2019年中国5G基站建设、5G建设新增低压电器需求发展趋势分析

    随着5G商用牌照的发放，各大运营商已经开始加紧部署5G基站。目前国内三大运营商已经明确19年5G投资预算，共计达到410亿元，中国移动、中国联通和中国电信的预算分别为240/80/90亿元。中国移动计划今年新建5G基站5万个，在全国超过50个城市实现5G商用，并在2020年将5G网络覆盖范围进一步扩大；中国联通和中国电信可能会在部分地区采取共建5G网络的方式，以降低单个运营商的投资成本。5G建设有望在明年进入规模化建设周期，根据三大运营商的规划，5G基站部署将在东部沿海地区和华中地区首先展开，并向西扩展，逐渐实现全国覆盖。

三大运营商5G建设规划

数据来源：公开资料整理

    5G建设按照产业链可以划分为基站系统、网络架构、终端设备和应用场景四个部分。预计2019-2025年将是5G建设的主建设期，其中基站建设作为5G网络的基础，相比于网络架构、应用场景等部分，将是最早开始建设并完工的部分。19年三大运营商预计将建设超过10万个5G宏站，并且已经在北京、上海等多个城市实现了成功试商用，预计2020年全国将新建5G宏站70-100万个，正式开启基站建设高峰；我们判断宏站建设的高峰时间为2020-2023年，小微基站和室内站点的建设将会持续至2025年。

    二、基站数量

    根据中国联通发布的《中国联通5G基站设备技术白皮书》，5G通信系统设计指标与4G网络相比，各项性能指标大幅提升，5G基站设备单站处理能力相比4G基站设备提升了几十倍至上百倍。与之相对应，5G基站设备的功耗将大幅提升，现有的机房电源和配电设施将无法满足新增5GBBU和AAU设备的供电需求，对供电设备包括交流配电箱、断路器、电源切换装置、浪涌保护器等均需要进行新建或者改造。此外，由于5G系统设计目标很高，为了满足各类超高带宽、超低延时的业务需求，5G基站数量相比4G需要大幅增加，使得投资规模进一步扩大。根据目前中国移动和中国联通公布的建设方案，在未来较长时期内，将是5G和4G两张网并存，协同运行，满足用户对数据业务和语音业务的需求；这也就意味着，5G基站的低压配电系统将主要依赖于新建，现有的4G基站由于市电引入容量不足和配电回路低压电器规格较小等原因，无法同时向5G设备负载供电。

    截至19年上半年，三大运营商在全国共建成了4G宏基站437万个，其中中国移动占比约一半，测算，在4G建设周期运营商累计的无线网络建设支出为6568亿元，考虑到期间仍有部分2G、3G网络的补盲和加强覆盖等工程，保守估计其中85%的资本开支为与4G网络建设相关，则主建设期间的投资达到了5583亿元；预测，5G建设的投资预计将会超过一万亿元，是4G投资的两倍。

5G投资测算

数据来源：公开资料整理

    目前4GLTE的主要频段是1.8GHz~1.9GHz和2.3GHz~2.6GHz，而5GNR的主要频段是3.4GHz~3.6GHz和4.7GHz~4.9GHz，电磁波频率越高，传播损耗越大，使得在相同情况下5G基站的覆盖半径将小于4G基站，因此相比4G需要更为密集的基站覆盖。考虑到massiveMIMO等新技术的使用将使得5G基站天线的增益显著增强，我们预计5G宏基站数量将是4G基站的1.1-1.5倍左右，取中值进行计算则5G宏基站数量将达到568万个。此外，为了满足下游各类低延时、高带宽应用的需求，还需要数量众多的小微基站配合，预计小微基站的数量将超过900万个。因此，在整个5G建设时期，预计共计将建设超过1400万个基站，19年的5G基站规划数量仅占1%左右。

通信技术基站覆盖范围

数据来源：公开资料整理

5G基站类型

数据来源：公开资料整理

    对于5G基站建设而言，无论是设备功率大幅提高的宏基站，还是数量众多的小微基站，均需要低是压配电系统进行供电。从目前三大运营商的规划来看，由于未来较长时间内将是4G+5G两张网并有存运行，使得基站配电系统将主要来自于新建，而不是在现有4G基站供电系统重复利用，这也就意味着在5G基站主建设期，将带来超过百亿的低压电器增量需求。

    三、低压电器，国产品牌

    通信基站的供电系统是由市电引入，通过交流配电箱、开关电源转换为48V直流后连接到基站设备。基站设备通过馈线/光纤连接到铁塔上的天线。此外，在绝大部分基站中还配有移动/固定式小型柴油发电机组作为备用电源，作为市电中断时的应急供电，为此需要配置额外的双电源自动转换开关。基站设备的内部结构主要包含：BBU、射频（RF）单元、功率放大器（PA）、主电源、天线接口、散热系统等，其中BBU包含控制单元、传输单元和基带处理单元等，主要负责信号滤波、OFDM、调制解调、频域处理（符号映射/解映射和MIMO均衡等）、CPRI、DPD（数字预失真处理）等功能。根据以上结构我们将基站功耗分为三大类型：传输功耗、计算功耗和额外功耗。

    对于传统2G/3G/4G基站，由于基站的计算能力较小，通常传输功耗大于计算功耗，也就是说BBU功耗小于PA和RF部分功耗，因此传统基站提升能效的办法主要集中在减少传输功耗，例如在闲时关闭部分载频和射频部分来实现节能减排。

    在5G通信中，尽管单位流量的功耗大幅降低，但由于5G的流量远远大于4G，5G设备功耗相比4G大幅增长。密集分布的小/微基站和MassiveMIMO天线是5G基站区别于4G基站的两大主要特征：一方面，MassiveMIMO本身是以更高的计算成本为代价降低传输功耗；而小基站覆盖范围小，PA更低，也意味着传输功耗更低；另一方面，由于5G传输速率将成倍提升，5G基站将处理海量数据，且随着5G业务的不断发展，5GBBU的计算功耗将逐渐上升。因此，在5G时代，基站的计算功耗将大幅提升，超过传输功耗。

    预计，5G基站的计算功耗将随着带宽的增加而不断上升，还将随着MassiveMIMO天线数量增加而不断上升，例如64T64RAAU最大功耗将会达到1000~1600W，BBU最大功耗将达到2000W左右。此外，一站多频将是典型配置，而一站多频将导致整站最大功耗超过11kW，考虑到同一基站中通常会放置两个或者三个运营商的设备，则交流配电箱的负载将会达到25-35kW，远超4G时代10-15kW的负载功率。即使是在5G部署早期，不考虑毫米波频段，采用小于6GHz频段与2/3/4G基站共站部署，5G单站功耗也将倍增，带来大量对低压电器的需求。

    现有4G基站中63A和100A的市电引入均有采用，并以63A规格居多；因此，现有基站交流配电箱无法满足5G设备供电的需求，需要扩容或者新建。无论是采用哪种方案，对于交流配电箱中主回路断路器、自动转换开关的需求量是基本一致的，仅在空调、照明等环控负载回路上所需配置的断路器规格和数量上有所区别。考虑到5G设备热耗的大幅增加，实际机房制冷负载功率可能显著提升，也会增加在负载端对低压电器的需求。

    4G建设时期三大运营商的基站用交流配电箱招标文件，我们对5G宏基站单站交流配电部分的低压电器用量进行了测算。考虑到部分5G站点会和4G基站共用机房，现有制冷、照明等环控设备仅需扩容而不是完全新建，出于审慎原则，我们在测算中未考虑5G设备热耗大幅增加导致的制冷设备功率提升等因素，仅考虑了由于5G通信设备功耗提升带来的主回路断路器等器件规格的增加。

    技术提升+安全可靠优势明显，国产品牌有望在5G基站配电市场占据主要份额。

    在4G时代的通信基站建设中，外资品牌如施耐德、ABB等公司凭借品牌影响力和在行业设计院的销售渠道优势，在基站交流供电系统中占据了较多的市场份额。目前随着国产品牌技术实力的显著提升，以良信、常熟、正泰为代表的国产知名品牌与外资的主流断路器产品基本处于同一技术水平，尤其是在基站交流配电使用的塑壳和微型断路器产品上，外资的技术优势已被追平；仅在用于市电/油机切换的双电源开关上，施耐德、ABB的产品凭借高可靠性，仍然占据较多的市场份额。良信电器目前独供华为的1U通信设备用断路器，在技术和产品设计上大幅领先行业内竞争对手，在5G市场中获得了明显的先发优势。

    随着本次中美贸易争端的持续，在政府主导的投资项目和基础设施建设中，对产品安全可靠的需求愈发强烈，国产品牌在此方面的优势明显。考虑到5G基站是未来无线通信网络的关键基础设施，预计在交流配电环节铁塔公司和三大运营商在同等条件下采用国产中高端品牌的倾向将远强于4G建设时期。此外，从目前低压电器产品的市场价格来看，在相同技术参数下，国产品牌的价格只有外资标杆施耐德价格的70%左右；根据调查数据测算，5G建设总投资将会超过一万亿元，对于运营商来说有较大的资本支出压力，具备明显性价比优势的国产低压电器品牌将会在本轮建设期占据大部分的市场份额。

国产与外资品牌通信基站用交流断路器性能对比

数据来源：公开资料整理

    相关报告：智研咨询发布的《2020-2026年中国5G基站行业市场竞争状况及投资机遇分析报告》