智芯研报 | 5G 实践篇——应用改变世界

5G（第五代通信技术）作为下一代通信技术，决定了未来十年整个电信行业的发展方向，因此在标准制定的过程中备受行业内各个板块的高度重视。5G 的技术标准和应用场景直接决定了设备制造、网络建设及运营服务等领域的未来走势。

5G 技术最核心的改变就是通过对三大应用场景的定义丰富了网络连接的适用范围，进而满足了新增的连接需求，将互联网从“人”进一步扩大到“物”。如果说 4G 改变了人与人之间的连接方式，那么 5G 就改变了“人与物”及“物与物”的连接方式。

5G 技术是对 4G 技术的一次全面革新，在速率、连接数、时延三个方面有巨大改善。这三个方面分别对应5G 提出的三个核心应用场景：增强移动宽带（eMBB）、海量机器通信（mMTC）和超高可靠低时延通信（uRLLC）。

► 增强移动宽带（eMBB）：增强移动宽带主要带来的改进是移动连接速率的大幅改善，峰值速率（从1Gbps 提升到 10Gbps~20Gbps）和用户体验速率（从 10Mbps 提升到100Mbps~1Gbps），在保证广覆盖和移动性的前提下为用户提供更快的数据速率。频谱效率提升 3 至 5 倍，降低了运营商提供流量的单位成本。

► 低功耗超大连接（mMTC）：主要针对了传输速率较低、时延容忍度高、成本敏感且待机时间超长的海量机器类通讯，是当下物联网的进化版本。连接密度每平方公里超过100 万，电池寿命超过 10 年。为今后大规模的物联网发展提供可能性。

► 低时延高可靠（uRLLC）：主要针对了特殊的应用场景，这些场景对网络的时延和可靠性有着特殊的要求，如工业控制、车联网等。在5G 的技术标准下，用户层面的时延要控制在 1ms 之内，这样才能满足特殊场景作业的需求。

可以发现，5G 带来的运营商服务的变化大致可以分为两类。一方面是现有服务的改进，主要是增强移动宽带，进一步提升运营商提供无线流量的能力，在数据速率和流量容量上大幅提升运营商现有能力。另一方面是新服务的拓展，海量物联网连接帮助运营商向物联网和垂直行业进行渗透，低时延高可靠帮助运营商向特定应用场景扩展服务范围。

5G 带来的实质性转变实际上主要是指运营商的新增业务，向物联网和特定应用场景等方面的进一步扩张，这会大大增强移动互联网的实用性和适用范围，改变人与物的信息交换方式，从而带来社会层面的信息交互方式的转变。

中国 5G 技术研发走在世界前列。以华为、中兴为代表的设备商和三大运营商在 5G 技术方面进行深入合作，已经完成了5G 技术研发试验的第一、第二阶段相关测试及第三阶段NSA（非独立组网）测试。目前第三阶段 SA（独立组网）测试已全面启动，SA 外场试验预计在 2019 年初步完成。

全球主流运营商已公布 5G 商用时间点。全球已有 55 家移动运营商公布 5G 商用计划，其中40%计划在 2018 和 2019 年商用（中东地区最早），其它60%计划在 2020 年后商用。初期5G 商用将主要用于高密度城市中心区域及产业创新集中的领域，以便在郊区和农村区域部署之前测试网络性能和用户使用水平。

各国在 5G 频谱开发的侧重点有所不同。美国、日本、韩国等 5G 先行国家重点开发 28GHz的毫米波频段，而我国和欧盟则侧重于开发中低频段。根据工信部发布的5G 频谱规划，中国 5G 中频段为 3.3~3.6GHz 和 4.8~5.0GHz，而 24.75~27.5GHz 和 37~43.5GHz 高频段将用于 5G 高频技术研发试验。

由于应用场景更加多元化，5G 频谱资源使用时也会更加复杂。在低频段实现物联网功能，中频段实现一般通信功能，在高频段实现超大带宽的毫米波传播。这与 5G 应用的复杂程度高于 4G 是相一致的。通过网络切片技术，5G 网络可以独立地管理好各个应用层面的独特网络需求。

5G 相较于 4G 将实现速率、连接数、时延等各方面指标的大幅提升。在系统性能方面，5G 技术将实现 10~20Gbps 的峰值速率，100Mbps~1Gbps 的用户体验速率，每平方公里100 万的连接数密度，1ms 的空口时延，500km/h 的移动性支持，每平方米 10Mbps 的流量密度等关键能力指标，相对 4G 提升 3 到 5 倍的频谱效率、百倍的能效。

2019 年将率先出现的 5G 产品及服务：5G VR/AR 早期产品、高速率低时延无人机、5G 车载移动医疗试点、车载 4K 高清视频、早期自动驾驶、车路信息感知平台等。

基础通讯功能仅是 5G 应用中的一小部分，在商业和工业领域应用的物联网应用才是 5G真正发挥作用的蓝海，5G 三大应用场景的规划满足了产业互联网对移动通讯网络要求。

我们认为 5G 应用中以高清视频传输、VR/AR 产品为代表的大带宽应用将首先实现商用；其次，以物联网和大规模连接为代表的智慧城市、工业应用将快速普及；最后以人工智能和自动驾驶为代表的先进技术将在 5G 网络的辅助下加快发展。

三大应用场景分别对应着不同的实际应用。eMBB 针对的大流量应用场景有 3D/4K 等格式的超高清视频传输、高清语音（或多人高清语音或视频），更先进的云服务、AR/VR 等。mMTC 对应的应用场景主要是物联网目前涵盖的范围，包括智能家居、智能交通、智慧城市等。uRLLC 场景对应的特殊应用场景包括工业自动化、自动驾驶、移动医疗等。

泛在现实（UR）

泛在现实（Ubiquitous Reality）将成为 5G 技术 eMBB 场景的核心应用之一。泛在现实在4G网络下的应用主要体现在 VR（虚拟现实）和 AR（增强现实），但受制于现有4G 网络在低时延、高速率传输等方面仍有待优化，因此还处于 VR/AR 本地传输阶段。随着 5G eMBB 场景的开发，将实现毫秒级时延及高速率传输，泛在现实的应用场景有望进一步增强。

从车联网到自动驾驶

5G 将推动汽车驾驶从“车联网”演进到真正意义上的自动驾驶。当前在 4G 网络下，网联汽车是已经实现的一类应用场景，但通过 5G 网络的赋能可以使汽车驾驶从网联汽车进一步演进到真正意义上的自动驾驶。中国三大运营商已经在车联网、车连接、远程信息处理等领域进行积极布局，并与垂直领域的合作伙伴推出多种应用方案。根据中国信通院《5G 经济社会影响白皮书》，预计到2030 年我国车联网行业中 5G 相关投入大约 120亿元左右。

智能制造

5G 技术将进一步推动工业领域智能制造的发展。5G 技术在智能制造中的应用将主要体现在机器和机器人技术、远程实时制造、现有劳动力增强以及智能分析领域。根据中国信通院《5G 经济社会影响白皮书》，预计到2030 年，我国工业领域中 5G 相关投入约达2000 亿元。电信运营商在智能制造领域可以通过为客户单独提供连接或提供完整成套服务来获得利润，后者能够提供更高的整体值。

预计 2025 年全球 5G 连接数将达到百亿量级。根据 GSMA 预测，2025 年全球将拥有 14亿5G 移动用户，其中中国 4.3 亿，是 5G 最大的市场。中国 5G 网络渗透率将达到 28%，与欧洲持平，低于美国、韩国和日本。根据IDC 预测，2025 年全球物联网终端连接数将达到 822 亿，其中 170 亿（约 20%）是通过 5G 的物联网连接。

尽管 5G 提出的应用场景对应了三大应用场景及其所包含的数十个具体应用，但是目前这些应用仍然没有充分反映出 5G 网络带来的革命性变化，以及采用 5G 网络的必要性。我们认为，实际需要5G 的应用相对匮乏的原因主要有两个方面：一是 5G 仅仅是在网络连接层面提供了革命性的技术进步，但是实际的应用需要相关的垂直领域同样取得革命性的技术进步，目前这些领域虽然发展迅速，但是距离实际的大规模商用还尚有距离；另一方面是目前的网络已经可以覆盖一些应用场景（下图中白色部分的应用已经可以被目前的移动网络覆盖，灰色部分需要5G 提供移动网络覆盖），如果考虑 Wi-Fi 的补充，那么尚需 5G 覆盖的应用场景会更少。

从上图中可以看出，最需要 5G 网络覆盖的服务实际上位于象限的右上方（即低时延大流量服务），具体的应用包括自动驾驶、工业自动化、AR/VR、远程医疗等。但是这些应用仍然处于早期研发阶段，因此实际的应用场景和市场规模仍有较大的不确定性，因此对移动网络的实际需求也不明朗。

根据我们之前的分析，可以得出两个结论：一是 5G 目前并没有需求端的强有力的拉动，实际上变成了供给侧自发推动的技术进步；二是 5G 所提出的潜在应用场景，已经有不少可以被目前的网络所覆盖，缺乏突破性的应用革新。

也正是这两个原因，导致 5G 网络的发展和 4G 网络有明显的差异性。4G 网络发展的时候，互联网内容已经非常丰富，对于移动上网的需求强有力地拉动了网络建设和 4G 服务的快速渗透，是典型的需求端拉动的技术进步；而且相对于3G 网络，4G 网络在早已成熟的上网需求层面给出了更好的移动解决方案，有效地促使了用户快速地转向 4G 服务。 

我们相信，5G 网络将是供给方主导下的长期网络演进。这种网络的升级将分为两个层面：一是在需求不足的情况下，网络的建设将是长期的渐进式投资，运营商的投资将会按照实际的需求首先进行热点覆盖，然后逐步扩大；二是4G 网络仍将会长期存在，长期承担主要针对个人用户的电信服务，因为 4G 已经提出了 All-IP 服务的理念，这与 5G 的网络演进相吻合，因此在网络承载能力允许的情况下，用户和运营商都没有足够的动力向5G转型。

除此之外，从全球范围内看，4G 和 5G 网络之间的切换并不会那么快的发生，按照 GSMA Intelligence 的预测全球 4G 的渗透率将在 2030 年左右达到峰值，然后由于用户转向5G 开始出现渗透率下降。

通信技术的推出和推广中间存在约 20 年的时差。从历代通信技术的发展而言，大约 10年就会有一代通信技术的推出，而通信技术的推出到渗透率达到顶峰大约需要近 20 年的时间。这个约 20年的时间缺口与运营商稳步推进网络建设，用户逐步迁移相一致。技术的推出到运营商逐步建立起网络覆盖需要10 年左右的时间，用户开始淘汰旧技术转向新服务还需要 10 年的时间，在这 10年内运营商不断降低新服务的资费，逐步淘汰旧服务网络，完成网络的迭代更新。

4G 时代这个时钟的规律仍然有效，全球范围内4G 建设依然处于网络发展建设的早期阶段，欧洲、东南亚、非洲、南美洲这些地方仍然是以 3G 服务为主。但是中国跳出了这个时钟规律的范畴，中国从2015 年开始，4G 的网络发展和用户渗透率的提高进入了一个超速发展的阶段，使得 3G 网络的服务生涯戛然而止。我们认为中国的 4G 出现跳跃式发展的背后主要包含以下原因：

► 中国的电信市场存在严重的不对称竞争。中国移动独大的局面使得其在行业内具有较强的话语权。网络的建设发展，服务的推广普及都较为依赖中国移动的一家运营商的做法。因此当中国移动放弃3G 网络，转而大力发展 4G 网络的时候，我国的移动用户结构很快发生根本性转变。

► 3G 时代运营商面临不对称监管。3G 时代中国移动因为网络制式的原因在竞争中处于不利地位，网络质量、网络建设成本、用户体验均相比处于劣势，因此急于改变自身不利局面。因为网络制式问题，中国移动直接跳过了3.5G 的发展，进入 4G，通过 4G 网络服务对其他运营商进行降维打击，扭转了颓势。

► 4G 网络发展出现抢跑。中国移动率先拿到了4G 牌照，先于其他运营商开始发展 4G服务，为了充分利用这个抢跑优势，中国移动进行了跨越式的网络发展，在 2014、2015 和 2016 年三年间进行巨额投资，拉大了与其他运营商的差距。而其他运营商只能被动跟进，与中国移动进行直面竞争，因此也在短时间内进行了巨额投资，集中精力建设4G 网络，导致我国的网络发展在短时间内出现跃进。

我们认为 5G 时代这种现象将出现改善，首先在终端用户层面 5G 短时间内带来的改进不会带来明显的用户体验升级；其次 4G 阶段，运营商的网络不存在明显的优劣之分，运营商抢跑的动力被削弱；而且，4G 时代的巨额投资建成的网络有待充分利用，提高投资回报率。因此，我们认为5G 时代，我国将会回归通信技术发展时钟的规律。同时，从供给端来看，也缺乏加速网络发展的动力。

我们认为 5G 时代，运营商的网络建设将呈现出稳步推进、长期渐进的特点。4G/5G 网络将出现长期共存的局面，并且分工明确。5G 网络将在高流量密度的热点区域、物联网等场景下提供服务，而4G 仍将作为广覆盖的移动通信网为终端消费者提供通信服务。

运营商 5G 投资思路发生转变

5G 目前的试验频段要比 4G 更高，这意味同等情况下，基站的覆盖范围会明显缩小，为了实现5G覆盖，运营商就需要进行更大规模的投资，建设更多 5G 基站。这样的投资对于运营商而言压力过于沉重，因此运营商会改变之前快马加鞭全面覆盖的做法，转为稳步推进，按需投资的思路。

5G 应用端的需求不足也为运营商的这一投资思路提供了支持，在供给端主导的技术进步中，网络建设将更具弹性，运营商会按照实际产生的需求进行网络规划，按需建设提高投资回报率。因此，我们预计2020 年之后也不会出现大规模集中建设的局面，5G 网络将会是渐进式的网络改善。

5G 竞争结构更加公平

目前三大运营商 4G 网络的服务质量不存在明显的优劣，三家运营商的 4G 渗透率也接近高位，4G 网络巨大投资之后的回报期才开始不久。我们认为没有明显的迹象表明有运营商会存在抢跑的动机。而由于 5G 网络制式将更加统一，运营商的牌照发放也不会存在先后顺序，大概率下将会是三家运营商同时获牌，因此也不会存在运营商被迫跟进的局面。

运营商在进行网络建设时面临“囚徒困境”的局面，如果运营商“有默契”的选择延缓网络建设进度放弃大规模集中建设，那么运营商的利润、现金流等财务指标都会表现更好，但是如果有一家运营商选择了先建设，那么其他运营商就会陷入被动挨打的局面，只能被迫跟进。最终导致所有运营商都会选择率先发展网络建设，而现金流恶化，利润率受到影响。

4G 时代这个情况尤为明显。那么在5G 时代运营商的“囚徒困境”有望得到改善吗？我们认为答案是肯定的。首先，运营商有望同时获得5G 牌照，那么就不会出现 4G 时代有运营商率先获得选择权；其次，5G 时代打破“囚徒困境”的关键在于 5G 网络需要的巨额投资，这使得没有一家运营商有实力独自完成5G 网络的集中大规模建设，因此抢跑优势会被削弱，抢跑动力也会被相应的减弱；最后，运营商的网络建设环节出现了新的角色，即铁塔公司，这会导致运营商的网路建设没有办法完全按照自己的步骤进行。

因此，我们认为 5G 周期中，运营商的生存方式将会出现明显的转变。4G 网络将会长期负担起基础通信业务，其投资红利期将会被相应地拉长；5G 的网络投资将会在 2020 年左右牌照发放后正式展开，并且5G 的投资将会是渐进式的推进；运营商凭借 5G 网络的发展有望继续进行服务的扩展，深化在物联网垂直领域的发展。