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股市分析:5G渐行渐近,不可忽视的无线侧投资机遇!

来源:华讯财经 编辑:华讯编辑 时间:2019年01月11日 03:47:17

原标题:股市分析:5G渐行渐近,不可忽视的无线侧投资机遇!

5G渐行渐近,不可忽视的无线侧投资机遇

我们预计5G投资规模相比于4G将有比较大的提升。 2009-2013年是我国3G网络建设周期,资本开支呈上升趋势,三大运营商 CAPEX合计投入15878亿元,年平均投资额为3176亿元;2014年,进入我国4G快速建设周期,投资额逐年快速提升,截止2017年三大运营商4G累计CAPEX投入14593亿元,年平均投资额为3648亿元。5G因支持更多场景,生命周期会长。根据信通院测算,我国5G在商用后的第四年(2023年)网络设备支出达到最大,之后开始下降。如果考虑更长的生命周期,预计5G建设周期的十年内,运营商用于网络设备的支出将达到2.64万亿。

5G技术变革推动无线侧技术大升级

网络性能和覆盖能力的提升,推动5G技术大升级。根据我们11月22日发布的年度策略报告《5G的元年与进击的流量》,5G将在网络带宽、连接密度、时延、同步、成本和效率上有更高的要求,这些需求将推动无线侧进行技术大升级。无线侧主要变化有:1)5G空口需引入大规模阵列天线技术(Massive-MIMO);2)基站架构发生变化,天线有源化趋势明显。

1)5G基站引入大规模阵列天线。Massive MIMO,即大规模MIMO(Multiple-input Multiple-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Massive MIMO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。

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频段室外覆盖或以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64T64R的Massive MIMO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Massive MIMO方案—16T16R。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。

2)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。AAU将主要部署在室外塔站上,采用光纤直连拉远的形式与DU(Distributed Unit,用以实现基带处理的大部分功能,以及部分L2层功能)连接。

介质滤波器级或为5G基站滤波器主流方案

滤波器是信号的过滤器,射频单元核心器件之一

滤波器是射频单元核心器件之一。随着移动基站支持的网络频段越来越多,滤波器成为射频模块中不可获取的一部分,天线会将所有能接受到的频段信号都送往射频前端模块,但我们只希望选择特定频段的信号进行处理,这时候就需要滤波器来消除干扰杂波,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。

陶瓷介质滤波器或为5G基站主流方案

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。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,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。

5G或以陶瓷介质滤波器为主。3/4G时期,金属滤波器凭借成熟的技术以及良好的性能成为那个时代的主流技术方案,进入5G时代设备商以及天线厂商也在研发小型化金属腔体滤波器来满足5G需求。根据草根调研,按照单通道计算,小型化金属腔体滤波器的重量平均比介质滤波器重20%左右。正如上文所说,未来5G基站对器件的小型化及轻量化越来越重视,陶瓷介质滤波器在满足性能的前提条件下,凭借轻量化、抗温漂性能好以及小型化优势成为主设备商主要选择方案之一。考虑中国移动未来5G建设会基于2.6GHz频段,2.6GHz 16T16R天线单通道功率要求相比3.5GHz频段64T64R天线更高,此时小型金属腔体滤波器更占优,因此2.6GHz频段下有部分天线会选择小型金属化腔体滤波器。

介质波导相比介质腔体性能更好。陶瓷介质滤波器技术方案主要有介质腔体(Monoblock)和介质波导(Waveguide)。因为介质腔体方案承受功率较小,性能相比介质波导差,目前陶瓷介质滤波器主流技术方案为介质波导。

陶瓷介质滤波器性能由粉体配方及生产工艺决定。陶瓷介质滤波器性能主要由以下几个因素决定:

1)品质因素Q:Q越大,则滤波器插入损耗越小,意味着选频特性越好,成本越低;当插入损耗为1dB,则信号功率被衰减20%,当插入损耗为3dB,则信号功率被衰减50%;

2)介电常数εr:介电常数越高,有利于器件的小型化、集成化;

3)谐振频率温度系数tf:通信器件的工作温度是不断变化的,温度变化同样会引起谐振频率变化,该系数越小则温漂引起的谐振频率变化越小;

陶瓷介质滤波器上游材料主要有二氧钛(TIO2)、氧化锆(ZrO2)、氧化铝(AIO3)、碳酸钡(BaCO3)等,陶瓷介滤波器所需原材料量占整体上游原料比例较小,因此这些原材料采购方便。根据产业链调研,原料合成即陶瓷介质粉体材料配方是决定滤波器性能好坏的关键因素之一,同时介质滤波器生产过程中需尽力控制工艺以制出杂质少、缺陷少、晶粒均匀分布的陶瓷,因此陶瓷介质滤波器性能由粉体配方及生产工艺决定。

5G规模建设期滤波器市场规模大幅增长

4G时期中国移动最先发力,发牌后第一年为其建设高峰。根据三大运营商财报数据,到2017年底,中国移动拥有4G基站187万站,中国联通拥有85万站,中国电信117万站,合计共389万站。在4G发牌(2013年12月)之时,4G产业链已经基本成熟,因此在发牌后,运营商能够迅速展开4G基站的大规模建设。从建设节奏来看,中国移动发力最猛,在4G发牌后约一年的时间,已建成约77万站的4G基站,2014年也成为其4G基站建设的高峰年,当年建成约50万站;中国电信居次,14年底建成18万站;同期,中国联通建成4G基站约9万站。

联通和电信的建设高峰年出现在2016年。2016年,中国联通建成4G基站约34万站,中国电信建成38万站,均为各自的4G基站新增数量的高峰之年。中国移动的建设依旧强势,2016年建成4G基站约41万站。三大运营商共同深耕4G,2016年三大运营商4G基站建设总数量也达到了113万站,为4G发牌以来新增4G基站最多的一年,当年新增的4G基站数占截至2017年底全部4G基站数量的29.05%。到2017年底,我国4G基站建设高峰已经结束,4G网络建设已经基本完成。

我们认为为实现全国范围的广域覆盖,5G宏基站总规模需达到约400万站左右。参考4G时期的基站建设进度,假设5G基站建设周期为5年,正如上文所述,国内4G发牌同期海外4G已经规模商用,整体4G预商用建设基站数量较多;考虑当前5G技术尚未成熟,我们认为5G时期每年基站建设数量或小于4G时期。

我们预计中国移动将集中力量在2.6GHz进行室外宏站部署,根据上文描述,2.6GHz可能考虑16T16R建设场景,假设16T16R和64T64R建设比例各占一半,对应小型金属腔体滤波器和陶瓷介质滤波器数量各占一半。考虑联通和电信5G频段主要在3.5GHz附近,该频段大概率会以陶瓷介质滤波器方案为主。同时根据4G时期,三大运营商4G基站数量,我们预计未来5G时期三大运营商基站数量比例为中国移动:中国电信:中国联通=2:1:1。

在4G规模建设期间,根据滤波器的出厂价格进行测算,预计国内基站滤波器市场规模平均每年在15亿元左右,5G规模建设期(2020~2023)市场规模平均每年相比4G增长区间为76%~172%。(作者:格汇格汇)

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