中國(guó)5G基站建設(shè)、5G建設(shè)新增低壓電器需求發(fā)展趨勢(shì)分析

中國(guó)5G基站建設(shè)、5G建設(shè)新增低壓電器需求發(fā)展趨勢(shì)分析

隨著5G商用牌照的發(fā)放，各大運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)開始加緊部署5G基站。目前國(guó)內(nèi)三大運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)明確19年5G投資預(yù)算，共計(jì)達(dá)到410億元，中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)聯(lián)通和中國(guó)電信的預(yù)算分別為240/80/90億元。中國(guó)移動(dòng)計(jì)劃今年新建5G基站5萬(wàn)個(gè)，在全國(guó)超過50個(gè)城市實(shí)現(xiàn)5G商用，并在2020年將5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍進(jìn)一步擴(kuò)大；中國(guó)聯(lián)通和中國(guó)電信可能會(huì)在部分地區(qū)采取共建5G網(wǎng)絡(luò)的方式，以降低單個(gè)運(yùn)營(yíng)商的投資成本。5G建設(shè)有望在明年進(jìn)入規(guī)?；ㄔO(shè)周期，根據(jù)三大運(yùn)營(yíng)商的規(guī)劃，5G基站部署將在東部沿海地區(qū)和華中地區(qū)首先展開，并向西擴(kuò)展，逐漸實(shí)現(xiàn)全國(guó)覆蓋。

5G建設(shè)按照產(chǎn)業(yè)鏈可以劃分為基站系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、終端設(shè)備和應(yīng)用場(chǎng)景四個(gè)部分。預(yù)計(jì)2019-2025年將是5G建設(shè)的主建設(shè)期，其中基站建設(shè)作為5G網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，相比于網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、應(yīng)用場(chǎng)景等部分，將是最早開始建設(shè)并完工的部分。19年三大運(yùn)營(yíng)商預(yù)計(jì)將建設(shè)超過10萬(wàn)個(gè)5G宏站，并且已經(jīng)在北京、上海等多個(gè)城市實(shí)現(xiàn)了成功試商用，預(yù)計(jì)2020年全國(guó)將新建5G宏站70-100萬(wàn)個(gè)，正式開啟基站建設(shè)高峰；我們判斷宏站建設(shè)的高峰時(shí)間為2020-2023年，小微基站和室內(nèi)站點(diǎn)的建設(shè)將會(huì)持續(xù)至2025年。

二、基站數(shù)量

根據(jù)中國(guó)聯(lián)通發(fā)布的《中國(guó)聯(lián)通5G基站設(shè)備技術(shù)白皮書》，5G通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo)與4G網(wǎng)絡(luò)相比，各項(xiàng)性能指標(biāo)大幅提升，5G基站設(shè)備單站處理能力相比4G基站設(shè)備提升了幾十倍至上百倍。與之相對(duì)應(yīng)，5G基站設(shè)備的功耗將大幅提升，現(xiàn)有的機(jī)房電源和配電設(shè)施將無(wú)法滿足新增5GBBU和AAU設(shè)備的供電需求，對(duì)供電設(shè)備包括交流配電箱、斷路器、電源切換裝置、浪涌保護(hù)器等均需要進(jìn)行新建或者改造。此外，由于5G系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)很高，為了滿足各類超高帶寬、超低延時(shí)的業(yè)務(wù)需求，5G基站數(shù)量相比4G需要大幅增加，使得投資規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大。根據(jù)目前中國(guó)移動(dòng)和中國(guó)聯(lián)通公布的建設(shè)方案，在未來(lái)較長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)，將是5G和4G兩張網(wǎng)并存，協(xié)同運(yùn)行，滿足用戶對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和語(yǔ)音業(yè)務(wù)的需求；這也就意味著，5G基站的低壓配電系統(tǒng)將主要依賴于新建，現(xiàn)有的4G基站由于市電引入容量不足和配電回路低壓電器規(guī)格較小等原因，無(wú)法同時(shí)向5G設(shè)備負(fù)載供電。

截至19年上半年，三大運(yùn)營(yíng)商在全國(guó)共建成了4G宏基站437萬(wàn)個(gè)，其中中國(guó)移動(dòng)占比約一半，測(cè)算，在4G建設(shè)周期運(yùn)營(yíng)商累計(jì)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)支出為6568億元，考慮到期間仍有部分2G、3G網(wǎng)絡(luò)的補(bǔ)盲和加強(qiáng)覆蓋等工程，保守估計(jì)其中85%的資本開支為與4G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)相關(guān)，則主建設(shè)期間的投資達(dá)到了5583億元；預(yù)測(cè)，5G建設(shè)的投資預(yù)計(jì)將會(huì)超過一萬(wàn)億元，是4G投資的兩倍。

目前4GLTE的主要頻段是1.8GHz~1.9GHz和2.3GHz~2.6GHz，而5GNR的主要頻段是3.4GHz~3.6GHz和4.7GHz~4.9GHz，電磁波頻率越高，傳播損耗越大，使得在相同情況下5G基站的覆蓋半徑將小于4G基站，因此相比4G需要更為密集的基站覆蓋?？紤]到massiveMIMO等新技術(shù)的使用將使得5G基站天線的增益顯著增強(qiáng)，我們預(yù)計(jì)5G宏基站數(shù)量將是4G基站的1.1-1.5倍左右，取中值進(jìn)行計(jì)算則5G宏基站數(shù)量將達(dá)到568萬(wàn)個(gè)。此外，為了滿足下游各類低延時(shí)、高帶寬應(yīng)用的需求，還需要數(shù)量眾多的小微基站配合，預(yù)計(jì)小微基站的數(shù)量將超過900萬(wàn)個(gè)。因此，在整個(gè)5G建設(shè)時(shí)期，預(yù)計(jì)共計(jì)將建設(shè)超過1400萬(wàn)個(gè)基站，19年的5G基站規(guī)劃數(shù)量?jī)H占1%左右。

對(duì)于5G基站建設(shè)而言，無(wú)論是設(shè)備功率大幅提高的宏基站，還是數(shù)量眾多的小微基站，均需要低是壓配電系統(tǒng)進(jìn)行供電。從目前三大運(yùn)營(yíng)商的規(guī)劃來(lái)看，由于未來(lái)較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)將是4G+5G兩張網(wǎng)并有存運(yùn)行，使得基站配電系統(tǒng)將主要來(lái)自于新建，而不是在現(xiàn)有4G基站供電系統(tǒng)重復(fù)利用，這也就意味著在5G基站主建設(shè)期，將帶來(lái)超過百億的低壓電器增量需求。

三、低壓電器，國(guó)產(chǎn)品牌

通信基站的供電系統(tǒng)是由市電引入，通過交流配電箱、開關(guān)電源轉(zhuǎn)換為48V直流后連接到基站設(shè)備。基站設(shè)備通過饋線/光纖連接到鐵塔上的天線。此外，在絕大部分基站中還配有移動(dòng)/固定式小型柴油發(fā)電機(jī)組作為備用電源，作為市電中斷時(shí)的應(yīng)急供電，為此需要配置額外的雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)。基站設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要包含：BBU、射頻（RF）單元、功率放大器（PA）、主電源、天線接口、散熱系統(tǒng)等，其中BBU包含控制單元、傳輸單元和基帶處理單元等，主要負(fù)責(zé)信號(hào)濾波、OFDM、調(diào)制解調(diào)、頻域處理（符號(hào)映射/解映射和MIMO均衡等）、CPRI、DPD（數(shù)字預(yù)失真處理）等功能。根據(jù)以上結(jié)構(gòu)我們將基站功耗分為三大類型：傳輸功耗、計(jì)算功耗和額外功耗。

對(duì)于傳統(tǒng)2G/3G/4G基站，由于基站的計(jì)算能力較小，通常傳輸功耗大于計(jì)算功耗，也就是說(shuō)BBU功耗小于PA和RF部分功耗，因此傳統(tǒng)基站提升能效的辦法主要集中在減少傳輸功耗，例如在閑時(shí)關(guān)閉部分載頻和射頻部分來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

在5G通信中，盡管單位流量的功耗大幅降低，但由于5G的流量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于4G，5G設(shè)備功耗相比4G大幅增長(zhǎng)。密集分布的小/微基站和MassiveMIMO天線是5G基站區(qū)別于4G基站的兩大主要特征：一方面，MassiveMIMO本身是以更高的計(jì)算成本為代價(jià)降低傳輸功耗；而小基站覆蓋范圍小，PA更低，也意味著傳輸功耗更低；另一方面，由于5G傳輸速率將成倍提升，5G基站將處理海量數(shù)據(jù)，且隨著5G業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，5GBBU的計(jì)算功耗將逐漸上升。因此，在5G時(shí)代，基站的計(jì)算功耗將大幅提升，超過傳輸功耗。

預(yù)計(jì)，5G基站的計(jì)算功耗將隨著帶寬的增加而不斷上升，還將隨著MassiveMIMO天線數(shù)量增加而不斷上升，例如64T64RAAU最大功耗將會(huì)達(dá)到1000~1600W，BBU最大功耗將達(dá)到2000W左右。此外，一站多頻將是典型配置，而一站多頻將導(dǎo)致整站最大功耗超過11kW，考慮到同一基站中通常會(huì)放置兩個(gè)或者三個(gè)運(yùn)營(yíng)商的設(shè)備，則交流配電箱的負(fù)載將會(huì)達(dá)到25-35kW，遠(yuǎn)超4G時(shí)代10-15kW的負(fù)載功率。即使是在5G部署早期，不考慮毫米波頻段，采用小于6GHz頻段與2/3/4G基站共站部署，5G單站功耗也將倍增，帶來(lái)大量對(duì)低壓電器的需求。

現(xiàn)有4G基站中63A和100A的市電引入均有采用，并以63A規(guī)格居多；因此，現(xiàn)有基站交流配電箱無(wú)法滿足5G設(shè)備供電的需求，需要擴(kuò)容或者新建。無(wú)論是采用哪種方案，對(duì)于交流配電箱中主回路斷路器、自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)的需求量是基本一致的，僅在空調(diào)、照明等環(huán)控負(fù)載回路上所需配置的斷路器規(guī)格和數(shù)量上有所區(qū)別。考慮到5G設(shè)備熱耗的大幅增加，實(shí)際機(jī)房制冷負(fù)載功率可能顯著提升，也會(huì)增加在負(fù)載端對(duì)低壓電器的需求。

4G建設(shè)時(shí)期三大運(yùn)營(yíng)商的基站用交流配電箱招標(biāo)文件，我們對(duì)5G宏基站單站交流配電部分的低壓電器用量進(jìn)行了測(cè)算?？紤]到部分5G站點(diǎn)會(huì)和4G基站共用機(jī)房，現(xiàn)有制冷、照明等環(huán)控設(shè)備僅需擴(kuò)容而不是完全新建，出于審慎原則，我們?cè)跍y(cè)算中未考慮5G設(shè)備熱耗大幅增加導(dǎo)致的制冷設(shè)備功率提升等因素，僅考慮了由于5G通信設(shè)備功耗提升帶來(lái)的主回路斷路器等器件規(guī)格的增加。

技術(shù)提升+安全可靠?jī)?yōu)勢(shì)明顯，國(guó)產(chǎn)品牌有望在5G基站配電市場(chǎng)占據(jù)主要份額。

在4G時(shí)代的通信基站建設(shè)中，外資品牌如施耐德、ABB等公司憑借品牌影響力和在行業(yè)設(shè)計(jì)院的銷售渠道優(yōu)勢(shì)，在基站交流供電系統(tǒng)中占據(jù)了較多的市場(chǎng)份額。目前隨著國(guó)產(chǎn)品牌技術(shù)實(shí)力的顯著提升，以良信、常熟、正泰為代表的國(guó)產(chǎn)知名品牌與外資的主流斷路器產(chǎn)品基本處于同一技術(shù)水平，尤其是在基站交流配電使用的塑殼和微型斷路器產(chǎn)品上，外資的技術(shù)優(yōu)勢(shì)已被追平；僅在用于市電/油機(jī)切換的雙電源開關(guān)上，施耐德、ABB的產(chǎn)品憑借高可靠性，仍然占據(jù)較多的市場(chǎng)份額。良信電器目前獨(dú)供華為的1U通信設(shè)備用斷路器，在技術(shù)和產(chǎn)品設(shè)計(jì)上大幅領(lǐng)先行業(yè)內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，在5G市場(chǎng)中獲得了明顯的先發(fā)優(yōu)勢(shì)。

隨著本次中美貿(mào)易爭(zhēng)端的持續(xù)，在政府主導(dǎo)的投資項(xiàng)目和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中，對(duì)產(chǎn)品安全可靠的需求愈發(fā)強(qiáng)烈，國(guó)產(chǎn)品牌在此方面的優(yōu)勢(shì)明顯。考慮到5G基站是未來(lái)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，預(yù)計(jì)在交流配