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    5G的出現將會帶來什么?無線通訊芯片產業鏈應該會發生這樣的改變

    2019-03-01 09:27 互聯網

    導讀:5G不僅僅是一次技術升級,這些特征將使5G成為一個強大的平臺,進而催生出無數新應用、新商業模式,甚至新的產業,5G將成為很多顛覆式創新的使能技術。

    5G現有移動通信技術相比應有三個顯著的特征:千億級別的聯接數量、1毫秒的超低時延和10Gbps的通信速率。5G不僅僅是一次技術升級,這些特征將使5G成為一個強大的平臺,進而催生出無數新應用、新商業模式,甚至新的產業,5G將成為很多顛覆式創新的使能技術。

    盡管現在很難預測5G將如何影響人們的生活,但技術創新與人類想象力的結合無疑將為人們創造一個更加美好的未來。毫無疑問,5G將幫助我們解決現有技術無法解決的諸多挑戰,特別是在聯接數量、網絡時延和速度方面的挑戰。

    5G通信行業產業鏈條的重要環節

    主要包括以下五個重要環節: 

    ①網絡規劃設計(前期技術研究及網絡建設規劃)

    ②無線主設備(核心網、基站天線、射頻器件、光器件/光模塊、小基站等,無線配套、網絡覆蓋與優化環節開始布局)

    ③傳輸設備(無線設備后需要有線傳輸鏈接,緊跟其后的包括光纖光纜、系統集成、IT支持、增值服務等)

    ④終端設備(芯片及終端配套)

    ⑤運營商

    ⑥PCB/CCL產業鏈(用于基站射頻、基帶處理單元、IDC和核心網路由器等);⑦介質波導濾波器(基站射頻)

    按器件種類來看,射頻前端模組可以分為放大器、濾波器、天線開關/調諧器及天線四部分。 

    射頻系統市場未來五年市場規模將迅速增長,其中濾波器市場的規模則占比市場的50%以上,濾波器產品和功放產品市場規??偤瓦_到整體市場容量的80%~90%。射頻開關市場排名第三,2020年之后毫米波元器件市場開啟。

    濾波器

    濾波器的主要作用是在雜亂的空間將目標信號過濾出。隨著手機支持頻率的增加和MIMO技術的引入,濾波器需求指數上升。 

    為添加新頻段通信功能,需要提升濾波器數量。4G到5G,Skyworks預計濾波器數量平均將由40只提升至50只。高頻通信場景中,現有SAW/TC-SAW濾波器將替換為BAW/FBAR?,F有濾波器頭部廠商因為市場規模提升直接受益。

    SAW濾波器2G、3G、4G已廣泛應用,一般工作在1.9GHz以下頻段,最新的研究將應用上限推廣到了2.5GHz左右。而BAW濾波器一般工作在1.5GHz~6.0GHz,最高可以工作在10GHz以上,在高頻通信中應用更為適合,另外相比SAW溫漂較低。

    另外,在高頻超寬帶場景(如3.3-4.2GHz;3.3~3.8GHz;4.4~5.0GHz)通信中,終端如果采用CPE,單通道可達500MHz,以低溫共燒陶瓷(LTCC)工藝制作的濾波器的應用將更加普遍。相比SAW或BAW濾波器,LTCC雖然可處理高頻信號,但選頻能力較差。但LTCC對高功率場景的處理能力優于SAW或BAW濾波器。

    功率放大器(PA)

    PA用于將信號功率放大輸出至天線以發射信號。手機PA隨著天線的數量增多而增多。PA市場將由2017年的50億美元增長至2023年的70億美元,復合增速為6%。市場容量在4G時代被濾波器超過,排名第二。

    5G時代,預計GaAs依然是手機功放的主流方案。為實現從2通道向4通道通信,PA數量預計將可能翻倍提升。長期看,為支持更高頻率信號的輸出,現有GaAs材料也可能向GaN材料功放升級。從3G時代起由于擊穿電壓、輸出功率等優勢,GaAs材料代替CMOS材料成為PA市場主流材料。隨著更多廠商的加入,PA市場的競爭進一步加劇。因此頭部廠商將PA同基帶、開關等芯片綁定銷售,以提升競爭力。

    射頻開關和調節器(Switch&Tuner)

    類似于濾波器的需求提升,5G因為頻段的增加將帶來通道數的提升,進而推動開關市場的容量增長。終端射頻開關市場規模將由2017年的10億美元增至2023年的30億美元,復合增速約為20%。

    天線調節器Tuner市場也將迎來增長,從2017年的4.63億美元向10.00億美元發展,復合增速約為14%;LNA從2017年的2.46億美元增長至2023年的6.02億美元,復合增速約為16%。 

    由于模塊化的集成方式的商業考慮和LTE全網通的技術趨勢,射頻行業的生態出現了較大變化,歷史上以PA為核心的射頻行業的價值量漸漸向Filter+PA的雙重點方向演進,有源和無源器件供應商開始通過并購等模式互相滲透。

    天線

    MIMO應用確定,LDS和LCP天線成為趨勢天線系統是射頻系統中關鍵的組成部分,目前有被集成至射頻模組中的案例,但未被集成至芯片級,是射頻半導體領域的補充。

    天線數量提升和新工藝的加入有利于天線提供商信維通信等。為了減小尺寸、可有若干解決方案,包括PI基材向LCP基材或LDS方向演進。然而5G基站相比手機功能僅為連接。因此5G基站射頻市場基本等同于整體市場規模,同手機射頻市場規模處在同一量級。

     

     

    ①5G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?;咎炀€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。 

    5G時代來臨帶來射頻器件單機數量和價值量的增加,全球射頻市場規模有望增長。5G商用手機銷售將始于2020年,其銷量在2025年將超過3億部。 

    隨著5G網絡的普及,全球移動終端射頻器件市場將迎來穩健增長。據美國高通公司預測,移動終端射頻前端模塊在2015-2020年間的復合增速在13%以上,到2020年市場規模將超過180億美元。其中,濾波器是射頻前端模塊增長最快的細分方向,濾波器市場將由現在的50億美元的市場規模增長至2020年的130億美元。

    與4G相比,5G時代將有更多的通信頻段資源被投入使用,多模多頻使得5G手機對于射頻前端芯片的需求增加,有專家預計射頻前端芯片占據手機成本的比例甚至有可能超過基帶處理器等其他關鍵器件。

    結尾

    從歷史上看,每一次通信技術升級都帶來了行業格局上的變革與機遇,而5G技術的特性將推動射頻前端芯片的變革,為無線通訊芯片行業的增長帶來機遇。 

    到2020年,預計將有超過500億的互聯設備。因此,5G網絡必須具有更高的可擴展性、智能性和異構性。分布式小型基站、支持數百個天線的海量MIMO以及通過CloudRAN進行的集中式基帶處理等技術將顯著增大覆蓋范圍與數據吞吐量。網絡將需要通過回程及光前傳來進行安全連接,以完成處理。 

    展望未來,隨著手機出貨量及硬件規格升級的放緩,預計行業總體增速下降至2.9%左右。但由于5G需要支持新的頻段和通信制式,包括濾波器,功率放大器,開關等射頻前端存在結構性增長機會。

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