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智芯研报 | 浅析5G 物联网与通信模组的关系

5G 物联网与通信模组的关系

5G 网络最大的改变是首次构建完整的物联网基础设施。移动通信 2G 实 现从 1G 的模拟时代走向数字时代,3G 实现从 2G 语音时代走向数据时 代,4G 实现 IP 化、移动互联网化,数据速率大幅提升。5G 最大的改 变是构建了物联网的基础网络,实现从人与人之间的通信走向人与物、 物与物之间的通信。

5G 应用三大场景:eMBB(增强移动宽带)、mMTC (海量机器类通信)、和 uRLLC(超可靠低时延通信)。 (1)增强移动宽 带场景指在现有移动宽带业务场景的基础上进一步提升用户体验,代表 应用:4K高清视频、AR/VR、远程教育等。(2)海量机器类连接,代表应用工业物联网、智慧城市、智能家居等。 (3)低时延高可靠,例如 自动驾驶/辅助驾驶、远程控制等。5G 的 mMTC 和 uRLLC 是针对物联网的全新场景,将推动移动互联网向万物互联时代转变。




随着 5G 网络建设,低功耗、高速率、广覆盖的物联网将逐步发展成熟, 更多的基础设施均将搭载 M2M 无线通信模块。同时这个过程中传统终 端也逐步迭代升级为智能终端,无线通信模组和智能控制器是驱动传统 终端升级为物联网终端的核心元器件,从短距离通信到长距离通信芯片,从低复杂度到高性能计算控制芯片。目前应用于物联网的通信技术包括 WiFi、RFID、蓝牙、ZigBee 等短距离无线通信技术(局域网)和借助 电信运营商的蜂窝网络 2G、3G 、4G/LTE、LPWA、5G 等长距离移动 蜂窝通信技术(广域网) 。其中 LPWA ( Low PowerWide Area )低功率 广域网包括 NB-IoT、eMTC、LoRa、SigFox 等,是为解决广覆盖和低 成本、低功耗的问题,而专门设计的窄带物联网技术,LoRa、SigFox 是非授权频段。LTE网络演进的低速率技术如 LTE Cat.M 和 LTECat.1 等。电信蜂窝网络契合了物联网无处不在的目标,成为物联网的重要载 体,我们讨论的 M2M 场景下的无线通信模组主要是指长距离移动蜂窝通信模组,有些终端往往同时使用导航定位模组包括 GPS、GNSS 模块。



中国形成最大的 NB-IOT 网络,进入 5G 时代物联网增长将由 LPWAN 向高速率连接转变,通信模组单体价值将大幅提升。近两年我国三大运营商快速推进 LPWA 的 NB-IoT 网络进入商用,NB-IoT 基站已超过 100 万个,eMTC大规模推广。截止 2018 年 6 月,中国移动、中国电信、中国联通的物联网 M2M 连接数分别达 3.8 亿、7419 万、8423 万,我国 M2M连接数共计 5.4 亿,距十三五期末目标 17 亿完成 31.8%,中国成 为全球最大的 M2M 市场。国内蜂窝物联网设备大部分由 2G 承载,海外 主要由 3G和 4G来承载。全球 42%的蜂窝物联网连接由 2G网络承载, 超过 30%的连接由 4G 承载。IoTAnalytics 预计 2017-2023 年,LPWAN 连接数将实现 109%的年复合增长。4G物联网目前处于起步阶段, 2020 年迈入 5G 时代,全球电信运营商在移动通信网络建设方面都在加速构建窄带连接到宽带连接的全覆盖,LTE/5G 高速率宽带物联网模组也将放量。



无线通信模组制式的演进已经呈现出“2G 产品快速退出、3G 产品逐步 被替代、4G 产品高速化、5G 产品主导市场”的发展趋势。

预测 2020 年全球联网设备数量将达到 340 亿,其中物联网设备数量达 到 240 亿,是所有联网设备中最具增长潜力的一部分。根据爱立信的数据,截至 2017 年 10 月共有 75 亿联网终端,进入增速放缓阶段,而物 联网中广域网连接数高增长,预计2017-2023 年 GAGR 达到 26%,未来 5 年物联网连接数将三倍于移动互联网,带来连接、应用、数据等多 重价值。MachinaResearch 预测,2020 年我国无线模组市场规模将达 到 296 亿元。


消费物联网将出现应用热点

物联网应用可以分为消费物联网和产业物联网。消费性物联网面向需求 侧的消费电子终端,与移动互联网相融合创新活跃度高,比如PC、PAD、 电子书、可穿戴设备、车联网、无人机、智能家居、智能硬件等。产业物联网是指物联网面向工业、农业、能源、电力、交通、物流、零售、 金融等行业应用,以及智慧城市和安防等,成为行业升级的基础设施。 据 GSMA Intelligence 预测,从 2017 年到 2025 年,产业物联网连接数 将实现 4.7 倍的增长,消费物联网连接数将实现 2.5 倍的增长。但两者 的通信模组在规模效应和单体价值差异较大。

消费物联网模组单体价值较大,且容易产生规模效应。物联网的问题是 产品多样化,应用非常分散,尤其产业物联网。通信模组面对的市场从单一同质化大规模市场向小规模异质化市场发生变化。对于芯片和模组 行业,设计、流片、封装、测试前期投入大,没有量就不能产生规模效 应,摊销到每块模组的成本较高,价格战直接带来亏损。而消费物联网因为消费电子属性往往需要更高速率的 4G/5G 通信模块,模块单体价值 量较大,同时消费电子同类的产品的规模较大,比如个人电脑出货量亿台级,手机出货量达到十几亿量级,相对应的模块厂商更容易产生规模效应。



5G 打造始终在线的消费电子体验。目前我国三大电信运营商的新资费套餐,包括冰淇淋套餐、4G 不限流量卡,固网无线捆绑套餐、主副卡 共享等套餐,实现了不限流量和多卡共享流量。得益于 4G 网络稳定、 高速的移动通信环境以及智能手机高渗透率,运营商流量卡套餐普及, 人们逐渐习惯移动互联网不受地理位置限制而即时通信的便捷。在笔记本电脑、平板电脑、超级本、电子书等产品愈发普及的情况下,5G 时 代越来越多的 PC 产品将加载无线通信模块,实现与移动互联网的互联 互通,而不再局限于 WIFI 网络、有线网络。



ARM/高通/intel 等芯片巨头的 5G 终端策略。2018 年 ARM 发布了新一代高性能 CPU 核心 Cortex-A76,单线程性能堪比 Intel 移动版低压处理 器 i5-7300U,3.3GHz 频率下功耗不到 5W。预计2020 年的 5nm Hercules 核心的计算性能相比2016 年的 16nm A73 将可提升多达 2.5 倍。目前,ARM、高通、英特尔等系统芯片制造商与联想、戴尔、惠普 等 PC 制造商、以及国内外的运营商合作,全方位推出了 4G/5G 新兴始 终在线的 PC,2017年市场上已经成功推出 30 多种全互联 PC 产品。 2019 年世界移动通信大会(MWC)上,高通推出首款商用 5G PC 平台 --高通骁龙 8cx5G 计算平台,采用第二代高通骁龙 X55 5G 调制解调器, 英特尔也发布 Intel® XMM™ 8160 5G 基带芯片,广和通联合 Intel 发布首款 5G 通信模组:Fibocom FG100,内置 Intel® XMM™ 8160 5G 基 带芯片,全互联 PC 预计将成为未来笔记本电脑行业的发展方向,5G 时 代来临时消费电子需要更好的移动体验,包括云存储与计算、快速响应 的多人游戏、沉浸式全景视频和即时应用。

IDC 数据显示,2018 年个人计算设备(包括桌面电脑、笔记本电脑、变 形平板及直板平板电脑四大类) 出货量约为 4.07 亿台,桌面电脑及桌面 工作站出货量为 9370 万台,占比 23.0%,笔记本及移动工作站出货量 则为 1.641 亿台,占比 40.3%,可变形平板只有 2070 万台,占比 5.1%, 而平板电脑出货量为 1.285 亿台,占比 31.6%。PC 模组市场简单估算: 假设笔记本电脑和平板电脑年出货 2 亿台,模组单价 200 元,潜在的市 场规模将达到 400 亿元。

车联网是 M2M 最确定和最有价值的市场。随着“将汽车变为第四块屏 幕”—电视、电脑、手机、汽车屏幕时,车联网应运而生,拥有一部搭载智能互联系统的汽车已经不再是梦想。如今,已进入智能汽车时代, “无人驾驶”的出现,将会减少交通事故的发生,挽救数千人的性命,缓解拥堵,减少燃料消耗和污染,同时将会让车主的用车生活变得更加 轻松、简单。车规级前装通信模块,需经受严苛环境的考验、具有优越的防静电和防电磁干扰功能,比如超宽温度范围 (-40°C ~ +85°C)、 优越的抗电磁干扰能力满足车载及其他恶劣环境下的应用需求,高集成 和小型化,因此市场进入壁垒较大。其他应用领域具体包括车队管理、 UBI 车险及轻型车车载终端通讯设备等。中国车载 M2M 设备还主要应 用于客运车辆、货运车辆、危险品运输车辆领域。2017 年全球汽车产量 8730.25 万辆。2018 年国内广义乘用车保有量 2.4 亿辆,年销量 2272 万辆,同比下滑 6%,但仍然全球销量第一,新能源车销量 125 万辆(新 能源车 100%联网),车联网渗透率在快速提升。据 GSMA 预测,2018 年全球车联网渗透率将超过 20%,2025 年有望实现所有汽车联网。除 了乘用车,工程车辆的资产追踪管理需求旺盛。



电子支付快速增长,移动式 POS 逐步成为其主流,自动贩卖机(VEM) 快速增长。目前 POS 机具有半消费电子属性,新技术推动的智能 POS 除了传统收银机的收银、打印小票、扫码等功能外,还提供了整合支付 解决方案,支持多种收款方式,支持会员管理(CRM)功能,支持营销 管理和各种便民服务。电子支付终端的使用范围从传统商业零售、 餐饮、酒店等延伸至医疗、教育、运输、保险、物流和电讯服务,移动式 POS 逐步成为其主流。主要的支付终端供应商包括百富环 球、新国都、新大陆等收入规模持续增长。根据人民银行数据, 2018Q3 联网 POS 机3231.25 万台,比上个季度末增加 99.25 万台。由 于电子支付技术的更新升级较快,在三四线城市普及推广,加上物流快递等行业应用过程容易产生损坏,智能 POS 机的更新周期较之前传统 POS 机也大幅缩短,驱动智能 POS 出货量的快速增长。2017 年,新大 陆跃居全球第二大 POS 供应商,设备出货量达 870 万台,预计 2017 年出货量在 2000 万台以上。随着移动通信的发展,联网贩卖机的数量快速增长,我们预计国内贩卖机数量至少在百万台以上,而且处于高速 增长期。随着物联网的出现,POS 机改售为出租给商务,收租赁费将产品转到服务会成为一种趋势。

产业物联网方面一些细分也在快速发展,比如工业路由器、能源水利智 能抄表(电表、燃气表、水表)和控制阀、空港物流领域的资产追逐、智慧城市、智能安防、多媒体广告屏联网等等。随着 5G 网络的建设,高通英特尔华为等高性能、低延时和多制式兼容性更好的终端基带芯片发布,加速 PC、网关、CPE、固定无线接入(FWA)等垂直行业从 4G 到 5G 的过渡进程,为更多的行业物联网应用创造条件。


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