5G基站无线射频侧产业链迎机遇

标签:4G5G天线
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5G基站引入大规模阵列天线

MassiveMIMO,即大规模MIMO(Multiple-inputMultiple-output,多输入多输出)技术,旨在通过更多的天线大幅提高网络容量和信号质量,原理上可类比高速公路拓展马路道数来提高车流量。

采用MassiveMIMO的5G基站不但可以通过复用更多的无线信号流提升网络容量,还可通过波束赋形大幅提升网络覆盖能力。

波束赋形技术通过调整天线增益空间分布,使信号能量在发送时更集中指向目标终端,以弥补信号发送后在空间传输的损耗,大幅提升网络覆盖能力。

相比较4G基站,采用支持大规模阵列天线技术的AAU是5G基站成本大幅增加的主要原因。

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天线尺寸与频率相关,5G天线或以64通道为主

根据无线通信原理,为了保证天线发射和接收转换效率最高,一般天线振子的间距必须要大于半个无线信号波长,而无线信号波长与无线信号频率成反比(λ=c/f,其中c为光速,f即无线信号频率),即当信号频率越高,信号波长越小。

未来国内5G频段或以3.5GHz和2.6GHz为主,根据此频段得出半个波长大概是4.3cm/5.8cm。

根据目前的5G测试来看,目前采用64通道的MassiveMIMO技术是各个设备商的主流测试选择。

虽然通道数越多,网络的性能越高,但综合考虑天线尺寸大小/重量、天线性能以及成本因素,目前运营商也在考虑低成本的MassiveMIMO方案—16通道。

我们认为,5G前期如果64通道天线成本未下降到运营商接受的范围内,可能运营商在满足部署和容量的情况下优先考虑16通道方案。

5G 基站架构发生较大变化,天线有源化趋势明显

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。

5G 网络倾向于采用 AAU+CU+DU 的 全新无线接入网构架,如下图所示。

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。

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5G时代,天线通道数增加以及天线有源化对天线设计提出更高要求,小型化及轻量化是基础。

4G时代,天线形态基本是4T4R(FDD)或者8T8R(TDD),根据目前测验的情况来看,5G时代可能以64T64R大规模阵列天线为主。

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通道数同比增加了7-15倍,意味着天线对射频器件需求量同比增加了7-15倍,同时天线无源部分将与RRU合为AAU,都对5G时代天线的体积及重量提出了更高的设计要求。

4G时代,无源天线+RRU重量大概在24-34kg,目前测试中的5GAAU重量大概在45kg左右,重量同比增加了32%~88%。所以在5G天线集成化的趋势下,小型化及轻量化成为天线设计基础。

大规模阵列天线带动射频组件需求量大幅增加

如上文所述,我们预计5G商用宏基站将以64通道的大规模阵列天线为主。天线单元主要包括天线罩、辐射单元和校准网络综合板三个部分。

从当前5G产品的研发现状来看,为实现波束赋形等新技术,我们预计未来64通道的天线阵列将容纳64个功率放大器、64个开关、64个锁相环、64个低噪声放大器和64个滤波器等器件。

我们认为,射频组件需求的提升将大幅提升基站射频行业的市场空间,高度的集成化需求,也将推动滤波器、功率放大器等射频组件工艺进一步升级,产品将更加的小型化。

大规模阵列天线驱动5G天线价值量提升

采用MassiveMIMO的5G大规模天线不仅仅是数量的增加,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适应调整,显著提高MIMO系统的空间分辨率,提高频谱效率,从而提升网络容量。

另外,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。

因此,由于MassiveMIMO技术的采用,导致5G规模阵列天线复杂度的大幅提升,产品的价格也因此而大幅上涨。

与4G相比,大规模阵列天线的价格预计将大幅上升。与市场的普遍认知不同,天线的价格与天线单元数目的多少并非简单的线性关系。

以4G天线为例,近期常用的4通道FDD电调天线售价约在1400元每副,8通道TDD电调天线的售价约为每副2000元,而到了5G时代,据当前实验用5G基站的成本分析,初期64T64R规格的大规模阵列天线的天线单元(上游天线厂商制造部分)每扇区售价较贵,我们预计商用初期天线(AAU中无源天线+滤波器)采购价将达到8000元左右,随着规模量产,我们预计未来每扇区的平均价格有望下降至3500元左右,但相较4G时期的平均天线价格仍然有较大幅度的提升。

5G天线市场空间同比增长124%~324%。假设5G建设周期为2020-2025年,预计建设高峰期(2020-2023年)宏基站天线市场每年空间可达114.2-184.4亿元;相较4G建设高峰期国内平均每年约50多亿元(高峰期4G基站一年建设数为100万站,单幅天线平均价格1700元)的宏基站天线市场,5G市场空间同比增长124%~324%。

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