在蜂窝移动通信系统中,天线是电路信号与空间辐射电磁波的转换器,向空间辐射或者接受电磁波,是移动通信系统末梢的关键组成部分,对无线网络的整体性能有着直接的影响作用。
在4G 时代,一个标准的宏基站主要由基带处理单元BBU(Base Band Unit)、射频处理单元RRU(Remote Radio Unit)和天馈系统三个部分组成。4G 后期,天线已经演进出4T4R、8T8R 的MIMO 天线。5G 时代,基站天线将面临两大演变趋势:
1. 5G 技术对天线的形态和性能提出了新的要求。相对于4G 技术,5G 的频谱效率将提高5-10 倍,天线技术的提升是其关键技术之一。基站天线属于传统天线业务,将通过超密集组网将现有站点提升10 倍以上,以此实现5G 通信密集、异构、分离(DHS)式的通信要求;MIMO 技术以大规模MIMO 为方向,通过增加天线数量提升信道容量,使频谱利用率成倍提升,达到5G 的应用要求。
2. 从无源天线到有源天线系统,天线的功能趋向于小型化、密集化、定制化。超密集组网技术需要增加基站数量,大规模天线技术需要增加基站携带的天线数量。
▲4G-5G MIMO 技术演进
▲4G-5G 基站区域的天线个数演进
▲2015-2019 年国内基站天线市场规模
从天线的结构看,5G 射频实现了从“RRU+天线”向有源天线AAU 的转变。在目前广泛应用的分布式基站中,RRU 与BBU 分离并通过馈线与天线相连。Massive MIMO 技术将天线变成一体化有源天线AAU(Active Antenna Unit)。AAU 集成了RRU 与传统天线的功能,数字接口独立控制每个天线振子,构成主动式天线阵列。由于射频单元不再需要馈线和RRU相连,而是直接用光纤连接BBU,此前令人困扰的馈电损耗趋于零。同时,有源天线的部署变得更加容易,可以安装在诸如路灯、电线杆等场合,从而减少站点租赁和运营成本。
在5G 时代, Massive MIMO 技术将重构天线价值链。在4G 时代,天线的单体价值量约为2000 元。到了5G 时代,由于Massive MIMO(大规模天线技术)和波束成形技术的应用,需要单面天线里集成64 个、128 个甚至更多的天线振子,而5G 所用的高频率信号又需要更高性能的射频器件,因此,承载天线振子的高频PCB 及高频覆铜板材料成为5G 天线价值链上最受益的环节。相比于3G、4G 传统天线中并不需要高频PCB 及高频覆铜板材料,我们预计,5G PCB 在高频材料和加工过程的附加值都会增大,射频前端PCB 价格至少将超过3000 元/平方米,即是4G 的1.5 倍。我们预测5G 仅仅在射频侧,PCB 板及覆铜板的市场规模都将是4G 的数倍。
无源天线毛利率持续走低,5G 射频生态变化较大。
3G~4G 是无源天线的时代,天线主要构成部件包括馈线接头、天线振子、移相器、电机、天线罩和反射板等部件,天线材料主要以五金和塑料为主,射频器件主要包括(金属腔体)滤波器、双工器、合路器等。供应商方面,天线厂商主要包括通宇通讯、摩比发展、京信通信和华为,射频厂商为大富科技、武汉凡谷、春兴精工等。在4G 周商用初期(2014 年),我国基站天线的市场规模就达到53.8 亿元,同比增长192%,2015、2016 年市场保持稳定增长。
▲2010-2016 年我国基站天线市场规模和增速
基站无源天线技术成熟,我国厂商在4G 商用初期已占据主要市场份额。在2014 年全球基站天线厂商发货量排名中,我国五大厂商位列前十,合计发货量已经超过全球总量的一半。同时,由于技术成熟,制造企业众多,竞争也很激烈。京信通信是国内基站天线龙头,营业收入规模位列第一,但收入增速落后于通宇通讯和摩比发展。2014 年,通宇通讯和摩比发展营收增速分别达到146.40%和85.60%。
▲2014 年全球基站天线厂商发货量占比