5G发展的动力能够支持它迎接挑战吗

2019-07-12 13:58:14 文/电子发烧友 作者/ 电子发烧友 5G

5G已经不仅仅是一门技术,而是一个产业,更是推动其它各个产业发展的一项基础产业。

5G不是“4G+1G”,而是一次重大的颠覆性技术变革,是经济社会转型升级的重要推动力,人类在生产、生活以及社会管理方式上,将迎来革命性改变。那么5G到底是什么?5G发展的动力有哪些?5G发展的挑战又包括哪些?

6月底MWC19上海再现盛况,5G成为当之无愧的热点。各界人士纷纷感慨,通信行业的春天似乎又来了。中国移动杨杰和中国联通李国华,均不约而同提到5G不是“4G+1G”,而是一次重大的颠覆性技术变革,是经济社会转型升级的重要推动力,人类在生产、生活以及社会管理方式上,将迎来革命性改变。那么5G到底是什么?5G发展的动力有哪些?5G发展的挑战又包括哪些?

5G到底是什么?

5G已经不仅仅是一门技术,而是一个产业,更是推动其它各个产业发展的一项基础产业。

5G是通信技术的变革而非革命

从技术角度看,5G是在4G通信技术基础上继续发展的产物,本质上只是技术的变革,而非革命。5G涉及的核心技术,主要包括无线技术和网络技术两大类。无线技术方面,主要包括Massive MIMO,超密集组网(UDN),D2D,灵活双工/全双工,新型多址技术,新型编码调制,高频段通信等。网络技术方面,主要包括网络切片(Network Slicing),移动边缘计算(MEC),SDN/NFV,C-RAN架构等。

5G技术的核心是提升频谱效率(每小区或单位面积内,单位频谱资源提供的吞吐量,提升5~15倍)、能源效率(每焦耳能量所能传输的比特数,提升百倍以上)和成本效率(每单位成本所能传输的比特数,提升百倍以上)。

5G最根本的变革在于通信服务对象将发生变化

从1G到4G,通信服务的主体都是我们人类,但是到了5G时代情况将发生改变。可以预测,自5G时代开始,通信服务的主体将从人逐步迁移到物,而且这个比重会越来越高。也就是5G时代开始,会从连接人到连接物,从服务人到服务物。工信部苗圩部长提到,将来20%左右的5G设施是用于人和人之间的通信,80%用于人与物,物与物的通信。

正是由于这样根本性的变革,5G会催生出无数全新的领域,引发新一轮的产业变革,成为推动经济发展的新增长动力。

5G拥有消费性、管理性、生产性三大产业发展主线

从1G到4G,基本只有面向人类消费者市场这一条发展主线,但到了5G时代,情况发生根本性变化。总体来看,5G拥有消费性、管理性、生产性三大产业发展主线。

一是面向需求侧的消费性主线,即5G加速生活娱乐、车联网、汽车电子、医疗电子、可穿戴设备、智能家居等规模化的消费类应用。二是5G驱动智慧城市管理性应用全面升温,基于5G的城市立体化信息采集系统将加快构建,智慧城市、智慧安防、智能交通等成为应用集成创新的综合平台。三是面向供给侧的生产性主线,即5G与工业、农业、能源等传统行业深度融合,成为行业转型升级所需的基础设施和关键要素。

5G发展五大动力

推动5G发展的源动力来自五大方面,国家战略、运营商竞争态势、产业链上下游设备商推动、消费者诉求、行业数字化转型需求。这五个方面因素叠加,推动中国5G产业快速发展。

动力一:国家战略

5G的定位是一项国家基础性产业。因此,各个国家都在抢夺5G产业发展的制高点。谁占领了5G产业发展的制高点,不仅能推动本国5G直接和间接经济总产出的增长,同时还能分享其它国家5G产业发展的红利。

2019年4月3日,美国国防部发布了《5G生态系统:对美国国防部的风险与机遇》,预测中国依靠先发Sub-6GHz的5G网络会推动智能手机和电信设备商,以及半导体和系统供应商的市场大幅增长,进而带动互联网公司的服务增长,中国将可能重现美国在4G领域的辉煌。因此,美国对争夺5G领先地位的焦虑感和紧迫感日益强烈。

全球各个国家对此都有相同认知,因此大家才会看到美国和韩国两国运营商争抢全球首个开通5G无线服务的国家名分。2019年4月3日,韩国三大运营商SK电讯,KT和LG U+宣布5G正式商用,开通5G手机网络服务,抢得“全球首商用”桂冠。之后一个小时,美国运营商Verizon也正式宣布在部分地区推出5G无线网络服务。

而中国成为继韩国、美国、瑞士、英国之后,全球第5个开通5G服务的国家。毋庸置疑,中国在5G领域的投入是坚定的。自2016年启动5G试验以来,中国积极推进完成了5G关键技术验证、技术方案验证、系统组网验证三大阶段工作。

从中国5G产业发展预期看,中国信息通信研究院发布的《5G产业经济贡献》报告,预计2020-2025年期间,中国5G商用直接带动的经济总产出达到10.6万亿人名币,间接拉动的经济总产出约24.8万亿人名币。如此巨大的经济产出,正是国家战略意志的体现。

动力二:运营商竞争态势

韩国媒体报道,韩国加入5G服务的用户在2019年6月10日突破100万人,此时距离韩国5G商用化仅有69天。韩国三大运营商SK电讯,KT和LG U+为争取用户大打“价格战”,对5G手机进行高额补贴。美国AT&T,Verizon,T-Mobile和Sprint,出于市场竞争需要,均在积极进行5G商用部署。以AT&T为例,分步推进5G网络部署,首批覆盖12个城市,第二批增加约10个城市。同时,AT&T努力把4G时代积累的企业解决方案经验延伸到5G,积极开发零售、医疗、金融、教育、安全等垂直行业创新应用。

从运营商角度看,你不积极上5G,竞争对手抢先上了5G,你的用户资源就会流失,业绩就会下滑,这是运营商不可承受之重。竞争的压力,逼迫运营商抢跑5G。国内运营商也面临同样的情况,当然和海外运营商相比,国内运营商除了商业竞争压力之外,还承担着非商业性质的普遍服务义务,即ZZ任务。

2019年中国移动将在全国范围内建设超过5万个5G基站,在超过50个城市实现5G商用服务;在2020年,将进一步扩大网络覆盖范围,在全国所有地级以上城市城区提供5G商用服务。中国移动实施“5G+计划”,一是推进5G+4G协同发展;二是推进5G+AICDE融合创新;三是推进5G+Ecology生态共建;四是推进5G+X应用延展。

中国电信将在40多个城市建设NSA/SA混合组网的精品网络,力争在2020年率先启动面向SA的网络升级,对外开放基于SA的边缘计算、网络切片等5G差异化网络能力。同时加速云网融合,为5G赋予更多内涵。中国电信在上海重点发布了“5G行业云网解决方案”,为媒体、医疗、教育、金融、物联(水务、消防、车联网)、视频六大行业提供服务。

中国联通实施“7+33+N”5G建网战略,即在北京、上海、广州、深圳、南京、杭州、雄安7大城市区实现连片覆盖,在福州、厦门等33个重点城市实现热点覆盖,在N个城市定制5G网中专网,同时构建各种行业应用场景。

动力三:产业链上下游设备商推动

5G产业链包括上游设备商,中游运营商,和下游终端设备商以及行业应用方案提供商。

上游设备商除了我们熟知的四大系统设备商华为、中兴、爱立信、诺基亚外,还包括芯片厂商(光电芯片、计算芯片、交换芯片、射频芯片等),基站天线/振子厂商,射频模块厂商(滤波器、功率放大器、射频开关等),基带模块厂商,PCB板厂商,光模块厂商,无光源器件厂商,光纤光缆厂商,小微基站厂商,铁塔厂商,承载设备厂商等。

终端设备商包括智能手机、智能网联汽车、智能家居等领域。行业应用方案提供商涉及各个行业,如车联网、工业互联网、智能医疗、智慧教育等。

在中国4G建设饱和的情况下,产业链上游和下游的设备商将希望寄托于5G发展,成为顺理成章的事情。

以智能手机为例,智能手机增长和智能手机普及率,都已经进入了存量市场阶段。而在存量市场环境下,中国智能手机市场未来机会点在于用户升级换机的需求,尤其是5G技术带来的换机需求。

动力四:消费者的诉求

全球2G GSM用户数突破1亿大关,用了6年时间(1992年-1998年)。全球3G UMTS用户数突破1亿大关,用了5年时间(2001年-2006年)。全球4G LTE用户数突破1亿大关,只用了3年时间(2010年-2013年),仅为2G时代用户发展时间的一半。消费者对新技术的接受度越来越高,尤其是中国消费者。一旦5G网络实现大面积覆盖,用户将迅速向5G转化。

同时,年轻人、高学历、居住在城市的成年人是最早接触智能手机的人群。在中国,年轻成年人是智能手机覆盖率最高的人群,2018年,91%的18岁到24岁成年人,89%的25岁到34岁成年人拥有智能手机。而这群人中存在大量“数字原生代”,即在智能手机和互联网上长大的人。数字原生代能够同时认知处理多种信息来源,天然具备积极拥抱新一代信息技术的诉求。比如在游戏、体育、娱乐、在线漫画和表演中,发展5G AR/VR服务,一定会受到年轻成年人的热烈追捧。

动力五:行业数字化转型需求

中国经济已由高速增长阶段转向高质量发展阶段。从传统产业来看,伴随要素成本上升、资源环境压力加大、产能过剩持续,以及后发国家工业化和发达国家再工业化的双重挤压,以往依靠要素驱动和依赖低成本竞争的增长模式越来越难以为继,迫切需要转型发展。

行业数字化转型正是中国产业转型升级的重要动力之一。数字化转型既包括处于较低发展阶段的企业提高信息化水平,也包括处于较高发展阶段的企业实现数字化、网络化、智能化。

工业、农业、能源等传统行业,以及交通、安防等各个行业,均存在数字化转型的强烈意愿。以汽车产业为例,全球市场陷入低迷,盈利下滑,中国市场销量在2019年将下滑8%,预计在2480万辆。为了应对挑战,车企积极进行新四化“智能化、网联化、电动化、共享化”探索。电动化方面,中国新能源汽车销售持续增长,预计2019年达到170万辆,2020年达到200万辆。

网联化方面,工信部在2018年12月25日发布《车联网(智能网联汽车)产业发展行动计划》,明确提出到2020年车联网用户渗透率达到30%以上,新车驾驶辅助系统(L2)搭载率达到30%以上,联网车载信息服务终端的新车装配率达到60%以上。5G网络发展将助力汽车产业网联化达到此目标。

在汽车制造环节,工厂车间将出现更多的无线连接,未来工厂中所有智能单元均可基于5G无线组网,生产流程和智能装备的组合可快速灵活调整,以适应市场的变化和客户需求越来越个性化、定制化的趋势。在汽车使用环节,基于5G网络的大带宽、广连接、高可靠低时延,可实现对汽车的全面感知,精准决策,和实时控制。5G将助力汽车产业实现数字化转型。

5G发展四大挑战

5G发展存在商业模式不清晰、建设运营投资额巨大、技术选择多路径、供应链全球化依赖四大挑战。

挑战一:商业模式不清晰

运营商面临”提速降费”和同质化竞争的巨大压力。不限量套餐虽然能帮助运营商抢夺到用户,但是也导致运营商增量不增收,流量收入剪刀差加剧。三大运营商的ARPU(每月每用户平均收入)集体下降。其中中国移动2018年手机ARPU值53.1元,同比下降8%;中国电信2018年手机ARPU值50.05元,同比减少8.3%;中国联通2018年手机ARPU值45.7元,同比减少4.7%。

同时,推出低资费不限量套餐,也让用户习惯了低资费,消费者买单意愿不高。在5G时代这种趋势会愈发明显。

因此运营商必须在商业模式上做出改变,从3G和4G时代基于流量的商业模式,到寻求5G时代新的商业模式。

目前看,5G时代商业模式最有可能包括基于流量和基于信息服务两大类。基于流量的模式,依然是运营商5G时代重要的盈利模式。在5G时代的数据量将呈现爆发式增长。

数据量井喷一方面来源于大视频会在5G时代迅猛发展,4K、8K、VR/AR/MR、全息等各种技术应用会加快普及。用户的消费习惯如同从文本方式转换到视频方式一样,会迅速普及4K、8K、VR/AR/MR、全息业务。

数据量井喷另一方面来源于,产生数据的将不仅仅再是人类,而是更多物体会被5G网络连接,普适性数字化将诞生。比如汽车上所有零部件信息都将数字化,并通过5G网络进行传输,未来每辆汽车每秒钟将产生Gbit以上的数据量。

但仅依赖数据量爆发式增长带来的流量模式,已经不足以支撑5G时代运营商巨大的建网投资成本。因此,运营商要积极探索基于信息服务的商业模式。信息服务未来可能存在三种不同模式。

第一种模式,提供基于连接的信息服务。运营商可以通过5G网络广连接特性,提供人与物,物与物的广泛连接。以汽车行业为例,未来所有汽车都可以通过5G网络进行V2V(车与车)、V2I(车与基础设施)、V2P(车与人)、V2N(车与网络)通信。而路侧和路面上各种基础设施,包括红绿灯信号机、智慧灯杆、数字标识牌等,也将数字化和5G网联化。

第二种模式,提供基于网络切片的定制信息服务。运营商不再只提供刚性管道,而是给不同消费者用户和行业用户提供弹性管道。弹性管道的“弹性”体现在管道可以按需定制,即管道类型(大带宽、广连接、高可靠低时延)和管道服务等级等均是动态可分配的,同时5G时代的弹性管道将覆盖端到端(从手机终端到无线基站,再到传输网络、核心网、业务层均可实现弹性)。网络切片技术的使用让这一切变为可能。

比如针对车联网用户可以提供大带宽网络切片用于VR通讯业务,高可靠低时延网络切片用于远程控制业务、编队行驶业务等等。

第三种模式,提供基于云计算、多接入边缘计算(MEC)、云边协同、云网协同的业务信息服务。针对不同消费者用户和行业用户,利用云、边缘云、云边协同和云网协同,提供不同类型的业务应用服务。将涉及到普通消费者、政务、制造、交通、物流、教育、医疗、媒体、警务、旅游、环保等各个方面。

总体来看,运营商依然处于积极探索除了流量模式之外的新商业模式阶段。运营商已经错过了3G时代互联网和4G时代移动互联网两拨最大红利,一定不希望错过下一桶金。

挑战二:建设运营投资额巨大

5G建设大概率会采取先城区,再郊区;先热点,再连片;先低频,再高频;先室外,再室内;先宏站,再小微基站的模式。积极稳妥分布推进,大多数情况下强调对4G LTE的依赖,以降低组网成本保证用户体验。

但即使如此,5G建设的投资金额(Capex)也是巨大的。除了宏站投资,5G发展还涉及大量小微基站、光传输、核心网、多接入边缘计算等投入。预计中国5G投资周期十年,总投资金额1.6万亿。

同时5G运营投资额(Opex)也将是巨大的。5G基站的功耗是4G基站的2.5-4倍(从中国铁塔资料看,4G基站典型功耗在1300W,而华为5G基站典型功耗3500W,中兴3225W,大唐4940W),电费等能源成本越来越高。另外,5G基站数量增加,尤其是小微基站数量将激增,站址费用越来越高,光纤量也将激增。

总体来看,2021年将是运营商挑战最大的一年。运营商有紧迫压力,在2021年之前寻找到5G新的商业模式,才有可能支撑起5G时代巨大的建设投资和运营投资。

当然,政策支持推动中国5G产业发展也是必不可少的。比如给运营商减压,引导通信行业由“提速降费”向“提速提质”转变。同时,出台政策鼓励运营商、铁塔公司共享共建。

挑战三:技术选择多路径

一直以来,运营商5G建网存在NSA(Non-Stand Alone)和SA(Stand Alone)不同技术路径选择。所谓NSA,是在4G核心网基础上,增加5G基站,用户使用5G终端就可以享受5G的宽带业务。

采用NSA,具有部署简单、起步快、投资少的优点,而且终端也只需要支持宽带业务的能力,相对来说更容易生产和制造。但是NSA因为没有改变核心网,因而无法支持5G广连接和高可靠低时延两大特性。而SA,使用真正的5G核心网、基站以及回程链路,才可以真正满足行业客户大量的相关诉求。

比如车联网应用的远程驾驶,尽管现在已经有大量的业务展示,但也只是用于作秀而已,要真正做到开放道路的商用程度,仅仅依靠目前NSA方式5G网络是无法有效保障安全性的。

三家运营商早期5G建网思路比较清晰,电信和移动偏向SA独立组网方式,联通偏向NSA。但电信和移动均对策略进行了调整,会先行规模部署NSA网络,而核心网改造、网络切片技术使用进度等均延缓。不过,中国移动杨杰也表示2020年1月1日起,政府不允许NSA手机入网,将全力过渡到SA组网。

总体来看,目前运营商有不同的NSA和SA演讲路线规划。确定的是NSA组网和SA组网未来将长时间共存,运营商面临着多频多制式共存复杂网络挑战。

挑战四:供应链全球化依赖

5G供应链全球化态势明确,主要涉及到芯片供应链、智能手机供应链和基站供应链。

芯片供应链主要涉及“设计(Fabless)-设备-材料-制造(Foundry)-封测(OSAT)”等环节。中国企业主要发力在两头,即设计和封测。

我国部分专用芯片快速追赶,正迈向全球第一阵营。其中包括成本驱动型消费类电子,如机顶盒芯片、监控器芯片等;以及通信设备芯片,如核心路由器自主芯片。但是高端智能手机、汽车、工业以及其它嵌入式芯片市场,中国差距依然很大。而高端通用芯片与国外先进水平差距更是巨大,包括处理器和存储器等。

智能手机供应链方面,芯片、内存、操作系统等行业制高点以及射频前端、滤波器等,仍然摆脱不了对欧美和日韩厂商的依赖。

基站供应链方面,涉及器件众多,对进口器件依赖程度较高,尤其是FPGA、ADC&DAC等难以找到较好替代。

整体来看,中国在毫米波领域进展要落后于Sub-6GHz领域。

可以预期,中国5G将克服各种挑战,取得快速发展。

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