信，每一代移动网络都会形成全球性的
30、通信标准。每一代移动网络从最初的提出需求到最终的商用落地，将经历“需求指标确定”-“频谱规划”-“技术试验及标准制定”-“频段批准及牌照核准”-“建网及推出商用”共5个阶段，其中“频段批复及牌照核准”是中国政策环境下特有的，须由工信部发文确定。图30：在中国，3G、4G从提出需求到最终商用落地历程目前多个国家组织都在积极进行 5G 网络的研究和标准制定工作。主要组织包括：国际组织（如ITU、3GPP）、行业/国家组织（如中国的IMT-2020（5G）推进组）、企业（如中国移动）。图31：参与5G标准的各类组织在中国，我们主要看国际组织ITU、3GPP、中国组织ITU-2020（5G）推进组以及
31、三大运营商的时间表。（1） ITU：作为最后的把关监督者，确定2020年5G商用国际电信联盟（ITU）从 2012 年开始启动 5G 愿景研究，于 2014 年 10月形成了“IMT-2020”（即5G）工作计划稿，明确了全球5G发展总体规划、国际标准化机制流程等问题。根据ITU的愿景，5G商用共分5个阶段，10个步骤。ITU于2015年6月制定了 5G的时间表。时间表显示，2019年6月的ITU第32次会议将完成5G标准的初步技术文档，2020年10月的ITU第36次会议将完成最终技术规范，5G网络具备商用能力。图32：ITU制定的时间表：2020年完成最终5G标准并商用（2）3GPP：原定
32、2019年末完成最终标准2020年商用，最新标准计划已部分提速3GPP集合了韩国、日本、美国等全球最重要的通信组织及企业，是目前全球最权威的无线通信技术规范机构，牵头制定了4G的标准。3GPP下属RAN和SA部门负责5G项目，正推进5G标准的研究。按照ITU的要求，3GPP之前制定了5G的计划时间表：a）初步计划R14（Release-14）涉及5G的技术，于2017年3月完成，2017年6月冻结；b）R15完成第一版5G标准，2018年6月完成，2018年9月冻结；c）R16完成最终版5G标准，2019年12月完成，2020年3月冻结。但是根据3GPP于2017年3月7日在克罗地亚召开的最新会议表示，将5G新空口非独立组
