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5G天线行业分析报告

2018年5G天线行业分析报告

2018年9月

目录

一、天线为5G移动通信系统的关键要素4

二、天线架构从无源进化到有源，更有利于支持MIMO和Beamforming，更好达成5G目标5

1、5G需求推动天线技术不断演进5

（1）阶段一：

从无源天线到AAU7

（2）阶段二：

从AAU到MassiveMIMO有源天线9

①对PCB板性能要求逐步加大10

②滤波器、功放等元器件数量和质量要求更高11

2、天线关键技术能更好实现5G目标13

三、牌照发放引领基站建设高峰期，无线产业迎利好机会15

1、牌照发放引领基站建设高峰期，运营商资本开支逐步增加15

2、5G时代天线需求将呈倍数级增加17

四、相关企业19

五、主要风险19

天线搭载基站，成为实现5G场景需求的关键要素：

基站为天线的载体，基站通过天线数量的配置影响移动网络容量。

5G应用场景实现依赖于高速的传输速率，要求天线支持多TR通道、灵活实时波束调节及支持高频通信功能。

天线架构从无源进化到有源，上游射频元器件供应商机会到来：

有源天线与无源天线的区别为，有源天线将基站射频部件集成到天线，从无源天线向半有源天线（AAU）演变，及多收多发的MassiveMIMO有源天线的实现，将拉动无线产业链上游射频元器件需求稳增；同时天线的有源化更有利于支持MIMO和Beamforming，更好达成5G目标。

牌照发放引领基站建设高峰期，无线产业迎利好机会：

1）基站建设将迎高峰，运营商即将发力：

回顾3G、4G基站建设，2009年基站站数同比增加135.12%，2014年基站数同比增加61%，牌照发放后1年为基站建设增速的波峰，预计5G基站建设增速将快于3G、4G基站建设增速；在牌照发放后运营商资本支出力度不断加大，资本开支总额与移动网资本开支变动大体一致，根据运营根据三大运营商从2G时代到4G时代每年资本开支情况进行测算，我们预计天线板块的5G时代的投资额在800到1000亿元左右。

2）5G时代天线需求呈倍数级增加：

5G时代MassiveMIMO相对于4G天线，单面天线阵子数量将提升约1.3到3倍左右。

MassiveMIMO技术的推广以及5G大规模部署带来天线需求与芯片及射频器件的猛增，看好无线产业，关注：

1）天线及上游器件：

鸿博股份（弗兰德科技）、飞荣达、通宇通讯、世嘉科技、春兴精工、武汉凡谷等；2）上游材料创新等：

中石科技、沪电股份、深南电路、生益科技。

一、天线为5G移动通信系统的关键要素

天线本质上为变换器，将传输线上传播的导行波，转换成在无界媒介或者自由空间中传播的电磁波，或者进行相反的转换。

无线电通信、广播、电视、雷达、导航、电子对抗、遥感、射电天文等工程系统，凡是利用电磁波来传递信息的，都依靠天线来进行工作。

基站是天线的载体，2G、3G时代基站系统分为两层，4G时代的天线系统主要包括基带处理单元（BBU）、射频拉远单元（RRU）以及天线和馈线，其中，天线数量的配置影响基站移动网络容量。

5G网络对天线提出了新的性能要求。

未来5G网络的系统容量需求将达到兆位的等级，是目前4G网络容量的1000倍。

在单位区域内布建超高密度的小型基站，以形成超高密度的异质网络，以期达到每平方公里10Tbit/s的系统需求，这种密集化的网络有了更为具体的应用场景，且需求也更为迫切。

5G的三大应用场景主要为：

1）增强移动宽带（eMBB）：

引人为中心的应用场景，实现超高的传输数据速率及广覆盖下的移动性保证等；2）高可靠低时延连接（uRLLC）：

连接时要达到1ms级别，支持高速移动情况下的高可靠连接；3）海量物联（mMTC）：

5G强大的连接能力快速促进智慧城市、智能家居以及环境监测等个垂直行业的深度融合，实现万物互联。

5G应用场景需要依靠高速的传输速率，要求天线支持更多TR通道，灵活实时波束调节及支持高频通信等要求。

二、天线架构从无源进化到有源，更有利于支持MIMO和Beamforming，更好达成5G目标

1、5G需求推动天线技术不断演进

5G区别于3G与4G，需求指标除峰值速率指标，还提出频谱效率、空间容量、移动性能、时延、连接密度、网络效能及体验速率八个关键要求指标，5G的需求指标较4G有大幅提升，5G峰值速率达20Gbpa，较4G提升20倍，容量空间提升100倍，网络效能提升100倍。

为满足场景需求，天线逐步从传统建站的简单叠加、覆盖为主的单频天线，到多频的半有源天线，以及多发多收的MassiveMIMO演进。

在5G通信系统的驱动下，天线从无源向有源过渡，智能化、小型化及定制化趋势愈加明显。

从天线架构的发展趋势来看，射频模块与天线集成化是技术发展趋势，并且逐步演进为多通道的系统集成，即无源天线结构向大规模阵列有源天线（MassiveMIMO）进行转变。

（1）阶段一：

从无源天线到AAU

在多个频段组网下，传统方法需要选择两个远端射频模块（RRU）连接到无源天线，采用有源天线单元后，2个远端射频模块（RRU）集成到天线中，即将射频单元集成到天线中，形成半有源天线（AAU）。

RRU是基带下行信号经数模转换、变频、滤波，再经线性功率放大器后通过滤波器传至天馈。

上行将收到的移动终端信号经滤波、低噪声放大、进一步的射频小信号放大滤波和下变频，然后完成模数转化和数字中频处理等。

无源天线是指不带任何有源器件（工作时内部有电源存在的电子元器件）的天线，主要包括接头、振子、移相器、反射板、外罩、电机和线缆七大部件。

目前无源天线的演进的主要方向为定位感知、身份识别、嵌入式电机、集中远程电调、小接头以及特型天线。

有源天线将基站的射频部件集中到天线中，但有源天线中的射频部件与基站RRU最大的区别在于使用大量的分布式、小型化的RoC、双工器和小功放，该结构能够进一步减少馈线连接的功率损耗，可使系统具有更高的信噪比、更好的匹配以及更宽的频带。

（2）阶段二：

从AAU到MassiveMIMO有源天线

MassiveMIMO有源天线相对于传统基站天线和AAU相比，将基站的射频部分集成到天线内部，采用多通道的射频和天线振子配合，实现空间波束赋形，完成射频信号的收发。

阵列数量非常大，且阵列单元具备独立收发功能，多天线单元能实现同时收发数据。

总体来说，有源天线较无源天线主要变化是滤波器和PCB版的数量,能更好的实现MassiveMIMO天线阵列以及精准波束赋形，满足5G低时延、高可靠和超高传输速率的场景需求。

①对PCB板性能要求逐步加大

天线的阵列化，目前大规模天线阵列（MassiveMIMO）逐步成为天线中的关键技术。

传统的TDD网络设备基本是2通道或8通道，每通道天线阵子多为8~12个，而MassiveMIMO的通道数达64，每通道天线阵子数为2~3个。

阵列天线的阵子数量多且阵子间的距离较近，需通过优化辐射单元及组阵方式，减少互耦，提高整体的可靠性，因此天线阵列底板主要以高品质的PCB板为主，主要原因为：

1）高品质的PCB满足波束赋形对幅度和相位的精准调控的要求；2）由于校准网络的缘故，电路只能在一块PCB板上完成。

②滤波器、功放等元器件数量和质量要求更高

有源天线对滤波器的数量和品质相对于无源天线有更高的要求，滤波器作为射频系统中必不可少的关键部件之一，主要用做频率选择，让需要的频率通过，反射干扰频率信号，提高频率效率，同时滤波器对幅度和相位的稳定性比较高。

有源天线将滤波器集成到天线内部，相对于基站RRU中的滤波器、功放等器件的性能需求更高。

TR组件需要完成信号放大、收发转换以及信号幅相控制等多重功能。

一个TR模块的基本芯片设置包括高功率放大器、低噪声放大器加保护电路，可调增益的放大器和调制解调器、数模/模数转换器，以及数字中频模块。

TR组件功能是把射频的功能集中到天线后面，而无源天线不具备TR组件，所以无源天线不承载滤波功能。

目前有源天线较有源天线成本较高，2.6G有源天线30万/站，10万元/扇区；无源天线扇区成本约为千元，至多不超过4000元，因此，有源天线在在全球范围内规模应用有所放缓。

针对基站天线行业的产业链，上游主要是芯片、线缆以及电子元器件供应商，中游为以华为、中兴、爱立信及诺基亚为主的主设备商，下游主要以运营商为主。

下游主要针对通信系统运营商、设备提供商以及行业及客户等。

有源天线相对于无源天线为上游的芯片和器件厂家带来利好机会：

1）MassiveMOMO技术的推广以及5G大规模部署带来天线需求的猛增。

2）随着天线结构从无源向有源的不断演进，对芯片和射频器件的需求不断增加，芯片和器件多来自进口，需求的猛增对国内厂商也是利好机会。

2、天线关键技术能更好实现5G目标

5G无线侧将引入MassiveMIMO技术，使用大量天线形成大规模的天线阵列，利用多根天线形成的空间自由度及有效的多径分量，提高系统的频谱利用效率、提升用户体验。

频率是天线重要的参数，MassiveMIMO可形成更窄更高增益波束，降低干扰，提升信噪比，提升频谱效率5-8倍。

基于同时同频，使资源在每个波束间复用，可以成倍的提高频谱效率，每个用户能享受更多的资源，达到更高的峰值速率，实现多通道和多空间的划分。

传输速率提升，下行方向，降低干扰，上行方向更多接收增益，提升用户体验，应对移动宽带业务的爆发式需求。

低频MassiveMIMO用于广覆盖和深度覆盖，作为基础容量层，提供基本的用户体验速率。

高频MassiveMIMO天线用于热点区域、市内容量和无线回传。

高低频混合组网，实现最佳频谱利用。

覆盖效果增强，阵列天线的波束赋形可以在垂直方向进行调整，也可在水平方向进行调整，实现更好的覆盖效果。

精准的波束赋形，根据用户信道和干扰信道的位置，基带系统对天线各个端口的幅度和相位进行调节，形成指向用户并进行实时跟踪的窄波束，同时在干扰方向形成零陷，从而提高信号的信噪比，提升体验效率。

三、牌照发放引领基站建设高峰期，无线产业迎利好机会

1、牌照发放引领基站建设高峰期，运营商资本开支逐步增加

回顾3G、4G基站建设，牌照发放后1年为基站建设增速的波峰；3G牌照发放后，2009年基站站数同比增加135.12%，2014年基站数同比增加57.59%，目前三大运营商4G基站部署基本完成，4G用户渗透率达70%，用户总数达10亿人，4G基站数328万，净增65.2万，基站建设增速逐步放缓，随着5G频率分配以及牌照发放的落地，基站将迎来新一轮建设高峰期。

4G基站建设较3G基站建设明显提速，2010年3G基站增速达59.93%，2015年4G基站增速达110.08%，随着5G部署以及5G商用进程的推进，我们预计5G基站建设增速快于3G、4G基站的增速。

运营商资本开支力度逐步加大，资本开支总额与移动网资本开支变动大体一致，在牌照发放后，资本支出力度不断加大。

预计三大运营商2018资本开支将维持在3000亿人民币以上，2019年将逐步进入资本开支增长的高峰期，较2018年大幅提升，2020年随着5G基站大规模部署也将继续保持快速增长。

根据三大运营商从2G时代到4G时代每年资本开支情况进行测算，在4G的投资高峰年，三大运营商的总投资额是3G高峰期的157%，5G时期运营商资本开始将会是4G时期的1.5倍，我们预计天线板块的5G时代的投资额达800亿-1000亿元左右。

2、5G时代天线需求将呈倍数级增加

5G的技术需求将进一步促进基站天线进一步放量。

5G技术的向下兼容性，4G到5G的系统侧是“衔接、融合”的，因此基站建设是不断持续的过程，预计5G时期的基站数量将于4G时期保持一致，大约在380万个，预计5G全覆盖将会达到400万个。

5G时代MassiveMIMO技术相对于4G，每通道天线阵子数有所差异，但天线需求将持续增加。

MassiveMIMO相对于4G天线，单个基站天线需求提升约1.3到3倍左右。

随着牌照的发放，我国基站天线将进入利好发展阶段。

3G牌照发放后，2009年国内基站天线采购数量大幅增长，市场规模达到49.2亿元，较2008年增长了1倍。

4G牌照发放后，基于4G基站网组更密集，2014年基站天线市场规模增长近200%。

2017年低频谱重耕，基站天线采购释放，基站天线向高阶MIMO升级、向有源化发展，我们预计2017-2019年预计基站天线市场复合增速为35%，将步入增长快车道。

四、相关企业

基于5G部署需求的稳增以及无源天线架构逐步向有源天线转变，预计未来天线需求以及射频器件需求不断稳增，看好上游元器件供应商以及下游天线厂商：

天线及上游器件：

鸿博股份（弗兰德科技）、飞荣达、通宇通讯、世嘉科技、春兴精工、武汉凡谷等。

上游材料创新等：

中石科技、沪电股份、深南电路、生益科技。

五、主要风险

1、国家对5G等新兴领域的政策扶持减弱，5G部署进程不及预期，设备商及商誉元器件厂商的订单量不及预期。

2、运营商收入端承压，营收不及预期削减资本开支，对于移动通信板块的支出不断削减，设备商及上游厂商盈利不及预期。

3、5G应用场景相关技术进展及相关实验不及预期，5G应用场景实现延期，数据流量增速放缓。

4、中美贸易摩擦缓和低于预期风险。