近日，工業和信息化部副部長表示，我國5G商用發展取得三個世界領先的顯著成就，包括5G網絡發展領先，截至2021年3月底，我國建成5G基站81.9萬個，占全球70%以上，建成全球規模最大的5G獨立組網網絡；產業能力領先，在歐洲電信標準化協會（ETSI）聲明的5G標準必要專利中，我國企業繼續保持全球領先；應用創新領先，5G應用創新案例已超過9000個，5G正快速融入千行百業、呈現千姿百態，已形成系統領先優勢。

 

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5G產業鏈結構

 

從配合形成服務的角度，5G產業鏈可按結構劃分為“5+1”模塊，具體包括：“云-邊-管-端-用”5大主要模塊，以及圍繞部分領域提供的配套服務模塊（如安全、節能、制冷、規劃設計等）：

 

圖 5G產業鏈結構

 

（一）云計算：對5G網絡重構作用重大，云網融合將提速

云計算將成為重構通信網絡的重要手段。傳統電信網絡是剛性固化的，更加關注網絡的底層傳送能力而忽略了網絡向上層應用和業務的開放，使得業務很難靈活調用網絡能力。5G時期業務的復雜性和多樣性進一步放大了原有網絡存在的問題，傳統網絡亟待重構。云計算技術將提升網絡的響應效率、可靠性和單位容量，在5G時期通信網絡的重構中將發揮重要的作用。網絡云化將成為5G時期的重要特征之一。

 

云計算和網絡將走向云網融合。云計算業務的開展需要強大的網絡能力支撐，網絡資源的優化同樣需要借鑒云計算的理念。在5G時期，網絡能力提升有望加速云計算滲透率提升，而云計算作為解決5G面向復雜業務需求時的重要手段將更多的被使用，最終實現云網融合。

 

隨著5G商用，云計算滲透率將加速上升。一是因為連接數目的增長將導致網絡流量快速提升，對于算力的需求進一步提升。二是5G網絡將帶來單位比特成本的下降。兩者分別從需求端（云計算解決算力問題）和成本端（網絡能力提升，資費下降降低云計算成本）為云計算滲透率的進一步提升奠定基礎。根據中國信通院《云計算發展白皮書（2019年）》，2018年我國云計算市場規模達到962.8億，同比增長39.2%，預計2019-2022年仍將保持高速增長，到2022年市場規模達到2903億元，復合增速為31.8%。

 

（二）邊緣計算：就近終端進行數據處理，保障5G低時延

邊緣計算的技術性能將較好地滿足5G三大應用場景提出的標準和要求。uRLLC對超高可靠、低時延通信的要求，eMBB對高帶寬的要求與mMTC對大連接的要求，都需要邊緣計算的引入。邊緣計算通過把帶有計算處理能力的節點部署在網絡邊緣，與移動設備和用戶緊密相連，減少核心網絡負載，降低數據傳輸時延。邊緣計算一方面可根據不同的業務類型和需求靈活調度到不同網絡，實現面向多網絡協同承載；另一方面，通過將計算能力下沉到移動邊緣節點，提供第三方應用集成，為具備低時延、高速率、高計算的復雜度需求，為新型業務創新提供了無限可能。

 

邊緣計算將隨著5G網絡建設和應用發展迎來爆發。一是因為5G新基建受到中央重視，網絡建設進度有較大概率超預期，配套的邊緣計算中心建設也將提速。二是隨著應用的發展，5G流量將比4G增長10倍以上，邊緣流量占比預計將較4G時代增長30倍以上，邊緣計算的價值量將至少新增10倍以上。賽迪預測，2021年我國邊緣計算的市場規模將達325.31億元，近2-3年將保持約60%的復合增速。

 

（三）5G網絡：架構及組網方式發生重大變化，將率先迎來爆發

5G網絡架構和組網方式較4G發生重大變化。5G的最大變化首先體現在網絡層面。如前所述，5G三大場景的極端差異化性能需求，要求5G比前幾代移動通信性能更加出眾，用戶體驗速率、連接數密度、端到端時延、單位面積容量等關鍵性能指標需要全面大幅升級。為了滿足5G多項關鍵性能，構成5G網絡的無線接入網、承載網和核心網三大模塊需要發生重大變化，面向5G系統最終目標架構的組網方式將需要以5G核心網全面置換4G核心網（詳見“三、5G網絡的基本架構和新變化”）。

 

5G網絡將率先迎來爆發。各代際移動通信發展均呈現出基礎設施先行-應用發展繁榮的路徑特點，5G將同樣遵循此規律。5G商用初期，將率先由運營商大規模開展網絡建設，5G網絡設備投資帶來的設備制造商收入將成為5G商用初期直接經濟產出的主要來源。由于5G網絡的技術含量更高、基站的部署更加密集，5G網絡較4G將量價齊升。根據中國信通院的預測，2020年，電信運營商在5G網絡設備上的投資超過2200億元，各行業在5G設備方面的支出超過540億元，網絡設備領域的快速發展期將持續至2024年。

 

（四）智能終端：在功能、器件組成及形態上發生變化

5G手機相對4G手機的核心變化是射頻系統的變化。5G時代，全頻譜接入意味著需要增加頻譜資源，增加頻譜資源將會對手機射頻芯片設計與結構產生影響；基站與手機之間的大規模天線陣列模式、5G毫米波技術等將影響手機天線的設計。5G手機相對4G手機而言，核心的變化是以天線、射頻前端、基帶為核心的網絡信號接收及發送系統（射頻系統）的變化。

 

5G手機一系列的零部件也將因應發生變化。在射頻系統變化的基礎上，為保證及提升手機的性能及使用體驗，隨之受到影響的零部件包括：PCB、能源管理（電池、快充、散熱等）、手機背板、部分被動元器件及連接器、存儲器等。

終端形態多樣化，從消費領域向垂直行業領域不斷革新擴散。5G終端將與越來越多行業相融合，從而實現更多功能和服務，可穿戴設備、智能家居、車載終端、教育機器人、服務機器人等新型產品不斷涌現，將來呈現多樣化發展趨勢，而伴隨越來越多的物聯網應用落地，萬物互聯繼而推動終端市場進入一個新的發展高度。

 

（五）5G應用：場景豐富超越想象，發展空間極為廣闊

在加速傳統行業數字化轉型方面應用場景豐富。相較4G主要應用于人與人通信的場景，5G將廣泛應用于工業、汽車、能源、醫療、金融、公用事業等垂直行業，有望形成人與人、人與物、物與物的多種應用生態，推動傳統行業數字化轉型升級。mMTC大規模物聯網場景，將有效支持海量的物聯網設備接入，在智能穿戴、智能家居、智慧城市、智能物流等多領域爆發，通過云端應用配合終端需求，出現云物流、云交通、云工業等物聯網細分領域的應用。uRLLC高可靠低時延場景，將更加注重網絡切片和邊緣計算能力，并提供超低時延網絡能力，在車輛自動駕駛、設備自動控制、機器人參與生產和提供服務等場景廣泛應用，通過云端應用配合智慧設備需求，提供云自動駕駛、云工業控制等滿足工業互聯網嚴苛要求的控制類服務。

 

5G應用發展空間將超越想象，極為廣闊。5G將大大促進各行各業的數字化發展，促進傳統商業模式演進、甚至是顛覆性的重塑。根據中國信通院預測，5G有望實現以萬億級的投資拉動十萬億級的下游應用經濟價值。

 

（六）配套服務：促進5G高效、安全、低成本發展

安全、節能、制冷、規劃設計等配套服務將成為5G發展的剛需。以節能服務為例，據中國通信標準化協會數據顯示，目前運營商的5G基站空載功耗約2.2-2.3千瓦，滿載功耗約3.7-3.9千瓦，是4G單站的3倍左右，需對現網電源、配套進行提前擴容。目前通信網絡的能耗成本已占運營商網絡維護成本（OPEX）約20%，單站功耗翻倍意味著單站能源成本翻倍，將大大增加運營商的OPEX壓力；另外，電源設備擴容，也意味著5G網絡建設投資（CAPEX）需增加。結合中國產業信息網、界面新聞等機構的測算，如果當前條件不變，5G基站數量達500-600萬座時，運營商的能耗成本將達1150-1800億元。而2019年三大運營商利潤之和僅為1384億人民幣，這意味著5G鋪開后，僅能耗成本一項就將透支運營商的全部利潤。節能等配套服務將成為促進5G高效益發展的剛需。

 

5G系列研究報告將深入研究“云-邊-管-端-用”5大主要模塊以及配套服務模塊。鑒于5G的最大變化首先體現在網絡層面，且5G網絡將率先迎來爆發，本篇報告將先對5G網絡的基本架構和相關產業鏈進行全面解析和研究。

 

三、5G網絡的基本架構和新變化

 

（一）移動通信網絡的基本架構

移動通信網絡主要包括無線接入網、承載網和核心網三部分。無線接入網亦即基站，負責將終端接入通信網絡；核心網主要起運營支撐作用，負責處理終端用戶的移動管理、會話管理以及服務管理等，位于基站和因特網之間；承載網主要負責數據傳輸，介于無線接入網和核心網之間，是為無線接入網和核心網提供網絡連接的基礎網絡。無線接入網、承載網和核心網分工協作，共同構成了移動通信網絡。

 

圖 移動通信網絡整體架構

 

（二）5G較4G網絡的新變化

5G網絡的基本架構同樣包含無線接入網、承載網和核心網三部分。但為了滿足5G網絡高功率、高頻段和高速率的關鍵性能需要，5G的無線接入網、承載網、核心網以及組網方式相比4G均發生了較大變化：

 

1.無線接入網的新變化

無線接入網部分，相比于主要由BBU基帶處理單元、RRU射頻拉遠單元、饋線和天線構成的4G基站，5G基站發生了以下重要變化：

Ø 一是采用了大規模天線陣列（Massive MIMO）技術，結合波束賦形，通過大量陣列天線同時收發數據，大幅度提升網絡容量；

Ø 二是將傳統基站的天線與RRU一體化集成為AAU有源天線單元，簡化站點部署，降低饋線復雜度，減少傳輸損耗，提升網絡性能；

Ø 三是BBU拆分為CU和DU，使得無線接入網網元從4G時代的BBU+RRU兩級結構演進到CU+DU+AAU三級結構，得以通過不同的組網方案適配不同的基站接入場景。

 

因應上述變化，整個無線接入網架構也從包含前傳（BBU和RRU之間的網絡）和回傳（BBU和核心網之間的網絡）的2級架構，變為5G時代包含前傳（DU和RRU/AAU之間的網絡）、中傳（CU和DU之間的網絡）和回傳（CU和核心網之間的網絡）的3級架構；DU可以星型方式連接多個AAU，CU可以星型方式連接多個DU。

 

圖 5G無線接入網的新變化

 

2.核心網的新變化

根據標準，5G核心網采用服務化架構（SBA）設計，虛擬化方式實現，控制面和用戶面徹底分離。控制面采用邏輯集中的方式實現統一的策略控制，保證靈活的移動流量調度和連接管理，用戶面將專注于業務數據的路由轉發，具有簡單、穩定和高性能等特性，便于靈活部署以支持未來高帶寬、低時延業務場景需求。

 

對于5G核心網部署方式，控制面網元主要集中部署在承載網的省級核心或區域核心，用戶面將采用根據業務特點切片部署的方式，根據不同類型業務的功能、性能等進行網絡切片，并分別進行部署，不同切片部署在網絡的不同層級：

Ø eMBB業務單向時延小于10ms，同時也是5G網絡流量最大的部分，基于時延和流量優化的目的，eMBB業務的用戶面會從4G承載網的省級核心下沉到城域網，隨著CDN網絡的下沉，甚至會下沉到城域網的匯聚層。

Ø mMTC業務對時延不敏感，mMTC業務的用戶面將在較高層面集中部署，如承載網的省級核心。

Ø uRLLC相關標準尚未完成，uRLLC業務的用戶面部署策略有待研究。

 

3.承載網的新變化

5G的三大應用場景對網絡性能的極端差異化需求，推動了核心網切片及分布式部署，也對承載網的架構和性能有較大影響。5G承載組網架構包括城域與省內/省際干線兩個層面，其中城域內組網按邏輯包括接入、匯聚和核心三層架構。接入層通常為環形組網，匯聚和核心層根據光纖資源情況，可以分為環形組網與雙上聯組網兩種類型。

 

5G基站進行了CU/DU分離，提高了組網的靈活性，針對不同業務場景和網絡發展的不同階段，CU/DU可以部署在承載網的不同位置，其中DU部署位置和4G的BBU類似，一般部署在承載網的接入層機房；CU可以部署在承載網接入層機房、匯聚層機房或者核心層機房。隨著部署層次越高，回傳接口的帶寬越大，CU容量越大，可連接的DU越多，系統可獲得的資源池化增益越大，但同時傳輸距離越遠，CU與DU間的傳輸時延越大。對于uRLLC等時延敏感的業務場景，需要將CU盡量下沉并靠近DU部署。

 

圖 5G承載網架構和CU/DU部署位置

 

4.組網方式的新變化

從無線接入網與核心網的關系角度看，考慮到4G向5G的平滑過渡，5G架構分為獨立組網方式（SA）和非獨立組網方式（NSA）。在NSA架構中，先演進5G無線接入網，保持現有4G的核心網的架構、接口、網管、計費和運維體系，其物理和虛擬化網元均可軟件升級支持NSA，NSA方式是5G核心網尚未成熟階段的過渡方案。SA通過部署5G無線網接入5G核心網，是5G系統最終的目標架構，能夠最大程度實現5G的新特性和新功能。

 

四、5G網絡產業鏈解析

 

5G網絡由無線接入網、承載網和核心網三部分構成。無線接入網分為宏基站和小基站，其上游供應鏈包括天線、射頻器件、印制電路板等各類元器件，其中，天線最重要的組成部分為天線振子；射頻器件的組成部分包含濾波器、功率放大器（PA）、低噪聲放大器（LNA）、模數轉換器及雙工器等。承載網包括光纖光纜和光模塊等器件。核心網包括各類網元和網絡虛擬化軟件等。

 

（一）無線接入網產業鏈解析

1.天線

（1）基站天線性能決定通話功能質量：基站天線是基站設備與終端用戶之間的信息能量轉換器，主要用于發射或接收電磁波，把傳輸在線的射頻信號換成可以在空間傳播的電磁波。信號發出過程中，以射頻信號經過基站天線轉換為電磁波能量，并在預定的區域輻射出去。信號接收過程中，在收到由用戶經調制后發出的電磁波能量后，由基站天線接收，并有效地轉換為射頻信號，傳輸至主設備。因此，基站天線性能的高低將直接決定移動通信的質量。由于傳統射頻信號通過同軸饋線傳輸到天線造成損耗大，因此，5G時代將天線與射頻器件一體化獨立部署降低饋線損耗，形成了AAU有源天線，已成為主流方案。

 

（2）Massive MIMO技術和超密集網絡部署將大幅提升5G對天線的需求：相對2G/3G/4G時代，2G/3G的天線以2端口為主，4G的以多頻段天線為主。在5G時代，由于頻段升高波長減小，接收信號減弱，迫使增加天線數量。因此，5G基站引入大規模天線陣列(Massive MIMO)，即多輸入多輸出（Multiple-inputMultiple-output）的方案。此外，高頻段組網所需的基站數更多，主要是頻率越高、波長減小、傳輸距離越遠，天線傳輸則損耗越大，接收到的信號功率顯著減少，因此頻段上移將導致基站覆蓋半徑進一步縮減，在相同覆蓋面積下，需要更為密集的網絡部署。因而，所需基站天線的數量也同時增加。

 

（3）技術結構升級將提升天線的單價和市場規模：從4G到5G，基站天線的發展以小型化、多頻段、高效率和智能化為發展方向，天線的技術和價值持續提升。主要是5G基站采用了Massive MIMO，使得：

Ø 單副天線中的天線振子從傳統的8個或者16個，提升至64個、128個甚至256個；

Ø 印制電路板需提升質量，以滿足5G信號高頻高速的傳輸需求；

Ø 濾波器發展趨向以天線+濾波器的一體化解決方案。

此外，天線的形式將由無源轉向有源，可實現各個天線振子相位和功率的自我調整，提高MIMO系統的空間分辨率、頻譜效率及網絡容量。

 

綜上，市場預期單副天線的成本將從4G時期的大約1000元提升至3000-4000元，對外銷售的價格將介于4000-6000元。5G宏基站一般最起碼有3副天線，其總價將介于1.2-1.8萬元。因此，天線的市場規模將迅速提升。

 

（4）天線振子的需求將同步大幅提升：天線振子作為天線的主要組成部分，主要負責將信號放大和控制信號輻射方向，可以使天線接收到的電磁信號更強。此外，多天線振子的動態組合也可適用于波束賦形技術，從而讓能量較小的波束集中在一塊小型區域，將信號強度集中于特定方向和特定用戶，提高覆蓋范圍的同時提升用戶體驗。如上所述，單副天線中的天線振子數量將從4G的8個或者16個，大幅提升至5G的64個、128個甚至256個。

 

（5）國內天線廠商在全球的份額占比超過6成：2017年，在全球宏基站天線發貨量為453萬支，中國企業占前十大天線廠商半數，發貨量占比超過60%。其中，華為的天線市場份額占比為全球最高，約32%，京信通信占13%，摩比發展占8%，通宇通訊占比約7%。天線振子國內市場的TOP 3為京信通信約21%，通宇通訊約8%，摩比發展約7%。

 

隨著5G信號加快覆蓋，行業應用大門將開啟。“十四五”期間5G網絡建設將更成體系。源起基金認為2021年是中國5G的關鍵之年，5G技術應用豐富，如果與人工智能、區塊鏈等技術交織，還會產生聚變效應。5G推動數字產業化發展的同時，將有力提升我國產業數字化水平，發展潛力巨大。預計到2025年，5G將帶動約1.2萬億元的網絡建設投資，拉動8萬億元的信息消費，直接帶動經濟增加值2.93萬億元。

 

源起基金擁抱新基建，把握新動能，掘金萬億物聯，以通信巨頭領航，產融強強聯合。目前，已積累了一大批優質項目，尤其是最終投向通信技術、云計算、大數據、物聯網及其應用、人工智能、產業互聯網領域的優質企業。未來更將憑借資本力量助推科技創新發展，著力推動中國經濟穩步向前。

 

 

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