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从美运营商Verizon动作看5G网络,基站数量有望大幅提升

发布时间:2018-02-06 点击数:427

美国Verizon公司是由美国两家原地区贝尔运营公司——大西洋贝尔和Nynex合并建立BellAtlantic后,独立电话公司GTE合并而成的,公司正式合并后,Verizon一举成为美国最大的本地电话公司、最大的无线通信公司,全世界最大的印刷黄页和在线黄页信息的提供商。Verizon在美国、欧洲、亚洲、太平洋等全球45个国家经营电信及无线业务,公司在纽约证券交易所上市。

一直以来美国Verizon公司在通信行业的一举一动均对行业有着重大的影响。

通信标准指引通信行业的发展方向,透过通信标准的技术指标,我们能够获得产业界关于未来通信技术的设想,进而可以分析其对产业链的影响。美国运营商 Verizon 在 2016年发布了自己制定的 5G 标准,通过分析 Verizon 5G 标准,我们认为 5G 时代 TDD 和热点覆盖有望促使基站数量大幅提升:

1、 TDD 或将成为 5G 主流模式,全球基站需求量大幅提升;

2、 Verizon 标准凸显扩容提速需求,热点小区或将成基站增量市场。

TDD 或将引领 5G,全球基站需求量有望大幅提升

在 4G 时期, FDD 技术占据较大市场份额, 截止到 2017 年 1 月,根据 GSA 的统计数据, 39.7%的终端设备支持 TD-LTE 模式,全球共有 581 张 LTE 商用网络,其中 TDD网络 95 张。根据目前 5G 标准制定进展以及 Verizon 发布的 5G 标准来看,我们认为,未来技术主流或将从 FDD 转向 TDD,全球 5G 基站需求量大幅提升,我国主设备商在5G 时期将极大受益: 1、技术上, TDD 更适合 5G 场景。产业上, Verizon 已从原有的FDD 转向 TDD。因此, TDD 或将在 5G 时期市场份额或将进一步提升; 2、受限于帧结构特点, TDD 基站比 FDD 基站覆盖面积要小,全球基站需求量或将大幅提升,我国设备商将极大受益。


TDD 趋势逐渐清晰, 5G 时期市场份额或进一步提升
从全球来看, FDD 技术占据市场大部分份额,但 FDD 技术在技术上较 TDD 灵活程度有所欠缺,应对未来 5G 时期多场景应用相对困难。具体而言: 1、从厂商态度来看,Verizon 在 4G 时期采用 FDD 技术,但最新制定的 Verizon 5G 标准明确采用 TDD 技术,并未支持 FDD,主流厂商态度转变凸显 TDD 渐成主流趋势; 2、从技术上来看, TDD技术能够实现更为灵活的资源分配,提高频谱利用率,在兼容 Massive MIMO 等新特征方面有较大优势。
从 Verizon 通信技术商用历史来看,其 4G 及前期技术皆为 FDD 模式。而 Verizon 5G标准明确表示仅支持 TDD 模式。从 Verizon 5G 标准转向来看,我们认为, TDD 或将成为未来 5G 主流。


Verizon 由 FDD 转向 TDD


 FDD 是在分离的两个对称频率信道上进行接收和发送,依靠频率来区分上下行链路。 TDD 用时间来分离接收和发送信道,接收和发送使用同一频率载波的不同时隙作为信道的承载, 其单方向的资源在时间上是不连续的。例如,在使用手机观看视频时,大部分时间是处于下载状态的,在 TDD 模式下可以多分配下行链路的时间,而在 FDD 模式下,上行信道的频率大部分时间处于空闲状态,造成频率资源的浪费。因此,在未来 5G 丰富应用场景中,资源的分配需更为灵活, TDD 模式或将更为有利。



TDD 在资源分配上更为灵活,适合 5G 场景

 TDD 在 Massive MIMO 的应用上能使用较少的资源。 Massive MIMO 在实际应用时,需要了解基站到用户之间的信道情况,即进行信道估计。 TDD 模式中,上下行链路处于同一频率,在时间较短的情况下,上下行信道具有互易性,可通过上行链路的信道信息得出下行链路信道信息。而 FDD 模式中,上下行链路处于不同频率,上下行信道之间不具有互易性,无法像 TDD 那样进行估计。 FDD 占用资源与基站天线数成正比, TDD 则与天线数无关。在天线数较多时, FDD 占用资源巨大。 因此, TDD 在 Massive MIMO 的应用中优势更加明显。






TDD 技术大幅提升基站需求量,我国设备商将极大受益
从技术上来说,采用 TDD 技术的基站覆盖面积要小于 FDD 基站面积,这是受物理层协议影响的。根据高通发布的结果,采用 TDD 覆盖将比 FDD 覆盖基站用量多出 65%。


我们认为, 5G 时期 TDD 技术趋势或将推升全球基站数量提升,我国设备商受益于全球领先市场地位将极大受益。具体而言: 1、从采用频段上来看,高频段信号传输损耗提升,基站覆盖面积减小,若用高频段进行 5G 广覆盖,基站数量将大幅提升; 2、从物理层协议上来看, TDD 基站的覆盖面积由帧结构决定,帧结构的内在区别导致 TDD 基站比 FDD 覆盖面积较小。
5G 频段提升导致基站覆盖面积减小,或推升基站数量。 从通信原理上来讲,频率提升将导致信号传输损耗加大,即在相同距离下,接收到的信号强度要低。而信号在接收端完成解调需大于一定的强度,只能通过在更近的距离接收信号来满足解调最低强度。因此,频率的提升或将导致基站覆盖半径减小,导致基站覆盖面积减小,在覆盖同样面积的情况下,频率高的基站数量要更多。
TDD 帧结构决定其覆盖面积比 FDD 较小, TDD 趋势将推动基站数量增加。 TDD模式上下行可采用同一频段,通过上下行在时间上的区分来避免同一频率的干扰,因此, TDD 帧结构中专门有一个特殊子帧负责“告诉”基站数据将由下行变为上行,而这个特殊子帧的时间长度决定着基站的覆盖面积。



Verizon 标准凸显扩容提速需求,热点小区或将成基站增量市场
Verizon 5G 标准与 3GPP 5G 标准和 LTE 标准在编码方式、帧结构、调制解调和高层协议上都有较大差别,二者并不兼容。我们认为, Verizon 5G 标准主要解决热点小区扩容和固定无线接入需求,凸显城区流量密集区域提速扩容需求, 热点小区或将成为增量基站市场。 具体而言: 1、 Verizon 5G 标准帧长度缩短、天线个数保守增加以及前导码个数下降体现热点覆盖场景; 2、 Verizon 5G 载波间隔增大,凸显硬件复杂度降低意图,或将推动规模部署。


Verizon 5G 标准体现其热点覆盖应用场景
 Verizon 5G 标准帧长度缩短,导致覆盖面积缩短、信道反馈加速,有效应对热点区域。 LTE 子帧长度为 0.5ms, Verizon 5G 标准子帧长度为 0.1ms,子帧长度的缩减将导致特殊子帧时间长度的缩减,导致覆盖半径减小。同时,子帧长度的缩减将导致整个系统运行的节奏加快,信道信息反馈加速,由于信道信息反馈的加速,导致其能够适用于信道变化更快的场景。


而这种城区热点场景正是信道变化较快的场景
 从接入信道前导码个数来看,单基站服务用户数比 LTE 略为减小。在当前通信标准中,用户接入基站需要通过随机接入信道,基站需为每一个接入的用户分配一个前导码来识别不同用户。因此,前导码个数将直接决定基站所能服务的用户数。
Verizon 5G 前导码个数为 48 或 16 个, LTE 为 64 个,可见 Verizon 5G 能同时服务的用户数较 LTE 减小。



Verizon 5G 标准关注硬件复杂度,或利于规模部署
 Verizon 5G 载波间隔增大,降低调制解调复杂度。 Verizon 5G 调制解调技术采用OFDM, OFDM 调制解调的复杂度与信号的采样点数有很大的关系。采样点数越高,设备复杂度越高。
假设子载波个数为 N,则采样点数为最接近且大于 2 的 N 次幂的数值。 Verizon 5G单载波带宽为 100MHz,载波间隔为 75kHz,因此子载波个数在 1300 左右,采样点数即位 2048,与 LTE 支持的最大采样点数一致。若载波间隔缩小,则会导致采样点数大幅增加,设备计算复杂度提升,制约规模发展。


综上,TDD 技术大幅提升基站需求量,相信5G网络时代来临后,我国设备商将极大受益,光模块厂商也将受益匪浅。

文:长江证券 于海宁

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