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5G 承载网推动光通信市场上扬

来源:华讯财经 编辑:华讯编辑 时间:2019年02月02日 15:49:55

原标题:5G 承载网推动光通信市场上扬

▌5G将至,承载网先行

承载网是移动网络通讯的基础。承载网连接着基站和核心网,基站通过无线收发信机提供与固定终接设备和移动终端之间的无线信道,实现端到端系统的传输。

根据过往移动数据网络发展历程来看,承载网一般需要提前1-2年进行部署。

基于2020年实现5G商用的目标,2019年将迎来大规模5G承载网建设。

从2G到3G再到4G,无线空口技术一直在进步,旨在提升频谱效率、扩展频谱资源。运营商长期在网络下游业务中占领主要地位,网络基础构架变化并不大,主要由于业务应用从语音(voice)到互联网(Internet),对网络的要求停留对网络速率的提升。

而5G市场伴随着大型互联网公司崛起,下游应用逐渐丰富,包括互联网到大数据、云计算、物联网等多领域,运营商地位逐渐衰弱,发展环境竞争激烈,导致5G的网络架构无论是总体系统架构还是接入构架都将发生革命性变化。

5G升级将对传送承载提出更高新要求,包括:

1)大带宽需求:~10倍接入速率X~10倍终端数量,高速传送承载技术;

2)低时延需求:uRLLC1ms,缩短端云距离,减少中间环节,简化节点处理;

3)高精度时间同步需求:3GPP初步确认5G基本业务对时间同步的需求同4G一样,为1.5us;

4)网络切片需求:L0/L1/L2/L3虚拟网;

5)大数量基站,更多的光纤与传送资源;

6)网络云化需求,网随云动,灵活组网等。我们相信,5G的到来将深刻改变承载网结构。

目前,基于5GRAN架构的变化,5G承载网由以下三部分构成:前传(Fronthaul:AAU-DU):传递无线侧网元设备RRU和DU间的数据;中传(Middlehaul:DU-CU):传递无线侧网元设备DU和CU间的数据;回传(Backhaul:CU-核心网):传递无线侧网元设备CU和核心网网元间的数据。

5G前传将以光纤直驱为主,设备承载为辅。

5G前传技术方案包括光纤直连、无源WDM、有源WDM/OTN、切片分组网络(SPN)等。

考虑到基站密度的增加和潜在的多频点组网方案,光纤直驱需要消耗大量光纤,某些光纤资源紧张的地区难以满足光纤需求,需要设备承载方案作为补充。

5G前传目前可选的技术方案各具优缺点,具体部署需根据运营商网络需求和未来规划等选择合适的承载方案。

1)光纤直连:光纤直连即BBU与每个AAU的端口全部采用光纤点到点直连组网,该方案实现简单,但光纤资源占用多,适用于光纤资源丰富地区。

2)无源WDM:无源波分方案显而易见的好处是节省了光纤,但是也存在波长通道数受限、波长规划复杂、运维困难、故障定位困难等问题。

3)有源WDM/OTN:有源波分方案节省光纤资源,大宽带低时延,通过OTN开销实现管理和保护,提供质量保证,但当前有源WDM/OTN方案成本相对较高。

4)SPN:切片分组网络方案同样节省光纤资源,提供支持硬管道隔离、OAM、保护和低时延的网络切片服务,并且为高品质的政企和金融等专线提供高安全和低时延服务能力。但方案成本同样较高。

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5G中传和回传对于承载网在带宽、组网灵活性、网络切片等方面需求基本一致,因此可以采用统一的承载方案。

为更好适应5G和专线等业务综合承载需求,我国运营商提出了多种5G承载技术方案,主要包括切片分组网络(SPN)、面向移动承载优化的OTN(M-OTN)、IPRAN增强+光层三种技术方案。

综合考虑5G承载和云专线等业务需求,中国电信融合创新提出了面向移动承载优化的OTN(M-OTN)技术方案。

数据转发层:基于分组增强型OTN设备,进一步增强L3路由转发功能,并简化传统OTN映射复用结构、开销和管理控制的复杂度,降低设备成本、降低时延、实现带宽灵活配置,支持ODUflex+FlexO提供灵活带宽能力,满足5G承载的灵活组网需求。

控制管理层:引入基于SDN的网络架构,提供L1硬切片和L2/L3软切片,按需承载特定功能和性能需求的5G业务。

在业务层面,各种L2VPN、L3VPN统一到BGP协议,通过EVPN实现业务控制面的统一和简化。隧道层面通过向SR技术演进,实现隧道技术的统一和简化。

网络切片承载:为支持5G网络端到端切片管理需求,M-OTN传送平面支持在波长、ODU、VC这些硬管道上进行切片,也支持在以太网和MPLS-TP分组的软管道上进行切片,并且与5G网络实现管控协同,按需配置和调整。

基于IPRAN&光层的5G承载组网架构包括城域核心、汇聚和接入的分层结构,具体方案特点如下:1)核心汇聚层由核心节点和汇聚节点组成,采用IPRAN系统承载,核心汇聚节点之间采用口字型对接结构。

接入层由综合业务接入节点和末端接入节点组成。综合业务接入节点主要进行基站和宽带业务的综合接入,包括DU/CU集中部署、OLT等;末端接入节点主要接入独立的基站等。接入节点之间的组网结构主要为环形或链形,接入节点以双节点方式连接至一对汇聚节点。接入层可选用IPRAN或PeOTN系统来承载。

前传以光纤直驱方式为主(含单纤双向),当光缆纤芯容量不足时,可采用城域接入型WDM系统方案(G.metro)。

中传和回传部分包括两种组网方式:端到端IPRAN组网和IPRAN+PeOTN组网。

5G行将商用引爆的流量爆发的压力加上运营商地位的逐渐衰弱、发展环境竞争的日益激烈推动5G的网络架构革命性变化,承载网建设面临基站大规模部署和核心网设备更新换代,光通信产业迎来大好机遇。

▌借势5G承载网,我国光通信市场飞扬

目前而言,5G承载网对光通信行业的推动主要来自两大方面。一是5G承载网中宏基站和小基站的大规模部署带动的器件需求,另一部分来自5G承载网架构变化带来的核心网设备更新换代。

5G承载网建设推动光设备需求升级

在光设备领域,主要利好因素来自接入环、汇聚环、核心环对光设备的需求。根据中国电信对5G传输带宽的估算,10000个5G基站规模的城域网接入/汇聚/核心节点为8:6:6,参照5G低频站带宽计算,我们判断,接入环、汇聚环、核心环传输带宽分别为25G、100G和200G。

依据我们上述预测的总体440万基站测算,接入网设备数量约为基站数的1/5,即88万端;汇聚环/设备则为88/8,即11万端;核心环设备数量为11/6,即1.38万端。

目前,市场上主流25GOTN、100GOTN和200GOTN价格分别为10万元/端、40万元/端、150万元/端。由此我们可以预计25GOTN市场规模为880亿元,100GOTN市场规模为440亿元,200GOTN市场规模为207亿元,5G时代OTN整体市场规模达到1527亿元。

而在光模块领域,前传、中传和回传、承载网核心环均对光模块的产生较大需求。

在前传,一个宏基站对应着3个AAU,而每个AUU需要2个前传光模块。按照440万个基站的标准来计算,前传共需要2640万个光模块,主要为10km-20km的低成本25G光模块。

大概70%前传使用光纤直连方案(灰光光模块),20%前传使用有源WDM/OTN(灰光光模块),10%前传使用后无源WDM(彩光光模块)平分剩余市场,我们预计前传光模块总需求约250亿元。如下图所示:

5G中传和回传对于承载网在带宽、组网灵活性、网络切片等方面需求基本一致,因此可以采用统一的承载方案。中传和回传中目前市场上主要有分组增强型OTN+IPRAN和端到端分组增强型OTN两种方案。

根据中国电信模型,以一个大型城域网为例,接入环有8个节点,汇聚环有4个节点,核心环有4个节点。

目前5G早期站型(Sub6G/100MHz)的峰值和均值为5Gbps和3Gbps,根据一般传输模型中接入环:汇聚环:核心环的带宽8:4:1的比值,我们预测中传使用25G光模块,回传使用100G光模块,中传距离为10~40km,回传为40~80km,中传光模块个数等于宏基站数量的两倍,回传光模块个数等于宏基站数/接入环节点数*2。

我们认为中传、回传中中灰光和彩光的比值同前传保持一致,为9:1。我们预计中传、后传光模块总需求约227亿元。

根据中国电信5G承载需求模型,我们预测5G核心环带宽为200G,距离为80km左右。数量多方面,核心环光模块个数=宏基站数/接入环节点数/汇聚环节点数*2=(440/8)/6*2,约为18.3万个。

光模块价格方面,目前市场上,200G80km彩光光模块价格为12万元左右。根据同样部署价格按每年20%的减少速度进行预测,光模块价格为7.7万元/个。核心网光模块总需求约为18.3万*7.7万元/个=140.91亿元。

通过对前传、中传和回传、承载网核心环三个领域对光模块需求的分析,我们预测5G承载网将带来光模块总市场带来约620亿元的增长。

我们估计,2022年前5G承载网基站建设为高速发展时期,承载网建设对光模块需求的推动迅猛;2022年以后,承载网建设逐渐放缓,光模块增长逐渐步入趋缓的增长阶段。

取5G总开支预测1.3万亿-1.5万亿的中间值,我们认为光模块投资在5G网络总支出中占比达约为620亿/14000亿=4.4%,市场潜力无限。

此外,全球云计算迅速发展,预计超级数据中心2020年总量增长至485个,北美四大互联网企业的数据中心投资已达北美三大运营商的六成,互联网企业数据中心需求释放也形成光模块重要新下游,集中拉动40/100G等高端光模块的需求,未来将走向200/400G,数通领域光模块市场年复合增长率接近20%。

目前我国数据中心数量全球占比8%,不及排名第一的美国数据中心数量的1/5,BAT拥有的数据中心服务器数量之和不及美国亚马逊的一半,未来我国数据中心光模块需求也亟待释放。

我们认为,不论当下还是长期,光模块供不应求的瓶颈一直会集中在上游光芯片,数据中心做为产业新下游的兴起更加速了对光芯片产业升级的需求,因此具备自主芯片设计能力是迈向产业龙头的必要条件。

FTTH和5G承载网建设驱动我国光纤光缆行业长期发展。“宽带中国”战略要求到2020年固定宽带家庭普及率要达到70%,光纤到户(FTTH)通达率要达到98%。

根据工信部最新数据显示,截至2018年10月,我国宽带总用户达4亿户,其中光纤接入总数达3.59亿户,占宽带用户总数的89.6%,较上年同期提高5.3%。要完成2020年光纤接入率达到98%的目标,光纤接入用户数需保持4%左右的的复合年增长率,将带来未来一到两年内对光纤的持续需求。

中国移动固网建设在其中扮演最重要的角色,中国移动2018年第一批次光纤集采规模公告为1.1亿芯公里,全年需求将持续旺盛。

5G承载网建设将带来强劲的光纤需求。

一方面,5G前传网络将大量采用guan光纤直连方案,相较于传统链式拓扑前传网络,将带来巨大的光纤需求。

另一方方面,5G较之于传统2/3/4G网络,新增了以环网结构为主的中传环节,采用WDM/OTN技术实现波长在光层穿通中间站点一跳直达,在满足5G大带宽、低时延要求的前提下,同样需要通过光纤实现传输,对光纤的需求将进一步增加。

过去几年全球光纤总需求保持近14%的增长,基数已足够大。2017年增速回落到10%左右,在5G承载网建设先行的考量下,我们认为运营商依然会以较快速度进行光网络布设,增速稳中有降,预计在2022年左右见顶回落。

考虑到国内自给光棒尚有20%左右产能缺口,且光棒产能提升和新建的周期较长,而需求端仍保持在10%左右的增速,我们认为,自产光棒供给将持续紧张。

仅为满足国内需求,几大厂商的产能还会继续扩充,规模拉动下的成本优势将更加显现,重点关注具备大规模产能壁垒的企业。

▌政策推动加速光器件国产化

全球光通信设备市场规模在2011年后经历了一轮回落与爬坡,目前站稳到1000亿的高位,与前期持平。

一方面,5G承载网需要更大传输容量,对于光纤线路有更高的要求。随着5G时代的到来,运营商会提前部署承载网,进行光缆的储备。

另一方面,为了适配业务需求增长,光通信设备的规模投建常发生在光网络扩容阶段,因而有一定比重发生在网络建设周期的中后阶段。

观察总规模容易发现,光设备投入有跟随无线投入逐步扩大的趋势。

中国市场持续强劲的宽带投资是拉动全球光设备需求的主要力量,在2008年中国市场规模不足40亿美金,今年预计接近60亿美金,占到全球总需求的近40%,年复合增速6.25%;

北美是原第一大光设备市场,规模震荡收缩,从2008年的47亿美金到2017年预计降至35亿美元,市场占比由原来的30%下降至24%不到。

预计这样的长消互现在未来几年仍将延续。

根据工信部数据,十三五期间随着大数据、云计算、第5代移动通信、物联网以及人工智能等应用市场快速发展,全球移动用户数将突破72亿、移动互联网用户数超过40亿,全球年数据流量增长达到复合年均增长率25%以上。

作为信息网络的基础,光通信系统依然是新一代信息技术发展的瓶颈,而作为光通信系统基础的光通信器件,其发展水平则是新一代信息技术发展瓶颈中的瓶颈。

虽然近十年来,我国的光通信产业取得了迅猛发展和骄人成绩。

国产光通信设备厂家在全球光通信设备市场份额中占据第一的位臵,但是光通信器件产业与国际领先水平还有较大差异,目前国内核心的光通信芯片及器件仍然严重依赖于进口,高端光通信芯片与器件的国产化率不超过10%,“大而不强”的问题突出。

根据Ovum数据,2015-2021年,全球光通信器件市场规模总体呈增长趋势。2016年,全球光通信市场规模达到96亿美元,并始终保持快速增长,预期2020年收入规模将达到166亿美元。其中,电信市场和数据通信市场的需求保持稳定的增长,而接入网市场需求趋于平缓。

在行业核心的光器件方面,根据Ovum数据,2016年全球市场规模达到96亿元,并将在未来几年中保持7%的复合年增长率。中国厂商目前占据全球约15%的市场份额,在无源器件方面相对更有优势。

如今,全球主要光器件厂家均积极布局有源光芯片、器件与光模块产品,并达到100Gb/s速率及以上的水平。

国内企业在无源器件、低速光收发模块等中低端细分市场较强,但在高端有源器件、光模块方面的提升空间还很大。此外,数据中心市场拓展成为众多光器件厂商的共同选择。

我国光通信器件市场规模在近几年与全球保持相同的增长趋势,工信部数据显示中国光通信器件市场约占全球25%-30%左右的市场份额。然而,尽管我国拥有全球最大的光通信市场、优质系统设备商,但是我国光通信器件行业在全球所占份额与现有资源并不匹配。

例如在光模块及其芯片方面,目前我国在10Gb/s及以下的市场中已经有了较高的国产化率,同时光迅科技研制的25GDFB/EML芯片有望于2019年实现量产,我国高端芯片自给率不断提高但仍然存在严重的进口依赖。

针对新一代信息技术发展的瓶颈,光通信产业受到了很多国家政策的扶持。其间着重强调光通信器件的自主研发和创新,体现了关键技术和元器件国产化的必然性和紧迫性。关注乐晴智库 ( 网站:www.767stock.com,公众号ID: lqzk767) 获取更多深度行业研究报告。

在国家重视自主可控的配套政策推动下以及市场的火热需求下,中国的光通信企业将向行业上游的高端光芯片等核心元器件发起冲击,打破关键领域受制于人的局面,促进我国光通信产业健康快速发展。(报告来源:中银国际/分析师:燊彦)

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