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2019年掘金5G产业链优质赛道

深度行业研究 乐晴智库精选 2024-04-11



我国是全球电子制造基地,具有最完善的产业链以及庞大的消费群体,产业界也在纷纷寻求转型升级的机会。同时,随着5G通信的临近,更多频段得以开发、新技术得以引入,满足我们即时下载、社交直播、在线游戏等需求。2019年5G产业链蓄势待发。

1.移动端

随着移动通信技术的发展,5G通讯为射频器件行业带来新的增长机遇,主要包括功率放大器(PA)、天线开关(Switch)、滤波器(Filter)等。

一方面射频模块需要处理的频段数量大幅增加,另一方面高频段信号处理难度增加,系统对滤波器性能的要求也大幅提高。另外,5G时代天线设计难度及数量同时增加,天线厂商也将受益于天线单机价值量的提升。

根据YoleDevelopment的统计,2G制式智能手机中射频前端芯片的价值为0.9美元,3G制式智能手机中大幅上升到3.4美元,支持区域性4G制式的智能手机中射频前端芯片的价值已经达到6.15美元,高端LTE智能手机达到12-15美元,是2G制式智能手机中射频前端芯片的17倍。

预计到2023年手机射频(RF)前端模块和组件将达到350亿美元,17-23年复合年增长率为14%。滤波器的市场空间将从2017年的80亿美金快速成长至在2023年的225亿美金,17-23年复合增速达到19%。

2.基站侧

按5G全覆盖规格,我们预计全球需要建设900万个宏基站,中国需要建设450万个宏基站。目前较为广泛应用的基站结构为分布式基站,RRU与BBU分离通过馈线与天线连接。

分布式基站在目前4G时代看似问题不大,但在5G时代却不再适用。

分布式基站在5G时代劣势主要体现在:

1)天线部署困难,管理效率低下且部署及维护成本较高;

2)传输损耗较高。基站实际布署中常会遇到需要使用长馈线的情形,由此造成信号能量的严重衰减,并且射频放大后的功率50%~90%可能会在馈线传输中损耗。

AAU方案:根据现有方案,RRU与天线合并我们预计单个AAU使用0.64m²PCB,并且预计价格在5000元左右,单个基站有3个AAU,则全球AAU侧带来的PCB的市场空间就达259.6亿元。

RRU+天线方案:5G时代需要处理的数据量大幅增加,我们预计将带来PCB的价值量上升。5G时代天线和PCB预计有明显升级,受益于新材料和加工难度的提升,我们预计ASP将上升50%,据此估算全球的市场空间为283.6亿元。

因此根据我们的测算,基站端射频侧(包含AAU方案和RRU+天线方案)全球PCB市场空间将达543亿元,较4G提升5倍。如再考虑OTN相关设备所用的背板单板的量价齐升,以及小基站覆盖带来的增量,5G给PCB带来的市场空间将超千亿。

掘金成长,把握射频前端布局良机

通信技术以往都是每10年换代,1987年,“大哥大”首次进入中国,蜂窝移动通信系统正式启动;1995年前后,2G在中国落地,手机也可以上网和发短信;

2009年,中国移动、中国电信、中国联通获得3G牌照,用户从单一语音时代走向多元体验的时代;如今,中国拥有全球最大的4G移动通信网络,超过10亿中国消费者享受着高速、丰富的移动应用。

从1G到4G,主要解决的是人与人之间的沟通,而5G将解决人与物、物与物之间的沟通,5G将成为网络时代重要的基础设施。

5G具有高速率、大容量、低时延的特性,这使得5G技术在物联网、智慧家居、远程服务、外场支援、虚拟现实、增强现实等领域有了新的应用。

更高的速率和更好的业务体验,为各行各业的数字化转型提供技术前提,5G将真正实现移动信息化与社会各行各业的深度融合。

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5G商用在即,运营商紧锣密鼓

目前对于下一代5G通信技术,业界比较一致的目标是在2020年实现商用部署。

世界上许多国家和地区都开始了对5G发展的详细规划与推进,例如欧盟的METIS项目、中国的IMT-2020、韩国的5GForum等。这些项目和计划由众多的电信运营商、系统设备厂家、终端厂商、研究所和大学共同参与。

2018年6月14日,3GPP批准了第五代移动通信技术标准(5GNR)独立组网功能冻结,加上此前的非独立组网NR标准,5G第一阶段标准工作已宣告完成。

按照3GPP规划,5G标准分为NSA和SA两种。

其中5GNSA组网是一种过渡方案,主要以提升热点区域带宽为主要目标,没有独立信令面,依托4G基站和核心网工作,相对标准制定进展快些。

而5GSA组网版本的发布,意味着基于独立组网架构的5G系统能真正全面实现5G的技术指标和承诺,并为移动通信产业界创造出更新更多的发展机会。

3GPP确定5G标准化分为两个阶段,在SA第一阶段的5G标准落定后,第二阶段启动R16为5G标准,将于2019年12月完成,届时,整个5G标准也就出炉了。

根据工信部4月在数字中国建设峰会透露的消息,我国的首批5G芯片将在2019年元旦前进行流片,并在春节前后完工;按照规划,2019年5G将开启预商用,上半年开展商用基站建设,下半年生产出首批5G手机,并于2020年正式开始商用。

5G频谱分配方案落定三大运营商展开角逐

近日,三大运营商已经获得全国范围5G中低频段试验频率使用许可,并且划定了相应的频谱。

国内三大运营商均已制定了2020年启动5G网络商用的计划,于2017年展开试验网络的建设和相关测试。

如果前期工作进展顺利,三大运营商将在2019年开始投入5G网络建设,到2020年正式启动商用。

12月1日,韩国三大移动运营商集体推出5G服务,这将是全球首例5G商用服务,韩国成为全世界第一个进入5G时代的国家。

目前,全球运营商正在紧锣密鼓进行5G商用部署,截至2018年11月,全球已有182个运营商在78个国家进行了5G试验、部署和投资。

我国宣布将在2019年开始试商用,2020年推动规模商用;欧洲地区则将以产业互联网探索为主,预计个别激进运营商将在2019年试商用。据统计,5G首轮商用将覆盖全球1/3的人口。

通信引领终端射频变革,红利收获期渐近

过去十几年的时间,通讯行业经历了从2G到3G,再由3G到4G的逐步迭代。

更多频段得开发、新技术得引入令高速网络普及,手机也由当年短信电话的功能机转变为更加多元的智能终端,满足我们即时下载、社交直播、在线游戏等需求。

伴随着这种转变,通讯性能成为衡量一款手机的重要指标。

这其中射频前端(RFFE)作为核心组件,其作用更是举足轻重,主要包括功率放大器(PA)、天线开关(Switch)、滤波器(Filter)、双工器(Duplexer和Diplexer)和低噪声放大器(LNA)等,直接影响着手机的信号收发。

其中,天线开关负责不同射频通道之间的转换;滤波器负责射频信号的滤波;双工器负责FDD系统的双工切换和接收发射通道的射频信号滤波;PA负责发射通道的射频信号放大;LNA负责接收通道的射频信号放大。

手机下载(听电话)的原理是:先由天线传送过来高频类比讯号(电磁波),由传送接收器(Rx)接收进来,再经由带通滤波器(BPF)得到特定频率范围(频带)的高频类比讯号,由低杂讯放大器(LNA)将微弱的讯号放大,由混频器(Mixer)转换成所需要的频率,由解调器(Demodulator)转换成数码语音讯号,最后由基频芯片(BB)处理数码语音讯号,反之亦然。

在手机轻薄化趋势下,内部的硬件空间越来越小,通信的复杂化及手机功能的多样化使得射频元件数量越来越多。

射频前端(RFFE)有朝向模块化、设计更简化的发展趋势,由于射频前端器件的材料多为GaAs,无法于主芯片集成,所以射频前端只能做出单独的模块。

目前手机厂商大多选择搭配多个射频前端小模块,但随着手机内部空间日益吃紧,射频前端器件的集成趋势也非常明显,未来射频前端可能会以单独一个模块的形式集成在手机内。

我国常见的手机中,常用的2G频段有四个,3G频段有3-5个频段,4G频段有9-20个频段(而在43个频段中,FDD共获得20个频段、TDD共获得11个频段)。

未来随着手机用户的不断增加以及5G的应用,频段的使用会进一步增加。

目前比较常见的有“五模十频”、“五模十三频”和“五模十七频”。

随着全网通终端的普及,未来手机终端将支持更多的频段和制式,意味着手机需要更多的射频前端器件。

新增支持一个2G或3G频段需增加一个相应频段的滤波器和天线开关端口,由于LTE接收分集的存在,新增支持一个LTE频段则至少需要增加两个相应频段的滤波器和天线开关端口。

全球LTE频段众多,一颗PA无法支持全球所有的LTE频段,所以在新增支持一些特殊的频段时还可能需要增加额外的PA。

在整个射频前端的市场中,Skyworks、Qorvo、Avogo和Murata四家公司占据了大部分的市场份额,相比于手机芯片市场国产芯片的崛起,射频前端器件的领域目前还主要由国外厂家主导,国内的射频厂商的差距主要在于技术、专利和制造工艺,主要的产品为相对简单的手机天线、PA和较低端的滤波器。

多模多频驱动滤波器需求倍增,国产突围可期

随着移动通信技术的飞速发展,已由最初的2G发展到3G再到如今的4G,而且在4G网络高速发展的同时,对应的频段也在不断地扩充。

根据《第三代伙伴计划协议》,目前共有43个频段。频谱资源是一种非常珍贵的资源,由2G到4G,使用的频段变多,且频带宽了,可以提供的容量增大了,用户可以享受更高的网络速度。

以手机为例,手机每增加一个频段,大约需要增加2个滤波器(接收和发送),1个功率放大器和1个天线开关。另外5G通讯为射频器件行业带来新的增长机遇,一方面射频模块需要处理的频段数量大幅增加,另一方面高频段信号处理难度增加,系统对滤波器性能的要求也大幅提高。

根据YoleDevelopment的统计,2G制式智能手机中射频前端芯片的价值为0.9美元,3G制式智能手机中大幅上升到3.4美元,支持区域性4G制式的智能手机中射频前端芯片的价值已经达到6.15美元,高端LTE智能手机达到12-15美元,是2G制式智能手机中射频前端芯片的17倍。

因此,在4G制式智能手机不断渗透的背景下,射频前端芯片行业的市场规模将持续快速增长。

手机射频(RF)前端模块和组件市场发展迅猛,根据yole数据,2017年其市场规模为150亿美元,预计到2023年将达到350亿美元,复合年增长率为14%。

滤波器的市场空间将从2017年的80亿美金快速成长至2023年的225亿美金,复合增速达到19%。

国际大厂垄断,国内厂商加紧验证

射频(RF)前端模块拥挤的供应链中的主要厂商包括:Murata,Skyworks,Qorvo,英飞凌,Broadcom(博通)/Avago,TDKEPCOS,高通,海思等。

从滤波器的全球竞争格局上看,美国和日本基本垄断了整个行业。

在SAW滤波器领域,日本企业Murata、TDK和TaiyoYuden占据市场80%以上的份额;在BAW滤波器领域,Broadcom(博通)/Avago和Qorvo两家厂商占据市场90%以上的份额。

在国内,SAW滤波器厂商有麦捷科技、中电二十六所、中电德清华莹、华远微电和无锡好达电子,BAW滤波器领域暂时只有部分研究所处于研发阶段。

其中,国内厂商麦捷科技等厂商生产的SAW滤波器已经开始逐步批量出货至华勤、闻泰二线厂商,并正在积极向市场推广逐步实现国产突围。

高频通信是5G时代的核心技术,目前射频前端器件在技术上还无法做到在手机上实现高频通信。高频通信的出现将对手机射频前端器件的性能和制作工艺提出更高的要求。

目前PA和LNA主流的制作材料在高频时会受到很大的影响,未来可能需要诸如GaN等高频特性更好的材料制造射频前端器件,在制造技术和成本上都还需要有所突破。

终端产品天线升级,MIMO蓄势待发

我们从苹果手机天线结构的演进中可以看到,在3G时代,iPhone3G/3GS采用FPC架构天线;穿透手机塑料外壳发射和接受信号;

iPhone4/4S采用玻璃后盖和金属边框,边框采用分段设计,边框不仅起到了机身框架的作用,同时还是手机的无线天线(后来的iphone6也是采用了分段式的设计);

到iPhoneX时苹果首次使用LCP(液晶聚合物)天线,用于提高天线的高频高速性能并减小空间占用。

天线类别包含语音通话主天线、PC天线、wifi天线、NFC天线等。

在产品结构或者形态上,有传统的螺旋式外置天线,后来逐步发展成内置天线,如陶瓷天线、FPC天线和LDS天线等。随着形态的改变和设计难度的提升,天线的价值量也在提升。

在5G商用之前,预计4.5G会在移动终端逐步使用。

就手机天线而言,目前普通4G手机天线采用2x2MIMO,4.5G使用4x4MIMO,4.5Gadvance使用8x8MIMO,未来进入5G时代有望采用64x8MIMO的天线,基站和手机终端天线数量分别增长30倍和3倍,同时天线设计难度上升,天线厂商受益于天线需求的增长。

5G带动高频高速需求,通信PCB迎确定性机会

5G时代数据量巨大,建站密度增加

根据IMT-2020(5G)推进组提出的5G关键能力,5G需要具备比4G更高的性能,支持0.1~1Gbps的用户体验速率,1百万/Km2的连接数密度,毫秒级的端到端时延,数十Tbps/Km2的流量密度,500Km/h以上的移动性和数十Gbps的峰值速率。

其中,用户体验速率、连接数密度和时延为5G最基本的三个性能指标。

同时,5G还需要大幅提高网络部署和运营的效率,相比4G,频谱效率提升5~15倍,能效和成本效率提升百倍以上。

5G因频段较4G有较大提升,基站数量将大幅增长。

移动通信从2G至3G和4G,频段也从800MHz/900MHz提高至1.8GHz和2.5GHz。进入5G时代,在三大应用场景和高频高速的要求下,5G将采用3GHz以上的更高频段,基站覆盖范围持续缩小,需要基站建设密度不断加大(低频基站覆盖0.5-1公里,高频28GHz基站覆盖不超过350米)。

根据中国联通的预计,5G建站密度将至少达到4G的1.5倍。

据工信部数据,截至2018Q1我国4G基站数共338万个,目前4G基站建设及投资已趋缓。

由此我们预计,未来5G全覆盖我国宏基站数将达到450万个,按中国占全球4G基站近一半的比例计算,5G宏基站数量或达900万个。

通信领域应用在PCB下游应用中一直占据较大的比重,通信设备的PCB需求主要以多层板为主(4-16层板的占比达到65.29%,其中8-16层板占比约35.18%),包括背板、高频微波板、高频多层板等。

从5G的建设需求来看,5G将会采取“宏站+小站”组网覆盖的模式。

毫米波高频段(以28GHz为例)的小站覆盖范围是10-20m,应用于热点区域或更高容量业务场景,由于小基站主要用于高频段建设,现阶段方案仍不确定,故而不做预计。

宏基站数量的大幅增加将有望拉动PCB需求,国内通信板厂商将持续受益5G推进。

5G时代基站射频侧PCB市场空间测算

按5G全覆盖规格,我们预计全球需要建设900万个宏基站,中国需要建设450万个宏基站。

AAU方案:

根据现有方案,RRU与天线合并我们预计单个AAU使用0.64m²PCB,并且预计价格在5000元左右,单个基站有3个AAU,则全球AAU侧带来的PCB的市场空间就达259.6亿元。

RRU+天线方案:

5G时代需要处理的数据量大幅增加,我们预计将带来PCB的价值量上升。5G时代天线和PCB预计有明显升级,受益于新材料和加工难度的提升,我们预计ASP将上升50%,据此估算全球RRU+天线方案带来的市场空间为283.6亿元。

因此根据我们的测算,基站端射频侧(包含AAU方案和RRU+天线方案)全球PCB市场空间将达543亿元,较4G提升5倍。

如再考虑OTN相关设备所用的背板单板的量价齐升,以及小基站覆盖带来的增量,5G给PCB带来的市场空间将超千亿。

优选赛道龙头

目前,在低端硬板上因为进入门槛低,产品的价格竞争已经白热化,整体的毛利率水平相对较低;

随着5G时代来临,PCB的技术要求和工艺制程显著提升,将会大大提高厂商的进入门槛。

国内通讯PCB板厂商以深南电路、沪电股份为主,内资通信板龙头与主要的通信设备商如华为、中兴合作密切,在3G、4G时代有良好的合作开发关系,公司相关产品技术行业领先并在供应链地位较强,我们预计龙头公司未来能共享基站建设带来的红利,助力公司业绩增长。

展望2019年,我国电子信息制造业依然面临外部贸易摩擦的不确定性、人力成本提升、产业转型等多方面压力。同时,随着全球市场上各类高性价比的手机不断涌现及消费者换机需求逐渐减弱,智能机市场已经逐渐饱和。上游零部件厂商依靠下游终端量的增长难以实现,供应链之间的公司竞争加剧。报告来源 (平安证券:刘舜逢 )



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