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5G对无线通讯芯片产业链有什么影响?

2019-02-26 14:13
Ai芯天下
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5G与现有移动通信技术相比应有三个显著的特征:千亿级别的联接数量、1毫秒的超低时延和10Gbps的通信速率。5G不仅仅是一次技术升级,这些特征将使5G成为一个强大的平台,进而催生出无数新应用、新商业模式,甚至新的产业,5G将成为很多颠覆式创新的使能技术。

尽管现在很难预测5G将如何影响人们的生活,但技术创新与人类想象力的结合无疑将为人们创造一个更加美好的未来。毫无疑问,5G将帮助我们解决现有技术无法解决的诸多挑战,特别是在联接数量、网络时延和速度方面的挑战。

AI芯天下丨5G对无线通讯芯片产业链有何影响?

5G通信行业产业链条的重要环节

主要包括以下五个重要环节:

①网络规划设计(前期技术研究及网络建设规划)

②无线主设备(核心网、基站天线、射频器件、光器件/光模块、小基站等,无线配套、网络覆盖与优化环节开始布局)

③传输设备(无线设备后需要有线传输链接,紧跟其后的包括光纤光缆、系统集成、IT支持、增值服务等)

④终端设备(芯片及终端配套)

⑤运营商

⑥PCB/CCL产业链(用于基站射频、基带处理单元、IDC和核心网路由器等);⑦介质波导滤波器(基站射频)

按器件种类来看,射频前端模组可以分为放大器、滤波器、天线开关/调谐器及天线四部分。

射频系统市场未来五年市场规模将迅速增长,其中滤波器市场的规模则占比市场的50%以上,滤波器产品和功放产品市场规模总和达到整体市场容量的80%~90%。射频开关市场排名第三,2020年之后毫米波元器件市场开启。

滤波器

滤波器的主要作用是在杂乱的空间将目标信号过滤出。随着手机支持频率的增加和MIMO技术的引入,滤波器需求指数上升。

为添加新频段通信功能,需要提升滤波器数量。4G到5G,Skyworks预计滤波器数量平均将由40只提升至50只。高频通信场景中,现有SAW/TC-SAW滤波器将替换为BAW/FBAR。现有滤波器头部厂商因为市场规模提升直接受益。

SAW滤波器2G、3G、4G已广泛应用,一般工作在1.9GHz以下频段,最新的研究将应用上限推广到了2.5GHz左右。而BAW滤波器一般工作在1.5GHz~6.0GHz,最高可以工作在10GHz以上,在高频通信中应用更为适合,另外相比SAW温漂较低。

另外,在高频超宽带场景(如3.3-4.2GHz;3.3~3.8GHz;4.4~5.0GHz)通信中,终端如果采用CPE,单通道可达500MHz,以低温共烧陶瓷(LTCC)工艺制作的滤波器的应用将更加普遍。相比SAW或BAW滤波器,LTCC虽然可处理高频信号,但选频能力较差。但LTCC对高功率场景的处理能力优于SAW或BAW滤波器。

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功率放大器(PA)

PA用于将信号功率放大输出至天线以发射信号。手机PA随着天线的数量增多而增多。PA市场将由2017年的50亿美元增长至2023年的70亿美元,复合增速为6%。市场容量在4G时代被滤波器超过,排名第二。

5G时代,预计GaAs依然是手机功放的主流方案。为实现从2通道向4通道通信,PA数量预计将可能翻倍提升。长期看,为支持更高频率信号的输出,现有GaAs材料也可能向GaN材料功放升级。从3G时代起由于击穿电压、输出功率等优势,GaAs材料代替CMOS材料成为PA市场主流材料。随着更多厂商的加入,PA市场的竞争进一步加剧。因此头部厂商将PA同基带、开关等芯片绑定销售,以提升竞争力。

射频开关和调节器Switch&Tuner

类似于滤波器的需求提升,5G因为频段的增加将带来通道数的提升,进而推动开关市场的容量增长。终端射频开关市场规模将由2017年的10亿美元增至2023年的30亿美元,复合增速约为20%。

天线调节器Tuner市场也将迎来增长,从2017年的4.63亿美元向10.00亿美元发展,复合增速约为14%;LNA从2017年的2.46亿美元增长至2023年的6.02亿美元,复合增速约为16%。

由于模块化的集成方式的商业考虑和LTE全网通的技术趋势,射频行业的生态出现了较大变化,历史上以PA为核心的射频行业的价值量渐渐向Filter+PA的双重点方向演进,有源和无源器件供应商开始通过并购等模式互相渗透。

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天线

MIMO应用确定,LDS和LCP天线成为趋势天线系统是射频系统中关键的组成部分,目前有被集成至射频模组中的案例,但未被集成至芯片级,是射频半导体领域的补充。

天线数量提升和新工艺的加入有利于天线提供商信维通信等。为了减小尺寸、可有若干解决方案,包括PI基材向LCP基材或LDS方向演进。然而5G基站相比手机功能仅为连接。因此5G基站射频市场基本等同于整体市场规模,同手机射频市场规模处在同一量级。

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①5G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。

5G时代来临带来射频器件单机数量和价值量的增加,全球射频市场规模有望增长。5G商用手机销售将始于2020年,其销量在2025年将超过3亿部。

随着5G网络的普及,全球移动终端射频器件市场将迎来稳健增长。据美国高通公司预测,移动终端射频前端模块在2015-2020年间的复合增速在13%以上,到2020年市场规模将超过180亿美元。其中,滤波器是射频前端模块增长最快的细分方向,滤波器市场将由现在的50亿美元的市场规模增长至2020年的130亿美元。

与4G相比,5G时代将有更多的通信频段资源被投入使用,多模多频使得5G手机对于射频前端芯片的需求增加,有专家预计射频前端芯片占据手机成本的比例甚至有可能超过基带处理器等其他关键器件。

AI芯天下丨5G对无线通讯芯片产业链有何影响?

结尾

从历史上看,每一次通信技术升级都带来了行业格局上的变革与机遇,而5G技术的特性将推动射频前端芯片的变革,为无线通讯芯片行业的增长带来机遇。

到2020年,预计将有超过500亿的互联设备。因此,5G网络必须具有更高的可扩展性、智能性和异构性。分布式小型基站、支持数百个天线的海量MIMO以及通过CloudRAN进行的集中式基带处理等技术将显著增大覆盖范围与数据吞吐量。网络将需要通过回程及光前传来进行安全连接,以完成处理。

展望未来,随着手机出货量及硬件规格升级的放缓,预计行业总体增速下降至2.9%左右。但由于5G需要支持新的频段和通信制式,包括滤波器,功率放大器,开关等射频前端存在结构性增长机会。

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