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5G基站天线集成化或改变产业链竞争格局

发表于:2019-02-18作者: 李亚东
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        摘要:若要实现5G应用场景和高通信速率的要求,无线通信技术的革新是必经之路。大规模阵列天线(Massive MIMO)技术是5G网络不可或缺的关键技术,而基于此的天线工艺设计、天线材料、基站部署等都将与4G时代大相径庭。本文主要介绍了5G基站天线的集成化对产业链竞争格局的影响。

  根据ITU(国际电信联盟)制定的5G标准,5G对无线接入有高速率、低时延、广覆盖等要求,而大规模天线阵列、超密集组网、新型多址、全频谱接入和新型网络架构等技术正是为5G通信而量身定制的。尤其是大规模天线阵列技术极大提升了5G的频谱利用效率,但同时天线数量也增加到64、128甚至更多。因此基于Massive MIMO技术的应用,基站天线的制造工艺、构造也与4G时代有所不同。

  天面的“圈地运动”降低

  经历了四代移动通信大发展,优秀基站地点已经越来越少了。从基站上密密麻麻的天线分布可以得知,天面的“圈地运动”已经非常激烈。4G宏基站沿用天线-馈线-RRU-BBU构造,随着天线数量的增加,设备馈线已经盘根错接,导致电缆安装施工、后续设备维护的工作量加大,也成为制约eMBB实现的瓶颈之一。

  5G天线单扇面的振子数量就已经达到了64或128甚至更高,相应端口达到数十个,如果沿用4G宏基站构造,大量馈线产生的功耗是非常不经济的。因此,在实际5G天线的部署中,使用Massive MIMO技术的天线用PCB板代替了原来馈线的连接和功率分配,有源天线整合了天线与RRU的功能,使得天面体积大大减小、馈线损耗大大降低。同时,基于Massive MIMO本身网络覆盖广的特性,基站选址与扩容将得到更好地优化。

  电镀塑料天线振子将成为主流

  在天线构造中,振子是天线最为关键的部件,是用于放大和接收电磁波的辐射单元。传统天线振子多为半波金属天线振子和贴片振子,半波振子装配复杂、成本高,更重要的是单件重量较大。贴片振子结构简单、重量小,但损耗大、效率低,对装配的精度要求高,具体对比如表1所示。5G时代应用频段上升,天线振子数量成倍增加,传统的金属振子已不能满足精度要求。

  飞荣达生产出3D选择性电镀塑料振子,成功的解决了振子高频通信的问题。塑料天线振子采用含有机金属复合物的改性塑料材料,用注塑成型的方式将复杂的 3D 立体形状一次性制造出来,使产品重量大大减轻。同时,3D 塑料振子除了重量非常轻,还能实现传统钣金和压铸工艺振子所不能实现的精度要求,保证了振子对3.5G 以上高频场景的适用要求。

表1 不同类型天线振子优劣对比

表1 不同类型天线振子优劣对比

(数据来源:安信证券研究中心)

  基站天线产业,头部设备商拥有较多话语权

  移动通信经历了2G到4G的发展,基站天线性能也得到了较多突破。天线的外部构造变化明显,但天线架构仍然为无源天线,材料仍是传统的金属和塑料,也没有大规模使用多层PCB板。而到了5G时代,远端射频处理单元(RRU)与天线进一步集成为一体化有源天线AAU(ActiveAntennaUnit),内部使用PCB板集成更多的组件,射频单元不再使用功耗较多的馈线和RRU相连,直接将天线和RRU整合成AAU,外部使用低功耗的光纤连接BBU,减少了传统馈线的功耗。同时,基站天线的选址和部署变得更加容易,可以选择诸如城市路灯、电线杆等公共场合,减少站点租赁和运营成本。

  天线集成度的提高,使得下游设备商和运营商的议价能力更强,传统无源天线厂商议价能力减弱。在4G时代,运营商既可以向基站天线厂商直接采购,也可以采用向设备商打包天线的方式采购通信设备整机。5G天线集成度更高,运营商由直接采购改为向设备商间接采购,天线生产企业的下游客户由运营商转向了设备商,下游客户变得更为集中。这一点从华为天线业务逐年增长的市场份额可以看出,2014年华为全球基站天线业务的市场份额达到了14%,而到了2016年华为市占率一举扩大到32%,头部优势逐渐显现。

  结语

  基站天面的减少,为电信运营商基站选址提供了更多的选择;3D塑料振子的有望改变传统天线行业的竞争格局,使份额向具有高精度、低重量和低成本的优势企业聚集;天线+RRU的整合架构,使得下游设备商得到更多话语权,天线产业链生态即将发生巨大变化,在设备商如华为、中兴等供应链中地位稳固的企业将受益最大。

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