2019年中國5G基站、光模塊、天線及5G物聯(lián)網(wǎng)帶動經(jīng)濟(jì)發(fā)展前景分析[圖]

    據(jù)調(diào)查預(yù)測，假設(shè)2020年5G開始正式商用，預(yù)計當(dāng)年將帶動約4840億元的直接產(chǎn)出，2025年、2030年將分別增長到3.3萬億、6.3萬億元，十年間的年均復(fù)合增長率為29%。在間接產(chǎn)出方面，2020年、2025年和2030年，5G將分別帶動1.2萬億、6.3萬億和10.6萬億元，年均復(fù)合增長率為24%。

2020-2030年5G直接和間接經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出預(yù)測

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    5G產(chǎn)業(yè)鏈分為五大部分，建設(shè)前期的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，中期的基站系統(tǒng)包括無線、射頻、大量的小基站，以及網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)均有一定的變化；后期的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營維護(hù)和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化以及應(yīng)用期的終端、物聯(lián)網(wǎng)、VR等。

    5G相比于4G在時延、帶寬、連接數(shù)量方面均有較大的提升，5G技術(shù)在多個層面進(jìn)行了升級，新一代的通信技術(shù)升級將帶來產(chǎn)業(yè)鏈上大量的投資機(jī)會。其中最重要的幾項如大規(guī)模MIMO、基于濾波器組的多載波技術(shù)、全雙工技術(shù)等、新型多址技術(shù)、毫米波通信、超密集組網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)切片等。

    5G的總投資規(guī)模約為4G的1.5倍，建設(shè)周期我們測算大約5~7年。從各細(xì)分行業(yè)綜合看，又以PCB、無線側(cè)射頻器件（濾波器、振子等）、主設(shè)備、核心網(wǎng)設(shè)備與傳輸設(shè)備、小基站等彈性最大，業(yè)績爆發(fā)的確定性也更高。

5G投資預(yù)測

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5G產(chǎn)業(yè)鏈圖

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    一、基站

    5G的碼率要遠(yuǎn)高于4G，根據(jù)香農(nóng)定理，碼率的提升帶來信噪比的大幅提升，在維持基站功率變動不大的情況下，只有增加基站的密度才能解決。目前5G頻譜3.5Ghz左右，4G的頻譜在2.1-2.6Ghz，可以采用大規(guī)模天線的波束成形技術(shù)彌補(bǔ)頻段提高帶來的信號空間傳播損耗增加，同時考慮到我國目前城市4G的組網(wǎng)密度已經(jīng)很高的情況下，從連續(xù)覆蓋的角度看，我們預(yù)計未來5G宏基站的密度將是4G的1.4倍左右。

    5G的覆蓋將采用宏基站和大量小微基站想配合的組網(wǎng)形式，小基站特指小型一體化基站，主要區(qū)別于宏基站。小基站主要作用是“補(bǔ)盲”，主要是由于4G\5G技術(shù)工作在高頻的頻段，傳統(tǒng)的基站覆蓋盲點部分由小基站解決。在高頻率高帶寬的4G時代，小基站大大提升整體系統(tǒng)容量進(jìn)而成為重要網(wǎng)絡(luò)組成部分，在5G時代大量的小微基站有助于提升帶寬和連接密度，預(yù)計未來小基站數(shù)目將超過大大超過宏基站的數(shù)目。小基站對于新進(jìn)入者壁壘較大，主要是由于小基站的技術(shù)比較復(fù)雜，且基帶處理單元（BBU）容易損壞，對維護(hù)的要求高，大公司往往更具有優(yōu)勢。

    5G無線網(wǎng)建設(shè)周期為5年到7年，牌照發(fā)放后兩三年為建設(shè)高峰期。據(jù)工信部統(tǒng)計截止到2017年底，全國4G基站數(shù)量為389萬個，若考慮連續(xù)覆蓋5G的密度為4G設(shè)備的1.5倍，5G全國共需要基站數(shù)量約為500萬，以單價10萬計算，5G投資中僅基站主設(shè)備的投資規(guī)模約5000億元，相比于4G的基站主設(shè)備投資規(guī)模提升約40%?？紤]到頻譜、覆蓋范圍、成本等綜合考量，假設(shè)5G的基站數(shù)量是4G的1.4倍達(dá)到450萬個（不考慮小基站），小基站數(shù)量為宏基站數(shù)量的1.5~2倍，達(dá)675~900萬個。

    二、光模塊

    5G建設(shè)還將帶來光模塊市場的新的增長點，光模塊主要應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心中，目前正經(jīng)歷從40G向100G升級的過程。而5G的接入網(wǎng)由BBU、RRU兩級架構(gòu)拆分為CU、DU和AAU三級架構(gòu)，原有BBU的非實時部分拆分CU，而原4G的BBU剩余部分與部分物理層功能結(jié)合在一起結(jié)合成為AAU，原RRU剩余部分組成DU結(jié)構(gòu)。此外，5G將需要建設(shè)2倍于宏基站的小基站，而每個小基站上下行網(wǎng)絡(luò)將采用25G光模塊?？傊?，5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)將直接推動光模塊用量的提升。

5G承載組網(wǎng)架構(gòu)

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    除光模塊數(shù)量的增長，5G組網(wǎng)中對光模塊的速率提出進(jìn)一步的要求。傳統(tǒng)4G的6G/10G前傳光模塊已經(jīng)無法滿足5G前傳的需求，需要更換速率更快的25G光模塊，未來25G光模塊的需求將大大提升；此外，與前傳網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率提升相對于，承載網(wǎng)絡(luò)也面臨整體的升級?？紤]到收斂比，我們假設(shè)回傳網(wǎng)絡(luò)中宏基站個數(shù)與接入層設(shè)備數(shù)為1:1，接入層與匯聚層的設(shè)備比例為8:1，匯聚層與核心層設(shè)備數(shù)量的比例為4:1。在回傳網(wǎng)絡(luò)的接入層將主要使用25G/100G，匯聚層采用100G/200G，核心層采用200G/400G光模塊為主。

    5G的大規(guī)模建設(shè)將帶來每年千萬量級的光模塊數(shù)量需求，但是值得提出的是高端光模塊中芯片成本占比高達(dá)70%，然而國外廠商在高端光芯片領(lǐng)域的市場份額達(dá)到90%。提升核心光芯片技術(shù)是未來中國廠商參與全球光模塊市場競爭關(guān)鍵，也是國產(chǎn)自主可控的重要組成部分。

2019-2025年5G基站預(yù)測（萬個）

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2019-2025年小基站個數(shù)預(yù)測

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2019-2025年光模塊單價預(yù)測

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2019-2025年市場空間預(yù)測（億元）

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2019-2025年5G光模塊市場空間預(yù)測

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    三、無線產(chǎn)業(yè)鏈格局

    1、濾波器

    射頻器件是移動通信基站和天饋系統(tǒng)核心部件之一?；驹O(shè)備主要包含3個部分：BBU（基站處理單元）、RRU（射頻處理單元）、天饋系統(tǒng)，RRU主要功能是將BBU中的信號進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換之后，對其進(jìn)行調(diào)制解調(diào)，然后將這些信號進(jìn)行功率放大，最終經(jīng)由濾波器元件傳送至天饋系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)射。射頻前端模塊由功率放大器（PA）、濾波器、雙工器、射頻開關(guān)、低噪聲放大器、接收機(jī)/發(fā)射機(jī)等組成。其中功率放大器負(fù)責(zé)發(fā)射通道的射頻信號放大；濾波器負(fù)責(zé)發(fā)射及接收信號的濾波；

    天線濾波器需求迎來數(shù)倍增長。到2020年，頻段數(shù)量新增到50以上，理論上每個頻段要配置2個濾波器，頻段的數(shù)量增長將帶來濾波器數(shù)量的成倍增加。

    預(yù)計，5G時代更高密度的宏基站和小基站將是推動RFPA市場規(guī)模成長最主要的動力來源。2016年全球RFPA市場規(guī)模約為15億美元，到2022年時，市場規(guī)模將達(dá)到25億美元，復(fù)合年增率(CAGR)為9.8%。傳統(tǒng)的4G天線中，F(xiàn)DD采用2T2R天線需要4個基站濾波器，而TDD采用4T4R8通道天線，對應(yīng)8G濾波器，在未來的5G天線方案中，將以64通道方案為主，通道數(shù)量數(shù)倍增長意味著濾波器的需求數(shù)倍增加。

    小型金屬同軸腔體濾波器和陶瓷介質(zhì)濾波器在未來一段時間內(nèi)會同時并存。目前，中興和諾基亞以小型金屬腔體濾波器為主，華為和愛立信以陶瓷介質(zhì)濾波器為主。金屬腔體濾波器在部分指標(biāo)上優(yōu)于陶瓷介質(zhì)濾波器，這主要是金屬材料的性質(zhì)所決定的，但是金屬腔體濾波器的體積是陶瓷的4-5倍，重量比陶瓷介質(zhì)濾波器的重。因此，在5G商用前期可能會更傾向小型金屬腔體濾波器方案，后續(xù)過渡到陶瓷介質(zhì)濾波器方案，兩種方案會在一段時間內(nèi)并存。

金屬同軸腔體濾波器和陶瓷介質(zhì)濾波器對比

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    陶瓷介質(zhì)濾波器對各項參數(shù)指標(biāo)有較高的要求，制作工藝也較為復(fù)雜，制作流程包括原料合成、噴霧造粒、壓制成型、燒結(jié)、研磨、金屬化、制電極、調(diào)試、總測、QC檢驗、包裝入庫等環(huán)節(jié)。其中的原料合成、燒結(jié)、金屬化、調(diào)試是制作的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。于是對于陶瓷介質(zhì)濾波器廠商來說，應(yīng)具備如下條件：1、設(shè)計濾波器的能力，2、擁有陶瓷粉體配方，3、燒結(jié)的工藝（低溫共燒陶瓷和超低溫?zé)Y(jié)陶瓷技術(shù)），4、金屬化的自動化，5、調(diào)試的自動化。因此，陶瓷介質(zhì)濾波器廠商具有較高的技術(shù)壁壘。

    陶瓷介質(zhì)濾波器具有較高的技術(shù)壁壘，目前同業(yè)競爭壓力較小，新進(jìn)廠商的帶來威脅也較小。目前，部分原生產(chǎn)金屬腔體濾波器的廠商也在積極布局，未來介質(zhì)濾波器的競爭壓力不容忽視。目前介質(zhì)濾波器的生產(chǎn)者大多都擁有粉體配方，來自上游的壓力較小。當(dāng)前介質(zhì)濾波器的產(chǎn)量不算高，所以對于下游的議價能力略強(qiáng)，但長期來看，議價能力還是掌握在下游的設(shè)備商手中。

    2、基站PCB

    5G使用高頻段，天線和射頻板材對于介質(zhì)傳輸損耗、導(dǎo)熱要求極高，因此帶來了對高頻板材的需求。5G傳輸速率大幅提升，帶來了對高速板的需求。5G使用MasiveMIMO技術(shù)，天線單元通過高頻高速PCB集成，這也為單基站帶來了新的增量。

    AAU中的射頻元件，如：濾波器、雙工器、PA等都將集成于PCB。AAU中天線的天線振子也將集成在PCB板上，PCB為2層或4層高頻板。

    5G宏基站BBU部分PCB與4G基站相比在尺寸、數(shù)量方面變化不大。但5G傳輸速率大幅提升，對BBU的信息處理能力要求更高，帶來了對高速板的需求。一方面是在覆銅板中用高速材料替代傳統(tǒng)的FR-4。由此帶來PCB單價的提升。另一方面是層數(shù)從4G時代的18~20層提升至5G時代的20~30層。

    5G基站BBU由一塊背板和兩塊單板（主控板和基帶板）組成。背板是層數(shù)多、尺寸大，制造工藝復(fù)雜，價值量高。單板包括主控板和基帶板。

中國5G宏基站PCB市場規(guī)模測算

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    3、天線

    在移動通信系統(tǒng)中，天線是電路信號與電磁波的轉(zhuǎn)換器，基站天線同時完成信號的發(fā)射和接收工作，是移動通信系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分。從2G到4G，移動基站天線經(jīng)歷了全向天線、定向單極化天線、定向雙極化天線、電調(diào)單極化天線、電調(diào)雙極化天線、雙頻電調(diào)雙極化到多頻雙極化天線，以及MIMO天線、有源天線等過程。隨著5G傳輸速率要求的提升，未來天線將采用大規(guī)模MOMI天線形式。

    我國天線經(jīng)歷了從2001年前的主要靠進(jìn)口，后進(jìn)入國產(chǎn)替代，到未來引領(lǐng)天線發(fā)展的逐步提升的過程。2001年以前，國外廠商通過主設(shè)備與天線打包壟斷了國內(nèi)的市場，國外的基站天線價格在2001年高達(dá)1萬元。隨著中國三大運(yùn)營商拆包集中采購，國產(chǎn)天線占比提升。但從全球市場上看，行業(yè)仍處于寡頭壟斷時期。據(jù)統(tǒng)計，截止2009年，僅Kathrein和Andrew兩家市場占比79%，其專利壁壘嚴(yán)重阻礙了中國天線品牌進(jìn)入國際市場。打破專利壁壘后，國產(chǎn)天線占比持續(xù)提升，截止到2017年華為天線已經(jīng)成為全球第一大天線生產(chǎn)商。

    預(yù)計全球Sub3GHz基站天線需求數(shù)量逐漸下滑但仍有較大體量，2018-2020年Sub3GHz基站天線全球每年需求量在450萬副左右，其中中國的需求約為150萬套。隨著隨著2020年5G正式商用，未來天線將朝著多頻、有源等復(fù)雜天線方向發(fā)展，單天線平均價格有較大提升（但按端口單價大幅下降），目前4G天線價格為2500元/副，預(yù)計未來5G天線的價格將上漲至3500元/套。預(yù)計到2020年全國5G天線需求量將達(dá)到250萬套左右，我國2020年天線市場空間預(yù)計將達(dá)到87.5億元。預(yù)計5G天線市場有望迎來量價齊升。

    天線有源化是未來天線發(fā)展趨勢，意味著天線的下游客戶將由運(yùn)營商轉(zhuǎn)變?yōu)榛驹O(shè)備商。華為天線是最大的贏家，華為是全球基站設(shè)備龍頭廠商，同時華為天線也是全球基站天線龍頭，華為天線主要通過東山精密、弗蘭德、華龍等代工滿足華為自身的需求，京信通信、摩比發(fā)展、通宇通訊與其他主設(shè)備廠商合作向運(yùn)營商提供5G天線。

主要天線廠商與主設(shè)備商合作情況一覽

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    四、5G物聯(lián)網(wǎng)

    物聯(lián)網(wǎng)作為5G的三大應(yīng)用場景之一，隨著5G牌照的發(fā)放，大規(guī)模建設(shè)臨近，萬物互聯(lián)的時代即將開啟。據(jù)研究機(jī)構(gòu)MachinaResearch等機(jī)構(gòu)預(yù)測，全球物聯(lián)網(wǎng)市場規(guī)模將從2017年的1950億美元增長到2022年的7728億美元，年均增長率31.8%，其中中國市場規(guī)模會從2017年的195億美元增長到2022年的1546億美元，年均增長率51.3%，高于全球平均增長率。并且預(yù)計到2022年，中國市場規(guī)模在全球占比將達(dá)到20%，僅次于美國的22%占比。

2018-2022年全球及中國物聯(lián)網(wǎng)市場規(guī)模及預(yù)測

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    目前各大無線模組廠主要研發(fā)生產(chǎn)蜂窩類無線模組（2G、3G、4G）和低功耗廣域網(wǎng)（LPWA）無線模組，比如NB-IoT、eMTC和LoRa。其中2G無線模組大概20元一個，3G模組大概100元一個，4G模組大概200元一個，NB-IoT模組大概80元一個。目前2G模組占據(jù)大部分市場份額，隨著3G/4G模組的價格降低，2G模組滲透率會逐漸下降。蜂窩數(shù)據(jù)類無線模組單價的降低是由市場規(guī)模擴(kuò)大引起的，其中2G模組已接近歷史地位，因為我們預(yù)計后續(xù)逐年單價降低5%；3G模組由于發(fā)展較為穩(wěn)定，預(yù)計后續(xù)單價逐年降低10%；4G模組還屬于新產(chǎn)品器件，毛利較高，后期市場擴(kuò)張銷量增加會較大促進(jìn)價格下降，預(yù)計2018-2020價格下降10%，2021-2022由于5G模塊開始上市，價格會較大幅度下降，達(dá)到15%。因此我們預(yù)測全球蜂窩數(shù)據(jù)類無線模組市場規(guī)模將由2017年的68億元增長到2022年的200多億元，年均增長率為24.5%。

    LPWA類無線模組是目前物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的主力軍，其優(yōu)勢明顯，低功耗長壽命，并且2018年各大運(yùn)營商N(yùn)B-IoT組網(wǎng)逐漸完成，NB-IoT的滲透率會進(jìn)一步提高，LPWA模組屬于新產(chǎn)品，參考4G模組價格規(guī)律，預(yù)計2018-2020年價格會有10%的下降空間，2021-2022年會有15%下降。預(yù)測2018年和2019年LPWA模組會迎來大爆發(fā)增長期，之后會穩(wěn)定增長，全球LPWA模組市場份額會從2017年的180億元增長到2022年的991億元，年均增長率40.7%。

2018-2022年全球LPWA類無線模組市場規(guī)模預(yù)測

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    車聯(lián)網(wǎng)行業(yè)市場空間廣闊，進(jìn)入加速發(fā)展階段，或?qū)⒊蔀?G最大應(yīng)用。國家大力扶持車聯(lián)網(wǎng)行業(yè)發(fā)展，發(fā)布刺激政策推動車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展。2018年底我國汽車保有量高達(dá)3.4億量，比2017年增加2285萬輛，增長10.51%，這為車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展打下扎實的基礎(chǔ)。截至2018年6月，共出臺相關(guān)政策10余項。2017年智能網(wǎng)聯(lián)汽車領(lǐng)域共完成融資超400億元，全球車聯(lián)網(wǎng)規(guī)模約為525億美元，預(yù)計到2022年增加至1629億美元，年復(fù)合增長率（CAGR）為25.4%。中國車聯(lián)網(wǎng)市場規(guī)模將從2017年的114億美元增長到2020年的530億美元，CAGR為36.0%，高于全球平均增長速度。預(yù)測，2020年，全球聯(lián)網(wǎng)汽車的市場保有量將達(dá)3.8億量，全球聯(lián)網(wǎng)汽車銷售增至9400萬輛，2020年，車聯(lián)網(wǎng)用戶滲透率將高達(dá)30%以上，成為物聯(lián)網(wǎng)中最強(qiáng)勁的市場。

2017-2022年全球、中國車聯(lián)網(wǎng)市場規(guī)模統(tǒng)計及預(yù)測

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    5G使得車聯(lián)網(wǎng)大量的信息傳輸?shù)靡詫崿F(xiàn)。車聯(lián)網(wǎng)本質(zhì)上是車和車、人和車、車與路之間的通訊，而這之間的數(shù)據(jù)傳輸量巨大。根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，未來無人駕駛每分鐘將消耗0.75GB數(shù)據(jù)量，每天將產(chǎn)生4000GB的數(shù)據(jù)，而5G技術(shù)能以超過每秒10GB的傳輸速度和106的/km²的連接密度，延遲能降至10毫秒以內(nèi)，能提供1-5ms端到端時延和高至10Gbps峰值速率，這大大滿足未來車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境的車輛與人、交通基礎(chǔ)設(shè)施之間的通信需求。今年三大運(yùn)營商在各大城市進(jìn)行5G規(guī)模試驗為試商用做準(zhǔn)備。同時，2018年底，工信部向三大運(yùn)營商發(fā)布了5G系統(tǒng)中的低頻段試驗頻率使用許可，積極推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

    相關(guān)報告：智研咨詢發(fā)布的《2019-2025年中國第五代移動通信技術(shù)（5G）行業(yè)市場全景調(diào)查及投資方向研究報告》