移动版

通信系统设备行业:华为Polar码获3GPP青睐,5G通信迎来中国标准

发布时间:2016-11-21    研究机构:国金证券

事件

美国时间11月17日,国际无线标准化机构3GPP的RAN1(无线物理层)87次会议在美国拉斯维加斯召开,就5G短码方案进行讨论。三位主角依然是中国华为主推的PolarCode(极化码)方案,美国高通主推LDPC方案,法国主推Turbo2.0方案。最终,华为的Polar方案,从美国主推LDPC,法国主推Turbo2.0两大竞争对手中胜出,成为5G控制信道eMBB场景编码方案,而LDPC成为数据信道的上行和下行短码方案。

评论

在11月17日凌晨,3GPP RAN1 87次会议的5G短码方案讨论中,中国华为公司的Polar Code(极化码)方案最终战胜美国主推的LDPC、法国主推的Turbo2.0,成为5G控制信道eMBB场景编码最终方案。4G升5G对通信行业可谓是划时代的变革,其权威标准的制定将会对未来十年甚至更长时期中行业发展产生深远影响,下面我们会从三个方面来分析华为Polar码获3GPP青睐对我国通信产业带来的影响。

第一,Polar码入选5G标准的意义:高通统治时代结束,中国通讯技术迈入世界顶尖领域。

①、5G的核心是对高速度下低延时的实现。现在4G网络已经能够满足消费者对在线观看视频等对传输速度要求较高的需求,5G会在4G的基础上实现更快的传输速度。但提速并不是5G最大的突破,5G解决的最核心的问题是在更高速度下实现低时延。一方面,5G对速度的要求是4G的20倍,这种体验广大消费者在3G升4G时已经有过,会极大提升用户体验。另一方面,在未来的一些要求高速度低时延的场景,包括AR/VR、车联网、触觉互联网(比如远程动手术),要求通信的延时只能是现在4G的1/20,达到毫秒级别,这就会对缩短通信链路上的时间提出很高的要求。②、Turbo码已不适应5G需求,LDPC与Polar登上舞台。3G、4G所用的主要编码标准是Turbo码,Turbo码由于其计算复杂度已经不再适合高速场景。4G的最大速率不过1Gbps,传统Turbo码通过迭代译码,本质上源于串行的内部结构,所以遇到更高速率的5G时就遇到了瓶颈。于是在5G方案制定的时候高 通提出了LDPC码,华为提出了polar码。这两种编码技术虽然都不是这两家公司原创,LDPC码是由MIT的教授Robert Gallager在1962年提出,后来被WiFi标准采纳。Polar码是由土耳其比尔肯大学教授E. Arikan在2007年提出。高通和华为分别就各自选择的编码技术做了比较深入的研究。③、Polar码胜出,终结高通统治时代,华为占据更多话语权。在通信行业,占据通信行业金字塔顶尖的不是设备制造能力和商用能力,而是技术标准,一个国家在通信标准中有了话语权也就意味着这个国家在全球通信行业中拥有了话语权以及产业链先发优势,而编码与调制在被誉为通信技术的皇冠,其也是通信技术核心的核心,体现着一个国家通信科学基础理论的整体实力。因此5G编码方案是竞争最为激烈的焦点。虽然Polar码不是中国人发明的,但华为在这一技术的研发上必然已经积累了一定的优势。

在2016年10月14日葡萄牙里斯本举行的会议上,LDPC码战胜了Turbo码和Polar码,被采纳为5G eMBB场景的数据信道的长码块编码方案,3G、4G下使用的Turbo 码结束了其长达十几年的统治地位。在eMBB场景下长码方案讨论时华为以几票之差惜败。而在短码的争夺中,华为终于扳回一城,赢得了控制信道短码的胜利。这一突破是中国在基础通信领域多年精心研究的回报,也是中国在通信技术领域综合实力不断提升的写照。虽然华为目前进入还只是Release14的协议,与最终协议还有比较长的距离,还不能下定论最终的协议会形成怎样的格局,但3GPP在Release14里提出了对5G的三大场景规划:eMBB,mMTC和URLLC,其中,eMBB对应的是3D/超高清视频等大流量移动宽带业务,mMTC对应的是大规模物联网业务,也就是海量接入,而URLLC对应的是如无人驾驶、工业控制自动化等需要低时延高可靠连接的业务。3GPP在eMBB选择了Polar码,对其在大流量应用、工业物联网应用、车联网应用等场景下编码方案的选择都会产生重大影响,目前来看华为Polar码将获得更大的优势。本次采纳的编码方案是针对其中eMBB场景,后续还将决定URLLC场景下的信道编码方案,最后再决定mMTC场景,此次采纳Polar码为后续标准制定时华为的话语权打下了坚实的基础。

第二,3GPP提出的5G和我们资本市场关注度很高的5G概念公司有什么关系?真正的5G什么时候会来?

近期资本市场所说的5G与3GPP正在订协议的5G,或者说中兴、华为正在研发的5G是不完全一样的。3GPP的5G是标准的、划时代的通信制式,其最大特点是速度大幅提升,时延大幅下降。3G升4G时候核心网络是没有太大变化的,基站载频升一下级,有时候甚至只是软件的升级,3G就升级成4G了。但5G要解决低时延的问题,所以必须全面升级核心网络、接入网络、传输网络,这将是一个划时代的变化。美国时间11月17日已经召开了R14会议,并且有望在2017年将全部协议确定下来。到了2018年,各家设备厂商都会进入攻坚的、深入的、具体的研发阶段,到2019年,5G达到试商用的水平。目前业界的预计是2019年的下半年,正式的5G会开始试商用阶段,到2020年开始大规模的商用。从行业演进的历史来看,每一代是通信制式的升级都相隔9到10年,模拟的蜂窝通信是从1980年到90年代有了GSM,到2000年3G开始大规模铺开,到2010年4G时代到来,以此规律,5G大规模商用在2020年实现是大概率事件。

而今年以来无线通信行业很多公司业绩也有所提升,但逻辑并不是真正意义上的5G,技术需求的变化主要来自两个方面1)从设备商的角度看,技术的升级称为4.5G更合适,比如华为把这种技术称作有源天线。

有源天线与我们现在用的4G手机是兼容的,应用标准也是LTE标准,其变化是把原来辐射范围固定的基站变成了可变的,原先的基站天线是把几个简单的辐射单元进行串联,4.5G技术中的天线则是把辐射单元做成了阵列的布局。以前的天线是2T2R(即两收两发),4.5G能够做到16T16R、64T64R、128T128R,届时会有几十个发射单元同时在运作。4.5G天线发射的方向是时时可变的,可以帮助用户在使用者稠密的地方大幅提升频谱的利用效率。4.5G备受一些具备相当资金实力的运营商青睐,比如在沙特,每年都会有大量前来朝圣的游客涌入和涌出。应用4.5G可以相当程度上解决问题,所以沙特运营商是全球最先大规模应用这种技术的。2)从手机终端角度看,由于4G频段的离散化碎片化,射频前端器件需求同样大幅提升。4G手机中一般要2-3个天线,5G手机可能采用天线阵列,要达到8-16个天线;2G手机只有一个功率放大器(PA),3G手机使用4个PA,3.5G手机使用6个PA,4G手机使用7颗PA,5G手机将使用更多的PA;手机每增加一个频段,需要增加1个双工器,包括2个滤波器(接收和发送)。一个全屏的智能手机,以iPhone6S为例,4G全频段智能手机需要支持七模二十频,共需要约40个滤波器,小米Note 2全球版支持全球频段6模37频。对滤波器的需求是比较大的增长。一部国内2000元左右的手机所需的射频器件数量大概为50个,从而导致了需求提升。目前来看,前一段时间资本市场关注的天线、滤波器、芯片等受益的其实是4G国产化占比提升以及4.5G技术的应用带来的行业成长和机会。

第三,5G投资机遇辨析。集中受益是以下四个板块。

(1)华为。华为与高通竞争多年,此次在3GPPRAN1 87次会议上华为提出的Polar码与高通提出的LDPC码再一次正面交锋,并且在5G控制信道eMBB场景编码方案中胜出,华为毫无疑问是最直接的受益者。高通未能延续在通信技术上的绝对优势,其统治局面被打破,所有设备厂商都是受益的。在A股上市公司中重点受益的就是中兴通讯;

(2)所有的手机厂商。根据高通的财报,高通每年几百亿的营收中最主要的部分来自销售芯片的收入和专利的许可费,专利许可费要占到高通收入的30%以上,例如2015年高通的专利费用以及授权费收入到达了83.49亿美元,占到其全年253亿美元营收的33%。而中国手机厂商支付的专利费往往占到了手机成本的四分之一,不同手机具体数字不同,大体有十几美金到几十美金不等。我国手机厂商在核心专利费上是一个落后的地方。此次华为拿下了信道编码标准,高通在3G、4G一直以来的绝对主导权正在一步一步被蚕食,国内广大的手机厂商未来需要支付给高通等国外企业的专利费有望大幅下降,盈利能力将会有所提升。

(3)手机的主芯片厂商(即基带芯片厂商)。在5G大规模商用中,polar码是为了解决Tubor码计算复杂度的问题,Polar码和LDPC码都能够接近理论上的香农极限,两者都是先进的编码方式,但目前看来3GPP选择了Polar码,5G编解码的复杂程度还是会成倍地超过4G,对芯片计算能力提出了更高的要求。为了配合5G的实现,芯片必须更新换代,会利好主芯片厂商;上市公司中中兴通讯和大唐电信有涉及。

(4)基站与手机终端的器件厂商。目前4.5G技术的受益者大都集中在基站里射频前段的板块,和射频器件相关的企业。第一是天线。上市公司有通宇通讯、盛路通信(002446)。现在4.5G的天线华为方面主要是华为的子公司安捷信在做,4.5G应用中天线市场获得拓展,从事天线研发和生产的企业都会受益;第二是滤波器。5G中使用的滤波器与4G有非常大的区别,需要升级成比较小的介质或者声表滤波器,因此滤波器厂商会受益。上市公司涉及到滤波器业务的有麦捷科技,春兴精工等;第三是射频电缆。由于4.5G中的天线是一个相控阵,每一个收发器收发的通道长度都是有严格要求的,对于射频线缆精度的要求更高;第四是射频芯片。射频芯片中有低噪声放大器和公放。射频芯片主要供应商都在海外,A股上市公司中三安光电计划生产砷化镓芯片将主要用于射频应用,将获益于4.5G和5G的国产化,如果4.5G有源天线技术大规模应用,射频芯片的需求是会成倍提升的。

投资建议

我们维持行业“增持”评级,建议重点关注4G频段碎片化以及4.5G开始规模商用对现有器件厂商业绩的提升,以及3GPP后续在5G标准制定中mMTC和URLLC场景下编码标准的选择。

申请时请注明股票名称