在蜂窩移動通信系統中,天線是電路信號與空間輻射電磁波的轉換器,向空間輻射或者接受電磁波,是移動通信系統末梢的關鍵組成部分,對無線網絡的整體性能有著直接的影響作用。
在4G 時代,一個標準的宏基站主要由基帶處理單元BBU(Base Band Unit)、射頻處理單元RRU(Remote Radio Unit)和天饋系統三個部分組成。4G 后期,天線已經演進出4T4R、8T8R 的MIMO 天線。5G 時代,基站天線將面臨兩大演變趨勢:
1. 5G 技術對天線的形態和性能提出了新的要求。相對于4G 技術,5G 的頻譜效率將提高5-10 倍,天線技術的提升是其關鍵技術之一。基站天線屬于傳統天線業務,將通過超密集組網將現有站點提升10 倍以上,以此實現5G 通信密集、異構、分離(DHS)式的通信要求;MIMO 技術以大規模MIMO 為方向,通過增加天線數量提升信道容量,使頻譜利用率成倍提升,達到5G 的應用要求。
2. 從無源天線到有源天線系統,天線的功能趨向于小型化、密集化、定制化。超密集組網技術需要增加基站數量,大規模天線技術需要增加基站攜帶的天線數量。
▲4G-5G MIMO 技術演進
▲4G-5G 基站區域的天線個數演進
▲2015-2019 年國內基站天線市場規模
從天線的結構看,5G 射頻實現了從“RRU+天線”向有源天線AAU 的轉變。在目前廣泛應用的分布式基站中,RRU 與BBU 分離并通過饋線與天線相連。Massive MIMO 技術將天線變成一體化有源天線AAU(Active Antenna Unit)。AAU 集成了RRU 與傳統天線的功能,數字接口獨立控制每個天線振子,構成主動式天線陣列。由于射頻單元不再需要饋線和RRU相連,而是直接用光纖連接BBU,此前令人困擾的饋電損耗趨于零。同時,有源天線的部署變得更加容易,可以安裝在諸如路燈、電線桿等場合,從而減少站點租賃和運營成本。
在5G 時代, Massive MIMO 技術將重構天線價值鏈。在4G 時代,天線的單體價值量約為2000 元。到了5G 時代,由于Massive MIMO(大規模天線技術)和波束成形技術的應用,需要單面天線里集成64 個、128 個甚至更多的天線振子,而5G 所用的高頻率信號又需要更高性能的射頻器件,因此,承載天線振子的高頻PCB 及高頻覆銅板材料成為5G 天線價值鏈上最受益的環節。相比于3G、4G 傳統天線中并不需要高頻PCB 及高頻覆銅板材料,我們預計,5G PCB 在高頻材料和加工過程的附加值都會增大,射頻前端PCB 價格至少將超過3000 元/平方米,即是4G 的1.5 倍。我們預測5G 僅僅在射頻側,PCB 板及覆銅板的市場規模都將是4G 的數倍。
無源天線毛利率持續走低,5G 射頻生態變化較大。
3G~4G 是無源天線的時代,天線主要構成部件包括饋線接頭、天線振子、移相器、電機、天線罩和反射板等部件,天線材料主要以五金和塑料為主,射頻器件主要包括(金屬腔體)濾波器、雙工器、合路器等。供應商方面,天線廠商主要包括通宇通訊、摩比發展、京信通信和華為,射頻廠商為大富科技、武漢凡谷、春興精工等。在4G 周商用初期(2014 年),我國基站天線的市場規模就達到53.8 億元,同比增長192%,2015、2016 年市場保持穩定增長。
▲2010-2016 年我國基站天線市場規模和增速
基站無源天線技術成熟,我國廠商在4G 商用初期已占據主要市場份額。在2014 年全球基站天線廠商發貨量排名中,我國五大廠商位列前十,合計發貨量已經超過全球總量的一半。同時,由于技術成熟,制造企業眾多,競爭也很激烈。京信通信是國內基站天線龍頭,營業收入規模位列第一,但收入增速落后于通宇通訊和摩比發展。2014 年,通宇通訊和摩比發展營收增速分別達到146.40%和85.60%。
▲2014 年全球基站天線廠商發貨量占比