5G蓄势待发 化合物半导体产业将迎爆发式增长

　　【中国智能制造网 市场分析】随着2020年5G步入商用，使物联网逐渐成为现实；以及国防信息化推进加速，化合物半导体将来爆发。　　5G有望在2020年步入商业化，将使真正的“万物互联”成为现实无线移动通讯发展至今，已经实现了4代（1G-2G-3G-4G），每一代革新，都实现了更快的传输率、更宽的网络频谱、更灵活的通信方式、更高的智能、更高的通信质量。第五代移动通信（5G）传输速度可达10Gbps，比4G网络的传输速度快十倍到百倍，解决海量无线通信需求，将实现真正的“万物互联”。用户体验速率达到1Gbps，连接数密度为106/km2，空口时延时1ms，端与端时延为ms量级，可靠性接近100%，可以现实连续广域覆盖、热点高容量、低功耗大连接、低时延高可靠5G应用场景。目前包括ITU、IEEE、3GPP组织积极推进5G标淮落地，预计快在2018年我们可以看到5G标淮雏形，2020年5G标淮将落地。5G已经成为通信领域里的重点研究对象，5G标淮引爆群英战，美国完成5G频谱分配。在5G标淮制定中谁掌握话语权，将会在新一代移动通信技术革命中占据先机。按计划，中国将力争在2020年实现5G网络商用。
　　
　　国防信息化推进加速，带动雷达、军工通信与军工电子等万亿市场需求
　　
　　国防信息化是现代战争的发展方向。军队通过信息化的整合实现一体化的作战能力：将目标探测跟踪、指挥控制、火力打击、战场防护和毁伤评估等功能实现一体化，将联合指挥中心和各军种之间的作战组织实现一体化。国防信息化产业链主要包括雷达、卫星导航、信息安全、军工通信与军工电子五大领域，据行业预测，国防信息化建设到2025年市场总规模有望达到1.66万亿元。其中，军用雷达达到3776亿元，国防信息安全建设达到7320亿元，军工通信达到308亿元。
　　
　　5G、军工两轮驱动，带动上游化合物半导体国产化及需求
　　
　　化合物半导体三大材料，第二代GaAs半导体相对成熟，其中，用在移动通讯设备中占比为71%，当前市场容量约为82亿美元，主要受益通讯射频芯片尤其是PA驱动，随着5G 军工驱动，我们预计2020年将形成132亿美元的市场容量；第三代半导体SiC半导体市场在2016年正式形成，当前市场容量约为2亿美元，作为大功率高频半导体在电动汽车大有可为，未来10年市场容量有望增至20亿美元；第三代半导体GaN半导体目前也处于发展阶段，为高温、高频、大功率器件材料之一，将广泛应用通讯、军工，当前市场容量约为3亿美元，未来10年市场容量有望增至30亿美金。涉及化合物半导体A股上市公司三安光电（GaAs/GaN）、海特高新（GaAs/GaN）、扬杰科技（SiC）；涉及化合物半导体非上市公司：中国电子科技集团（13所、46所、55所）。
　　
　　1.5G蓄势待发，且为推动物联网关键技术
　　
　　1.1.5G是实现物联网关键技术
　　
　　无线移动通信每一代革新，都实现了更快的传输率、更宽的网络频谱、更灵活的通信方式、更高的智能、更高的通信质量。发展至今，已经实现了4代（1G-2G-3G-4G）。无线移动通信基本和主要的一种是利用蜂窝网方式，由美国贝尔实验室等首先提出。该实验室在1978年底研制成功先进移动电话系统(AMPS)，并于1983年在芝加哥投入商用，标志着代蜂窝移动通信系统的诞生。代移动通信技术(1G)采用模拟式通信系统，将介于300Hz到3400Hz的语音转换到高频的载波频率MHz上，仅实现语音无法实现手机上网，流行手机为大块头的摩托罗拉8000X，俗称大哥大。第二代移动通信（2G）诞生于20世纪90年代初期，从模拟调制进入到数字调制，GSM的网速仅有9.6KB/S，开启手机上网时代，同时2G帮助诺基亚掘起。第三代移动通信（3G）诞生于21世纪初期，以多媒体通信为特征，支持高速数据传输，3G将有更宽的带宽，其传输速度低为384K，高为2M，带宽可达5MHz以上。能够实现高速数据传输和宽带多媒体服务，是移动互联网变为现实。第四代移动通信技术（4G）诞生于2010年，标志着进入无线宽带时代，4G是集3G与WLAN于一体，并能够传输高质量视频图像，能够以100Mbps的速度下载，上传的速度也能达到20Mbps，并能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求。第五代移动通信（5G）已经成为通信领域里的重点研究对象，传输速度可达10Gbps，比4G网络的传输速度快十倍到百倍，解决海量无线通信需求，将实现真正的“万物互联”。
　　
　　移动通信发展，同步推动手机革新。从1986年的第1代移动网络到2013年的第4代移动网络，这短短的26年间我们见证了移动通信技术的突飞猛进，从大哥大到诺基亚手机，从iPhone的诞生到GoogleGlass的推出，这些设备给我们带来更好的体验，都在依赖移动网络的支撑。而1G、2G、3G以及现在的4G逐渐从简单的通话也已经转换为清晰语音、高质量图片视频传送技术发展，运营商的业务也开始发生了转变。而更高网速的5G也将诞生，未来翻天覆地的移动通信将彻底改变我们的生活。
　　
　　5G网络功能升级将使“万物互联”成为现实。5G将采用包括大规模天线阵列、超密集组网、新型多址、全频谱接入和新型网络架构在内的一组关键技术，以满足各种场景的差异化需求。根据IMT-2020(5G)推进组发布《5G网络架构设计》白皮书，5G关键性能指标主要包括用户体验速率、连接数密度、端到端时延、流量密度、移动性和用户峰值速率，其中，用户体验速率、连接数密度和时延为5G基本的三个性能指标。从移动互联网和物联网主要应用场景、业务需求及挑战出发，可归纳出连续广域覆盖、热点高容量、低功耗大连接和低时延高可靠四个5G主要技术场景。连续广域覆盖和热点高容量场景主要满足2020年及未来的移动互联网业务需求，也是传统的4G主要技术场景。
　　
　　低功耗大连接和低时延高可靠场景主要面向物联网业务，是5G新拓展的场景，重点解决传统移动通信无法很好支持地物联网及垂直行业应用。
　　
　　1）连续广域覆盖：为移动通信基本的覆盖方式，以保证用户的移动性和业务连续性为目标，为用户提供无缝的高速业务体验。该场景的主要挑战在于随时随地（包括小区边缘、高速移动等恶劣环境）为用户提供100Mbps以上的用户体验速率。
　　
　　2）热点高容量：场景主要面向局部热点区域，为用户提供极高的数据传输速率，满足网络极高的流量密度需求。1Gbps用户体验速率、数十Gbps峰值速率和数十Tbps/km2的流量密度需求是该场景面临的主要挑战。
　　
　　3）低功耗大连接：场景主要面向智慧城市、环境监测、智能农业、森林防火等以传感和数据采集为目标的应用场景，具有小数据包、低功耗、海量连接等特点。这类终端分布范围广、数量众多，不仅要求网络具备超千亿连接的支持能力，满足100万/km2连接数密度指标要求，而且还要保证终端的超低功耗和超低成本。
　　
　　4）低延时高可靠：场景主要面向车联网、工业控制等垂直行业的特殊应用需求，这类应用对时延和可靠性具有极高的指标要求，需要为用户提供毫秒级的端到端时延和接近100%的业务可靠性保证。
　　
　　1.2.物联网前景广阔，5G将有望2020年进入商业化
　　
　　移动互联网和物联网是未来移动通信发展的两大主要驱动力，将为5G提供广阔的前景。移动互联网颠覆传统移动通信业务模式，为用户提供的使用体验，深刻影响着人们工作生活的方方面面。面向2020年及未来，移动互联网将推动人类社会信息交互方式的进一步升级，为用户提供增强现实、虚拟现实、超高清(3D)视频、移动云等更加身临其境的业务体验。移动互联网的进一步发展将带来未来移动流量超千倍增长，推动移动通信技术和产业的新一轮变革。物联网扩展了移动通信的服务范围，从人与人通信延伸到物与物、人与物智能互联，使移动通信技术渗透至更加广阔的行业和领域。面向2020年及未来，移动医疗、车联网、智能家居、工业控制、环境监测等将会推动物联网应用爆发式增长，数以千亿的设备将接入网络，实现真正的“万物互联”，并缔造出规模的新兴产业，为移动通信带来无限生机。同时，海量的设备连接和多样化的物联网业务也会给移动通信带来新的技术挑战。
　　
　　面向2020年及未来，移动数据流量将出现爆炸式增长。预计2010年到2020年移动数据流量增长将超过200倍，2010年到2030年将增长近2万倍；中国的移动数据流量增速高于平均水平，预计2010年到2020年将增长300倍以上，2010年到2030年将增长超4万倍。发达城市及热点地区的移动数据流量增速更快，2010年到2020年上海的增长率可达600倍，北京热点区域的增长率可达1000倍。
　　
　　未来移动通信网络连接的设备总量将达到千亿规模。预计到2020年，移动终端（不含物联网设备）数量将超过100亿，其中中国将超过20亿。物联网设备连接数也将快速增长，2020年将接近人口规模达到70亿，其中中国将接近15亿。到2030年，物联网设备连接数将接近1千亿，其中中国超过200亿。在各类终端中，智能手机对流量贡献大，物联网终端数量虽大但流量占比较低。
　　
　　5G标淮加速推进，2020年有望进入商业化。目前包括ITU、IEEE、3GPP组织积极推进5G标淮落地，预计快在2018年我们可以看到5G标淮雏形，2020年5G标淮将落地。1）ITU于2015年启动5G标淮制定的淮备工作，首先开展5G技术性能需求和评估方法研究，明确候选技术的具体性能需求和评估指标，形成提交模板；2017年ITU-R发出征集IMT-2020技术方案的正式通知及邀请函，并启动5G候选技术征集；2018年底启动SG技术评估及标淮化；计划在2020年底形成商用能力。2）作为IEEE3G/4G淮的制定机构，IEEE802标淮委员会结合自身优势，积极推进下一代无线局域网标淮（IEEE802.11ax）研制，并希望将其整合至5G技术体系。3）从2015年初开始，3GPP已启动5G相关议题讨论，初步确定了5G工作时间表3GPP5G研究预计将包含3个版本：R14、R15、R16。R14主要开展5G系统框架和关键技术研究；R15作为个版本的5G标淮，满足部分5G需求，例如5G增强移动宽带业务的标淮；R16完成全部标淮化工作，于2020年初向ITU提交候选方案。
　　
　　5G标淮引爆群英战，美国完成5G频谱分配。韩国、欧盟、日本和美国都开始启动5G商用机会，在5G标淮制定中谁掌握话语权，将会在新一代移动通信技术革命中占据先机。其中，韩国将于2018年年初开展5G预商用试验支持平昌冬奥会，计划到2020年年底实现5G商用；欧盟5GPPP预计在2018年启动5G技术试验；日本计划在2020年东京奥运会之前实现5G商用，当前NTTDoCoMo正在组织10多家主流企业验证5G关键技术，进行关键技术及频段的筛选；美国运营商Verizon成立5G技术论坛，并计划于2016年启动5G外场试验。其中，美国联邦通信委员会(FCC)针对24GHz以上频谱用于无线宽带业务宣布了新的规则和法令，美国成为宣布将这些频谱用于5G无线技术的国家：2016年7月15日，美国联邦通信委员会（FCC）将为5G网络分配频率资源。FCC新的法令开放了近11GHz可灵活用于移动和固定无线宽带服务的高频段频谱，其中包括3.85GHz授权频谱和7GHz未授权频谱。这些被其定义为可用于UpperMicrowaveFlexibleUse服务的频谱具体分布在28GHz(27.5-28.35GHz)、37GHz(37-38.6GHz)、39GHz(38.6-40GHz)和一个新的64-71GHz未授权频段。此外，FCC还将继续寻求关于95GHz以上频段的使用意见。
　　
　　我国5G试验分两步实施，建立中国在5G产业主导权。我国5G试验分为两步实施：从2015年到2018年进行技术研发试验，由中国信息通信研究院牵头组织，运营企业、设备企业及科研机构共同参与；从2018年到2020年进行产品研发试验，由国内运营企业牵头组织，设备企业及科研机构共同参与。中国这次在5G时代的话语权有望超越以往，在2G跟随、3G突破、4G发展之后，中国移动通信技术在5G时代将成为者。按计划，中国将力争在2020年实现5G网络商用。目前正在工信部统一领导下，依托IMT—2020（5G）推进组，开展5G技术研发试验。华为和中兴两家公司都是中国IMT—2020（5G）推进组的核心成员。华为积极参与欧盟主导的5G项目，也是英国5GIC创始成员和日本5GMF的重要成员。在推动5G产业进程上，华为与运营商进行了广泛对话，并与中国移动、日本NTTDoCoMo、欧洲沃达丰、德电、西班牙电信公司等运营商就5G展开联合创新和技术验证。中兴通讯担任了IMT—2020IEEE工作组主席、IMT—2020网络技术工作组的副主席等重要席位，并牵头了多个子工作组的研究工作，投身于5G无线关键技术及下一代网络架构的研究工作。去年，中兴通讯加入欧盟H2020计划，致力5G创新研究。除了被德国电信列入首批5G创新实验室合作伙伴名单，目前中兴通讯已经与中国移动、日本软银、韩国KT、马来西亚UMobile等多家运营商展开5G的研发与合作。
　　
　　2.国防信息化推进加速，带动雷达、军工通信与军工电子等万亿市场需求
　　
　　国防信息化是现代战争的发展方向。所谓国防信息化，是为了适应现代战争特别是信息化战争发展的需要而建设的国防信息体系。终目标为实现军队的全面信息化，提高军队的核心战斗力。军队通过信息化的整合实现一体化的作战能力：将目标探测跟踪、指挥控制、火力打击、战场防护和毁伤评估等功能实现一体化，将联合指挥中心和各军种之间的作战组织实现一体化。国防信息化产业链主要包括雷达、卫星导航、信息安全、军工通信与军工电子五大领域。
　　
　　中国国防信息化建设持续加速，未来10年市场总规模有望达到1.66万亿元。2014年中国国防装备领域投入约2586亿元，其中国防信息化开支约750亿元，；2015年国防装备总支出约2927亿元，其中国防信息化开支约878亿元，同比增长17%，占比为30%。据预测，2025年中国国防信息化开支将增长至2513亿元，年复合增长率11.6%，占2025年国防装备费用（6284亿元）比例达到40%。未来10年国防信息化总规模有望达到1.66万亿元。