工信部和發改委發布《擴大和升級信息消費三年行動計劃（2018-2020年）》，報告提出到2020年，信息消費規模達到6萬億元，年均增長11%以上。信息技術在消費領域的帶動作用顯著增強，拉動相關領域產出達到15萬億元。到2020年98%行政村實現光纖通達和4G網路覆蓋，加快補齊發展短板，釋放網路提速降費紅利。同時推進光纖寬頻和4G網路深度覆蓋，加快5G標準研究、技術試驗，推進5G規模組網建設及應用示範工程；確保啟動5G商用等等。

5G能滿足低時延、萬物互聯等特殊應用場景的需求。華為從 5G 技術相關性和市場潛力的角度對 5G 應用場景進行了比較，其研究顯示雲VR/AR、車聯網（遠控駕駛、編隊駕駛、自動駕駛等場景）、智能製造（機器人云端控制）、智慧能源（饋線自動化）、無線醫療（遠程診斷）等十個場景與5G的相關性最大，同時具有較大的市場前景。

圖：5G 主要應用場景

資料來源：華為，5G時代,十大應用場景白皮書

為此，全球主要國家陸續出台了5G商用時間表，資料顯示，各國計劃實現5G商用的時間相似，基本在2020年左右實現商業部署。

資料來源：5G公眾號

1、5G產業概述

5G除了傳統的峰值速率指標要求外，與之前的移動通信的不同之處在於還提出了包括體驗速率、頻譜效率、空間容量、移動性能、網路能效、連接密度和時延等八個指標。為實現其上述性能指標，5G 在無線傳輸技術和網路技術方面將有新的突破。

表 ：5G關鍵指標

5G產業鏈核心包括天線、射頻器件、光模塊等。在總投資方面，我們預計我國三大運營商 5G 總投資有望超過 1.3 萬億元，相較於4G 時代增長超過 60%。每個產業鏈環節的投資佔比不同，其中通信網路設備佔比最大，近40%，基站天線、射頻、光纖光纜和光模塊的投資佔比分別為 3%、10.6%、3.3%、4.6%。

圖：通信產業鏈簡要示意圖

2、5G關鍵物理技術探討

5G創新主要包括Massive MIMO、超密集組網、新型多址、全頻譜接入、基於濾波的正交頻分復用（F-OFDM）等，其中基於大規模 MIMO 的無線傳輸技術將有可能使頻譜效率和功率效率在4G 的基礎上再提升一個量級，該項技術走向實用化的主要瓶頸問題是高維度信道建模與估計以及複雜度控制，超密集網路 (ultra dense network, UDN)已引起業界的廣泛關注,網路協同與干擾管理將是提升高密度無線網路容量的核心關鍵問題；在網路技術領域，技術的創新主要包括軟體定義網路（SDN）、網路功能虛擬化（NFV）等。

表：5G 應用場景的性能挑戰與關鍵技術

資料來源：IMT-2020（5G）推進組

而5G物理層關鍵技術主要是：Massive MIMO技術與毫米波通信技術。

（1）Massive MIMO技術

1）Massive MIMO也是LTE演進和5G公認的關鍵技術之一。下圖所示為日本NTT DOCOMO所研製的毫米波（28 GHz頻段）5G Massive MIMO基站系統框圖，其中採用的是結合了模擬BF與數字MIMO預編碼器（目前尚處於研發階段）的混合型BF。毫米波天線/射頻前端由多個毫米波天線子陣列組成。通過控制每個天線單元的振幅及相位，毫米波天線子陣列形成模擬波束（analog beams），從而，5G毫米波天線就具備高增益，而且使得以相同毫米波頻率資源同時超高速地傳輸多條流成為可能。天線本質而言是一個含晶元的模組天線點陣，集成了大量天線，形成8、16或者32個天線陣列。

圖：毫米波（28 GHz頻段）5G Massive MIMO基站系統

2）Massive MIMO採用有源天線陣列技術，結合創新的導頻信號設計和用戶信道高精度估計演算法，能夠形成極精確的用戶級超窄波束，將能量定向投放到用戶位置，可以顯著改善網路的覆蓋能力，降低無線網路能耗，特別是在中高頻段組網的情況下尤為明顯。

3）Massive MIMO天線是Massive MIMO技術實現的關鍵技術。Massive MIMO天線相對於傳統基站天線或者傳統一體化有源天線，其形態差異為陣列數量非常大、單元具備獨立收發能力。相當於更多天線單元（128根、256根或者更多）實現同時收發數據。

4）低頻Massive MIMO天線用於廣覆蓋和深度覆蓋，作為基礎容量層，提供基本的用戶體驗速率。高頻Massive MIMO天線用於熱點地區、室內容量和無線回傳。高低頻混合組網，實現最佳頻譜利用。

圖：傳統MIMO與Massive MIMO 對比

資料來源：中國電子網

Massive MIMO與傳統MIMO 技術的區別不僅僅在於天線數量多少的差別，而是由量變引發得質變。相較於傳統MIMO，Massive MIMO可以深度挖掘無線空間維度資源，數倍系統提升系統頻譜功率和功率效率。Massive MIMO的基站端擁有幾百根天線，可以自動調節各個天線發射信號的相位，使其在手機接收點形成電磁波的疊加，從而提高信號接收強度。根據概率統計學原理，當基站端天線數遠大於用戶天線數時，基站到各個用戶的信道將趨於正交，此時，用戶間干擾將趨於消失，而巨大的陣列增益將能夠有效地提升每個用戶的信噪比，從而能夠在相同的時頻資源上支持更多用戶傳輸。

圖：Massive MIMO物理層研究難點

結合5G 技術試驗的測試過程及結果，Massive MIMO的優勢有顯而易見的優勢，但是其研發和使用仍然面臨著巨大的挑戰。

圖：Massive MIMO 的優勢與問題

表：Massive MIMO研究進展

數據來源：公開報道

（2）毫米波通信技術

微波是電磁波的一種，介於普通無線電波（長波、中博、短波等）與紅外線之間，頻率300MHz-300GHz、波長為1毫米~1米。微波可分為是分米波、厘米波、毫米波。

表：電磁波頻（波）段的劃分

數據來源：CNKI

在傳輸高頻化的趨勢下，處於極高頻（EHF）毫米波未來將獲得更廣泛的應用。毫米波通常是指頻率在 30GHz-300GHz，波長為 1mm-10mm 的電磁波。由於頻率更高、波長更短，毫米波在頻帶寬、抗干擾、設備尺寸小等方面的優勢進一步擴大。

微波/毫米波技術的研發和應用也最早起源於軍工，基於微波技術的設備擁有頻率高、帶寬大、精度高、體積小、穿透性強等優勢，利用微波作載波的通信系統可以傳輸大量信息或者同時傳輸成千上萬路信息，被適應于軍事用途，大量集中在雷達、電子對抗、微波武器、通信、微波檢測等方面。

現代通信利用微波穿透電離層的能力，實現全球衛星通信、全球電視轉播；另一方面，利用微波的反射特性，則可以實現電離層散射通信。

圖：現代通信離不開微波通信

學術界、各大科研機構和設備廠商正在進行廣泛的探索。從6GHz到300GHz的範圍都有相關的研究實驗正在進行。載波頻率越高，帶寬極限越大，同時覆蓋的範圍(受傳輸限制)越小。

圖：當前研究較為熱門的幾個頻段

對於即將到來的5G通信，應用頻段逐漸再向高頻走，5G高頻段進入毫米波區域。工信部於2017年6月已正式公布我國5G移動通信系統頻率使用的徵求意見方案，7月批複厘米波的4.8GHz-5.0GHz和毫米波的24.75GHz-27.5GHz、37GHz-42.5GHz頻段用於我國5G技術研發試驗；11月，工信部規劃明確了厘米波的3.3-3.4GHz（原則上限室內使用）、3.4-3.6GHz和4.8GHz-5.0GHz頻段作為5G系統的工作頻段。我國已成為國際上率先發布5G系統在中頻段內頻率使用規劃的國家。在5G的頻段使用上，特別是5G後半程的高頻段毫米波波段受到了廣泛的關注和研究。

表 ：國內主要微波器件、電路等研發生產單位

特別是，在5G的關鍵技術中，MassiveMIMO、毫米波技術以及波束形成等技術與軍用的相控陣雷達技術同源。在有源相控陣雷達中，多個天線單元排成相位控制陣列，每個陣元饋電相位按程序進行靈活控制，通過波束成形技術，將這些天線陣元的信號進行疊加，在某個方向上就形成了更強的信號，從而實現了在窄波束上聚集能量克服長距離的能量損失。另外，通過波束控制技術，分析不同方向信號經目標反射的情況，適時調整最佳方向，從而實現對目標的有效追蹤。

相控陣雷達的核心技術在5G高頻上可以解決有限資源與海量數據無干擾通訊的難題。和相控陣雷達類似，在5G通訊中，使用Massive MIMO、波束成形等多種技術，將無線信號只按特定方向傳播，一方面減少了對其它接收機的干擾；一方面也減小了信號能量的浪費。

3、5G趨勢下的部分技術發展方向探討

5G主建設周期將持續5-6年，主建設期為2019-2025年。隨著5G網路建設的進行，各產業鏈環節的受益時序及價值規模各不相同。核心投資思路是：基礎是光纖光纜等基礎建設先拉動，然後是設備採購，之後才是基站側天線、濾波器，內容側的提升。

1）通信板：受5G基站結構變化以及全面屏、更多功能組件、更大電池容量等趨勢持續壓縮手機空間（手機PCB板需與有金屬的物體之間需要保持1.5mm凈空），而由於PI膜是不能用於10G頻率以上系統，LCP將替代PI成為新的軟板工藝，LCP軟板具有更好的柔性性能，更有空間壓縮優勢；

此外，隨著電子產品越來越向多功能化、小型化方向發展，要求電路板搭載更多元器件，現有電路板難以滿足空間需求，於是類載板（SLP）技術應運而生， SLP技術能將體積減少至原來的70%，領域將成為未來SLP的主要市場，SLP技術的逐步推廣有望實現PCB行業的更新換代；

2）濾波器：濾波器是射頻系統關鍵部分，相比傳統金屬同軸腔體濾波器，陶瓷介質濾波器具有高抑制、插入損耗小、溫度漂移特性好的特點，有望成為5G 時期中低頻段的主流選擇，而國內主要均為金屬同軸腔體濾波器技術；

3）元器件：碳化硅Sic和氮化鎵GaN為主的第三代半導體材料最大的優點就在於能夠適應高壓，高頻和高溫的極端環境，性能大幅提升，是5G時代基站建設理想材料，用於射頻單元的半導體元器件（ASIC、FPGA、LDMOS、PLL以及RF部件）的或將採用Sic和GaN技術；

4）內容側：受益5G技術發展，關注智能汽車V2X、物聯網和VR/AR三大革命性應用技術方向。

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