理性认知5G:5G引领创新,但4G仍将长期占据主导

  • 来源:未来智库
  • 发布时间:2019/08/24
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报告综述:

未来五年,除北美、东亚和西欧三地快速推进 5G,其他地区仍处在向 4G 全面快速升级阶段,预计新增 4G 用户翻倍,移动流量增长五倍,全球将 呈现 4G 和 5G 共同发展的双主线,总开支将超越前一阶段的高位,时间 跨度空前拉长,对产业链带动明显。国内将是基站射频天馈的制造重心, 将持续受益于海外 4G 总规模大幅增长,和 5G 庞大增量带来的新机遇。

未来五年,发展中市场将经历向4G全面快速升级,4G开支保持高位。直 至 2025 年,4G 网络承载的蜂窝连接将从40%升至 60%,此间北美、东 亚和西欧三地快速推进 5G,届时 5G 新承担 20%左右连接,因此新增 4G 用户主要来自三地外的发展中市场。根据测算,2018 年非中国市场 4G 用 户数总计22.5亿户,到 2024 年这些地区将新增 4G 用户22.44亿户,同 时移动流量总量将从 2018 年的 11.3EB/月提升至2024年的 63.3EB/月, 增长接近 5 倍,将形成对 4G 的空前需求。比照 2018 年之前的海外建设节 奏,我们预测到 2024年海外将新增 4G 基站 370 万站,国内将新增130万站。全球整体 4G 投建规模将延续近五年的高位,将为设备商和产业链 带来可观机遇。

射频天线是基站的核心,价值占比最高,是产业链终受益最明显的部分。 射频与天线是承接数字信号,并转换为电磁波发射到空口的部分,也是设 备商技术壁垒的核心,直接决定了产品的竞争力,由于功料集中、技术密 集一直是基站价值占比的重心。海内外基站售价和各部分比重你差异较大, 总体上海外产品价格相对友好。我们预计,直到 2024 年全球射频天线总 规模累积将超过 2000 亿元,超过了比肩 2009 到2018的总体量。其中国 内厂商已经能够完成一体化双工器和绝大多数射频分离器件的研制,竞争 格局以国内头部厂商占据主要份额,在天线领域国内厂商也是十强有五, 制造技术成熟度高,规模成本优势将持续发挥,在新一轮海内外 4G 建设 带动下,受益将十分明确。

5G将带来重大技术变革,并打开产业新空间。未来五年,全球移动网络设 备将迎来发展中市场的 4G 全面快速建设和北美、东亚与西欧的5G网络渗 透率快速提升的两条趋势性主线。在有成熟的 4G 产业链作为基本盘的前 提下,5G 设备产业链也将迎来重大技术变革和规模庞大的产业空间。Mas sive-MIMO 在 5G 中的普及,对射频器件和天线小型化、轻型化和高度集 成提出了空前要求,华为首倡的有源天线 AAU 方案,将天线振子和介质波 导滤波器集成到高频PCB板,带动整套产业链从材料、工艺到生产制造发 生重大变革,传统厂商同时迎来挑战和机遇。由于批量稳定供应门槛较高, 和设备商对供应体系均衡化策略,预计竞争格局成熟后会有 5 家左右头部 厂商,且以国内为主。在4G有供应能力的厂商将更有希望跻身电信网供 应链,在 5G 投资规模和周期跨度持续强化的背景下,迎来新的时代机遇。

报告内容:

全球 4G 将保持大幅投入,与 5G 形成双主线

4G已是蜂窝通信主导制式,从全球范围来看将长期主导。2018 年 4G 连接数超过 2G 的庞大存量,以40%成为全球占比最高的移动通信 技术,支撑了约 33.5 亿的蜂窝连接(不包括蜂窝 Iot)。根据 GSMA,4G 连接占比从此将开始持续走高,预计到2023年有望支撑超过 52 亿的蜂 窝连接,总连接数中占比将高达 60%。其后虽有 5G 的异军突起,4G 连接占比依然会维持在 55~60%之间,从全球范围来看将长期处于主导 地位。

理性认知5G:5G引领创新,但4G仍将长期占据主导

4G连接数和占比的快速提升,主要力量源自发展中市场。2019 虽 然是 5G 开局之年,但大规模投入仅限于部分先发市场,全球范围的连 接数和占比将长期处于爬坡阶段。根据 GSMA,在 2015 年 5G 全球连 接占比才可能升至15%,2G 和 3G 尚存在较大的替代空间,故 4G 连接 将依然维持高位。2019年 4G 将支撑 37 亿左右的蜂窝连接,总连接数 占比约为 44%,其后仍将保持连接数和占比的快速增长,其中主要贡献 将来自于发展中市场。相比于市场导向和投资能力超前的北美、东亚和 西欧,其他地区将权衡成本和效益,将 4G 作为组织蜂窝网络的主流制 式。

2019年起,蜂窝连接将呈现 4G 和 5G 渗透率同时提升趋势。全球 网络升级步调并非完全一致,将呈现出 4G 和 5G 同步升级的两条主线。 大规模部署 5G 的国家主要集中在北美、东亚和西欧,五年后 5G 渗透率均将超过 40%;其他地区的 5G 渗透率到 2024 年仍将在10%以内, 而 4G 渗透率均将出现大幅提升,成为主导通信制式。

根据 Ericsson 对具体区域的分析,南亚地区 4G 连接渗透率将从38%上升到 82%;中东和非洲的4G连接渗透率将从 13%上升到 37%;东 南亚和大洋洲的 4G 渗透率将从 26%上升到 63%;中欧与东欧的4G渗 透率将从 37.5%上升到 72%;拉丁美洲的 4G 渗透率将从 42%上升到 74%。几个区域的 4G 渗透率大都出现了翻倍以上的提升。

作为先发国集中的区域,东北亚、西欧和美国的 5G 连接渗透率在 2024 年将分别达到47%、40%和 63%,是带动 5G 投资的主要力量。 总体上看,在两大梯队的带动下,全球移动网络将呈现 4G 和 5G 共同 升级的格局。

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理性认知5G:5G引领创新,但4G仍将长期占据主导

4G用户数未来五年将翻倍以上增长,新增用户主要来自发展中市 场。2018 年 4G 用户数总计 37.1 亿户,全球移动用户数约 83.5 亿户,4G占比为 44.43%;预计 2024 年全球移动用户数为 92.3 亿户,4G 用 户数预计为 52.21 亿户,占比达到56.56%。特别注意到,除去北美、 东亚和西欧,其他区域的 4G 增长用户数为 22.44 亿户。新增4G用户 的体量占到 2018 年已有体量的 60.49%。

过去九年海外 4G 建站规模占比偏低,投入保持平稳波动。4G 网络 从 2009 年全球首开商用,直到2018年九年间全球累积建站 685 万站, 其中绝大部分由中国投建,从 2014 到 2018 五年间中国建站478万, 规模占比约为 70%,全部海外市场建站 207 万。海外投资节奏相较于国 内更加平滑,自 2013年后在移动互联需求带动下,每年整体规模水平 站上新台阶,近两年保持在 40 万站/年以上。

理性认知5G:5G引领创新,但4G仍将长期占据主导

未来发展中市场新增 4G 用户数将大体与 2018 年之前的 4G 用户体 量相当。除去中国市场影响,在 2018 年之前海外累积建 4G 基站207万,这些基站支撑的非中国市场 4G 用户规模约为 22.5 亿户。如前所述,2024年全球 4G 用户约为 52.21 亿户,扣除掉东亚、北美和西欧三大区 域的新增用户数,其他地区的新增 4G 用户数为 22.44 亿户。这意味着, 此后五年内,发展中市场新增 4G 用户的体量,将等同于近五年海外整 体的 4G 用户量。

4G用户数剧增的同时,移动流量需求还在迅速攀高。移动互联虽 然步入后半场,但各项业务对于体验的要求还在持续升级,云平台向各 项业务渗透,在减轻终端运算存储负担的同时,加大了对空口无线数据 的传输要求。

整体上,全球各地对移动流量的需求将保持飞速攀高。相比较先发 市场而言,发展中市场的流量增速体现得更为强劲:预计到2024年, 拉美地区将以 37%的复合增速提升到 8.9EB/月;中欧和东欧将以 35% 的复合增速提升到 7.4EB/月;东南亚和大洋洲将以 37%的复合增速提升 到 16EB/月;南亚地区将以 23%的复合增速提升到16EB/月;中东和非 洲将以 42%的复合增速提升到 15EB/月。除北美、东亚和西欧之外,发 展中市场移动流量总量从 2018年的 11.3EB/月提升至 2024 年的 63.3EB/月,增长接近 5 倍。

发展中市场新增 4G 用户数翻倍,移动流量总量增长 5 倍,对 4G 网络建设提出了持续性的新建需求。2018 年前,非中国市场以207万 LTE 基站支撑了 22.5 亿户 4G 用户;未来 5 年,发展中市场要再新增支 撑 22.44 亿户,且流量整体增长了 5 倍,从覆盖和容量两方面考察,新 增 4G基站数保守预计都不应当低于原有的基站规模。从这个角度来看, 海外 4G 基站建设总体上将延续 2017 和2018年来的高位。

理性认知5G:5G引领创新,但4G仍将长期占据主导

理性认知5G:5G引领创新,但4G仍将长期占据主导

国内外 4G 基站定价存在明显差异,海外采购价格稳定偏高,为设 备商和上游带来可观空间。国内近五年 4G 集中规模建设,运营商对网 络设备集采定价环境不同与海外市场。从产业调研情况看,但基站的平 均价格在 6 到8万人民币之间,包括了硬件费用和能够投入使用的基础 软件费用,其中硬件相关的价值空间约占到50~60%。海外定价更加市 场化,价格相对友好,4G 基站平均单价约在 10 万元以上,其中硬件相 关的价值空间约占到 25~35%,为设备商和产业链上游提供了可观的价 值空间。

我们预计,从 2019 到 2024 年全球将新建4G基站数约为 500 万站, 其中海外市场约 370 万,国内市场约130万。海外市场方面,以基站平 均单价 1.5 万美元计,5 年中设备商累积4G口径收入约为 555 亿美元, 平均每年 4G 设备规模约在92.5亿美元。也就是 4G 设备累积收入约 3885 亿元,年均647.5亿元。国内市场方面,以基站平均单价 6.6 万元 计算,2019 到 2024 年设备商累积 4G 口径收入为 858 亿元,平均每年 收入 143 亿元。

综合分析,从 2019 到 2024 年全球 4G 设备将带来上游产业链累积 4743 亿元的规模,年均约790亿元;而 2014 到 2018 年国内 4G 建设 为设备商带来的收入约为 3086 亿元,年均617亿元。可见持续中的全 球 4G 建设为设备商带来的规模效应还在创出新高,属于未被完全消化 的行业趋势,值得重视!

射频天线是基站价值链重心,国内厂商受益明确

射频和天线是基站核心部件,价值量占比最高

射频器件广泛应用在基站各部分,是基站价值量的核心。射频(Radio Frequency)包括非常多的器件,从逻辑功能上看,射频子系 统位于 BBU 与天线之间,是基站的核心,也是无线设备商的真正壁垒所 在。它将数字基带映射到无线电波上,实现了:1、发射过程中,根据指 令将源自 BBU 的数据信号转换成高频无线电磁信号交由天线发射;2、 接收过程中,根据指令将由天线获取高频电磁信号,并转换成基带数据 信号传递给 BBU 处理。

图中滤波器选择特定频率的射频信号,用来消除干扰杂波,让有用信号尽可能无衰减的通过,对无用信号尽可能的衰减。双工器由一个接收端滤波器和一个发射端滤波器组成,实现收发共用同一天线。双工器是用以把通话双方信号分离、滤除干扰和杂波的关键部件,确保在极其拥挤的电磁波环境中,能清晰听到对方的声音,无需对讲切换。合路器主要用途为将两路或多路输入信号合并成一路,用于增加发射信道数,扩大通信容量。

基站接收信号的上行通路:由主集(RXA 与 TX 构成)天线和分集(RXB)天线接收到手机的发射信号后,经塔顶放大器放大后传送给机 房内的一体化双工器,信号通过双工器中滤波器滤波后经 RXA(上行通路的接收端口)和RXB(上行通路的分集端口)送入低噪声放大器进行 放大,然后经 RF/IF 变频器将射频信号转换成中频信号并送解调电路进 行数据(Data)解调,数据流通过基带处理电路处理后由双绞线(E1)、 微波传输室外单元(ODU)或光缆传送至交换处理设备。

对于基站发射信号的下行通路:由交换处理设备送来的信号经基带 处理电路处理后传递给调制器进行信号调制,完成调制的中频信号经 IF/RF 变频器进行频率搬移,变换成射频信号后由功放进行放大,合路 后经 TX(下行通路的发射端口)送入一体化双工器中的发射滤波器滤波, 然后经告警检测电路、与其他载波合路后送往天馈系统进行信号发射。 不同基站的射频子系统也可复用同一套天线。

理性认知5G:5G引领创新,但4G仍将长期占据主导

理性认知5G:5G引领创新,但4G仍将长期占据主导

射频子系统是呈现给设备商的最终形态。将各类射频器件集成功能 完整、性能优异的射频子系统,局部的组合为系统的配置提供了极大的 灵活性,每种组合都是按系统要求优化设计,以确保最佳的高频电气性 能。如将低噪声放大器集成在双工器中,除了结构紧凑、性能稳定外, 由于减去了系统构成中的高频互连电缆,系统噪声系数降低,满足了某 些高要求的应用需求;定向耦合器与双工器的集成,可以满足高精度驻 波检测需求。典型的射频子系统外观图如上:射频子系统除包括滤波器、 双工器外,还包括隔离器、功分器、合路器、耦合器、驻波比报警器、 低噪声放大器等部件。

海内外市场 4G 基站各部分比重差异较大,但射频天馈总是价值量 最大的部分。国内由于三大运营商相对独立的集采体系,单价偏低,权 重主要集中在射频天馈和基带数字处理两部分,占比分别为 59.09%和 15.15%;基础与可选软件服务通常以定价的方式收取,占比约为 15.15%, 与基带数字部分价值量相当;辅料占比约为 9.09%。

海外市场对 4G 基站采购偏市场化,重视商务效益和可持续性,4G 基站单价较高,且给予了软件服务更高的比重,约为 38.1%;硬件部分 的相对比重下降,但价值量其实略有提升:射频和天线占比约为 40%; 基带数字处理约为14.29%,辅料占比约 5.71%。

上述衡量的是能投入使用的基站加基本软件服务的报价结构。由此可见,对于海外市场给予基站的溢价,大部分归属进入设备商,弹性体现在了软件服务上,但是不论海内外市场,射频和天线的价值量没有受到影响,且在好的商务环境下,售价可能更高。

理性认知5G:5G引领创新,但4G仍将长期占据主导

理性认知5G:5G引领创新,但4G仍将长期占据主导

射频子系统内价值重心在双工器(含滤波器)和功率放大器。参见 射频子系统处理框图,独立的三大部分为:一体化双工器、功放阵列与 IF/RF 变频器。其中一体化双工器通常集成了功率检测与驻波报警、滤 波器组和低噪声放大器;而功放阵列包括发射方向上的多个通道放大器, 对设计、材料和加工要求极高。在射频天馈总量里,射频子系统 RRU 价值占比约为 85%,天线约为 15%;一体化双工器和功放阵列两大部分 占据了 RRU 的 8 成左右的价值空间,变频器和其他分离器件约占 2 成 左右。

全球未来五年 4G 建设量有望比肩过去五年的建设水平,其中海外 市场将是主导力量。预计未来五年全球 4G 建设总量约为500万站,其 中海外约为 370 万,占比约为 74%,是拉动 4G 需求的主要力量。海外市场基站售价差异较大,但基本保持在 10 万元以上,假设平均为 1.5 万美元一台,则设备商收入累积将达到555亿美元,约合 3885 亿元。 结合之前对设备各部分价值比重的分析,射频天馈部分累积将为 222 亿 美元,约合 1554 元;其中一体化双工器总空间约 538 亿元,平均每年89.67亿元;变频器与独立器件价值空间约为639亿元,平均每年 39.83 亿元。由此推算,国内射频厂商能够介入的器件领域,海外每年平均约 为 130 亿元。

国内 4G 新建规模逐年缩减,预计未来六年国内4G建设总量约为 130 万站,经过多年的商务沉淀,国内集采平均价格基本稳定在 6 万到 7 万/台,假设平均 6.6 万元一台,则设备商收入累积将达到858亿元。 结合之前的价值比重的分析,射频天馈部分累积将为 507 亿元;其中一 体化双工器总空间约 175.52 亿元,年均 29.52 亿元;变频器与独立器件 价值空间约为 78 亿元,年均13亿元。由此推算,国内射频厂商能够介 入的器件领域,国内市场每年平均约为 42.52 亿元。

总体上,未来六年,国内射频器件厂商能参与竞争的全球市场规模, 年均约为 172.52 亿元,依然处在全球 4G 快速扩张,连接渗透率大幅提 升和承担主体流量的周期内。海内外新建 4G 基站规模依然十分可观, 且海外占比高企,为设备商和上游产业链创造了难得的时代机遇!

传统射频器件工艺成熟,国内已成为全球制造重心

国内射频厂家基本能完成 4G 基站绝大部分器件的加工制造。国内 射频器件厂家通常能够完成包括:滤波器、双工器、合路器、耦合器、 功分器和底噪放大器等器件的加工和制造,并同时具备子系统的集成和 调适能力。射频器件的上游包括铝、银、铜等金属原材料和机械、电子 元器件。射频器件生产需经过压铸、机械加工、表面处理和电装等多个 环节,各产品的工艺流程相似,生产线设置也基本相同。通常射频器件 厂家能够根据不同产品、不同型号的设计标准、质量要求和结构特点, 调整某些具体的操作工艺,但其基本流程相同。

射频器件依据设备商设计规格,高度定制化,对供应商的综合制造能力要求极高。产品要求设计与实际制造工艺的高度结合,研发和设计能力须与制造加工工艺相匹配。研发人员不仅要精确地把握电磁波的原理及其产生和传递的规律,更要理解电磁通路中对各种金属元器件的具体要求,并在对产品使用场合和应用环境深入了解和分析基础上进行建模仿真以达到产品的最优化设计。因此,射频器件的研发、设计融合了电气工程、电子工程、电磁学、材料工程、机械工程等学科领域的多种关键技术。

本土厂家有较强的产业基础,在制造成本优势下,中国已经成为 4G 基站射频器件的主要制造重心。4G 基站的绝大部分射频器件制造(除 功放阵列)经过长期商用铺垫,已经十分成熟,供应链体系完备,技术 和商务上也累积了丰富的经验,叠加国内制造业优秀的成本控制能力, 已经成为全球4G基站设备器件的制造重心,设备龙头的器件定制、系 统集成和采购主要与本土厂商合作,在4G建设高位持续的背景下,本 土厂商将持续受益。

本土天线厂商实力领先,竞争优势有望强化

4G天线可以不依附于设备商而独立应标,具备较高技术含量和附 加值。天线主要分为室外基站天线和室内分布天线等,室外基站天线安 装在铁塔上,提供特定波束的电磁辐射为移动网络形成覆盖,根据辐射 电波形状不同可分为全向天线、单极化定向天线、双极化定向天线、电 调天线等,具有较高技术含量及附加值。

室内分布天线安装在室内建筑、隧道等移动通信信号盲区,用以网络覆盖优化和增强,主要有吸顶天线、壁挂天线等,具有个头小,使用灵活,隐蔽性好等特点。室内分部天线一方面通过楼宇内分布天线,将移动通信信号通过天馈线传输到楼内各个角落,同时通过加装干线放大器,弥补因馈线损耗损失的能量,扩大覆盖范围;另一方面室内分布天线可以有效吸收室内话务量,分担室外基站话务负荷。

天线与 RRU 之间采用公开接口,因而天线厂商可以依据接口规范独立进行设计和制造,运营商也可对天线进行独立招标,因而不必然承受设备商的议价,具有较强的自主性。由于涉及电磁传播和材料工艺,天线研制对时间积累要求较高,从而具备较高附加值。

国内天线厂商从 3G 时代开始突破,如今中国已成为全球天线制造 的产业重心。3G 时代,三大运营商拆包集采天线,国内厂商开始突破, 当时 Kathrein 与 Andrew 合计占到全球天线市场79%,国内仅有京信通 信占比 9%。随着诸多独立厂商参与,国内无源天线在LTE中逐步完成 了自给。2015 年全球基站天线 OEM 发货量为 486.56 万,前十厂商中 华为、京信、摩比、通宇和烽火占据五席,国内已成为全球天线制造的 产业重心。

随着一大批本土天线厂商涌现、设备商也主动参与到天线制造中, 同时海外大厂持续分化整合,行业格局发生了彻底的变化。2004 年华为 收购瑞士 HUBER SUHNER 的基站天线业务,将其作为战略方向,2012 年借助自身 3/4G 无线产品,华为的天线业务也乘势而起,短短6年内 成长为全球第一大基站天线厂商,2017 年全球占比超过 30%。

2017年全球宏基站天线发货量为 453 万,考察品牌占比,华为占 32%、京信为13%、摩比为 8%、通宇占 7%,中国天线产品发货量超 过 60%,十强有五,技术实力和品牌价值持续提升。目前国内主要天线 厂商都已经具备供应 4G 产品的完整能力,随着 4G 海外市场的兴起, 国内天线厂商将有望保持营收规模的高位。

结合之前分析,我们认为 2019 年后 LTE 全球强持续高规模投入, 增量主要来自海外市场,品类结构上 C 频段和高频段天线占比将提升。 目前国内集采天线平均价格为1000到 2000 元区间,考虑到海外市场单 价偏高,预计全球 4G 天线年规模在 56 到 40 亿元价值空间。相对集中 的是市场格局将会使国内龙头厂商持续受益。

理性认知5G:5G引领创新,但4G仍将长期占据主导

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理性认知5G:5G引领创新,但4G仍将长期占据主导

5G引入技术变革和庞大增量,带动产业高景气

国内运营商无线业务开支占比稳步提升,在 5G 有望保持较高水平。 未来几年全球5G开支和网络建设主要由国内市场带动,考察近年国内 无线业务,呈现出显著的周期性起伏:从运营商披露的开支结构看,在 2013 年无线比重仅为35%左右,而后伴随 4G 投入连上台阶,2016 年 比重已站上 53%,我们预计后续无线比重将不低于50%,且有望进一步 提升到 55%左右。因为局房土建布局已有相当基础,设备投资集中度提 升,5G建设初期国内无线开支将以 5G 网络为重点,伴随 4G 延续性投 入。

进入 5G 阶段,无线开支有望重现向上周期,且总规模和时间跨度 将明显超出 4G。国内无线开支有望启动和4G类似的快速拉升周期,预 计从今年的近 1500 亿元逐步攀升,到 2023 年有望达到近2500亿元, 2019 到 2023 年无线总开支规模有望超过10000亿元规模,超过 2013 到 2018 年总无线开支口径8190亿元大约 23%。预计期间面向 5G 的开 支将占绝大多数,对于国内5G无线设备产业链带动效应十分明显。此 外考虑到还存在对 4G 网络的持续优化,预计总无线开支可能会在 1 到 1.2 万亿元之间。

理性认知5G:5G引领创新,但4G仍将长期占据主导

理性认知5G:5G引领创新,但4G仍将长期占据主导

5G基站单价在较长时间内将明显高出 4G,实际单价和成本结构可 能和预判存在较大差异。产业链虽然在迅速成熟,部分器件单价出现了 快速下降,但国内 5G 设备单价仍将明显高出 4G。我们判断,即使到价 格均衡阶段,5G基站单价预计也可能高出 4G 基站一倍。由于产业链变 化较快和成本结构不透明,实际情况和预期可能出现较大差距。

其中射频天馈的比重较 4G 明显提升,包含硬件 License 之后约占 到设备比重的 80%甚至更高,主要因为 Massvie-MIMO普遍引入,射频 通路大幅增加,导致的器件数目倍数级增长和单品技术水平提升;数字 处理部分权重略有降低,预计占设备总量的 15%左右;辅料比重进一步 下降,总成本占比约为 5%。综合判断,我们认为国内 5G 未来几年对射 频天馈部分约提供了 1500亿以上的总规模,年均约 300 亿元。

国内 5G 基站将以 Massive-MIMO 为主,以期在三年左右形成全国 性广覆盖。大规模 MIMO 在国内渗透率从开始就保持高位,我们认为, 5G 建设启动后有望占据 60%到 90%的比重,从调研情况看 5G 大规模 天线技术目前以 64T64R 为主,未来有望达到更高规格。如此高密度的 射频通道意味着采纳轻型化和小型化的 AAU 方案更具确定性。在同时满 足高频率、高功率和低损耗的要求下,介质波导滤波器较金属腔体滤波 器有明显的轻型和低成本优势,未来将是射频天馈一体化趋势下,将成 为滤波器的主流形态。

射频天馈一体化趋势,驱动核心器件形态发生重大变迁。传统滤波 器一般由金属同轴腔体实现,金属同轴腔体由于材料损耗等原因,在腔 体尺寸压缩到 10cm 尺度的情况下很难取得合乎要求的 Q 值,而 5G 频 带密集,不同频带的滤波器需要高带外抑制来实现兼容,金属腔体滤波 器很难实现这一目标,其他性能指标也会因为小型化而出现下降,此外 金属材料在重量和成本方面也很难以适应 5G 新需求。

欧日方面率先采用高 Q 值的介质材料部分替代金属制作腔体滤波器, 能满足低损耗、高抑制和较好的温漂特性,功率容量和互调性也有了改 善,一度成为滤波器发展新方向。但如果要实现高Q值的谐振腔体,介 质腔体和金属腔体相比并无太大优势,而且随着金属表面处理和谐振杆 的优化,金属腔体在抑制、损耗和成本等方面也有了明显提升,总体上 介质腔体相比金属腔体滤波器综合优势已不明显。

理性认知5G:5G引领创新,但4G仍将长期占据主导

理性认知5G:5G引领创新,但4G仍将长期占据主导

理性认知5G:5G引领创新,但4G仍将长期占据主导

介质波导滤波器将成为 5G 射频的主流器件。介质波导滤波器在高 抑制、高功率容量和低损耗等方面,比金属与介质腔体滤波器有明显优 势,已成为适配 5G 需求的实际形态,所有采纳一体化射频天馈方案的 厂商都在加强布局介质波导滤波器,着力培育供应商能力和体系化供应 水平,以适应 5G在组网和大规模天线技术上的挑战。

介质材料的介电属性决定器件性能,在波导传播条件下,对材料配 方和稳定性要求很高,按照设计压铸成型后,由于不同批次原料的差异 和加工误差,后期再加工和调试过程比重也会加大,因而形成达标产品 会对厂商的材料到制造一体化能力提出高得多的要求。日本一批领先器 件厂商在新产能布局上趋于保守,同时认为在波导滤波器方面对中国企 业已具备大幅领先优势,因此相关产业的重心已经转向了国内。

射频天馈一体化方案提升了设备商产业把控力和议价能力,核心器 件在成本结构中地位会更加突出。5G 使用大规模天线技术后,频点大 幅增多,输入输出形成多个小功率的频率分量,这种情况对天线增益影 响很大,所以在5G 射频中引入了在单振子或振子组后分别滤波的方案。 以目前出货的机型来看,常见一个射频通道对应一套滤波器,连接在三个振子之后,这样的连接方式极大扩充了对介质波导滤波器和天线振子的需求。

以国内采纳的 64TR 的大规模天线基站为例,假设该形态基站数累 积达到 200 万站,全部采用射频天馈一体化方案,则单扇面有 64 个射 频通道,三扇区累积为 192 套波导滤波器,200 万基站共计3.84亿套波 导滤波器,将形成非常庞大的需求。由于批量稳定供应门槛较高,市场 格局成熟化之后,也将出现份额5家左右头部供应商集中的态势。和 4G 类似,规模化和技改带来的成本优化,将使企业保持较好盈利能力,相 应的头部供应商有望长期充分受益。

华为的 AAU 方案已成为事实上标准,对天线产业地位有所削弱。3G时代,为节省机房内槽柜资源,华为提出远端射频单元 RRU 方案, 开创了如今广泛使用的分布式宏基站形态。4G 建设需要在已有的 2/3G 基础上增量部署网络,对抱杆的天面空间和承重形成了更大压力。根据 华为结论,一二线城市 50%左右站点的天面空间拥挤,已无法新增天线, 针对该痛点,华为提出了集成射频与天馈的有源天线单元 AAU 方案。

虽然初衷是为了节省部署空间,但在面向 Massive-MIMO、3D BeamForming 和软件无线电等技术上 AAU 的优势进一步强化。事实上, 对于 8TR 以上的天线阵列,AAU 几乎成为了必然选择,其在抱杆承重 和面积限制上具备其他方案难以比拟的商务优势。

作为高度集成化的产品,AAU 对内部有源模块的可靠性要求极高, 该部分的设计是设备商技术核心。华为起步最早,其 AAU 产品已在 LTE 中进行了商用,经验证AAU方案可使网络容量增益达到 70%甚至更高。 在 5G 阶段,大规模天线技术大量普及,各家厂商也都启动了AAU的研 发,在未来将成为事实上的标准。此过程将使天线形态将演变为振子, 从接口独立的产品成为了系统中的配件,产业地位有所削弱但需求数目

理性认知5G:5G引领创新,但4G仍将长期占据主导

理性认知5G:5G引领创新,但4G仍将长期占据主导

伴随 5G 渗透率提升,未来有源天线出货占比将持续提升。截至 2016 年,全球120个运营商已经部署了有源天线。作为大规模天线技术普及 的基础,AAU 的渗透率将稳步提升。据 ABI Research 统计,2016 年有 源天线的发货占比为5.1%,到 2021 年有源天线的比例将达到10.1%。 随着在包括 5G 和 4G 中有源天线商务优势的显现,我们认为实际占比 很可能超过这一数字。

AAU中由于天线与射频间一体化设计,天线厂商只能作为主设备的 组件供应商,因此在产业地位上,主设备商议价能力将明显提升,但更 有益于本土天线厂商供应规模向上。在 5G 后期小基站渗透率爬升,基 带与射频功能将有望在一体化芯片中实现。在小基站整机设计制造方面, 越来越多天线厂商正借助技术和解决方案上的优势,向小基站研制方向 发展。

本土企业乘势积极发展,加速孕育核心竞争力:略

……

(报告来源:中泰证券;分析师:吴友文、易景明)

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(本文仅供参考,不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息,请参阅报告原文。)

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