科技猎【投稿】天风天睿龚卿：5G新基建为下游三类商用按下加速键
5G新基建作为支撑经济社会数字化、网络化、智能化转型的关键因素，已经在过去的一年多时间里，为我国经济的高质量发展提供了大量的燃料，并迅速拉动着相关产业共同迸发出新鲜的活力。在5G新基建稳步推进的过程中，上游行业的制造厂商正在率先拥抱发展红利，而下游的各类应用场景也将受惠于5G网络，突破技术桎梏，逐步演进落地。
光学器件迭代应用：5G手机摄像升级与AR/VR激活
在5G通信网络建成后，我国智能手机零售市场将迎来5G手机换机潮，人们迫切希望能够享受新网络带来的高速体验。
手机赛道上的投资逻辑是以整体信息接入需求和带宽的自然增长为基础的。虽然新冠疫情导致了2020年5G手机出货量较预期值下降，但我们认为5G手机的销量将在2020年底到2021年上半年5G网络初步建成后迎来爆发性的增长，并且这一趋势将持续3年以上。
全球智能手机销量预测图
智能手机现已演变为具备通讯功能的智能感知和交互终端。在实现通讯功能方面，手机事实上扮演着小基站的作用，因此，手机的革新同样可以拉动5G新基建上游领域中基站相关的射频芯片、高频高速PCB等行业的发展。与此同时，手机中智能感知和交互功能的进步将更加多元化地促进上游产业发展。
从零件构成的角度具体来说，除了内部的芯片和电路板以外，手机最重要的两个光学元器件是光学摄像头和显示屏幕。
摄像头零组件构成
摄像头体积虽小，其内部的组件构成却非常复杂。其中CMOS图像传感器（CMOS Image Sensor，简称CIS）是摄像头中最核心的元件，也是摄像头中价值最高的构件。
CIS在摄像头元件中的成本占比达到52%，同时行业集中度高，CR4指标达到了86%；光学镜头的情况与之类似，成本较高且行业集中度较高。因此，我们重点关注在CIS芯片和光学镜头这两个毛利率较高的领域中的龙头企业。
除了手机数量增长带来的摄像头需求量的增长，新的技术和方案也正在应用到摄像头领域。传统的手机摄像头只有2D功能，没有景深信息，而现在3D sensing是智能手机创新的趋势之一。实现3D sensing共有三种技术——双目立体成像、结构光和ToF（Time of Flight，飞行测距法），目前应用较多的方案是结构光和ToF。
iPhoneX的结构光方案
华为P30的ToF方案
结构光和ToF的主要组件为衍射光学元器件、VCSEL激光发射器、红外镜头等。从学术原理发展的角度讲，传统光学将会向衍射光学进行演进；从应用制造的角度讲，衍射光学采用半导体工艺对玻璃或者树脂材料进行精密制造和加工，迎合了光学领域集成化、精细化的工艺趋势并满足了3C产品提高性能、降低成本的要求。因此我们认为，衍射光学元器件作为摄像头的核心部分会有较大的发展。
前述结构光和ToF的主要组件除了应用于手机领域，在AR/VR领域也有很大应用空间，其未来的市场机会巨大。一段时间以来，AR/VR的概念已经炙手可热,但没有高速5G网络的支撑，虚拟现实的演进相对是比较缓慢的。
虚拟现实设备出货量及游戏发展进度，数据来源：superdata
随着5G网络建设的持续推进和5G网络稳定性的提高成熟，以及光学芯片及显示技术的不断发展，AR/VR会在更好的硬件与网络支持下，延续现有的发展路径，在游戏和视频领域迎来高速发展机会。
在游戏领域，传统的单机游戏主要是为了满足玩家的精神追求，在预先设定或者有少量自主性情节的情况下，提供虚拟的视频环境和游戏情节。网络游戏将更多的人连接在一起，增加了游戏中玩家的互动，提升了游戏的体验感。但目前，无论是PC还是主机游戏，绝大部分仍是通过屏幕和鼠标或手柄操作，并不能为玩家带来真切的感官体验。随着网络游戏时代的到来和技术的发展，人们更加倾向于加入能带来真实体验感的虚拟现实3D游戏，这类游戏与传统的3D游戏完全不同，能让玩家在其中得到感官上的满足和超越现实世界的全新感受。
目前已经出现的体感游戏和VR游戏将是未来发展的趋势。在5G网络逐步普及与用户端设备的不断感知化、虚拟化之后，高速高带宽的VR游戏视频信号及各种体感信号将被传送到游戏云端，并需要建立整套用户实时交互、视频传输以及服务端渲染的通用框架体系，“上云”将成为游戏行业的重要趋势之一。未来的VR游戏，将不再是用户按预设情节被动加入，而会升级为用户深度地参与游戏的制作环节，这意味着用户本身的感知信号和交互信息都会是游戏的一部分，从而实现“游戏即电影”的精彩盛况。
物联网的实现：通讯技术革新与终端机器智能化
mMTC海量机器类通信（massive Machine Type of Communication）是5G新基建在下游另一个重点应用领域，海量的设备通过5G网络接入场景，达到万物互联的状态。
物联网接入的协议和标准
人际连接的需求是比较一致的，5G可以提供更高的带宽、更快的通信、更丰富的交互来满足人们的需求。但是，在物联网中，设备和机器的种类各式各样，各种应用场景千差万别，所以“物联”的需求非常复杂。随之而来的是“五花八门”的物与物之间的通信协议——从无蜂窝组网的LoRa标准（远距离无线电，Long Range Radio）和ZigBee标准（低速近距离无线传输）到蜂窝组网标准，在蜂窝组网内部还针对不同的带宽和通信需求分化成NB-IoT标准（窄带物联网，Narrow Band Internet of Things）和eMTC标准（增强机器类通信，基于LTE演进的物联网技术）等不同类型，物联网的标准和协议可谓是“山头林立”。
从国内三大运营商的投资动向看，各大运营商都建设了物联网开放平台。在众多物联网通信标准中，NB-IoT在2019年7月正式成为5G时代的候选技术方案，预计在2020年10月将被正式认定为IMT-2020标准。因此，NB-IoT是未来较为清晰可见的发展方向。
NB-IoT的特点是低功耗、低成本、广覆盖、强连接，符合运营商统一投资、统一关联的大平台特点，日常生活中常见的共享单车即采用该技术。
共享单车采用NB-IoT标准
我们认为，国内物联网市场在5G网络中的发展路径和4G网络时代的演变进程比较类似——网络由运营商主导，而拥有客户、具备行业解决方案的系统集成厂商和有规模门槛、有研发能力的模组厂商将会在5G物联浪潮中取得较大的发展。此外，物联网芯片市场会被芯片及模组的龙头企业关注，因此具有超低功耗或者具有特定行业机器互联通信能力和应用模式解决方案的物联网芯片研发企业能够获得一定的市场空间。
除了上述支持物联网运作的数字化技术领域的革新机会，5G为物联网中看得见摸得着的应用端提供了切实落地和提速发展的条件。许多物联网行业应用，如水电燃气领域的智能抄表、工业生产中的智慧工厂、智能家居等，已经在2G、4G的传统信息自动化领域有过应用，但未能实现大规模的发展，其主要原因是缺乏一张统一的、有基础通信标准的网络。在传统的信息自动化领域，各种工业传感器自带有线和无线的组网标准，厂家往往采用私有协议进行互联，而4G及之前的统一通信网络，没有为物联网单独规划相应的频率和处理机制，导致物联网和普通通信的不同需求混在一起而相互影响，造成了网络和终端不断通信、终端耗电大等层出不穷的问题。现阶段，5G网络已经单独为物联网规划出了mMTC，这将会极大的推动物联网的相对统一和发展。
以AGV智能搬运机器人（Automated Guided Vehicle）为例，目前AGV小车的引导方式包括电磁感应、超声波、红外、激光、图像识别等多种形式，但其控制系统，即算法，仍是通过宏观设定和规划完成的。未来，当AGV小车之间能完成主动的互相通信之后，AGV小车之间的算法可能就会变成类似于蚂蚁族群的联通方式，通过自主沟通和互动来设计行动路线。那么，整个工业自动化的面貌将会发生翻天覆地的巨变，从由“人”来规划需求和实现方案变为由“人”来规划需求而由“机器”通过物联网自主规划实现路径—— “机”工智能将由此达成。
URLLC实时应用：工业自动化与自动驾驶的未来
URLLC高可靠低延时通信（Ultra-relaible and Low Latency Communication）是5G的另一大应用方向。理想状态下，我们希望所有的通信都具备高可靠和低延时特征，但无线环境的复杂性和不稳定性、带宽和终端的能耗限制都使得通讯无法达到理想状态。因此，URLLC很大程度上只能承载5G网络中比较高端、能为客户带来最大价值的应用。
从标准的角度来看，2020年7月3日，国际标准组织3GPP刚刚宣布R16标准冻结，标志5G第一个演进版本标准的完成，R16版本进一步研究了URLLC，主要包括了面向工业物联网应用、面向车联网应用等方面的内容。
R16标准加速5G在各行各业的应用
现阶段，在5G新基建的前期，具备先进研发能力的企业将率先进行研发储备和实验性质的测试；而基于5G的自动驾驶和工业自动化等下游行业的应用，大致将在5G网络大规模部署的后期得以进一步落地，届时才会有较为成熟的应用案例出现。
围绕自动驾驶概念的研发热度一直很高，但由于涉及道路与人身安全，自动驾驶的大规模商用尚需较长时间。而工业自动化领域由于安全性要求相对适中，在URLLC方面可能存在较快的商用机会，因此，我们认为，结合了工业机器人和工业物联网的工业自动化技术，将会在较短的时期内，借助5G URLLC网络，迈上走向跨越式发展的征途。
工业自动化市场已经存在多年，但非常分散。随着5G新基建进程的逐步深入，原有工业自动化市场中的企业将对其技术方案进行全面转型与升级，这需要企业对行业有深刻的理解，并有能力将5G网络技术的优势融合到更先进的自动化控制系统之中，从而通过更高效的自动化手段为产业培育出更大的价值。
我们认为，在大型的工业领域，如电力、石油、化工、矿山、冶炼、汽车、家电等行业，具备自动化集成能力的公司有望抓住5G技术演进带来的升级机会，赢得市场规模和自身体量的双重增长。在其他细分领域，未来也将产生一定机会，工业自动化企业需要紧跟5G标准发展的步伐，锤炼技术，储备人才，做好积累。
在自动驾驶领域，传统车厂和造车新势力之间的竞争格局尚需观察，只有更好地将车辆驾驶及控制与5G网络结合，尤其是实现车载传感器及摄像系统与5G网络的深度结合，才能在市场竞争中脱颖而出。
车联网技术的应用场景
5G与V2X车联网技术（Vehicle to Everything）的融合，将会推动智慧交通快速进化。未来，自动道路规划和自动驾驶将会随着各个国家法规的不断完善、各类标准的不断升级以及5G网络的不断成熟而最终落地。我们认为，在这场充满可能性的演进之中，车厂仍然是行业中的核心主导力量，传感器芯片厂商、通信网络厂家和车联网企业的业务范围将互相渗透，进而为车厂提供整体化的解决方案。
技术的进步与终端应用的升级密不可分，甚至互为补益——5G换机潮为光学器件的应用提供了机会，而光学器件的迭代与应用将同时促成手机摄像升级与AR/VR激活；5G网络与通讯协议的完善为物联网发展解决痛点，而未来智能终端将成为物联网真正落地的触角；URLLC技术让依赖于实时信号的应用更具可能性，工业自动化与自动驾驶等场景的演进节奏即将按下加速键……
5G推动着上游行业去实现一个又一个的技术突破，进而为下游行业各类应用场景提供着不可或缺的基础支持，5G时代变革的轨迹不仅仅穿行在无数的工厂中，也悄然走进了千家万户触手可及的视野里。过去被科幻小说描绘的场景，可能正在变为现实。5G将进一步实现网络世界与物理世界的融合，也将推动着城市的重新定义。
回看4G时代，微信成为颠覆通讯业务的低成本工具，支付宝实现了全民不带钱包出门的盛景，我们在回家路上叫外卖，开车用手机导航，随手发个抖音……这似乎已经成为我们习以为常的生活，而这一切都曾是我们在3G时代看着屏幕上不停转的小圆圈时，所不曾设想的可能。“未知远大于已知”，我们期待在5G的颠覆下的新一轮改变。在这场由技术引领的变革中，更多的应用将会产生，更多的产业将会重塑。我们期待拥抱变革，更期待发现应运而生的新的商业机遇。