5G漸行漸近，不可忽視的無線側(cè)投資機(jī)遇

我們預(yù)計(jì)5G投資規(guī)模相比于4G將有比較大的提升。 2009-2013年是我國3G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)周期，資本開支呈上升趨勢，三大運(yùn)營商 CAPEX合計(jì)投入15878億元，年平均投資額為3176億元；2014年，進(jìn)入我國4G快速建設(shè)周期，投資額逐年快速提升，截止2017年三大運(yùn)營商4G累計(jì)CAPEX投入14593億元，年平均投資額為3648億元。5G因支持更多場景，生命周期會(huì)長。根據(jù)信通院測算，我國5G在商用后的第四年（2023年）網(wǎng)絡(luò)設(shè)備支出達(dá)到最大，之后開始下降。如果考慮更長的生命周期，預(yù)計(jì)5G建設(shè)周期的十年內(nèi)，運(yùn)營商用于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的支出將達(dá)到2.64萬億。

5G技術(shù)變革推動(dòng)無線側(cè)技術(shù)大升級

網(wǎng)絡(luò)性能和覆蓋能力的提升，推動(dòng)5G技術(shù)大升級。根據(jù)我們11月22日發(fā)布的年度策略報(bào)告《5G的元年與進(jìn)擊的流量》，5G將在網(wǎng)絡(luò)帶寬、連接密度、時(shí)延、同步、成本和效率上有更高的要求，這些需求將推動(dòng)無線側(cè)進(jìn)行技術(shù)大升級。無線側(cè)主要變化有：1）5G空口需引入大規(guī)模陣列天線技術(shù)（Massive-MIMO）；2）基站架構(gòu)發(fā)生變化，天線有源化趨勢明顯。

1）5G基站引入大規(guī)模陣列天線。Massive MIMO，即大規(guī)模MIMO（Multiple-input Multiple-output，多輸入多輸出）技術(shù)，旨在通過更多的天線大幅提高網(wǎng)絡(luò)容量和信號質(zhì)量，原理上可類比高速公路拓展馬路道數(shù)來提高車流量。采用Massive MIMO的5G基站不但可以通過復(fù)用更多的無線信號流提升網(wǎng)絡(luò)容量，還可通過波束賦形大幅提升網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力。波束賦形技術(shù)通過調(diào)整天線增益空間分布，使信號能量在發(fā)送時(shí)更集中指向目標(biāo)終端，以彌補(bǔ)信號發(fā)送后在空間傳輸?shù)膿p耗，大幅提升網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力。相比較4G基站，采用支持大規(guī)模陣列天線技術(shù)的AAU是5G基站成本大幅增加的主要原因。

天線尺寸與頻率相關(guān)，5G天線或以64通道為主。根據(jù)無線通信原理，為了保證天線發(fā)射和接收轉(zhuǎn)換效率最高，一般天線振子的間距必須要大于半個(gè)無線信號波長，而無線信號波長與無線信號頻率成反比（λ=c/f，其中c為光速，f即無線信號頻率），即當(dāng)信號頻率越高，信號波長越小。未來國內(nèi)5G頻段室外覆蓋或以3.5GHz和2.6GHz為主，根據(jù)此頻段得出半個(gè)波長大概是4.3cm/5.8cm。根據(jù)目前的5G測試來看，目前采用64T64R的Massive MIMO技術(shù)是各個(gè)設(shè)備商的主流測試選擇。雖然通道數(shù)越多，網(wǎng)絡(luò)的性能越高，但綜合考慮天線尺寸大小/重量、天線性能以及成本因素，目前運(yùn)營商也在考慮低成本的Massive MIMO方案—16T16R。我們認(rèn)為，5G前期如果64通道天線成本未下降到運(yùn)營商接受的范圍內(nèi)，可能運(yùn)營商在滿足部署和容量的情況下優(yōu)先考慮16通道方案。

2）5G基站架構(gòu)發(fā)生較大變化，天線有源化趨勢明顯。4G宏基站主要分三個(gè)部分：天線、射頻單元RRU和部署在機(jī)房內(nèi)的基帶處理單元BBU。5G網(wǎng)絡(luò)傾向于采用AAU+CU+DU的全新無線接入網(wǎng)構(gòu)架，如下圖所示。天線和射頻單元RRU將合二為一，成為全新的單元AAU（Active Antenna Unit，有源天線單元），AAU除含有RRU射頻功能外，還將包含部分物理層的處理功能。AAU將主要部署在室外塔站上，采用光纖直連拉遠(yuǎn)的形式與DU（Distributed Unit，用以實(shí)現(xiàn)基帶處理的大部分功能，以及部分L2層功能）連接。

介質(zhì)濾波器級或?yàn)?G基站濾波器主流方案

濾波器是信號的過濾器，射頻單元核心器件之一

濾波器是射頻單元核心器件之一。隨著移動(dòng)基站支持的網(wǎng)絡(luò)頻段越來越多，濾波器成為射頻模塊中不可獲取的一部分，天線會(huì)將所有能接受到的頻段信號都送往射頻前端模塊，但我們只希望選擇特定頻段的信號進(jìn)行處理，這時(shí)候就需要濾波器來消除干擾雜波，讓有用信號盡可能無衰減的通過，對無用信號盡可能的衰減。

陶瓷介質(zhì)濾波器或?yàn)?G基站主流方案

5G時(shí)代，天線通道數(shù)增加以及天線有源化對天線設(shè)計(jì)提出更高要求，小型化及輕量化是基礎(chǔ)。4G時(shí)代，天線形態(tài)基本是4T4R（FDD）或者8T8R（TDD），根據(jù)目前測驗(yàn)的情況來看，5G時(shí)代可能以64T64R大規(guī)模陣列天線為主。通道數(shù)同比增加了7-15倍，意味著天線對射頻器件需求量同比增加了7-15倍，同時(shí)天線無源部分將與RRU合為AAU，都對5G時(shí)代天線的體積及重量提出了更高的設(shè)計(jì)要求。4G時(shí)代，無源天線+RRU重量大概在24-34kg，目前測試中的5GAAU重量大概在45kg，重量同比增加了32%~88%。所以在5G天線集成化的趨勢下，小型化及輕量化成為天線設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。

5G或以陶瓷介質(zhì)濾波器為主。3/4G時(shí)期，金屬濾波器憑借成熟的技術(shù)以及良好的性能成為那個(gè)時(shí)代的主流技術(shù)方案，進(jìn)入5G時(shí)代設(shè)備商以及天線廠商也在研發(fā)小型化金屬腔體濾波器來滿足5G需求。根據(jù)草根調(diào)研，按照單通道計(jì)算，小型化金屬腔體濾波器的重量平均比介質(zhì)濾波器重20%左右。正如上文所說，未來5G基站對器件的小型化及輕量化越來越重視，陶瓷介質(zhì)濾波器在滿足性能的前提條件下，憑借輕量化、抗溫漂性能好以及小型化優(yōu)勢成為主設(shè)備商主要選擇方案之一。考慮中國移動(dòng)未來5G建設(shè)會(huì)基于2.6GHz頻段，2.6GHz 16T16R天線單通道功率要求相比3.5GHz頻段64T64R天線更高，此時(shí)小型金屬腔體濾波器更占優(yōu)，因此2.6GHz頻段下有部分天線會(huì)選擇小型金屬化腔體濾波器。

介質(zhì)波導(dǎo)相比介質(zhì)腔體性能更好。陶瓷介質(zhì)濾波器技術(shù)方案主要有介質(zhì)腔體（Monoblock）和介質(zhì)波導(dǎo)（Waveguide）。因?yàn)榻橘|(zhì)腔體方案承受功率較小，性能相比介質(zhì)波導(dǎo)差，目前陶瓷介質(zhì)濾波器主流技術(shù)方案為介質(zhì)波導(dǎo)。

陶瓷介質(zhì)濾波器性能由粉體配方及生產(chǎn)工藝決定。陶瓷介質(zhì)濾波器性能主要由以下幾個(gè)因素決定：

1）品質(zhì)因素Q：Q越大，則濾波器插入損耗越小，意味著選頻特性越好，成本越低；當(dāng)插入損耗為1dB，則信號功率被衰減20%，當(dāng)插入損耗為3dB，則信號功率被衰減50%；

2）介電常數(shù)εr：介電常數(shù)越高，有利于器件的小型化、集成化；

3）諧振頻率溫度系數(shù)tf：通信器件的工作溫度是不斷變化的，溫度變化同樣會(huì)引起諧振頻率變化，該系數(shù)越小則溫漂引起的諧振頻率變化越小；

陶瓷介質(zhì)濾波器上游材料主要有二氧鈦（TIO2）、氧化鋯（ZrO2）、氧化鋁（AIO3）、碳酸鋇（BaCO3）等，陶瓷介濾波器所需原材料量占整體上游原料比例較小，因此這些原材料采購方便。根據(jù)產(chǎn)業(yè)鏈調(diào)研，原料合成即陶瓷介質(zhì)粉體材料配方是決定濾波器性能好壞的關(guān)鍵因素之一，同時(shí)介質(zhì)濾波器生產(chǎn)過程中需盡力控制工藝以制出雜質(zhì)少、缺陷少、晶粒均勻分布的陶瓷，因此陶瓷介質(zhì)濾波器性能由粉體配方及生產(chǎn)工藝決定。

5G規(guī)模建設(shè)期濾波器市場規(guī)模大幅增長

4G時(shí)期中國移動(dòng)最先發(fā)力，發(fā)牌后第一年為其建設(shè)高峰。根據(jù)三大運(yùn)營商財(cái)報(bào)數(shù)據(jù)，到2017年底，中國移動(dòng)擁有4G基站187萬站，中國聯(lián)通擁有85萬站，中國電信117萬站，合計(jì)共389萬站。在4G發(fā)牌（2013年12月）之時(shí)，4G產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)基本成熟，因此在發(fā)牌后，運(yùn)營商能夠迅速展開4G基站的大規(guī)模建設(shè)。從建設(shè)節(jié)奏來看，中國移動(dòng)發(fā)力最猛，在4G發(fā)牌后約一年的時(shí)間，已建成約77萬站的4G基站，2014年也成為其4G基站建設(shè)的高峰年，當(dāng)年建成約50萬站；中國電信居次，14年底建成18萬站；同期，中國聯(lián)通建成4G基站約9萬站。

聯(lián)通和電信的建設(shè)高峰年出現(xiàn)在2016年。2016年，中國聯(lián)通建成4G基站約34萬站，中國電信建成38萬站，均為各自的4G基站新增數(shù)量的高峰之年。中國移動(dòng)的建設(shè)依舊強(qiáng)勢，2016年建成4G基站約41萬站。三大運(yùn)營商共同深耕4G，2016年三大運(yùn)營商4G基站建設(shè)總數(shù)量也達(dá)到了113萬站，為4G發(fā)牌以來新增4G基站最多的一年，當(dāng)年新增的4G基站數(shù)占截至2017年底全部4G基站數(shù)量的29.05%。到2017年底，我國4G基站建設(shè)高峰已經(jīng)結(jié)束，4G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)已經(jīng)基本完成。

我們認(rèn)為為實(shí)現(xiàn)全國范圍的廣域覆蓋，5G宏基站總規(guī)模需達(dá)到約400萬站左右。參考4G時(shí)期的基站建設(shè)進(jìn)度，假設(shè)5G基站建設(shè)周期為5年，正如上文所述，國內(nèi)4G發(fā)牌同期海外4G已經(jīng)規(guī)模商用，整體4G預(yù)商用建設(shè)基站數(shù)量較多；考慮當(dāng)前5G技術(shù)尚未成熟，我們認(rèn)為5G時(shí)期每年基站建設(shè)數(shù)量或小于4G時(shí)期。

我們預(yù)計(jì)中國移動(dòng)將集中力量在2.6GHz進(jìn)行室外宏站部署，根據(jù)上文描述，2.6GHz可能考慮16T16R建設(shè)場景，假設(shè)16T16R和64T64R建設(shè)比例各占一半，對應(yīng)小型金屬腔體濾波器和陶瓷介質(zhì)濾波器數(shù)量各占一半。考慮聯(lián)通和電信5G頻段主要在3.5GHz附近，該頻段大概率會(huì)以陶瓷介質(zhì)濾波器方案為主。同時(shí)根據(jù)4G時(shí)期，三大運(yùn)營商4G基站數(shù)量，我們預(yù)計(jì)未來5G時(shí)期三大運(yùn)營商基站數(shù)量比例為中國移動(dòng)：中國電信：中國聯(lián)通=2:1:1。

在4G規(guī)模建設(shè)期間，根據(jù)濾波器的出廠價(jià)格進(jìn)行測算，預(yù)計(jì)國內(nèi)基站濾波器市場規(guī)模平均每年在15億元左右，5G規(guī)模建設(shè)期（2020~2023）市場規(guī)模平均每年相比4G增長區(qū)間為76%~172%。@今日話題 $東方通信(SH600776)$ $航天通信(SH600677)$ $華天科技(SZ002185)$