2018年5G频谱分配分析报告.pdf

2 正文目录 1、频谱是 5G 网络部署的必需资源 . 3 1.1、全球无线通信频谱资源 ITU 统一划分，各国自主选择 . 3 1.2、 5G 载波支持更大带宽 . 4 1.3、评价频谱价值主要包括覆盖能力、产业链成熟度等 . 5 2、 C-band 成为主流，存量频谱可重耕 . 6 2.1、 5G 频谱分配，全球 C-Band 支持度最高 . 6 2.2、 5G 支持全频谱接入，存量频谱未来可重耕 . 9 3、 5G 部署带来全新机遇 . 11 3.1、 3.5G 和 4.9G 频段覆盖能力分析 . 11 3.2、站点容量提升，空口速率和回传带宽适应新需求 . 12 3.3、空口速率提升的重要手段是应用大规模天线技术 . 13 3.4、回传流量的增加要求回传网络升级换代 . 14 4、主要公司投资机遇 . 15 4.1、烽火通信 . 15 4.2、中际旭创 . 17 4.3、其他公司 . 18 5、风险提示 . 18 图表目录 图表 1： 2G/3G/4G/ 5G 单载波最大带宽 . 5 图表 2：各国中频段 5G 频谱规划 . 7 图表 3：低频和微波频段各国 5G 频谱规划 . 7 图表 4：各国中频段 5G 频谱规划 . 7 图表 5：高 /中 /低频谱满足不同的应用场景 . 9 图表 6：国内 2G/3G/4G 频谱分配 . 10 图表 7：基站 /终端覆盖场景设定 . 11 图表 8：信道测算 . 11 图表 9： 4G/5G 基站流量典型值 . 13 图表 10:5G 回传逻辑图 . 14 图表 11:传输光模块需求 . 15 频谱是 5G部署的必要资源 频谱本质上是客观存在的物理资源。 ITU（国际电信联盟）的 WRC 大会，统3 一规划全球的频谱，以保持国家 /区域间 的频谱使用一致性。随着制式演进，单载波带宽分别由 2G 的 200KHz/3G 的 5MHz/4G的 20MHz，增加到 5G 的 100M(Sub 6G)和 400M（毫米波），连续的大带宽频谱成为 5G 首选，因此 5G 在 4G 频谱基础上进行了扩展，全新的频谱资源分配关系到运营商制式选择以及产业链成熟度。 支持全频谱部署， C-BAND成为主流 从技术本身， 5G NR 可以用于低频、中频、微波等各个频段，低频适用于广覆盖、低时延场景；微波适用于大带宽场景；中频较为均衡，较好的兼顾了网络系统的覆盖和容量。由于目前 2G、 3G、 4G 网络已经占用了绝大部分低频段频谱，因此 Sub6G 下较高频谱基本处于空闲状态，特别是其中的 C-Band（ 34003800MHz 频段）正成为各国分配的重点。微波频段，美国、加拿大、日本、韩国主要支持 28G 方案，中国和欧盟主要支持 24G 方案，目前仅美国、韩国在毫米波领域部署较为激进。 部署带来全新机遇 5G 以其更高的频谱利用率、更多的带宽获得更快的终端速率，相对 4G 站点峰值和均值速率 5G 均有显著提升。空口速率提升的关键是大规模天线技术（ Massive MIMO）的应用以及 频谱大带宽的叠加，产品形态演进，对系统射频 器件提出新的需求。回传网络对大带宽的支持，接入 /汇聚 /核心节点将需要由当 前 4G 网络的 10G/100G，升级至 50G/100/200G，甚至 400G。 1、频谱是 5G 网络部署的必需资源 1.1、 全球无线通信频谱资源 ITU 统一划分，各国自主选择 2018 年 9 月 10 日 3GPP 第 81 次全会， Release 15 即将完成第一个完整 5G NR SA 版本的最终冻结，这也意味着 5G NR 第一个版本的标准化接近尾声，商用 /试商用大幕即将 开启。 面对 5G 产业加速的现实催化， 5G 迈入真正产业化时代的门槛 频谱，海外，韩国、英国已完成第一阶段频谱拍卖，欧美日澳等其他发达国家在 2018 年下半年也多有 3.4GHz-3.8GHz频段的拍卖和分配计划；国内， 5G 试商用频谱4 预计即将正式发放，三大运营商有望获得新的 5G NR 频谱。 频谱本质上是客观存在的物理资源。比如我们听到的声音，可见的光线， 其实质是具有一定震动频率的波。不同频率的电磁波是承载空间通信的一种物理资源， ITU（国际电信联盟）的 WRC 大会，统一规划全球的频谱，以保 持国家区域间的频谱使用一致性。但不同国家选择的频段不同，对终端漫游将产生影响。为获得更多的频谱资源， 2015 年召开的 WRC15 大会重点对于已有 4G 频谱进行扩展，重点用于 IMT 5G 新系统，其规划如下： 3G Hz（低频部分）： 470MHz-698 MHz， 698 MHz-790 MHz， 1427-1518 MHz 3GHz6GHz： 3300 MHz-3400 MHz， 3400 MHz-3600 MHz， 3600 MHz- 3800 MHz ， 4800 MHz-4990 MHz， 5150-5925 MHz 6GHz（毫米波部分）： 24.25 GHz -27.5GHz， 31.8 GHz-33.4 GHz， 37 GHz-40.5 GHz， 42.5 GHz-43.5 GHz， 45 GHz-47 GHz， 47 GHz-47.2 GHz， 47.2 GHz-50.2 GHz， 50.4 GHz-52.6 GHz， 66 GHz-76 GHz， 81 GHz-86 GHz 考虑具体产业化，截至 2018 年 8 月 1 日， 3GPP RAN4 对于 5G NR 引入频段也进行了具体定义。主要将 5G 可用频段划分为两个频率范围 FR（ Frequency Range）： FR1： 450MHz-6GH FR2： 24.25GHz-52.6GHz （后续可能根据需要扩展） 3GPP 38.101 协议主要规定了 5G NR 频段号和在 NSA 中和 LTE 联合使用的频段。其主要包含 600-900MH、 1.7-1.9GHz、 3.5GHz、 4.8GHz、 26-28GHz 以及 39GHz。在以上协议规定的频段内，理论上目前 5G 版本均支持部署。具体采用哪一个频段，将由各国根据本国的实际情况，自主 选择。 1.2、 5G 载波支持更大带宽 5G 在应用场景上满足增强移动宽带（ e MBB）、海量机器通信（ m MTC）、超高可靠低 延通信（ u RLLC）等应用场景，其中增强移动宽带（ e MBB）所需的高速率，主要依靠载频的大带宽来实现。回顾 2G/3G/4G 技术，随着每一代新移动通信技术对于数据业务支持能力越来越好，下载速率越来越快，我们发现每一代技术的载频带宽均出现大幅增长，分别由 2G时代 200KHz/3G 时代 5MHz/4G 时代 20MHz，增加到 5G Sub6G 频谱 100MHz，甚至是 毫米波的单载波 400MHz。虽然 5 2G/3G 均有类似于 4G 的载波聚合技术，可以将多个载波聚合同时使用，如 4G 5 个 20MHz 载波，也可以实现 100MHz 载波，但系统的复杂度更高，需要同时协调多个处理数据通道。 5G 支持载波高带宽，也对现有频谱资源提出了新的挑战，由于频谱资源紧张，已分配频谱基本都已部署，因此 5G 频谱规划主要面向 3.5GHz 以上 6GHz 以下，以及毫米波等，当前网络尚未部署应用的频段。 图表 1： 2G/3G/4G/ 5G 单载波最大带宽 1.3、 评价频谱价值主要包括覆盖能力、产业链成熟度等 从覆盖能力上看，低频价值高于高频。频谱作为物理资源，有自身的属性。频率越高，波长越短，其穿透损耗越大，意味着覆盖效果越差。高频电磁波遇到障碍物好比遇到了反射镜，会折回散射；而低频电磁波具有较好的绕射能力，可以绕开障碍物继续传播。由于低段频谱其良好的覆盖属性，运营商以较少的站点，形成较好的覆盖，节约建网投资，自然获得运营上的青睐。英国 2013 年的 4G 频谱拍卖， 700M-800M 的频谱每 MHz 2250-2750 万英 镑，远远高于 2.6GHz 的 365 万英镑，也远高于 2018 年 4G 的 2.3GHz 频段 515 万英镑拍卖价格。 频谱分配关系到运营商运营制式选择以及产业链成熟度。从全球产业链成熟角度，获得支持的频段国家越多，产业研发投入回报比越高，产业链越易成熟。从目前 5G 全球各国家 /区域的支持频谱通用性角度来看， C-Band（ 34003800MHz 频段）将成为全球漫游性最佳频段，也将是 5G 初始部署的黄金频段。低频段的频谱发放和既有频段的重耕，预计较 C-Band段会延后，至少在初始阶段，全 球低频频谱很难有规模应用。 3.5G 中频段由于其良好的覆盖效果和较大的带宽6 （ 100M 以上连续频谱），获得绝大多数国家的青睐。韩国已基本完成 5G频段划分，同时包含了 C-Band 和高频部分；欧洲大多数国家在 2018 年下半年也会完成 C 波段的 5G 频谱分配；美国 C-Band 的 5G 频谱规划近期也呼之欲出。高频段（毫米波部分）除了美国、韩国较为积极外，其他国家对于微波频段支持 5G 目前并未有太多渴求，预计成熟商用至少在 2021 年之后。 当一个网络制式或者频段没有获得大多数国家的使用和认 可的话，意味着生产厂商在产品实现上不会对该方向投入过多力量，难以形成规模效应，成本很难下降，只能依靠定向投资补贴。回顾历史， 3G 阶段中国移动擎起 TD-SCDMA 大旗时，全球产业链对 TD-SCDMA的支持可谓凤毛麟角。中国移动花费 6 年时间，全周期累计投入超过 3000 亿， TD-SCDMA 网络从商业上依然没有获得预想的成功。在 4G 阶段，中国移动使用 1.8GHz/2.6GHz LTE TDD频段，而 TDD 频段在欧美国家并非 4G LTE 主流频段，中国移动定制终端须支持 5 模 10 频（ 3GSM+3WCDMA + 2TDS+ 2LTE），其中 WCDMA 频段非移动制式，但是终端需要支持以适应漫游需求；之后，中国移动继续推动 5 模 13 频（ 3GSM+3WCDMA + 2TDS+ 5LTE）包含更多 LTE FDD 的漫游频段，以避免终端支持频段不足导致的漫游受限。由此可见，如果已分配频段非全球主流频段，则产业链很难快速成熟，需要加大定向投资力度加速其真正商用。 2、 C-band 成为主流，存量频谱可重耕 2.1、 5G 频谱分配，全球 C-Band 支持度最高 截止 2018 年 7 月，除了韩国、英国和西班牙已完成正式 5G 频谱发放和拍卖，其他国家的 5G 频谱拍卖 /分配也在有序进行中。中频段 3.3G-5G 频谱由于较好的兼顾了网络系统的覆盖和容量，特别是其中的 C-Band（ 34003800MHz 频段）成为各国分配的重点。 2017 年 11 月 15 日，工信部官网发布关于第五代移动通信系统使用 3300-3600MHz 和 4800-5000MHz 频段相关事宜的通知。其中 3.3-3.4GHz 原则上限于室内使用， 4.9GHz 频段预留 10M 以满足对射电天文电台 的干扰保护。工信部官方微信介绍，本次发布的中频段 5G系统频率使用规划，能够兼顾系统覆7 盖和大容量的基本需求，是我国 5G 系统先期部署的主推频段。 统计各国中频段频谱已分配、待分配和实验测试情况如图所示： 图表 2： 各国中频段 5G 频谱规划 此外，根据 ITU 和 3GPP 定义，以及各国的实验频率、计划频率划分，考虑到除了中频段以外，低频段稀缺频谱和更高频段毫米波频谱也在未来有可能用于 IMT 网络，全球部分国家也对该类型频谱进行了预规划或相应实验计划。目前高频段，美国、加拿大、日本、韩国主要支持 28G 方案，而中国和欧盟主要支持 24G 方案，其中美国、韩国毫米波部署较为激进。 图表 3： 低频和微波频段各国 5G 频谱规划 图表 4： 各国中频段 5G 频谱规划 8 9 2.2、 5G 支持全频谱接入，存量频谱未来可重耕 从技术本身， 5G NR 可以用于低频、高频、微波等各个频段，低频适用于广覆盖 、低时延场景，高频适用于高带宽场景，中频应用较为均衡。目前已有的 2G 、 3G、 4G 网络已经占用了大部分低频段的 IMT 频谱，可用部分已不多。而 5G 的设计初衷，就是要在大带宽、高频谱效率上做文章，大带宽是容量扩充的先决条件，而已分配的频谱普遍不具备大带宽的能力，因此当前全球将主要以 C-Band 作为主力应用频谱。 图表 5： 高 /中 /低频谱满足不同的应用场景 10 现有制式频谱使用离散，短期不具备较大带宽支持 5G 的能力。随着存量频谱逐步向先进制式演进， 5G 未来可用频谱可观。国内，中国联通和中国电信一直致力于 2G 网络的完全退出，中国移动也试图将 3G 频谱逐步释放。海外一些运营商，例如 Vodafone，提出到 2025 年希望完成部分区域 LTE+5G 的覆盖。但是由于 2G/3G 用户良好的覆盖、套餐用户粘度、低端手机更新周期慢、边远地区需要基础网络等原因，我国频谱清退工作必然是因时因地、逐步推进的过程。 5G 建设周期将伴随新频谱、旧频谱的结合使用，未来 2G/3G/4G 频谱可能进 一步释放。从长远来看， LTE 和 5G 一道将成为未来主力网络 制式，更多重耕的频谱资源也会向 5G 倾斜。 图表 6： 国内 2G/3G/4G 频谱分配 11 3、 5G 部署带来全新机遇 3.1、 3.5G 和 4.9G 频段覆盖能力分析 2017 年 11 月工信部官网发布关于第五代移动通信系统使用 3300-3600MHz 和 4800-5000MHz 频段相关事宜的通知，中频段部分成为部署 5G 首先使用频段。 对中频段的两个频段做了覆盖测算。网络覆盖分为上下行，一般而言，由于基站侧功率不受限，下行覆盖一般不是问题。上行由于终 端发送功率受限，往往覆盖距离受限。 图表 7： 基站 /终端覆盖场景设定 在此选取上行 1M 边缘速率作为典型计算值，考虑 3.5G 和 4.9G 的覆盖比较， 4.9G 上行覆盖半径为 3.5G 上行覆盖半径的 76.7% 折算上行 4.9G 覆盖面积为 3.5G 上行覆盖面积的 58.9%.9G 达到同样的覆盖效果，需要的站址数是 3.5G 站址数的 1.61.7 倍。 通过测算：如果运营商采用 4.9G 频段进行全网覆盖，需要的站址数是 3.5G 站址数 的 1.61.7 倍。 图表 8： 信道测算