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5G系列報告四:5G帶來高頻需求,射頻行業彈性最大

Massive MIMO,也叫3D MIMO,是5G無線傳輸中的關鍵技術之一。其核心的宗旨就是通過大規模的天線陣列來實現5G通信中更高的頻譜效率、更大的覆蓋範圍以及更低的每比特成本。在GTI給出的Massive MIMO演進路線圖中,目前已經進入Massive MIMIO商用的階段,規模化應用也將逐步臨近。

主要觀點

1.Massive MIMO助力5G提升頻譜效率,降低建站成本

在香農公式的約束下,通信行業提升頻譜效率的能力漸露疲態。而4G階段頻譜效率為5Gbps/Hz左右,5G需要提升到30Gbps/Hz。如此高的頻譜效率提升,勢必需要藉助Massive MIMO帶來的空分復用能力。

同時由於5G的頻譜更高,在同樣的其他條件下,5G頻譜的覆蓋能力要小於4G。在運營商為減少Capex支出的期望下,提升5G基站的覆蓋範圍就需要增加功率或者天線增益。而增加天線增益是不增加功率(Opex)的最好方式,因此就需要用到Massive MIMO的波束賦形來提升增益。

2.設備商和運營商持續推動Massive MIMO商用。

從GTI的Massive MIMO白皮書上,我們看到Massive MIMO的硬體部署已經逐漸開始,早期的部署主要以16T為主,未來可通過軟體持續升級來平滑過渡到5G。

國內的基站設備商中興和華為都紛紛推出了自己的商用產品,同時在關鍵性能如波束賦形和頻譜效率上都通過的運營商的測試。獨立天線廠商如通宇已經推出了自己的樣機;摩比在2017年中報已經實現1000萬的銷售收入;京信通信雖然沒有對Massive MIMO做宣傳,但作為國內獨立天線廠商龍頭企業,其技術儲備也不可小覷。

3.Massive MIMO帶來無線側器件技術革新。

MassiveMIMO的到來,將對天線、射頻器件、PCB板的用量和形態都產生影響。用量增長主要來自於5G高密集組網帶來基站數增加以及Massive MIMO帶來每基站的通道數的增加;形態的變化主要來自於高頻、小型化和集成化,引起高頻PCB板對饋線的替代、濾波器有可能從金屬腔體轉向介質以及GaNPA或將大規模替代LDMOS PA。

4.投資建議:

我們認為Massive MIMO作為5G/Pre-5G使能的關鍵技術,其應用將逐漸普及,並先於5G拉開帷幕。在通道數變多,同時射頻端諸多新產品和新技術開始推出的時候,不同環節卡位較好的產商有望不同程度地受益。我們建議重點關注高頻PCB/覆銅板:生益科技、深南電路、滬電股份;基站天線:通宇通訊、摩比發展(港股)、京信通信(港股);基站濾波器:春興精工、東山精密、風華高科(國華新材料)、武漢凡谷、大富科技;以及基站PA:三安光電、揚傑科技、海特高新、奧瑞德。

5.風險提示:

1.5G投資不及預期;

2.行業競爭加劇。

一、Massive MIMO:5G無線傳輸關鍵技術

MassiveMIMO,也叫3D MIMO,是5G無線傳輸中的關鍵技術之一。其核心的宗旨就是通過大規模的天線陣列來實現5G通信中更高的頻譜效率、更大的覆蓋範圍以及更低的每比特成本。我們首先來介紹一下基站天線是什麼:

(一)基站天線——移動通信關鍵構成

在蜂窩移動通信系統中,基站天線的作用就是在基站和服務區內各移動站之間建立無線電傳輸線路,基站天線在移動通信中扮演著「上傳下達」的重要角色,直接關係到移動通信網路的覆蓋範圍和服務質量。基站天線的建設是通信運營商投資的重要部分,基站天線作為移動通信網路中基站最為關鍵的設備,其發展與移動通信技術的發展密切相關。

基站天線按照輻射方向圖來區分可分為全向天線和定向天線,全向天線一般用於移動用戶密度較低的市郊、農村等地區;而在用戶密度高的城市地區,通常分裂為更小的扇形小區,每個扇區採取定向天線。從2G到4G,移動基站天線經歷了全向天線、定向單極化天線、定向雙極化天線、電調單極化天線、電調雙極化天線、雙頻電調雙極化到多頻雙極化天線,以及MIMO天線、有源天線等過程。

(二)Massive MIMO:大規模陣列天線是什麼

我們知道基站天線的發展歷程是由單通道到多通道,隨著無線通信系統容量需求的提升,為了獲取更高的通信容量和覆蓋增益,基站天線的通道數量也逐漸提升。最開始基站天線採用的是SISO(Single-InputSingle-Output)單輸入單輸出系統,SISO系統一次只能發送和接收一個空間流。之後的MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)技術指在發射端和接收端分別使用多個發射天線和接收天線,使信號通過發射端與接收端的多個天線傳送和接收,從而改善通信質量。

在不增加頻譜資源和天線發射功率的前提下,信道容量可以隨著天線數量的增大而線性增大。使用Massive MIMO應用場景下,將通過布局大規模天線陣列實現信號多發多收,充分利用空間資源,成倍的提高系統信道容量,同時提升無線信號的覆蓋範圍。

二、Massive MIMO:如何助力5G

從通信容量來看,香農極限決定了單信道的容量。

香農公式:C=Blog2(1+S/N)

頻譜效率=C/B=log2(1+S/N)

而頻譜效率的提升需要靠提高信噪比,頻譜效率需要對信噪比取對數,就意味著為了提升頻譜效率而在信噪比上的投入很大,同時信噪比的提升是通過提高信號功率或者降低雜訊來實現,而雜訊是無法消除的,所以信噪比本身也難以無限提升。因此為了突破香農極限,5G將引入SCMA(空分多址)技術,用以提升過去單位頻率和時間基礎上的信道容量,以此來實現頻譜效率的提升。而實現SCMA的核心關鍵,就在於Massive MIMO天線。

(一)SCMA:實現基於空間的復用

當我們回顧移動通信系統的歷史的時候,我們可以看到從第一代移動通信(模擬)開始,每一代的通信系統都提出了更加有效的復用方式,用以在單位時間和頻譜資源上提升信道容量。

SCMA提出了一個基於空間維度的復用方式,通過指向性的無線信號輻射,可以在原來的時間和頻率基礎上增加空間維度的復用,因此可以在同一時間在不同方向上建立通信信道。

實現SCMA的關鍵就在於增加天線陣子的數量,通過陣子之間發射不同相位的信號,用以實現無線信號的指向性發射。因此通過不同波束賦形之間的組合,就可以實現同時建立基站和多個用戶終端之間的連接,從而大幅提升頻譜效率。

按照目前4G LTE較為流行的系統來看,TD-LTE在使用20MHz帶寬的情況下,下行能達到100Mbps/Hz左右,也就意味著不考慮開銷的情況下頻譜效率能夠達到5bps/Hz左右。而5G基站要求在100MHz的帶寬下能夠達到單基站3Gbps的下行速率,頻譜效率要求達到了30bps/Hz。在香農公式的約束下,大規模陣列天線成為實現頻譜效率大幅提升的關鍵技術。

(二)Massive MIMO提高天線覆蓋能力

除提升頻譜效率以外,MassiveMIMO使用波束賦形技術後,由於多個天線輻射的信號疊加,在指定的方向還能獲得明顯的陣列增益,或者在相同天線增益要求下,通過多個天線信號疊加,每一通道信號的增益要求顯著降低。

以上為自由空間天線傳播模型公式,我們可以做一個簡單的解讀:

接收功率=(發射功率*發射天線增益*接收天線增益*波長的平方)/(常數*距離的平方*其他損耗*)

也就是在給定其他條件下,5G由於頻率高於4G因此波長比4G信號小,5G基站的覆蓋距離要大幅小於4G基站。為了彌補高頻帶來覆蓋範圍的損失,減少基站數量的建設,引入大規模天線以增加發射天線增益變得尤為重要。

Massive MIMO技術,可以通過多波束來達到空分復用,實現頻譜效率的大幅提升;同時還能在每一個波束上增強指定方向的發射功率,用以彌補在5G高頻段上的覆蓋能力缺陷;此外Massive MIMO系統還可以相應地降低每一個子通道的功率要求。

(三)Massive MIMO有望推動天線有源化

從90年代的GSM稱作BTS的宏基站,到2004年華為首先推出的分散式基站(BBU+RRU拉遠),再到2012年業內推出AAU有源天線的解決方案,其中核心的演進方向就是小型化和集成化。但是由於有源天線集成化程度較高,而且RRU也要放置在塔上,所以我們看到目前AAU的普及率還並不高,根據網路上的數據,2015年華為AAU出貨量剛超過10萬面,近期運營商集採的天線還主要是傳統無源天線為主。

但由於有源天線集成了射頻模塊和天線,可以支持多個頻段一次部署,降低整個站點物理設備的數量。更重要的是,我們看到有源天線省去了天線和RRU之間的饋線,我們可以參考下圖基站天線的實景。

Massive MIMO天線由於通道數量很大(64甚至128),因此若如果RRU和天線之間仍然用饋線連接,那麼將帶來較大的安裝難度,同時由於饋線損耗隨著頻段的提升而增加,因此在5G時代應當盡量減少饋線連接,這也將進一步推動有源天線需求。

三、行業持續推動,Massive MIMO有望更快實現標準化

我們可以看到,目前Pre-5G階段,也就是4G網路演進已經開始了3D MIMO的商業部署。從摩比天線2017年中報業績可以看到,Pre-5G天線收入已經超過了1000萬,而OVUM預測2019年全球Pre-5G/5G即將帶來收入。

從GTI的Massive MIMO白皮書上,我們看到MassiveMIMO的硬體部署已經逐漸開始,早期的部署主要以16T為主,未來也可以隨著軟體的持續升級來平滑過渡到5G。

目前我們也看到國內產業鏈已經做了很多工作:

1、中興通訊

2015年,中興通訊基於TDD的Pre5G Massive MIMO完成產品開發和外場測試,多家運營商開始商用測試和部署。根據中興官網披露:中興通訊已經與全球諸多運營商開展深入合作。在國內,與中國移動合作,在中國90%以上的省份進行了Pre5G Massive MIMO預商用部署。在國際市場,與日本軟銀,Telefonica,奧地利Hutchison Drei,韓國KT,比利時Telenet等運營商簽訂5G戰略合作協議,確立5G領導者地位。目前,全球30個國家,超過40張Pre5G網路正在展開部署。

中興通訊的TDD MassiveMIMO支持主流的TDD頻段,設計了128個天線陣子,暫時只支持16流傳輸,完全實現3D波束賦形。同時兼容現有終端機型,並採取了BBU+AAU的架構可用來做後續的5G演進。同時中興推出的AAU尺寸只有740*477*180mm,目前是

在TDD-LTE MassiveMIMO上取得重大進展的同時,2016年中興通訊創新推出全球首個基於FDD-LTE的Massive MIMO產品。中興通訊的FDD Massive MIMO具備以下三點優勢:1、成倍提升現有站點容量,商用網路預期平均可提升網路容量3倍左右,最高提升8倍左右;2.兼容現有LTE終端,無需終端進行任何更改;3.採用AAU/BBU分離設計,無需更改現有站點架構,易於開通部署。

2017年7月在中國聯通泉州外場,中興通訊FDD MassiveMIMO預商用驗證峰值創新高,採用3D MIMO結合MU MIMO技術,在20MHz頻譜上,使用6部商用4G終端,完成12流驗證,單用戶平均速率120Mbps左右,小區峰值速率高達710Mbps+,頻譜效率是傳統宏基站的4.8倍。去年底,中興通訊聯合中國聯通啟動了全球首個FDD Massive MIMO預商用實驗局,經過第一階段的努力已完成基本功能驗證,目前進行的第二階段驗證成果喜人。在基站晶元方面,中興通訊自主研發的矢量處理晶元MCS2.0提供了強大的信號運算與處理能力,為FDDMassive MIMO複雜的演算法實現提供了可能。

2、華為

根據華為官網新聞:「華為聯合中國移動於2014年9月推出全球首台實驗室Demo測試樣機,於2015年9月推出第一台Massive MIMO商用樣機。在2015年底及2016年初,北京移動、東京軟銀分別開通了MassiveMIMO商用測試站點,單載波實測速率超過650Mbps。目前華為已與全球20多家領先運營商合作,進行Massive MIMO應用於移動通信領域的各種商用場景驗證,以及嚴酷的測試工作,頻段覆蓋2.3GHz、2.6GHz、3.5GHz等TDD主流頻段,為Massive MIMO商用部署奠定了堅實基礎。」

與中國移動在全國30多個城市的合作中,華為聯合中國移動全方位驗證及測試Massive MIMO在三高一限(高樓、高話務、高干擾、上行受限)的各種商用場景,目前能夠實現的功能如下:

3、運營商

從2011年開始,中國移動就啟動了Massive MIMO技術研究、性能評估和產品設計。2013年,中國移動聯合華為、中興等完成Massive MIMO的原型樣機開發和性能驗證,並且主導啟動MassiveMIMO增強功能的標準化工作。

2015年9月,中國移動聯合華為在上海4G商用網上成功開通全球首個基於LTE-TDD網路的Massive MIMO基站,並完成外場驗證測試。測試基於4G商用智能手機,在現網單載波20MHz頻譜實現下行630Mbps吞吐量,刷新了TD-LTE商用空口吞吐量新紀錄。採用Massive MIMO技術實際頻譜效率達到43Bit/Hz,是原來的5-6倍。此次試驗基於4G基礎向4.5G演進,採用華為Massive MIMO多天線系統單模塊內置128個射頻通道和128根天線,支持TD-LTE所有主流頻段,且可兼容現有4G終端。

2016年,中國移動在北京、杭州等城市率先進行的商用試點,並聯合廠家發布全球首款2.6GHz三載波Massive MIMO商用產品。結果顯示,在現階段的極熱點區域,Massive MIMO相比傳統8天線宏站能帶來1.5到2.5倍的頻譜效率提升,並且可進一步激發用戶需求。2017年至今,中國移動計劃已在全網熱點區域分階段正式商用MassiveMIMO。

中國移動研究院副院長黃宇紅表示,中國移動計劃分三階段增強Massive MIMO技術。

第一階段,在2017年充分利用TDD技術特有優勢商用Massive MIMO第一個版本產品,現有4G商用終端可以直接獲益。

第二階段,2018年-2019年由Massive MIMO基礎版本產品軟體升級至增強版本,可進一步提升20%的系統性能。

第三階段,2020年,根據需要將Massive MIMO增強版本軟體升級至5G。同時,引入支持5G新空口的全新形態產品。

中國聯通於2017年1月攜手華為在上海外場共同完成了業界首個FDD制式的Massive MIMO技術驗證,在20MHz頻譜上,使用FDD LTE商用終端進行測試,大幅提升了頻譜效率。從表現來看,手機平均速率可達87Mbps,完全可以支撐用戶流暢地觀看4K高清視頻;網路峰值可達697.3Mbps,是傳統FDD LTE的4.8倍。

在Massive MIMO演進策略方面,中國聯通提出了基於LTE演進和面向5G的「兩條發展路線」;在產業研發方面,完成了業內首個3.5GHz頻段Massive MIMO原型機的聯合研發和驗證,並與廠家開展了第一階段測試。

據聯通網路研究院專家透露,中國聯通在MassiveMIMO方面的未來發展規劃分兩部分:

a)2017年計劃開展FDD Massive MIMO的外場商用試驗測試,選取兩三個試點城市進行測試;

b)針對未來5G部署的頻段(如3.5GHz以及6GHz以上高頻頻段),開展面向5G的Massive MIMO研究和測試,進行樣機外場測試驗證。

中國電信與中興在2017年初一起進行了Pre5G FDD Massive MIMO聯合測試。基於中興通訊在Pre5GTDD Massive MIMO技術上的深厚積累,成功將Massive MIMO技術引入FDD-LTE制式,可以在現有頻譜基礎上有效提升小區吞吐量3倍以上,並可應用於佔全球LTE網路總數85%以上的FDD-LTE網路。此次試驗的Pre5G解決方案是中興通訊的新一代標杆創新產品,兼容現有終端,在現有頻譜條件下實現網路加速,具備快速部署、明顯提升業務感知的能力。中國電信與中興通訊Pre5G TDD Massive MIMO外場商用實驗測試正在加快進行中,有望儘快形成規模商用。

4、獨立天線廠商:通宇通訊、摩比發展、京信通信

在2015中國國際信息通信展上,通宇通訊以「深化4G創新,探索5G需求」為主題,分別展示了基站天線、微波天線、射頻器件和室分終端等四大系列創新解決方案與產品,全面展示了在通信領域天線產品的核心競爭力,通宇通訊展出的2.6G大規模陣列Massive MIMO基站天線獲業績好評,將作為未來第五代移動通信智能基站。今年以來通宇正在進行Massive MIMO配套的天線產品研發,並與運營商合作參與部分實驗網的實驗。部分Massive MIMO產品已經在試點商用測試,從運營商方面反饋的數據顯示效果不錯。

摩比發展在2015年巴塞羅那召開的MWC上,展示了同中興通訊共同研發的全球首款基於TDD-LTE的Massive MIMO天線,意味著公司與設備商的合作開始布局Massive MIMO這一關鍵技術。公司一直以來與中興合作進行Pre-5G項目研發和產品技術商用,Pre-5G技術基於4G或者4.5G的頻譜來進行5G概念性的測試,用5G的關鍵技術實現在4G平台上的應用。隨著中興逐步開始拓展的Pre-5G技術產品商用,部分產品今年實現銷售預期。

京信通信基站天線發貨量一直穩佔全球前三甲,美國EJL在2011~2015年移動通信基站天線分析報告中,京信連續五年被評為全球一級供應商。全球一級供應商一共只有4名,分別是中國的京信、華為,德國的Kathrein及美國的康普。Massive MIMO未來的發展將是有源化的典型形式,射頻單元和天線一體化。京信通信歷史上在天線、直放站以及射頻單元都有較深的積累。在今年八月舉行的「5G高頻段國際論壇暨產業推進會」上京信正式加入中國移動5G聯合創新中心。作為國內獨立天線廠商龍頭企業,我們相信京信通信在Massive MIMO市場來臨之際也將有所作為。

四、Massive MIMO對產業帶來的變化

我們從前文中了解到,基站天線從過去的單天線持續向多天線(MIMO)以及大規模陣列天線在演進。大規模天線和傳統天線相比,其不僅有天線本身形態的變化,還因為5G的大帶寬和覆蓋需求,將催生超密集組網方案,這樣對天線數量的需求也將大幅提升。

(一)5G超密集組網帶來基站天線數量大幅增加

5G相對4G階段,需要實現更高的用戶數據速率,更低時延,這就要求系統容量(單位時間單位面積能傳輸的最大流量)得到更大提升。簡單用一個公式來表示,要求系統容量的提升主要有三個要素:更多頻譜,更多小區數量基站密度和每個小區頻譜效率的提升。

系統容量=小區基站(個)*頻譜(MHz)*頻譜效率(Mbps/ MHz)

為了實現更高的系統容量,就需要更多的小區基站。此外5G由於毫米波的頻段將高於4G,尤其在毫米波頻段,無線覆蓋能力將顯著減弱的情況下,同時局部熱點區域若要達到百倍級別的系統容量提升,則需要使用5G的超密集組網技術。

中國在5G時代中頻將以3.5GHz和4.9GHz兩個頻段來建設5G無線網路,同時由於大規模天線的引入將提升天線增益和覆蓋能力,產業普遍認為在3.5GHz上國內建設的5G宏基站數量上將和4G保持在一個水平,但在4.9GHz,由於傳輸損耗大於3.5GHz頻段,因此行業內普遍認為5G連續覆蓋基站數量將達到4G的1.5-2倍。

同時由於5G提出了0.1-1GHz的用戶體驗速率,是4G的10-100倍。尤其在熱點區域,5G峰值速率要達到20Gbps,為了達到更高的容量需求,未來5G還將新增大量的毫米波基站。

按照三大運營商年報數據,中國4G基站數量在2017年計劃達到380萬站,按照5G連續覆蓋基站1.5-2倍的數量計算,未來5G基站有望達到600萬站(暫時不考慮毫米波基站的需求)。若按照每個基站三個扇區來計算,則未來宏基站對天線的需求將達到1800萬副。

(二)天線陣子和連接方式的變化催生PCB需求

目前的基站天線主要由陣子(單元)、移相器、饋線、反射板和天線罩組成。其中天線陣子是基站天線的輻射單元,負責完成電信號和空間電磁波信號之間的轉換;移相器的主要作用是來調節每一個陣子上傳輸信號的相位,從而可以改變陣子最終形成多單元輻射的方向的賦形;線纜完成天線陣子和移相器以及射頻介面之間的信號傳輸;反射板作為結構件的同時還可完成電磁波向一個方向進行輻射;天線罩主要實現天線的美觀和保護。

從上圖的天線構造圖我們可以看出,2T2R的天線陣子還是傳統的壓鑄件或衝壓件的形式,陣子和移相器之間用饋線連接;右圖中的Massive MIMO天線,天線陣子已經變成PCB陣子,而陣子之間的互聯則變成了PCB板。PCB天線的好處在於PCB的加工精度比壓鑄件和衝壓件都要高,這樣在更高的頻率或者毫米波的範圍,在半波長天線陣子的情況下更容易做加工。因為當頻率達到30GHz左右的時候,波長將達到毫米級別,因此天線陣子的尺寸也將減小至毫米水平。

中興通訊的Massive MIMO天線尺寸為740*477*180mm,按照圖示,我們推測背板的尺寸大約在0.35平方米左右,再考慮上天線陣子、射頻功率模塊以及TR模塊可能用到的PCB板,5G時代PCB射頻板的需求將大幅提升。

(三)通道數的增加催生單基站射頻器件需求提升

Massive MIMO天線大幅提升了天線陣子數量和通道數量,如果用數字的方式實現多用戶的Beam forming,在天線陣子之後需要為每一個通道都單獨引入一套TR組件和放大器。這便意味著濾波器、PA的數量將隨著天線通道數量的增加而成比例增加。

同時隨著天線陣子數量的增加,每一通道天線的增益需求將明顯降低。因此每一個通道的功率要求將成比例減少。考慮到Massive MIMO需要實現空分復用功能,即多用戶並發通信,我們判斷在Massive MIMO場景下基站總體功率要大於4G MIMO的場景,因此射頻通道的功率加總也將提升。因此我們認為基站側濾波器和PA的單站價值量在5G時代將得到顯著提高。

此外,Massive MIMO天線由於通道數顯著增加,因此每一個基站中,天線和射頻通道若選擇連接器的方式實現,則高頻連接器的需求也有望得到答覆提升。

同時隨著天線陣子數量的增加,每一通道天線的增益需求將明顯降低。因此每一個通道的功率要求將成比例減少。考慮到Massive MIMO需要實現空分復用功能,即多用戶並發通信,我們判斷在Massive MIMO場景下基站總體功率要大於4G MIMO的場景,因此射頻通道的功率加總也將提升。因此我們認為基站側濾波器和PA的單站價值量在5G時代將得到顯著提高。

此外,Massive MIMO天線由於通道數顯著增加,因此每一個基站中,天線和射頻通道若選擇連接器的方式實現,則高頻連接器的需求也有望得到答覆提升。

五、行業中哪些公司將受益

(一)天線廠商

按照之前的估算,國內5G時代連續覆蓋用的宏基站數量將達到約600萬站。若按照每站3副天線的數量,5G基站天線需求將達到1800萬副。中國移動此前在倫敦的2017全球移動寬頻論壇上表示有信心在2020年商用部署的5G基站超過1萬個。若假設2020-2025年5年建設周期,在此期間平均每年新增的5G基站數將達到120萬站,從數量上要超過4G基站建設時期。

而隨著5G天線的逐漸上量,基站天線的均價有望逐步提升。從通宇通訊歷年的天線均價我們就可以看到,在4G天線大規模建設之前,基站天線銷售均價穩步上升,在4G建設走向末期時,天線均價也開始下跌。

而隨著5G天線的逐漸上量,基站天線的均價有望逐步提升。從通宇通訊歷年的天線均價我們就可以看到,在4G天線大規模建設之前,基站天線銷售均價穩步上升,在4G建設走向末期時,天線均價也開始下跌。

而隨著5G天線的逐漸上量,基站天線的均價有望逐步提升。從通宇通訊歷年的天線均價我們就可以看到,在4G天線大規模建設之前,基站天線銷售均價穩步上升,在4G建設走向末期時,天線均價也開始下跌。

從收入端來看,歷史上2次牌照發放都帶來了天線廠商的營收快速增長。2009年3G牌照發放,摩比發展和京信通信在基站天線業務部分的收入均上漲超過60%;2013年底第TD-LTE的4G牌照發放後,2014年三大天線廠商也迎來了收入的快速增長,其中通宇通訊和摩比發展增速較為明顯,天線業務收入增長超過100%;京信通信在天線業務達到20億左右收入的情況仍然增長了40%。

因此,我們理由相信,在5G來臨時,Massive MIMO天線的出現將帶來行業的量價齊升。從而直接推動天線廠商業績增長。

當然,行業裡面也有很多關於未來設備商是否會完全主導天線產業的爭論,我們對此目前也保持開放的態度。未來的產業鏈博弈中,運營商希望產業鏈保持最大的開放性以便實現更好的供應鏈管理,設備商理所當然希望自己能夠具備產業中更強的縱向把控力以獲得更加豐厚的利潤,但最終還將取決於技術、商務的綜合博弈結果。但可以明確的是,未來天線的需求量以及價格一定會相比4G有所提升,因此我們整體對天線行業還保持較為樂觀的判斷。

(二)射頻PCB廠商

根據WECC的數據,中國PCB產品應用領域中通信行業佔超過30%。按照2016年中國PCB產值271億美元計算,國內通信行業PCB產值達到約90億美元。

從前文的分析,我們可以看到,MassiveMIMO或將使得天線陣子和饋線未來都使用PCB板來實現。而天線端的信號均為射頻模擬信號,因此未來將大幅催生射頻PCB板的需求。天線端頻率高,因此要求材料的介質損耗(Df)不能太高,同時希望能有低且均勻的介電常數(Dk),高頻板材往往以PTFE以及Rogers 4350B系列為主。

從2013年底中國發布TD-LTE 4G牌照後,Rogers作為高頻CCL龍頭,便迎來了PCM業務收入和利潤的大幅增長。

目前A股上市公司中生產通訊用PCB板的主要為深南電路、生益科技和滬電股份。從上市公司公告的情況來看,深南電路目前已經具備高頻微波板的出貨能力,其高靈敏度天線板技術、混壓板技術已經量產,同時PTFE壓合技術已經開始小批量。此外生益科技也在2017年開始投資高頻通信基板(高頻覆銅板)項目,規劃在項目建成後將具有年產150萬平方米高頻通信基板的生產能力。

Massive MIMO將帶來天線通道數變多,即意味著射頻通道增加,從而濾波器和PA的需求量將大幅提升。

隨著通道數量的提升,基站天線每一通道的增益要求將有所降低,因此每通道的功率要求將大幅減少。目前基站側大功率濾波器主要以腔體濾波器為主(如圖表10所示),腔體濾波器具有高Q值和低插損的優點,但其缺點在體積和重量。未來隨著基站有源天線和大規模陣列天線的逐漸普及,對濾波器的體積和重量將提出更高的要求。隨著濾波器小型化和輕型化需求的提出,未來濾波器廠商或將迎來新技術替代的機會。目前國內從事基站濾波器行業的公司有武漢凡谷、大富科技、春興精工、東山精密、風華高科(國華新材料)等。

基站的射頻功率器件(功率放大器)市場也將隨著基站和通道數量的增加而大幅增長。Yole Development預測2020年該市場將達到近10億美金。

而5G隨著頻段提升到3.5G甚至以上,基站大功率射頻元件的材料也將有所改變。過去基站的功率器件主要以LDMOS為主,未來隨著高頻需求以及小型化需求提升,GaN可以支持更高的頻率以及功率密度更高,Yole Development預測2025年GaN將主導功率射頻器件市場,英飛凌預計未來GaN將佔據75%的基站射頻功率器件市場。目前A股上市公司中,三安光電、揚傑科技、海特高新等均已開始布局,同時奧瑞德擬收購Ampleon,有望成為LDMOS的傳統三強企業。

(四)投資建議

綜上所述,我們認為MassiveMIMO作為5G/Pre-5G使能的關鍵技術,其應用將逐漸普及,並先於5G拉開帷幕。在通道數變多,同時射頻端諸多新產品和新技術開始推出的時候,不同環節卡位較好的產商有望不同程度地受益。我們建議重點關注以下公司:

高頻PCB/覆銅板:生益科技、深南電路、滬電股份;

基站天線:通宇通訊、摩比發展(港股)、京信通信(港股);

基站濾波器:春興精工、東山精密、風華高科(國華新材料)、武漢凡谷、大富科技;

基站PA:三安光電、揚傑科技、海特高新、奧瑞德。

(五)風險提示

1.5G投資不及預期;

2.行業競爭加劇。


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