物联网系列报告一：5G与Wi-Fi6协同发展，高质量网络与物联网驱动.pdf

本报告的信息均来自已公开信息，关于信息的准确性与完整性， 建议投资者谨慎判断，据此入市，风险自担。 请务必阅读末页声明。 通信行业 推荐（首次） 物联网系列报告一： 风险评级：中风险 5G 与 Wi-Fi 6 协同发展，高质量网络与物联网驱动 2020 年 11 月 26 日 陈伟光 SAC 执业证书编号： S0340520060001 电话： 0769-23320059 邮箱：chenweiguangdgzq 研究助理 ： 邵梓朗 SAC 执业证书编号： S0340119090032 电话： 0769-22119410 邮箱： shaozilangdgzq Wi-Fi 行业指数走势 -20%0%20%40%60%80%19-11 20-01 20-03 20-05 20-07 20-09WIFI 指数 沪深 300资料来源：东莞证券研究所， Wind 相关报告 投资要点： Wi-Fi标准持续进化， Wi-Fi 6 成新一代无线局域网技术。 Wi-Fi是符合 IEEE 802.11系列的无线网络规范，具有相互兼容性的通信技术。 Wi-Fi技术经过多年的发展已经实现第六代技术，最新一代协议 IEEE 802.11 ax称为 Wi-Fi 6。 Wi-Fi 6使用了 OFDMA、 MU-MIMO、 Target Wakeup Time等多项技术，具备降低时延，提升网络承载力，降低功耗的能力。 5G与 Wi-Fi 6协同发展 。 5G通信和 Wi-Fi 6相较于各自前一代标准在性能上均有较大程度提升，两者均能实现高密度无线接入和高容量无线业务。但由于构建框架不同，使得两者能适应不同使用场景，其中， 5G通信室外空间具有优势且能对高速移动终端提供通信支持，而 Wi-Fi 6能在室内为物联网提供较为经济的网络服务。所以，两者均能为物联网服务提供相应网络支持，但在侧重上有所不同，两者将协同发展。 高质量网络连接与物联网发展驱动 Wi-Fi 6 需求。 从相关业务发生场景来看，超高清视频、 VR等应用更多的是在室内场景中发生。而 Wi-Fi作为室内传输 的主要载体，在相关业务需求上升后将增大网络负载。 Wi-Fi 6作为新一代标准，由于其能满足超高清视频和 VR等应用需求，在终端渗透率持续提升的情况下，将有利于相关标准普及。为了满足这些物联网运营需求，预计 Wi-Fi 6及其物联网功能（例如低功耗和确定性）将加速这种采用。根据思科数据显示， Wi-Fi已经是物联网第三大连接方式，预计到 2021年，通过 Wi-Fi连接的物联网设备有望达到 120亿个。 Wi-Fi 6市场前景广阔，产业上下均有布局 。 到 2023年，全球将有近 6.28亿个公共 Wi-Fi热点，高于 2018年的 1.69亿个热点，增长了 4倍。 IDC预计在 2020年， Wi-Fi 6在中国市场的规模就将接近 2亿美元，到 2023年中国 Wi-Fi 6 市场规模将达到 10亿美元。终端方面，目前手机旗舰机型已经支持 Wi-Fi 6；路由器方面，海外巨头占据优势地位，国内厂商正在奋起直追，并且已经发布了 Wi-Fi 6相关路由器产品。 投资建议：首次覆盖给予推荐评级。 Wi-Fi 6路由器厂商建议关注紫光股份（ 000938）、星网锐捷（ 002396）等相关公司； Wi-Fi射频前端方面建议关注卓胜微（ 300782）； Wi-Fi天线方面 建议关注信维通信（ 300136）等相关公司。 风险提示： 宏观经济波动影响下游产品需求；技术研发不及预期，产品市场推广不及预期；海外疫情蔓延，影响相关元器件进口，以及产品出口。 深度研究 行业研究 证券研究报告 物联网系列报告一 2 请务必阅读末页声明。 目 录 一、 Wi-Fi 标准持续进化 . 4 1.1 Wi-Fi 发展历程 . 4 1.2 Wi-Fi 6 实现创新和优化 . 6 1.2.1 正交频分多址（ OFDMA） . 6 1.2.2 多用户多输入多输出（ MU-MIMO） . 7 1.2.3 目标唤醒时间（ Target Wakeup Time） . 9 二、 5G 与 Wi-Fi 6 协同发展 . 9 2.1 Wi-Fi 与移动网络之争 . 9 2.2 Wi-Fi 6 与 5G 协同发展 . 11 三、 高质量网络连接与物联网发展驱动 Wi-Fi 6 需求 . 13 . 13 3.1 高质量网络连接需求凸显 . 13 3.2 物联网需求逐步放量 . 14 3.2.1 Wi-Fi 6 实现智能工业生产场景 . 15 3.2.2 Wi-Fi 6 成为智能家居网络纽带 . 16 四、 Wi-Fi 6 市场快速扩张，产业上下均有布局 . 18 4.1 Wi-Fi 6 市场规模快速扩张 . 18 . 18 4.2 Wi-Fi 接收终端：手机旗舰全线覆盖，平板电脑紧跟其后 . 18 4.2.1 手机旗舰产品广泛支持 Wi-Fi 6 . 18 4.2.2 平板设备紧跟其后 . 20 4.3 路由设备：国产品牌奋起直追，拆分关键领域发展趋势 . 21 4.3.1 海外 巨头优势明显，国产品牌奋起直追 . 21 4.3.2 Wi-Fi 设备重点器件拆 分，把握发展趋势 . 22 五、投资建议 . 24 5.1 投资策略 . 24 5.2 重点关注公司 . 24 六、 风险提示 . 26 插图目录 图 1 ： 802.11 协议部分重要发展历程 . 4 图 2 ：各代 Wi-Fi 性能对比 . 6 图 3 ： OFDM 和 OFDMA 对比 . 7 图 4 ： SU-MIMO 与 MI-MIMO（ 4*4）对比 . 7 图 5 ： SU-MIMO 与 MI-MIMO 吞吐量差异 . 7 图 6 ： 8X8 MU-MIMO AP 下行多用户模式调度顺序 . 8 图 7 ：多用户模式上行调度顺序 . 8 图 8 ： TWS 技术展示 . 9 图 9 ：移动网民手机不同网络环境渗透率 . 10 图 10 ：我国 2019 年固定互联网宽带各接入速率用户占比情况 . 10 图 11 ：我国 2019 年互联网宽带接入端口占比情况 . 10 图 12 ： 5G 和 Wi-Fi 6 使用场景 . 12 图 13 ： Cloud VR 体验关键因素与网络的关系 . 13 图 14 ：物联网趋势 . 15 物联网系列报告一 3 请务必阅读末页声明。 图 15 ：工厂内对使用 Wi-Fi 6 进行试验 . 16 图 16 ：拥有“智能系统”的家庭全球总计 . 16 图 17 ： 2015-2023 年中国智能家居市场规模统计及预测 . 16 图 18 ：全球公共 Wi-Fi 热点增长 . 18 图 19 ： 2014-2023 年中国网络无线市场规模预测 . 18 图 20 ： 2020 年 Q2 平板电脑出货量 . 20 图 21 ： 2018 年运营商路由器市场份额 . 21 图 22 ： 2019Q1-2020Q1 企业级路由器市场份额 . 21 图 23 ： 2019 年中国无线路由器市场品牌受关注情况 . 22 图 24 ：全球 Wi-Fi 芯片市 场规模 . 22 图 25 ： 2019-2023 年支持 Wi-Fi6 芯片出货量占比 . 22 表格目录 表 1 ：各代 IEEE 802.11 协议 . 5 表 2 ： Wi-Fi-4 Wi-Fi-6 的各项 规格对比 . 6 表 3 ： OFDMA 与 MU-MIMO 技术对比 . 8 表 4 ： 5G 与 Wi-Fi6 对比 . 11 表 5 ： Cloud VR 不同发展阶段对网络 KPI 的要求 . 14 表 6 ：部分支持 Wi-Fi 6 手机 WLAN 功能 . 19 表 7 ：部分支持 Wi-Fi 6 功能的平板电脑 . 20 表 8 ：部分 Wi-Fi6 芯片供应商及其产品 . 23 表 9 ：重点公司盈利预测（ 截至 2020/11/26） . 26 物联网系列报告一 4 请务必阅读末页声明。 一、 Wi-Fi 标准持续进化 Wi-Fi 是实现 WLAN 的一种技术。 无线局域网（ Wireless Local Area Networks/WLAN）是利用射频技术，使用电磁波取代网线，以弥补有线网络覆盖缺陷，达到网络延伸的目的。 Wi-Fi（ Wireless Fidelity）是符合 IEEE 802.11 系列的无线网络规范，具有相互兼容性的通信技术。从定义而言， Wi-Fi 是实现 WLAN 的一种技术。虽然实现 WLAN 的技术和标准众多，但 由于消费领域常见的 WLAN 都是基于 Wi-Fi 标准构建，所以 Wi-Fi 是目前最为主流的技术。 1.1 Wi-Fi 发展历程 Wi-Fi 已历经二十余年发展。 802.11 协议始于 20 世纪 90 年代，电气和电子工程师协会(IEEE)在 90 年代初即成立相关工作组，专门研究和制定无线局域网的保准协议。随着时间推移， 802.11 协议有不同版本进行迭代以满足网络需求。 图 1： 802.11 协议部分重要发展历程 资料来源：华为官网，互联网公开资料，东莞证券研究所 第一代协议 IEEE 802.11-1997 于 1997 年 6 月推出 ，但由于其在传输速度和距离上不具备竞争力，所以其普及程度较低。 其后， IEEE 802.11 a/b 协议被推出 ，其中 802.11 a协议将频段定在 5GHz，其在物联层的最高速率有较大幅度提升，达到 54Mbps，但由于芯片开发缓慢等原因，发展受到了限制；而 802.11 b 协议则基于 2.4GHz，虽然其传输速度较 802.11 a 低，但其在覆盖范围和穿透能力较好。由于 802.11 a/b 协议无法兼容，而 b 协议在实用性上更胜一筹，所以其在当时占领了市场。 802.11 g 协议是 IEEE 在 2003 年 7 月制定的第三代标准 ，其融合了前一代协议的两个版本，在 2.4GHz 和 5GHz 均能实现传输。此外，从这一代协议开始， IEEE 将向后兼容的特性加入到新协议制定中，为实际使用提供便利。由于流媒体等服务兴起以及家庭和企业对带宽需求不断上升，前几代协议已无法满足使用要求，所以在 2009 年新一代协议802.11 n 被推出 ，其基于 2.4GHz 使用了多输入多输出（ MIMO）、波束成形和 40Mhz 绑定等技术，使得传输距离更远且速率最高可达 600Mbps。 随着时间推移，使用 2.4GHz 频段进行传输的 协议越来越多，可用带宽被严重压缩。所以， 第五代协议 801.22 ac 聚焦于 5GHz 频段优化 。在这一代协议中，在维持良好向后兼容性的同时，提高了单个通道的工作频宽和频率调制效率。此外，其还支持多用户 -物联网系列报告一 5 请务必阅读末页声明。 多输入多输出（ MU-MIMO）。 MU-MIMO 路由信号可在多维度进行拆分；与上一代 MIMO 技术相比，其能实现并行处理。相关技术引进在提高即时传输率的同时，也对网络资源进行优化。 目前， 802.11 ax 协议是最新版本，其是在 2019 年 9 月推出。与 802.11 ac 相比，新版协议除对 5GHz 频段进一步优化外，对 2.4GHz 频段也给予关注。对于 802.11 协议而言，每一次迭代都通过引入新技术，从而实现网络性能提升。 表 1：各代 IEEE 802.11 协议 协议代码 频率(GHz) 信号 发布时间 性能演变 802.11 2.4 FHSS/DSSS 1997 它是第一代无线局域网标准之一 802.11a 5 OFDM 1999 IEEE802.11a 在整个覆盖范围内提供了更高的速度，规定的频点为 5GHz。目前该频段用得不多，干扰和信号争用情况较少。 802.11a同样采用 CSMA/CA协议。但在物理层， 802.11a 采用了正交频分复用。 802.11b 2.4 HR-DSSS 1999 既可作为对有线网络的补充，也可独立组网，从而使网络用户摆脱网线的束缚，实现真正意义上的移动应用。 IEEE 802.11b 的关键技术之一是采用补偿码键控 CCK 调制技术，可以实现动态速率转换。 802.11g 2.4 OFDM 2003 使命就是兼顾 802.11a 和 802.11b，为 802.11b 过渡到 802.11a 铺路修桥。 802.11g 中规定的调制方式包括 802.11a中采用的 OFDM与 802.11b中采用的 CCK。通过规定两种调制方式，既达到了用 2 4GHz 频段实现 IEEE 802.11a 54Mbit/s 的数据传送速度，也确保了与 IEEE802.11b 产品的兼容。 802.11n 2.4/5 OFDM 2009 速率提升，理论速率最高可达 600Mbps， 802.11n 可工作在 2.4GHz 和 5GHz 两个频段。 802.11ac 5 OFDM 2013 802.11ac 是 802.11n 的继承者。它采用并扩展了源自 802.11n 的空中接口 (air interface)概念，包括 :更宽的 RF 带宽 (提升至 160MHz)，更多的 MIMO 空间流 (spatial streams)(增加到 8)，多用户的 MIMO，以及更高阶的调制 (modulation)(达到 256QAM)。 802.11ax 2.4/5 OFDMA 2019 正交频分多址、多用户多输入多输出、高阶调制、目 标唤醒时间 资料来源：互联网公开数据，东莞证券研究所 Wi-Fi 联盟推动相关标准发展。 Wi-Fi 联盟前身是无线以太网路相容性联盟（ WECA)。在1999 年，为推动 IEEE 802.11b 规格的制定，组成了无线以太网路兼容性联 盟。此外，联盟还为符合相关标准的产品提供验证服务，解决不同设备间兼容问题，从而推动 IEEE 802.11 协议发展。在 2002 年， WECA 改名为 Wi-Fi 联盟。目前， Wi-Fi 联盟已经将部分标准名称进行了简化，其中最新一代协议 IEEE 802.11 ax 称为 Wi-Fi 6； IEEE 802.11 ac称为 Wi-Fi 5。 物联网系列报告一 6 请务必阅读末页声明。 1.2 Wi-Fi 6 实现创新和优化 Wi-Fi 6 在性能实现较大幅度提升。 随着视频会议、移动教学等应用场景日渐增加，使用网络的终端设备数量也在持续攀升，日益增加的终端设备将影响网络效率。目 前，Wi-Fi6 引入上行 MU-MIMO、 OFDMA 正交频分多址接入、 1024-QAM 高阶调制等技术，将从频谱资源利用、多用户接入等方面解决网络容量和传输效率问题。目标是在密集用户环境中将用户的平均吞吐量相比如今的 Wi-Fi5 提高至少 4 倍，并发用户数提升 3 倍以上。 表 2： Wi-Fi-4 Wi-Fi-6 的各项规格对比 Wi-Fi 4 Wi-Fi 5 Wi-Fi 6 协议 802.11n 802.11ac 802.11ax Wave 1 Wave 2 工作频 段 2.4/5GHz 5 GHz 2.4/5GHz 最大频宽 40MHz 80MHz 160MHz 160MHz 最高调制 64QAM 256QAM 1024QAM 单流带宽 150Mbps 433Mbps 867Mbps 1201Mbps 最大空间流 4X4 8X8 8X8 MU-MIMO N/A N/A 下行 上行 /下行 资料来源：互联网公开资料，东莞证券研究所 图 2：各代 Wi-Fi 性能对比 资料来源：华为 Wi-Fi 6 技术白皮书，东 莞证券研究所 1.2.1 正交频分多址（ OFDMA） 从 OFDM 向 OFDMA 转变。 在 Wi-Fi6 之前，数据传输是使用 OFDM 模式进行传输。在这种模式下，在一个时间片段中，单个用户将占据所有子载波，并发送一个完整的数据包。这种传输模式虽然能满足单个用户的使用需求，但在数据包较小的情况下，单个用户并不需求使用所有子载波。所以，这种传输模式在一定程度上将造成网络资源浪费，且在物联网系列报告一 7 请务必阅读末页声明。 多用户的情况下将会增加其他用户等待时间。为改善用户网络体验， OFDMA被引入 Wi-Fi6协议中。 OFDMA 通过将子载波分配给不同用户并在 OFDM 系统中添加多址的方法来实现多用户复用信道资源。此外，在 Wi-Fi6 协议中，最小子信道“资源单位”（ RU）至少包含 26 个子载波，由于用户数据通过子载波承载在 RU上，所以在每一个时间片上，可实现多个用户同时进行传输。 图 3： OFDM 和 OFDMA 对比 资料来源：思科，东莞证券研究所 OFDMA 传输模式能更好适应小数据包使用场景。 由于在实际传输过程中存在部分节点信道状态不佳的情况，若无法进行有效调节则存在数据丢失的可能。但这种现象在 Wi-Fi6中能得到有效缓解 ，由于 OFDMA 传输模式中 RU 为最小子信道且 Wi-Fi6 可根据信道质量来分配发送功率，所以其能实现使用最优 RU 资源进行传输。对于用户而言，在使用中对于带宽的需求不尽相同；在 OFMDA 模式下，单个客户可使用一组或多组 RU 从而满足对带宽需求。而在多用户场景中，由于 OFDMA 传输中能实现多个用户共享信道，与 OFDM相比，在时延上将得到有效改善。 OFDMA 传输模式能满足用户的不同需求，其在小数据包的传输效率更高、效果更好。 1.2.2 多用户多输入多输出（ MU-MIMO） MIMO 技术提升数据吞吐量。 MIMO 技术包含 空间分集和空间复用。其中空间复用能在不改变信道带宽的前提下，同时传输单个用户的多个数据或者多个用户的数据。在 MIMO技术中，可分为单用户 MIMO(SU-MIMO)和多用户 MIMO(MU-MIMO)。 SU-MIMO 在传输过程中AP 只能与一个用户通信，这种通信方式能增加单用户的吞吐量。 MU-MIMO 与 SU-MIMO 相比，能与多个终端同时进行传输。由于 MU-MIMO 技术能实现 AP 与多个终端并发传输，所以同一时间的数据吞吐量得到提升。在 802.11ac Wave2 标准中，其所引入 MIMO 技术只支持数据下行且最多只能 同时给 4 个用户传输数据，对于用户的上行数据仍然采用一个一个发送的方式，不能并发。但在 Wi-Fi6 中，这种技术得到更为充分利用。 图 4： SU-MIMO 与 MI-MIMO（ 4*4）对比 图 5： SU-MIMO 与 MI-MIMO 吞吐量差异 物联网系列报告一 8 请务必阅读末页声明。 数据来源：华为、东莞证券研究所 数据来源：华为、东莞证券研究所 Wi-Fi6 使用完整 MU-MIMO 技术。 在数据下行端，在 802.11ac 协议中，部分版本已支持DL 4X4 MU-MIMO；而在 Wi-Fi6 中， DL MU-MIMO 得到进一步提升，其已支持 8X8 传输模式。而在数据上行端，在之前协议中仅支持 UL SU-MIMO， Wi-Fi6 则首次将 UL MU-MIMO引入，实现在多用户的情况下使用相同的信道资源在多个空间流上传输数据。所以，在Wi-Fi6 中引入 DL MU-MIMO 后，在协议中已支持 DL/UL MU-MIMO 技术。 Wi-Fi6 在 MU-MIMO技术加持下，在多用户数据传输环境中性能将得到提升。 小结： 在 Wi-Fi6 标准下， OFDMA 与 MU-MIMO 协同发展。 从技术角度而言， OFDMA 支持多用户通过细分信道（子信道）来提高并发效率， MU-MIMO 支持多用户通过使用不同的空间流来提高吞吐量。在 Wi-Fi6 协议中，这两种技术可以同时使用，基于不同的技术协同发展使得在时延有效减低的同时，实现传输速度提升。在多用户的情况下，用户网络体验得到有效提升。 表 3： OFDMA 与 MU-MIMO 技术对比 OFDMA MU-MOMO 提升效率 提升容量 降低时延 单用户速率更高 最适合低带宽应用 最适合高带宽应用 最适合小包报文传输 最适合大宝报文传输 资料来源：华为，东莞证券研究所 图 6： 8X8 MU-MIMO AP 下行多用户模式调度顺序 图 7：多用户模式上行调度顺序 物联网系列报告一 9 请务必阅读末页声明。 数据来源：华为、东莞证券研究所 数据来源：华为、东莞证券研究所 1.2.3 目标唤醒时间（ Target Wakeup Time） TWT 技术能使得终端拥有更长续航能力。 随着科技的发展，越来越多的电子设备加入到无线网络中。在消费端，家庭无线网络中除手机、笔记本等电子设备外，还有存在 大量智能家居设备。而这些设备大多使用电池供电，若长时间处于活跃状态且并非处于工作状态，则出现电能浪费的问题。而 Wi-Fi6 引入 TWT 技术，该技术允许设备协商被唤醒时间 ,在不进行数据传输时进入休眠状态。此技术能有效减少电池消耗，从而达到更长待机时长。 图 8： TWS 技术展示 资料来源：互联网公开资料，东莞证券研究所 总结： 在性能提升方面，除上述所提及的技术外，在 Wi-Fi6 中还引入了更高的调节技术和 BSS Coloring 着色机制等。在相关技术的加持下，通过特 定技术使得终端与 AP 之间通信更为通畅，在提升网络承载能力的同时，降低了时延。在消费端，智能家居设备渗透率不断提升，对于网络承载能力提出了更高要求。随着物联网等推进，无论是消费端还是工业端，联网设备数量将会持续攀升， Wi-Fi 网络将成为无线设备入网选择之一。 二、 5G 与 Wi-Fi 6 协同发展 2.1 Wi-Fi 与移动网络之争 Wi-Fi 网络在使用成本上更具优势。 从 Wi-Fi 6 和 5G 所使用频谱来看， Wi-Fi 网络使用为非授权频谱，在确保他人使用权力受到保障时即可使用相关频谱进行数据传输；但对于移动通信频谱而言 ，全球大部分国家均采取拍卖的形式进行授权使用，所以 5G 频谱也和其他移动通信频谱一样，运营商通过拍卖取得使用权。此外， Wi-Fi 网络是有线网络的延伸，其是更多是建立在固网的基础上。对于消费者而言，这些差异主要体现在使用成本上。消费者在使用移动网络时，是按照其使用量进行缴费。虽然我国消费者不需要承担运营商取得频谱授权的费用，但其余地区消费者则需要分摊相关费用。而由于Wi-Fi 网络更多的基于固定网络且能接入数个终端，在固网费用相对固定的情况下，单个终端费用会随着接入数量增加而减少。所以，基于两者在使用成本考虑， Wi-Fi 网络物联网系列报告一 10 请务必阅读末页声明。 将更具备优势。 我国 Wi-Fi 渗透率已达到较高水平，固网性能提升有助于用户使用体验。 根据 Quest Mobile 数据显示，在我国移动网民手机中 Wi-Fi 渗透率持续攀升且已接近 90%。对于用户而言，对于 Wi-Fi 网络或已经产生了一定依赖，从而形成使用习惯。而在网络构建方面，根据工信部所发布 2019 年通信业统计公报，截至 12 月底，三家基础电信企业的固定互联网宽带接入用户总数达 4.49 亿户，全年净增 4190 万户。此外，我国互联网宽带接入端口数量达到 9.16 亿个，比上年末净增 4826 万个。其中，光纤接入 （ FTTH/0）端口比上年末净增 6479 万个，达到 8.36 亿个，占互联网接入端口的比重由上年末的 88.9%提升至 91.3%；截止 2020 年 6 月底，三家基础电信企业的固定互联网宽带接入用户总数达 4.65 亿户，同比增长 7%，比上年末净增 1573 万户。其中，光纤接入（ FTTH/O）用户4.34 亿户，占固定互联网宽带接入用户总数的 93.2%。从公布数据来看，我国固网普及程度较高，且在“铜退光进”等国家政策推动下，光纤渗透率已经达到较高位置。光纤入户将提升网络承载能力，而对于基于固网构建的 Wi-Fi 网络而言，在设备支 持的情况下， Wi-Fi 网络性能也将会得到提升，使得用户体验更佳。 图 9：移动网民手机不同网络环境渗透率 资料来源： Quest Mobile，东莞证券研究所 图 10：我国 2019 年固定互联网宽带各接入速率用户占比情况 图 11：我国 2019 年互联网宽带接入端口占比情况