中国 基站天线 行业 Massive MIMO 对下游 领域 需求分析 图 基站天线从过去的单天线持续向多天线(MIMO)以及大规模阵列天线在演进。大规模天线和传统天线相比,其不仅

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2018年中国基站天线行业Massive MIMO 对下游领域需求分析(图)

字体大小: 2018-02-12 10:55  来源:中国报告网

中国报告网提示: 基站天线从过去的单天线持续向多天线(MIMO)以及大规模阵列天线在演进。大规模天线和传统天线相比,其不仅

          基站天线从过去的单天线持续向多天线(MIMO)以及大规模阵列天线在演进。大规模天线和传统天线相比,其不仅有天线本身形态的变化,还因为 5G 的大带宽和覆盖需求,将催生超密集组网方案,这样对天线数量的需求也将大幅提升。

          一、5G 超密集组网带来基站天线数量大幅增加

          5G 相对 4G 阶段,需要实现更高的用户数据速率,更低时延,这就要求系统容量(单位时间单位面积能传输的最大流量)得到更大提升。简单用一个公式来表示,要求系统容量的提升主要有三个要素:更多频谱,更多小区数量基站密度和每个小区频谱效率的提升。

          系统容量=小区基站(个)*频谱(MHz)*频谱效率(Mbps/ MHz)

          为了实现更高的系统容量,就需要更多的小区基站。此外 5G 由于毫米波的频段将高于 4G,尤其在毫米波频段,无线覆盖能力将显著减弱的情况下,同时局部热点区域若要达到百倍级别的系统容量提升,则需要使用 5G 的超密集组网技术。

 
图表:5G 超密集组网示意图

          中国在 5G 时代中频将以 3.5GHz 和 4.9GHz 两个频段来建设 5G 无线网络,同时由于大规模天线的引入将提升天线增益和覆盖能力,产业普遍认为在 3.5GHz 上国内建设的 5G 宏基站数量上将和 4G 保持在一个水平,但在 4.9GHz,由于传输损耗大于 3.5GHz 频段,因此行业内普遍认为 5G 连续覆盖基站数量将达到 4G 的 1.5-2 倍。

          同时由于 5G 提出了 0.1-1GHz的用户体验速率,是 4G 的 10-100 倍。尤其在热点区域,5G 峰值速率要达到 20Gbps,为了达到更高的容量需求,未来 5G 还将新增大量的毫米波基站。

          按照三大运营商年报数据,中国 4G 基站数量在 2017 年计划达到 380 万站,按照 5G 连续覆盖基站 1.5-2 倍的数量计算,未来 5G 基站有望达到 600 万站(暂时不考虑毫米波基站的需求)。若按照每个基站三个扇区来计算,则未来宏基站对天线的需求将达到 1800 万副。

          参考观研天下发布《2017-2022年中国基站天线行业深度研究及十三五发展机会分析报告

          二、天线阵子和连接方式的变化催生 PCB 需求

          目前的基站天线主要由阵子(单元)、移相器、馈线、反射板和天线罩组成。其中天线阵子是基站天线的辐射单元,负责完成电信号和空间电磁波信号之间的转换;移相器的主要作用是来调节每一个阵子上传输信号的相位,从而可以改变阵子最终形成多单元辐射的方向的赋形;线缆完成天线阵子和移相器以及射频接口之间的信号传输;反射板作为结构件的同时还可完成电磁波向一个方向进行辐射;天线罩主要实现天线的美观和保护。


图表:2T2R 基站天线内部结构

          从上图的天线构造图我们可以看出,2T2R 的天线阵子还是传统的压铸件或冲压件的形式,阵子和移相器之间用馈线连接;右图中的 Massive MIMO 天线,天线阵子已经变成 PCB 阵子,而阵子之间的互联则变成了 PCB 板。PCB 天线的好处在于 PCB 的加工精度比压铸件和冲压件都要高,这样在更高的频率或者毫米波的范围,在半波长天线阵子的情况下更容易做加工。因为当频率达到 30GHz 左右的时候,波长将达到毫米级别,因此天线阵子的尺寸也将减小至毫米水平。


图表:中兴通讯 TDD Massive MIMO 2.0

          中兴通讯的 Massive MIMO 天线尺寸为 740*477*180mm,按照图示,我们推测背板的尺寸大约在 0.35 平方米左右,再考虑上天线阵子、射频功率模块以及 TR 模块可能用到的 PCB 板,5G 时代 PCB 射频板的需求将大幅提升。

          三、通道数的增加催生单基站射频器件需求提升

          Massive MIMO 天线大幅提升了天线阵子数量和通道数量,如果用数字的方式实现多用户的 Beam forming,在天线阵子之后需要为每一个通道都单独引入一套 TR 组件和放大器。这便意味着滤波器、PA 的数量将随着天线通道数量的增加而成比例增加。


图表:Massive MIMO 天线框图

          同时随着天线阵子数量的增加,每一通道天线的增益需求将明显降低。因此每一个通道的功率要求将成比例减少。考虑到 Massive MIMO 需要实现空分复用功能,即多用户并发通信,我们判断在 Massive MIMO 场景下基站总体功率要大于 4G MIMO 的场景,因此射频通道的功率加总也将提升。因此我们认为基站侧滤波器和 PA 的单站价值量在5G 时代将得到显著提高。

          此外,Massive MIMO 天线由于通道数显著增加,因此每一个基站中,天线和射频通道若选择连接器的方式实现,则高频连接器的需求也有望得到答复提升。

资料来源:观研天下整理,转载请注明出处(ZQ)


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