移动通信产业链全景
农夫山泉有一则广告:泉水从60米地下取出,经过砂滤、碳滤、膜过滤等17个环节才能装瓶运输,“不是每一滴水,都叫农夫山泉”。
无线通信涉及的环节可比这复杂多了,套用这句广告语就是“不是每一种电磁波,都能用来传输信号”。
不论是4G还是5G,信息传输的环节中涉及的利益相关方,就是大部分通信行业产业链了。用户对于移动通信的认知最主要的是买手机、选运营商和下载应用。这恰巧涉及移动通信产业链中处于下游的三个环节:终端厂商、通信运营商和业务运营商,但是完整的互联网链条还有芯片制造商、专利提供者和设备商。上述六部分整合起来才能构成移动通信完整的产业链,如图2–2所示。
在整个链条中,运营商虽然处于下游,但作用举足轻重。如果运营商发展不力,将严重影响整个产业链。
一家公司可以只处于产业链的某一个环节,也可以同时处于多个环节。如中国移动,处于专利提供者、通信运营商、业务运营商三个环节;而高通公司则占据了专利提供者和芯片商两个环节。华为公司是非常少见的除了通信运营商之外,占据了全产业链其他各个环节的公司。
就公司经济而言,只要占据盈利能力最强的环节就好。但如果占据的环节越多,规模越庞大,固然消耗很大,但灵活性和转型能力也会越强。例如,华为公司最早只做电信设备,占据了设备商环节;但现在华为拥有了5G最多比例的关键专利,这样就在后续的商用博弈中增强了自己的议价能力;同时,进军终端市场,使得华为可以让自己的产品在电信网络中形成设备到终端的闭环,达到最大程度的技术优化;此外,华为应用市场、华为钱包等业务可以更加全面快捷地获得用户需求。
在不同时期,通信产业链的主角也是不同的。在5G商用初期,运营商会大规模开展网络建设,这段时间通信设备商会成为主角,运营商则会成为消费主体;在5G商用中期,随着终端技术的成熟,用户会更多地购买手机和电信套餐,运营商和终端厂商会成为主角,而用户则会成为消费主体;在5G商用后期,互联网企业与5G相关的信息服务收入会显著增长。不能忽视的是,不论在哪个时期,元器件制造商始终会占据产业链上游。
芯片制造商
知乎上曾有个提问:“天罡芯片”是一种什么芯片?回答问题的人寥寥无几,远远不如华为发布新手机时反应那么热烈,也没有其他厂商发布5G终端芯片时的盛况。可见在聚光灯下的5G产业链始终只是贴近一小部分用户,更多企业服务产业链部分依然游离在非通信企业之外。根据世界电信产业界富有权威性的中立咨询顾问公司OVUM的咨询报告,5G RAN(接入网,主要是基站)侧的设备投资2020年可能达到50亿美元。
在基站生产过程中,设备商需要从产业链上游采购基站天线、射频芯片、光模块、光纤等,并加以设计组装,才能交付基站成品。这里的产业链上游指的就是各种各样的元器件制造商。
为了获得更快的数据传输速度,5G中采用了新的毫米波频段和新的sub 6G主频段(比如联通和电信的3.5GHz,移动的4.9GHz),因此天线本身和位置需要重新设计调试。同时因为需要降低时延,核心网部分需要重新设计,而核心网主要的连接媒介是光纤,所以光模块同样有巨大需求。这两项都比较容易理解。
射频芯片是相对比较难理解的部分,也是国内自研能力很弱的部分。从更加广义的角度说,射频器件是为了实现信号传输、电磁波产生、调频、滤波、抑制、耦合等功能的电磁场精密零部件。这部分芯片基站和终端都需要使用,而且模块几乎相同,因为它们都需要遵守通信的基本流程。
通常,通信信号的处理流程是:天线接收→天线匹配及天线开关→滤波器→功率放大器→混频器→中频滤波→中频放大→I/Q路解调→进入基带模块。发射信号流程与之类似:基带信号→I/Q路调制→中频滤波→混频器→功率放大器→天线匹配及天线开关→天线发射。可以看到,流程中涉及的产品主要包括谐振器、低通滤波器、双工器、合路器、收发机、中频放大器等。
目前射频器件基本被国外厂商垄断(占90%以上),包括Skyworks、Qorvo、Broadcom(Avago)、Murata等公司。至于射频行业的产值,我们以4G时代的数据来尝试推测5G,4G时代全球射频器件市场规模大概在14亿美元左右。
5G的覆盖范围比4G会小一些,同时因为大规模采用毫米波基站和室分系统,基站器件需求会明显增大。此外,毫米波器件和massive MIMO设计的有源天线要比4G时代的器件贵得多,因此射频器件的市场规模可能会比4G大很多。元器件的另外两部分光芯片和光模块几乎同样被国外企业垄断,这些企业主要包括Avago、三菱、Finisar、Lumentum等。
最后就是光纤了。光纤是我国的传统优势行业,在4G时代,因为4G核心网的大规模铺设,我国光纤产量高速增长,2016年左右大约占据全球产量的54.89%,光纤生产企业包括大家耳熟能详的烽火通信、长飞光纤、中天科技等。预计5G时代同样会对光纤有巨大需求,但是在5G前期的非独立组网阶段,对核心网的改造并不多,光纤产业的大发展可能会在2020年5G的独立组网阶段。
专利,产业链中的明珠
通信一直是一个封闭的产业,标准化做得非常好,市场规模很大,所以众多公司都争相参与标准制定,申请专利,以期获得巨大的经济收益。专利作为经济武器,可以把控产业命脉。
高通依靠CDMA技术专利占据了移动通信产业链的顶端,依靠交叉专利平台成为3G、4G时代通信产业的霸主。在5G核心技术的研发上,华为、中兴、爱立信、诺基亚、三星等公司的占比不断增多,开始挑战高通的霸主地位。在终端制造商中,苹果公司向高通发起了挑战,虽然落败,但痛下决心收购了英特尔的基带芯片部门。在政府方面,中国发改委曾经发起对高通的反垄断调查,对收费条款进行了调整。
所以,5G时代,以华为、中兴为代表的众多公司会有翻盘机会,拥有最大市场的中国,也会利用市场这个武器进行反击。
ITU–R和ITU–T批准的标准(又称建议书)是通信领域的规范,也是产业发展的命脉所在。我们可以毫不夸张地说,从整个电信产业链来看,处于最顶端的是专利。各大公司都努力将自己的专利写到标准中;对设备和终端制造商而言,这些标准是他们生产标准产品的标尺,是进行规模化扩张的基础;对运营商而言,这是各个厂家设备进行互联互通的手册,也是建设通信网络的根本。
因为电信产业分工非常细致,不断迭代应用最新技术,所以标准化是其重要特征。在制定标准的过程中,专利是耗费研发资源最多、讨论时间最长、最难取舍的一个环节。很多专利涉及的技术要么是绕不开的关键技术,如CDMA;要么是接近理论极限的技术(在通信技术上,就是接近了香农公式的极限),如Turbo码、极化码。如果希望提高通信系统的性能,就不得不在标准中使用这些专利,就要给专利所有者付费。
提到专利,就不得不提到3G时代出现的改变整个产业规则的企业:高通。它的武器就是专利和它自创的交叉专利平台。我们一般可以把“专利交叉许可”理解为专利互相利用,通过取长补短的方式使得专利实施起来更有优势。许可双方将各自的专利权、商标或专有技术使用权相互许可,供对方使用;双方的权利可以是独占的,也可以是非独占的。
高通与拥有标准必要专利的公司形成交叉专利平台,确定厂家需要哪些专利,其中包括高通自己的专利及其通过交叉许可纳入自己的专利组合中的第三方优质专利,然后组合销售出去。这就意味着与高通合作不仅可以使用高通的专利,还可以使用交叉专利组合中的第三方专利,从而免除了很多知识产权方面的投入和风险,大大降低了初次投入成本和转入门槛,因此全球绝大多数厂商都选择与高通合作。
通常专利费是设备整机售价的5%,俗称“高通税”。这将高通推上了移动通信领域专利霸主的地位。
高通的另一大收入来源是芯片销售,而且芯片销售和专利授权是捆绑在一起的。作为一家芯片企业,高通同样面临其他芯片厂商的竞争。高通的做法就是不向芯片厂商授权,转而向这些芯片厂商的客户收取专利费,只有这样才能维持其按整机收费的模式。如果向芯片厂商授权,就无法继续向其客户二次收费,也就无法维持其按照批发价收费的模式了。这种“芯片销售+专利授权”的捆绑式营销模式一方面压缩了竞争对手的生存空间,另一方面留给消费者很小的选择余地,同时凭借其技术领先地位和市场支配地位,使用户被迫接受所谓的“高通税”,从而使芯片和专利授权成为高通最主要的收入来源。高通公司将电信行业打造成一个以标准为核心的产业,设备制造商、运营商及芯片厂商都要围绕通信专利运转产业链。
不过近些年,高通也因为专利问题陷入泥潭。2017年9月,高通在中国起诉苹果侵权,要求禁止苹果在中国销售多款iPhone机型,诉讼持续两年,其间高通股票大幅度跳水。2019年4月双方和解,苹果一次性支付45亿~47亿美元和解费,之后每部苹果手机支付8美元专利费。
2013年11月,中国发改委启动对高通的反垄断调查。2015年2月,对高通处以人民币60.88亿元罚款。
设备商的苦乐年华
中国通信市场的“七国八制”使国家痛下决心,加大了通信产业的研发力度,同时华为这样的民企也开始崛起。20世纪90年代的“巨大中华”一度是中国通信产业的骄傲,在2G时代大放异彩。但3G时代的到来,使得设备商格局发生了巨变。华为因为押宝WCDMA,一度陷入危机;而大唐主推的TD–SCDMA则风光无限;中兴因为联通使用的CDMA而获得了较大发展。华为在绝境下,不得不开拓海外市场,这也造就了其国际化风格。
爱立信一直是电信设备商老大,只是在2017年被华为赶超;诺基亚虽在手机终端市场失败,但在电信设备上依然占据很大份额。
通信设备制造商的演进如图2–3所示。美加英法企业的经济路线是由实业发展到金融产业,利用金融产业放大实业的价值,获得高位价格后进行收割。这条路线,在电信产业遭到了惨败,美国的摩托罗拉和朗讯、加拿大的北电网络、法国的阿尔卡特,这些设备商霸主一一落下神坛。而坚持走实业路线的中国华为和中兴、北欧的爱立信和诺基亚却一直长盛不衰。这是因为电信产业自有其规律:坚定地跟着国际标准走,并占据产业链制高点。
一般认为,通信设备主要由三个专业领域构成:核心网设备、网络覆盖设备和终端用户设备。通常,我们称生产前两者的厂商为通信设备商,他们的主要业务对象是各国的运营商,是企业服务的典型代表;生产用户终端设备的厂商是终端厂商,他们的主要业务对象是广大消费者。图2–4所示为2017年全球通信设备商的市场份额占比。
2019年3月5日,Dell’Oro Group发布报告表明,2018年排名前列的通信设备商分别是华为、诺基亚、爱立信、思科、中兴,其中华为占据了全球电信设备市场的29%左右,过去5年实现了连续不断的高速增长(见图2–5)。
电信设备商在5G时代会生产哪些设备呢?普遍的观点认为,因为5G中涉及C–RAN、网络切片、边缘计算等网络结构改变以降低时延,因此核心网络设备需要更新换代(见图2–6)。
同时,宏基站、小基站和室内基站的联合覆盖是未来的接入网结构,因此网络覆盖设备需要更新换代(见图2–7)。基带处理单元(Building Baseband Unit,BBU)中的非实时部分将独立为集中处理单元(Centralized Unit,CU),放在中心化机房中。基带处理单元中的部分物理层功能将与射频拉远单元(Remote Radio Unit,RRU)整合,合并为有源天线单元(Active Antenna Unit,AAU),剩余功能将会独立为分布式单元(Distribute Unit,DU),负责物理层协议和实时服务。
其中为了压缩时延,又会将负责处理控制数据的分布式单元和负责处理数据部分的分布式单元分离开来,分别称为用户面CU–U ( Central Unit Userplane ) 和 控 制 面 板 CU–C ( Central Unit Controlplane)。
这些核心网的改变一直遵循功能分离、服务软件化、虚拟化的思路,从而为更低的数据时延和更快的数据传输速度提供支持。总的来说,5G时代需要比4G时代更多的、更精密的设备,这将是通信设备商的机会。
运营商与一张大网
运营商是5G产业链中连接普通消费者和上游设备商的重要渠道。
在5G前期,运营商是通信设备的主要消费者。在5G后期,运营商是网络的运营维护优化者。从某种意义上来说,这很像公路的运营商把路交给各个承包公司(设备商)建设,然后自己负责收费、维护、优化公路设施。
目前主流观点认为“要想富,先修路”总是没错的,从这个意义上来说,运营商还肩负着修好“路”带领大家致富的任务。
严格来讲,运营商要完成国家范围内网络规划、建设、运营、维护、优化等各个环节的工作。在一个移动通信网络的全生命周期内,运营商需要通盘考虑网络的投入产出比、社会效应等多方面因素。在5G时代,网络环境会更加复杂,运营商面对的挑战也更加严峻。
建设一张无线网络,第一步是得到频谱。与绝大部分西方国家实行的拍卖方式不同,中国采取的是行政分配方式,可以最大限度地获得大段连续频谱。频谱拍卖方式的弊病在3G、4G时代的欧洲凸显得更加彻底:为了尽快收回购买频谱的成本,运营商往往牺牲掉网络覆盖率。
据GSMA统计,高昂的频谱成本与昂贵却低质的信息服务之间有关联,严重影响了消费者对服务的体验。5G更是要求大段的连续频谱,行政分配方式的优势更加突出。在网络规划和建设中,5G的基站数量将是4G的1.5~2倍,这样浩大的工程,令任何一家运营商望而却步,更何况在没有收回4G成本的前提下,又要对5G进行大规模投资,这是一个非常艰难的决定。在中国,电信和联通就尝试联合组网,以节约建网成本。
在运营过程中,优秀的技术将是市场策略有力的支撑。3G时代,突飞猛进的联通,就是因为借助WCDMA成熟优秀的网络,配合苹果手机终端的专卖,取得了成功。在5G时代,技术的多样性对于运营商来说既是机遇,也是挑战。
在维护阶段,前期的建网质量和设备商的有力支撑是最重要的。
TD-SCDMA的维护阶段让工程师们噩梦不断。5G引入NFV/SDN技术,将大大降低维护难度,这是一个好消息。
在优化阶段,很久之前的GSM网络是依靠用户投诉实现对网络质量的反馈,工程师到现场凭经验进行优化。而5G时代,智能化将贯穿核心网和接入网的各个环节,这将是网络优化的一次跃升。
2000—2010年电信产业飞速发展带入大量资本进入这个行业。
《评论家季刊》曾指出:
资本逃避动乱和纷争,它的本性是胆怯的。这是真的,但还不是全部真理。资本害怕没有利润或利润太少,就像自然界害怕真空一样,一旦有适当利润,资本就胆大起来。如果有10%的利润,它就保证到处被使用;有20%的利润,它就活跃起来;有50%的利润,它就铤而走险;为了100%的利润,它就敢践踏一切人间法律;有300%的利润,它就敢犯任何罪行,甚至敢冒绞首的危险。如果动乱和纷争能带来利润,它就会鼓励动乱和纷争。走私和贩卖奴隶就是证明。(引自《资本论》第一卷第二十四章第六节)
巨大的利润的确产生了问题。但同时,飞速发展的电信业也吸引到了那个时代的优秀人才,不但带动了互联网、移动互联网等产业的起步和发展,而且给中兴、华为等设备商送去了巨额利润,积累了研发资本,为5G的厚积薄发奠定了基础。
最近几年,由于电信行业过度竞争,运营商们响应政府一再提出的“提速降费”的号召,终于将自己从高速增长的高科技企业变成了接近负增长的基础建设者,导致整个产业都不好了。这样一来,设备商不但没有动力为互联网和移动互联网提供更好的服务,其利润也会大幅下降,从而导致研发成本下降,在未来将遇到很大的问题。所以,要保持一个良好的产业发展环境,非常不容易。5G时代对于运营商来说是一个严峻的挑战。
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