5G行业及产业链专题分析报告Word格式.docx
《5G行业及产业链专题分析报告Word格式.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《5G行业及产业链专题分析报告Word格式.docx(34页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
IMT-2020(5G)与IMT-advanced(4G)比较
图2:
不同场景下各项关键能力的重要性情况
图3:
ITU定义的5G三类应用场景
5G支持的三种基本场景又可以细分为不同的子类,具有不同的指标要求。
根据3GPP文件(TS22.261),为实现全网覆盖,城区和郊区均将部署宏基站,在宏基站覆盖范围内,下载速率/上传速率目标为50Mbps/25Mbps;
办公区或居民区可部署室内热点,下载速率/上传速率目标为1Gbps/500Mbps;
在特定人口密度大的区域,可通过网络部署支持最多每平方千米50000用户接入,下载速率/上传速率目标为25Mbps/50Mbps;
在高速列车场景,通过在铁路边设立基站,支持500km/h的高速运行下目标为50Mbps/25Mbps的用户体验速率。
在低时延、高可靠应用中,也存在多个场景,对应有不同的速率、时延和可靠性等要求。
表2:
5G高速率传输以及高速移动场景主要功能目标(eMBB场景)
表3:
5G低时延高可靠场景主要功能目标(uRLLC场景)
2.标准制定和频谱规划顺利推进
2.1标准制定工作有序进行
在通信标准制定的过程中,一个非常重要的机构是ITU(国际电信联盟)。
ITU的前身可追溯到1865年成立的国际电报联盟(InternationalTelegraphUnion),1934年正式更名为国际电信联盟(InternationalTelecommunicationUnion),1947年,ITU成为联合国专门机构,现有193个国家成员和近800个企业和学术机构成员。
ITU的主要职能包括管理国际无线电频谱和卫星轨道资源,以及发展通信技术标准等。
其他国际组织制定的通信标准需提交给ITU,才能确定为国际标准。
ITU制定的IMT-2020工作时间表中,2017年的工作已经完成,在2017年10月(ITU-RWP5D第28次会议)到2019年9月(ITU-RWP5D第32次会议)期间,ITU将接收各成员国/单位的5G提案(ProposalsIMT-2020),提案需包括:
无线接口技术方案、完整的自评估结果;
2018年10月(第31次会议)到2020年2月(第34次会议)期间,ITU将对5G提案进行评估;
评估结果将于2020年6月(第35次会议)形成报告;
在2020年9月(第36次会议),IMT-2020标准(初稿)将完成,对IMT-2020各项技术进行具体说明。
图4:
ITU关于IMT-2020(5G)工作时间表
在5G标准制定方面,3GPP具有较强的话语权。
3GPP(The3rdGenerationPartnershipProject,第三代合作伙伴计划)成立于1998年12月,该机构汇集了全球七大标准制定组织(日本ARIB、美国ATIS、中国CCSA、欧洲ETSI、印度TSDSI、韩国TTA、日本TTC为3GPP机构伙伴)以及TD产业联盟、GSM协会、5GPPP等非官方组织(为3GPP市场代表合作伙伴),同时七大机构伙伴的会员均可成为3GPP的个体会员。
3GPP制定的标准规范以Release进行管理,平均一到两年就会完成一个版本的制定。
2016年6月,3GPP启动了Release15(5G第一阶段),Rel-15标准预计在2018年9月冻结。
5G第二阶段Release16标准制定已经于2017年3月启动,计划在2019年12月之前(3GPP第87次会议)完成。
3GPP将在ITU-RWP5D第29次(2018.1.31-2018.2.7)、第31次(2018.10.9-2018.10.16)、第32次会议(2019.7.9-2019.7.17)上向ITU递交提案,在第32次会议递交的最终稿将综合Rel-15和Rel-16的成果。
图5:
3GPP关于5G标准制定时间表
图6:
3GPP关于IMT2020(5G)标准递交时间表
2017年12月18日-21日,在里斯本举行的3GPP第78次会议上,5GNR(NewRadio,新空口)的NSA标准(Non-standalone,非独立组网)制定完成,预计在2018年3月冻结,该标准已于2018年1月递交ITU;
5GNRSA(Standalone,独立组网)标准计划于2018年6月完成。
非独立组网和独立组网是5G网络部署的两种形式,非独立组网将借助于现有4G基础设施,5G基站部署在高业务密集区域;
而独立组网将形成新的网络,包括新基站、回程链路和核心网。
为了尽早部署5G系统,美国、日本和韩国早期曾制定5G私有标准(5GOTSA),随着3GPP5GNR标准的完成,这一私有标准将成为历史,全球产业分裂的风险也得以消除。
图7:
5G非独立组网(NSA)主要候选架构
图8:
5G独立组网(SA)主要候选架构
表4:
非独立组网和独立组网优缺点比较
2.2频谱资源分配逐步落地
世界无线电通信大会(WRC)是国际电信联盟涉及无线电频率、卫星轨道资源的划分、分配、指配、规划及管理的全球盛会,每3-4年召开一次。
2015年世界无线电通信大会(WRC-15)上,各国对6GHz以下新增IMT(InternationalMobileTelecomSystem)新增全球统一频率进行了讨论,最终将1427MHz-1452MHz、1492MHz-1518MHz确定为IMT新增的全球统一频率;
3400MHz-3600MHz被升级为国际电联1区(非洲、欧洲、西亚部分国家、中亚)及2区(美洲)IMT统一频率,3区(亚太)将此频段确定为IMT频率的国家进一步增多;
3300MHz-3400MHz频段被全球45个国家确定为IMT频率;
4800MHz-4990MHz频段在部分国家被确定为IMT频率;
在不对邻国广播业务产生任何影响的前提下,国际电联2区和3区的部分国家确定把470MHz-698MHz或其中的部分频段用于IMT。
这些频段将在未来用于5G中。
除了6G以下的中低频段外,WRC-15还确认了11个6G以上高频段候选频段,这些频段分布在24GHz-86GHz之间,根据ITU计划,这些频段将在2019年举办的WRC-19中得到确认。
图9:
ITU关于5G频段划分的工作情况
图10:
国际电联(ITU)三大区域划分
各国先后对5G频段进行规划。
美国最早确认5G频段,2016年7月14日,美国联邦通信委员会(FCC)同意将24GHz以上约11GHz高频段频谱资源用于5G部署,成为世界上第一个为5G通信技术规划频率的国家。
继美国之后,2016年11月,欧洲的无线电频谱政策小组(RSPG)公布5G频谱战略。
工信部于2017年11月发布通知,规划3300-3600MHz和4800-5000MHz频段作为5G系统的工作频段,自发文之日起,不再受理和审批以下新申请的频率使用许可;
另外,工信部还就24.75-27.5GHz、37-42.5GHz或其他毫米波频段5G系统频率规划公开向社会征求意见。
2018年1月,IMT-2020(5G)推进组发布《5G技术研发试验第三阶段规范》,第三阶段测试将在上述频段下进行,同时推进组正在申请2.1GHz1965-1980MHz、2155-2170MHz)用于5G测试。
表5:
主要国家5G频段规划情况
随着LTE业务进一步发展,GSM业务可能逐渐减少,频率使用率降低。
GSM频率使用情况在不同省市会各不相同,同一个城市的不同区域也会各不相同。
另外,同一地区在不同时段的频谱资源使用情况也不同,表现为上班时间居民区话务量低,商务区话务量高,下班时间则相反。
因而,可以根据不同区域频率使用特点,对GSM部分频谱进行重用和灵活调整,在满足现网需求的基础上获得最大的频谱利用率和收益。
2.3各国5G时间表陆续出炉
从移动通信的发展史来看,IMT-2000(3G)早在1985年就开始进行研究,2000年ITU确立IMT-2000(3G)标准,耗时15年;
ITU在2003年开始IMT-Advanced(4G)的标准制定,在2012年最终确立4G标准,耗时9年;
IMT-2020标准在2015年开始制定,根据ITU计划,预计2020年完成,然后逐步商用。
图11:
IMT-2000(3G)、IMT-Advanced(4G)和IMT-2020(5G)时间表
全球主要国家和地区陆续出台了5G商用时间表,资料显示,各国计划实现5G商用的时间相似,基本在2020年左右实现商业部署。
目前,全球主要电信运营商基本已开展5G试验。
韩国运营商的计划相对靠前,韩国电信(KT)已在2018年2月平昌冬奥会期间提供5G服务,计划于2019年进行商业部署。
平昌冬奥会于2018年2月9日开幕,能为用户提供沉浸式5G体验服务,包括:
同步观赛、互动时间切片、360度VR直播等。
这是全球第一张28GHz频段的大范围5G无线网络,也是全球首个准商用5G服务。
韩国电信(KT)、爱立信、思科、三星和英特尔等联合为此次5G应用提供基站、网络设备和终端支持。
表6:
全球主要国家和地区5G发展时间表
我国在3G和4G的网络建设中均较为滞后。
3G标准在2000年得到确认后,日本运营商NTTDoCoMo于2001年5月在全球率先推出3G服务,而我国在2009年1月才正式发放3G牌照;
在4G方面,瑞典于2009年12月推出全球首张4G网络,实现4G商用,而我国在2012年ITU发布4G标准最终版后,于2013年12月发布4G牌照。
在5G时代,我国将与全球其他国家或地区基本同步。
中国5G试验是全球首个由政府主导和规划的5G试验,也是全球最大的区域性5G试验,分两个阶段进行:
第一阶段的技术研发试验(2016-2018)和第二阶段的产品研发试验(2018-2020)。
其中5G技术研发试验开始于2016年1月,分为5G关键技术试验、5G技术方案验证和5G系统验证三个阶段,前两个阶段试验分别于2016年9月和2017年9月完成。
2017年11月23日,工信部发布《关于启动5G技术研发试验第三阶段工作的通知》,5G技术研发试验第三阶段工作正式启动。
2018年1月16年,5G技术研发试验第三阶段规范发布,预计第三阶段工作将于2018年底前完成。
通过5G技术研发试验第三阶段的测试,预计在2018年底5G产业链主要环节基本能达到预商用水平,推动5G更好更快地发展,为5G规模试验及商用奠定基础。
图12:
5G技术和产品研发试验时间安排
图13:
5G技术研发试验第三阶段试验主要工作和计划安排
国内三大运营商的5G规划大体相似,基本为2018年开始规模试验,2019年实现预商用,2020年实现规模商用。
2017年,三大运营商均进行了5G测试工作,中国移动在北京、上海、广州、苏州、宁波启动5G外场测试,中国电信在深圳、雄安、苏州、上海、成都、兰州先后开通5G试点基站,中国联通也在深圳、上海开展了5G测试。
表7:
三大运营商5G进展及计划
3.网络架构继续演进
3.1移动通信网络架构回顾
第二代移动通信系统(2G)不具有数据业务功能(以GSM网络为例),GSM网络是基于电路交换技术(CS,circuitswitching),其核心网只有电路域。
由2G演进到2.5G之后,最主要的变化就是增加了分组交换业务(PS,packetswitching),这使得通过移动网络可以访问互联网。
3G网络(包括WCDMA、TD-SCDMA、CDMA2000网络)的核心网与2.5G基本相同,可以分为电路域(负责语音和短信业务)和分组域(负责数据传输业务),3G和2.5G的差异主要在接入网,其调制技术和编码技术等均与2G/2.5G存在差异,从而具有更高的频谱效率。
图14:
GPRS叠加网络(2.5G)结构示意图
相对于2G和3G,4G网络的接入网和核心网均具有自身的特点。
接入网方面,4G接入网(E-UTRAN)中仅有基站(eNodeB)单元和移动终端(UE),RNC(基站控制器)的功能被eNodeB和MME(MobilityManagementEntity)承继;
在骨干网方面,4G的核心网(EPC,EvolvedPacketCore)由MME、SGW(ServingGateway)、PGW(PDNGateway)等网络单元构成,该系统仅有分组域(PS)而无电路域(CS)。
由于没有电路域,早期4G只有数据业务,进行语音业务需要回落到2G/3G;
在后期,随着VoLTE网络(包括SRVCC和eSRVCC等类型)的部署,4G也能提供语音业务。
在VoLTE下,运营商需要建设IMS(IP多媒体子系统)网络,完成类似于2G/3G中的电路域功能,使得用户端不需要切换2G/3G了,等待时间降低。
图16:
LTE网络结构示意图
图17:
LTE语音解决方案(eSRVCC)网络架构
3.2灵活的5G接入网架构
4G基站eNodeB采用分布式架构,由BBU(BasebandUnit,基带处理单元)、RRU(RemoteRadioUnit,远端射频单元)和天线构成,其中,BBU主要完成信道编解码、基带信号的调制解调、协议处理等功能,同时与核心网相连接;
RRU主要功能为基带信号变频、射频信号调制解调、功率放大等功能。
BBU集中放置在机房,RRU可安装至楼层(也可放置在机房,和BBU集中部署),BBU和RRU之间使用光纤连接,RRU再通过同轴电缆及功分器等连接至天线。
图18:
4G基站eNodeB结构示意图
为了适应5G不同场景要求,5G接入网结构需要在4G基础上进行演进,BBU中的非实时部分将独立为CU(Centralized/CentralUnit,集中单元);
BBU中部分物理层处理功能将与RRU进行整合;
而剩余功能将独立为DU(DistributeUnit,分布单元),负责处理物理层协议和实时服务。
CU又可进一步分割为用户面CU-U(CentralUnitUserplane,负责用户面数据处理)和控制面CU-C(CentralUnitControlplane,负责信令控制功能)。
eMBB、mMTC和URLLC是ITU定义的5G三大业务,业务需要差异大。
根据每种业务的特征和需求,无线网络接入功能可以进行按需灵活部署,以满足业务的时延、带宽、大连接等多种特定需求,并达到最大的资源使用效率。
在不同网络架构中,CU-C/CU-U与DU集中部署,能够减少数据传输的时延;
CU与DU分离部署,不仅有助于提升资源利用效率,而且有利于保证网络的信令处理能力和内存可扩展性。
对于URLLC业务和eMBB时延敏感业务,CU-U可以和DU集中部署,减少数据传输的时延;
对于eMBB时延不敏感的业务,CU和DU可以完全分离部署,以实现资源利用率的提升;
对于mMTC业务,要求支持海量连接,建议CU-C和DU完全分离部署,确保网络的信令处理能力和内存可扩展性好。
图19:
5GDU堆叠场景的功能灵活部署
3.3核心网网元继续分离和下沉
相对于4G而言,5G的核心网出现了新的变化,突出的一点就是控制面和用户面的进一步分离。
在控制面方面,MME的功能被AMF、SMF等功能模块取代,同时新增NSSF(网络切片选择功能)模块,用于5G下网络切片的管理;
在用户面,4G网络中的SGW和PGW被UPF(用户面功能)模块取代。
从2G到4G,再到5G,核心网一直沿着分离和软件化方向演进。
图20:
5G网络架构示意图(非漫游情形)
4G时代,核心网部署位置较高,一般在网络骨干核心层。
为了满足5G下对低时延的要求,核心网下移以及云化成为5G发展的趋势。
在部署位置方面,核心网从省网下沉到城域网,4G时代的EPC拆分成NewCore和MEC(MobileEdgeComputing,移动边缘计算,UPF为其组成部分),NewCore将云化部署在城域核心的大型数据中心,MEC将部署在城域汇聚或更低的位置中小型数据中心。
NewCore之间、NewCore和MEC之间、MEC之间均云化互联,这些连接通过IP承载网实现。
图21:
5G核心网架构演进对承载网架构影响示意图
图22:
5G时代下的云数据中心网络架构图
3.4网络切片是5G下新需求
不同业务场景对网络要求差异明显,如时延、峰值速率、QoS(QualityofService)等要求都不相同。
要在同一张网络中实现不同的场景功能,需要使用网络切片技术,将不同的网络服务放在不同的网络切片(一组逻辑网络功能的集合)中。
为了实现网络切片,NFV(网络功能虚拟化)是一个先决条件。
网络切片除了可以实现不同业务场景外,还可以满足按不同租户(如虚拟运营商)需求,形成多个并行的虚拟网络。
前传网络(AAU/RRU与DU之间的传输)不需感知传送的具体内容,因此对不同的5G网络切片不需要进行特殊处理;
中传(DU和CU之间)、回传承载网(CU和核心网之间)则需要考虑如何满足不同5G网络切片在带宽、时延和组网灵活性方面的不同需求。
光传送网具有天然的网络切片承载能力,每种5G网络切片可以由独立的光波长/ODU通道来承载,提供严格的业务隔离和服务质量保障。
图23:
5G网络切片示意图
4.下游需求逐步显现
我国IMT-2020推进组定义的5G应用场景包括四类:
连续广域覆盖、热点高容量、低功耗大连接、低时延高可靠,该定义与ITU基本相同,只是将eMBB场景进一步细分为连续广域覆盖和热点高容量两类。
华为从5G技术相关性和市场潜力的角度对5G应用场景进行了比较,其研究显示云VR/AR、车联网(远控驾驶、编队驾驶、自动驾驶等场景)、智能制造(机器人云端控制)、智慧能源(馈线自动化)、无线医疗(远程诊断)等十个场景与5G的相关性最大,同时具有较大的市场前景。
图24:
5G主要应用场景
4.1移动流量不断增长
CiscoVNI报告显示,2016年全球移动数据流量约为7,201PB/月,预计到2021年将达到48,270PB/月,2016-2021年复合增长率约为46%。
在移动数据流量中,消费性视频类流量占比最大,2016年全球消费性视频移动流量约为3,660PB/月,占总移动流量的50.76%,预计到2021年达到33,173PB/月,占移动流量比重达到68.72%,2016-2021年复合增长率约为55%。
图25:
2015-2021年全球移动数据流量预测
图26:
2015-2021年全球消费性视频移动数据流量预测
就我国情况而言,工信部数据显示,截至2017年11月末,我国移动互联网用户总数达到12.5亿户,同比增长16.6%。
使用手机上网的用户11.6亿户,同比增长13.73%,手机上网用户对移动电话用户的渗透率为82.1%。
2017年11月,我国移动互联网接入流量达到29.84亿GB(约为2,346PB),同比增长191.2%,当月户均移动互联网为2.39GB,同比增长150.9%。
图27:
2016年1月-2017年11月我国手机上网用户及对移动电话用户的渗透率
图28:
2016年1月-2017年11月我国当月移动互联网接入流量和户均流量比较
4.2增强现实/虚拟现实推广需要5G支撑
Digi-Capital数据显示,2016年VR/AR市场收入约为39亿美元,其中VR收入为27亿美元,AR收入为12亿美元。
根据Digi-Capital最新预测,2022年AR(包括mobileAR,smartglasses)用户基数有望达到35亿左右,市场规模约为850-900亿美元;
2022年VR(包括mobile,standalone,console,PC等)用户基数预计约为5000-6000万,市场规模约为100-150亿美元。
图29:
全球AR/VR市场规模预测
图30:
AR/VR用户基数预测(包含MobileAR)
图31:
AR/VR用户基数预测(不包含MobileAR)
从VR方面来看,早期的VR头显设备需要通过数据线与PC进行连接,不利于用户体验的提升,2016年11月,HTC推出了由传动科技开发的TPCASTVIVE无线套件,率先将头盔和PC之间的多根数据线升级为无线方式连接。
无线化是VR发展的一个趋势,而采用移动蜂窝网络进行连接是一种较为理想的方式。
根据华为白皮书,在VR极致体验阶段,时延在10ms以下,同时要达到正常流畅播放,带宽需要接近1Gbps,而在即时交互情况(如快速转动头部时),带宽需求将超过2Gbps。
在带宽方面,4G的下行带宽在100Mbps以下;
在时延方面,4G的空口时延(从终端到基站)约为10ms,网络时延在20ms以上。
可见,4G网络在带宽和时延方面都难以满足VR需求。
5G下,空口时延能达到1ms,使得端到端时延在ms级别,能满足VR对时延的高要求,同时在室内热点,5G的用户体验速率可达到1Gbps,峰值速率达数十Gbps,在带宽上也能支持用户VR体验。
图32:
VR不同发展阶段对网络条件的要求
4.3车联网发展值得期待
根据埃森哲(Accenture),2015年全球新车销售约为8800万量,其中35%的汽车通过嵌入式移动通信系统、内置tethered系统、智能手机等方式实现联网,预计到2020年,全球联网汽车销售将占新车销售的98%,预计到2025年全球销售的新