5G: Explained!
McKinsey＆Company
隨著電信商努力滿足，對增加容量和部署 5G 的需求，網路成本可能翻倍。 他們如何保持利潤？
每一代技術，都為電信業者帶來了新的機會。 但是，當 4G 2009 年推出時，行動電信商並沒有看到，他們從前幾代人那裡，獲得的豐厚回報。 儘管他們在 4G 基礎設施上進行了投資，但收入卻顯示出平穩或溫和的成長。 在 4G 推出後，在包括歐洲和拉丁美洲在內的一些地區，收入甚至下降了。
現在 5G 技術正在測試中，並有望在今年在某些市場推出。行動電信商正在準備和期待。他們知道，這將為從新的 5G 應用案例，和物聯網（IoT）的廣泛採用中，獲取價值提供機會。同時，他們敏銳地意識到，他們將不得不增加對該技術的基礎設施投資。
同時，電信商仍將不得不升級其 4G 網路，以應對不斷成長的需求。在對一個歐洲國家的分析中，我們預測從 2020 年到 2025 年，與網路相關的資本支出，將必須增加 60％，在此期間的總擁有成本（TCO）大約翻倍。
這個難題引發了有關行動玩家投資策略，和未來利潤的重要問題。在本文中，我們將重點介紹實現 5G 所需的基礎設施投資。另一篇文章「網路共享和 5G：孤獨者的轉折點」將關注網路共享，這是一種可以降低成本和風險的投資方法。
電信商何時會在 5G 基礎設施上進行投資？
儘管通往 5G 的許多事情尚不確定，但可以很容易預見到，新的創新案例的出現。
為了瞭解這些將如何改變基礎架構需求，我們將它們分為三類：增強型行動寬頻、IoT ，和關鍵任務應用。這些應用案例要求網路性能，在所有網路參數上，都比當前水準提高 10 倍，這是透過延遲、吞吐量、可靠性和規模來衡量的。
為了到達 5G 那裡，行動電信商必須在所有網路領域進行投資，包括頻譜、無線電接入網路（RAN）基礎設施、傳輸和核心網路（圖1）。
當前的 5G 技術的許多要素，都建立在 4G 網路上，而不是代表一個完整的起點 - 這意味著行動電信商可以採用演進的方法，來進行基礎設施投資。
例如，電信商可以透過重新分配，其 2G 和 3G 頻譜的一部分，來升級其現有 4G 宏網路的容量，或者在可用時，獲取其他頻譜來開始。這樣，他們可以透過演進到 LTE - 和 LTE-Pro 功能（例如 4x4 或大規模 MIMO（多輸入多輸出技術））來延後對 5G 的投資。
對於大多數電信商而言，這種演進的方法，將是自然的途徑，使他們能夠最大程度地減少投資，同時 5G 的增加收入潛力仍然不確定。
當網路升級不再足以支持增加的流量時，電信商將需要建立新的大基地台或小型蜂窩基地台。該時間點會因位置而異，但模擬顯示，大多數電信商，將需要在 2020 年至 2025 年之間，著手進行新的大規模擴建（圖表2）。這種轉變將成為網路成本增加的主要推動力。
基礎架構將如何在跨領域演變發展？
儘管行動電信商將採用不同的方法，進行 5G 基礎設施投資，但我們發現了所有網路領域的一些趨勢。
頻譜競賽將在高頻段和低頻段繼續進行
在許多國家，仍有低頻譜正在低頻段拍賣，但是大多數國家將主要在短期內，將其用於增加 4G 流量。 行動播放器正在測試 3.5G 到 80G 的 5G 頻譜。
但是，大多數公司都將重點放在在短期到中期內獲得 3.5 GHz 頻段，然後是 26 GHz 和 28 GHz 頻段。 （這些頻段將是世界上大多數國家中，第一個要拍賣的頻段。）新頻譜將為電信商提供更大的頻寬，並隨之增加空中容量。 考慮一下歐盟，它現在以 3.5 GHz 的頻率釋，放高達 400 兆赫的頻寬。 不進行收購並繼續依賴傳統頻段的電信商，可能很快會遇到容量問題。
即使引入了新的頻譜，行動電信商也將需要大幅增加其基礎設施投資，以克服某些限制。例如，高頻頻譜提供了額外的容量，但傳播限制更大。對 3.5 GHz 頻譜的試驗顯示，與目前頻譜所見的更大範圍相比，它的範圍在室外下降到約 400米，並且室內穿透力較低。 26 GHz 和更高的頻段，將具有更大的傳播極限。
隨著新頻譜的引入，行動電信商將需要改善無線電介面和天線，以提高新頻譜的效率。隨著手機和流量需求，從傳統 2G 和 3G 轉移出去，電信商可以透過將頻譜，從這些頻段重新分配到 4G 和 5G 來增加容量。電信商的公告顯示，大多數歐洲電信集團計劃，在 2020 年左右，關閉其 3G 網路。在美國，電信商將在 3G 之前停用 2G。
從長遠來看，新頻譜可能會促進擴展採用白牌，進行存取訪問。一旦發生這種情況，電信商將面臨與控制頻譜訪問，相關的其他挑戰。
電信商將轉向小蜂窩解決方案納入城市容量
在某些情況下，在人口稠密的城市地區，由於兩個原因，他們需要依賴小的蜂窩解決方案：以每平方公里的流量負載來換算，較高的流量集中度，以及使用更高的波長（大於3 GHz）。
在最近對歐洲城市的分析中，我們發現，交通密度每年每平方公里， 0.5 PB 以上的基地台的半徑小於 200 米，因此需要小型基地台解決方案。 許多其他主要城市或城市社區，包括九龍、曼哈頓和赫爾辛基，還有類似的人口密度，到2020年，其他一些城市或城市社區也將處於這種狀況（圖表3）。 到2025年，許多主要城市的每平方公里的容量，將達到 1 PB 或 2 PB。
僅光纖傳輸將變得的是必需必要
為了改善傳輸，行動電信商必須進行大規模的光纖化工作。 除了幫助網路滿足 5G 的容量，和延遲要求外，光纖化對於支持城市地區的小蜂窩部署是必需必要。
核心網路將融合
核心網路已經從電路交換和分組交換向融合結構（例如IP多媒體原型（IMS））發展。除了增加容量和功能之外，核心網路還受益於於更廣泛的 IT 進步，例如網路功能虛擬化和軟體 定義的網路。除了允許網路以允許的單位成本提供容量外，這些進步還支持可重新配置性和敏捷性。
基礎設施成本的必然成長
與 5G 不同，與傳統 2G、3G 和 4G 網路相關的成本和投資，將隨時間而變化，並取決於當地條件。 電信商至少有兩個選擇。 首先涉及精益策略，在該策略中，他們優先考慮 5G 投資，以期加速商業前景。 第二種是更保守的方法，在現有網路升級的同時，他們會盡可能延後 5G 投資。
即使電信商延後了 5G 的投資，他們仍將需要增加基礎設施支出，以應對不斷成長的流量。 沒有理由相信，每年 20％ 到 50％ 的歷史成長會改變。 但是，它們可能落在該規模的高端，這會影響投資強度。
在對一個歐洲國家的分析中，這三個電信商都對 5G 投資採取了保守的方法，我們預測，與 2018 年的預期水準相比，2020 年至 2025 年期間，RAN 的總擁有成本將顯著增加（圖表4） 。 例如，在假設年度數據成長 25％ 的情況下，TCO 將上升約 60％。
我們將當前網路，覆蓋範圍的基礎設施成本分為四個領域：對傳統網路的升級，新的大基地台的添加，新 5G 層的創建，以及小蜂窩的添加。 目前，大多數支出用於傳統網路。 但是，隨著電信商在 2020 年至 2025 年之間，透過其他大基地台、小型蜂窩站，和 5G 層緻密化其網路，這些區域將佔總擁有成本的更大比例（圖5）。
行動電信商將需要製訂 5G 策略，以應對這種預期的網路成本成長。 標準措施將涉及節省成本的工作，但它們也將需要探索更多替代方法，例如網路共享（新的 5G 網路的聯合建設）和新的營收模式。
4G 推出僅九年，我們就為下一代做好了準備。 雖然每個技術週期，都為行動電信商帶來了更多機會，但它也需要更多的基礎設施投資。 為了最大程度地發揮 5G 的收益，他們需要了解網路基礎架構，和相關成本基礎，在未來幾年內將如何發展。 有了這些知識，他們將有能力設計，最適合其獨特需求的基礎設施投資策略。
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