搜索
查看: 173|回复: 0

[分享] 5G的天线及射频

[复制链接]

132

主题

133

帖子

480

积分

中级会员

Rank: 3Rank: 3

积分
480
发表于 2020-8-12 23:12:46 | 显示全部楼层 |阅读模式
本文章来自网络

5G基站投资占网络总投资约60%,并预期5G基站数量为4G基站约1.5倍:5G 产业链投资跨度长,主要包括网络规划,无线侧、传输网、核心网和网络建设运维等环节。

当中,参考2017年4G投资来看,无线侧(包括基站设备和天线部分)总投资占4G 网络总投资约60%,而技术的更新使得天线和射频器件在无线侧的投资规模将增大,以及价值占比持续提升。与4G基站数量相比,预期5G宏基站数目将达4G基站数约1.5倍;加上由于5G技术度提升,预期5G单基站价值量相比4G基站有所提升,造成5G基站呈现“价量齐升”的发展。

无线射频的简介:无线射频主要由许多个射频器件组成,这些射频器件主要是负责将电磁波信号与射频信号(二进制数字信号进行转换),射频器件组成的部分统称为射频前端(RFFE),并位于天线部分与收发机之间。电磁波信号即天线与天线之间传播的无线电信号,这些信号频率较高,需要做预处理(滤波、移频、放大等),才能作为基带芯片输入端信号;反方向看,基带芯片产生的二进制数字信号也需要进行处理才能转化为无线电信号。按射频前端信号的通路划分,分为发射通路和接收通路:

1) 发射通路的器件主要包括功率放大器(PA)、滤波器(Filters)及天线开关等(RFAntenna Switch)。2) 接收通路的器件主要包括低噪声放大器(LNA)、滤波器、射频开关(RF Switch)及天线开关等。由于5G时代对射频前端的技术需求提升,也带来对射频器件单机价值量提升的机会。

基站天线性能决定通话功能质量,并为基站的重要组成部分:基站天线是基站设备与终端用户之间的信息能量转换器,主要用于发射或接收电磁波,把传输在线的射频信号换成可以在空间传播的电磁波。信号发出过程中,以射频信号经过基站天线转换为电磁波能量,并在预定的区域辐射出去。信号接收过程中,在收到由用户经调制后发出的电磁波能量后,由基站天线接收,并有效地转换为射频信号,传输至主设备。因此,基站天线性能的高低将直接决定移动通话功能的质素。整体来说,

无论是基站还是移动终端,天线都是充当发射信号和接收信号的中介软件。值得一提的是,传统射频信号通过同轴射频馈线传输到天线,由于损耗大,因此,设备商通过将射频模块独立部署,降低了馈线损耗,成为主流方案。

1.jpg


图一:基站天线的演变        图表二:基站的天馈系统


天线行业需求方主要来自运营商和设备商:天线行业的上游生产方面,竞争主要来自设计能力、技术成熟度和经验积累,目前市场化成熟。下游供应方面,主要是通信运营商(中国移动、中国联通、中国电信等)、通信设备集成商(华为、中兴、诺基亚、爱立信等)、以及超大型客户(铁路、电网、政府等)为主。目前,下游运营商和设备商话语权较强,是天线行业最重要的需求方。

天线数量提升,5G使用较高频段,基站数量增加并带动基站天线需求量增长。移动通信从2G发展到4G过程中,每一代制式的升级伴随着频率的提升,由于低频的使用逐步饱和,并从低频往高频段拓展。在积覆相同面盖下,高频段组网所需基站数更多,主要是频率越高、波长减小、传输距离越远,天线传输则损耗越大,接收到的信号功率显著减少,因此频段上移导致基站覆盖半径进一步缩减。三大运营商2G频谱频谱位于1GHz 附近,3G 频谱位于2-2.2GHz 区间,4G 频谱位于2.6GHz。5G 频

谱方面,根据工信部于去年关于5G 频谱的划分,5G 初发展三大运营商频谱主要集中在3.5GHz。基站数量方面,目前,3G的基站数量约2G的4.5倍,4G的基站数量约2G的9倍。由于5G使用高频段(毫米波),单基站覆盖范围也进一步缩小,估算5G的基站数量约4G的1.5倍,(5G的基站数量约2G的13.5倍),因而所需基站天线数量也需同时增加。

天线单价提升,来自技术结构升级:从4G至5G,基站天线的发展以小型化、多频段、高效率的天线仍然是当前天线技术重要发展方向。从2G至5G,天线技术发展,从单极化天线、电调单极化天线、电调双极化天线到多频双极化天线,以及MIMO 天线,以及发展到今天的有源天线,天线的技术和价值持续提升。主要是终端侧信号的接收功率取决于基站天线的发射功率、距离、材料和天线数量。相对4G基站,5G基站采用Massive MIMO技术下,1) 单面天线中从传统的2/8提升至64个、128 个甚至更多的天线振子 (5G时代可能以64T64R 大规模数组天线为主。4G时代,天线形态基本是4T4R(FDD)或者8T8R(TDD));2) PCB 板方面,传统的PCB 板难以满足高频高速的5G信号传输需求,因此需要更高质量的高频PCB 板以应用于Massive MIMO 天线中;3) 滤波器方面,5G 天线发展趋向以天线+滤波器的一体化解决方案。由于5G在振子提升、高端PCB需求、以及天线+滤波器的一体发展,市场预期将从单扇4G天线价格在2,000元提升至5G天线价格在4,000元-6,000元,而3扇天线的总价约1.2-1.8

万元。宏基站的5G天线单价相对4G可提升6-9倍。因此,天线市场规模增长迅速提升。

国内基站天线厂商已拥有全球核心技术:目前,国内天线厂商经过十多年的发展阶段:I) 2000年以前为空白期,天线产业几乎100%依赖进口; II) 2001年至2010年进口替代期,国内天线品牌本土市场占有率从2002年25%提升至2006年90%; 和III) 行业整合期(2011年至目前),受运营商过去5年投资放缓影响,天线行业在激烈的竞争中已进行整合。根据EJL 的数据,国内天线厂商份额占比提高明显,2017 年,在全球宏基站天线发货量为453万中,中国企业占前十大天线厂商半数,发货量占比超过

60%。其中,华为的天线市场份额占比为全球最高,约32%,京信通信占13%,摩比占8%,通宇占比约7%。

5G时代,有源天线的市占率将稳步提升:在4G时代,4G宏基站主要分三个部分,天线、射频单元RRU 和部署在机房内的基带处理单元BBU。在5G时代,5G 网络倾向于采用AAU+CU+DU 的全新无线接入网构架。天线和射频单元RRU 将合二为一,成为全新的单元AAU (Active Antenna Unit,有源天线单元),AAU 除含有RRU 射频功能外,还将包含部分物理层的处理功能。由于5G的频谱提升和频段增多,对容量和覆盖的需求提高,基站天线技术升级,使5G基站天线有源化、小型化和一体化成为未来的发展趋势。相对4G,5G基站天线的优势包括:I) 简化安装,主要是将远程射频模块(RRU,Remote Radio Unit)和天线整合,提升部署效率。II) 网络覆盖性能提升。

随着5G基站天线广泛应用Massive MIMO 技术,有源天线的全球应用将进一步提升。根据ABI数据,2016 年有源天线的市占率为5.1%,将提升至2021年的10.1%。值得一提的是,过往通信运营商或主设备商均以“捆包模式”采购基站天线,因此限制个别基站天线生产商的竞争优势,但目前电讯运营商已采用“拆包模式”来采购基站天线,运营商直接采购模式有助天线厂商深化设备商的合作和提升个天线厂商的盈利。例子通宇通讯通过中兴通讯的5G天线认证,有望与设备商更深入合作。

Massive MIMO 技术将有大幅提升5G对天线需求:由于网络性能和覆盖能力的提升,推动5G 技术大升级,包括:在网络带宽、连接密度、时延、同步、成本和效率上有更高的要求。天线方面,相对2G/3G/4G时代,2G/3G的天线以2端口为主,4G的多频段天线为主。在5G 时代,由于频段升高波长减小,接收信号减弱迫使增加天线阵子数量, 因此, 5G 基站引入大规模数组天线(Massive MIMO) , 即(Multiple-inputMultiple-output,多输入多输出)的选择方案。此外,天线的形式也将由无源转向有源,可实现各个天线振子相位和功率的自我调整调整,提高MIMO 系统的空间分辨率,提高频谱效率及提升网络容量。

2.jpg


图表2:传统网络覆盖与Massive MIMO 天线网络覆盖 图表3:天线和射频单元RRU 合二为一,成为单元AAU


Massive MIMO的简介:Massive MIMO是5G提高系统容量和频谱利用率的关键技术。最早由美国贝尔实验室研究人员提出。MIMO特性方面,在大规模MIMO系统中,基站配置天线数量可达几十个或上百个,现阶段的天线最大也即256个。目前,5G部署的主流应该是64个,或者简化版的16个。(终端天线数目一般会少于8个);因此增强了在基站接收和发送不同信号的能力,大大提高了频谱利用率、数据传输的稳定性和可靠性,也增加了网络覆盖的灵活性,使运营商更可提供不同场景下的覆盖。场景方面,包括:城区热点的容量提升、高楼覆盖以及室外部署宏站提升室内覆盖。值得一提的是,随着使用的基站天线越多,支持的用户越多,要求每个波束覆盖范围越窄,以避免各用户之间的互相干扰,因而为准确判断每位用户的具体位置,所需的技术复杂度也提升。目前,国内5G频谱采用2.6G和3.5G为主流频段,与4G主流部署的2.6G、1.9G、1.8G、2.1G等频段相差不大。因此5G基站数目是4G基站数目约1.5倍。有市场研究,采用Massive MIMO技术,频谱效率比普通宏基站增加3到5倍。

天线振子方面,天线需要通过多个天线振子调整辐射范围:天线振子作为天线的主要组成部分,主要负责将信号放大和控制信号辐射方向,同样可以使天线接收到的电磁信号更强。根据天线的形态,天线振子形态也包括多样,有杆状和面状等。此外,多天线振子的动态组合也可适用于波束赋形技术,从而让能量较小的波束集中在一块小型区域,将信号强度集中于特定方向和特定用户,提高覆盖范围的同时提升用户体验。在4G时代,4G基站中需要使用3根天线,每一根天线中的天线振子数

量约10~40 个。在5G时代,使用Massive MIMO技术一般采用64信道,一个信道需要3个振子。在5G基站中需要使用约5根天线,每一根天线中的天线振子数量约128~256个。因此,5G天线含有的振子数量将大幅增加,也提升覆盖能力。市场份额方面,根据市场报告,2017 年京信通信(02342.HK)市场份额约21%,通宇通讯(002792.CN)市场份额约8%,摩比发展(00947.HK)市场份额约7%。

回复

使用道具 举报

您需要登录后才可以回帖 登录 | 立即注册

本版积分规则

关闭

站长推荐上一条 /1 下一条

Archiver|手机版|小黑屋|RF技术社区

GMT+8, 2020-9-23 05:21 , Processed in 0.055070 second(s), 9 queries , MemCache On.

Powered by Discuz! X3.4

Copyright © 2001-2020, Tencent Cloud.

快速回复 返回顶部 返回列表