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5G基站架构革新,带来的市场蝴蝶效应

主流分析预测5G产业总体市场规模相较4G将增长50%,仅基于1.5倍5G宏基站数量,以及设定的基站天线数,这个预测还是过于保守了。实际上5G还可能促成产业变革……

SA架构的5G借由NFV(网络功能虚拟化)和SDN(软件定义网络)可实现网络切片,按照不同的业务需求切分不同的虚拟子网络,以更为高效和资源优化分配的方式来运营5G。这让5G作为万物互联的一代移动无线通讯技术,更有别于2G、3G和4G。

对运营商来说,在网络切片的基础上,引入更多功能和业务可加速垂直行业市场推出差异化服务,形成新的商业模式,按不同服务收费。这是5G规划中通信网络设备带来的典型商机之一。而5G无线接入侧的架构变迁,致基站数量大幅增加,也成为众多市场参与者的重要利润增长点。

基站需求成倍增长

韩国今年4月正式发布5G商用服务,三星在一份声明中宣布已面向韩国三大运营商提供5G核心解决方案,以及超过53000个5G基站。今年6月中国移动董事长杨杰表示,中国移动将在2019年建成超过50000个5G基站。看起来都是相当不错的成绩,但5万数量级并不能凸显5G基站部署的密集性。

5G具备高频率、高带宽的特点,造就10倍于4G的传输速率。5G频率范围总体较4G提升,分布在450MHz-6000MHz和24250MHz-52600MHz。尤其后者已经达到了移动通信的极高频范畴,或称毫米波。电磁波频率越高,波长越短,在传播介质中衰减也越大。这就意味着5G基站的覆盖范围大幅缩减。这一特性决定了运营商部署基站数量的显著增加。去年工信部就曾表示,5G基站数量将至少是4G时期的两倍。

工信部2018年数据显示,我国目前已有的4G基站总数达到372万个。按照两倍5G基站数推算,未来国内的5G基站数至少应超过700万个;即便以中国联通提的1.5倍计,也可以达到近560万个。中国移动今年3月公布年报时表示,旗下现有4G基站数达到241万个,可见年内建成5万个5G基站的部署仍只是个开端。

上述5G基站只是宏基站,即覆盖范围较广的户外大型基站。今年MWC 2019上海展会有诸多展示小基站及无线接入网的企业,如北京佰才邦的Sub-6GHz室内解决方案,京信通信的室内分布系统。像是皮基站扩展单元和pRRU,这是应用于热点区域覆盖的小基站,是更适用于室内的基站设备。这部分市场量级还可超越宏基站。

市场研究机构ABI Research数据表明,5G无线接入侧基站设备的市场规模到2023年预计可至260亿美元,复合年增长率为5%。“室内设备”现今占到基站市场的27%,小基站市场的复合年增长率可以达到15.5%,到2025年小基站会占到总市场规模的42%,这对基站市场玩家而言是相当诱人的。

基站天线4倍速扩张

5G基站变革并不只体现在数量上。高速高功率的信号传输对基站提出的技术要求也是多方位的,甚至小至连接器组件。TE Connectivity数据与终端设备事业部工程总监陈家辉告诉《国际电子商情》记者:“基站射频单元内部的连接必须能够处理高速、高功率信号,满足更严苛的电磁干扰、信号完整性和散热性能要求。连接器必须足够小,满足有源天线系统对整体尺寸的要求。而且天线元件数量庞大,元件之间需要大量连接。控制整体成本也显得很重要。”

他还表示:“5G的有源天线单元还要通过光纤接入C-RAN,需要高速I/O口。需要我们针对现有产品的一些部件、结构性的Cage、散热性能方面做出调整。”可见不仅是数据中心、终端,即便在无线接入侧5G也能为连接器市场带来价值。这是5G基站技术更高要求的一个示例。

分布式基站原本应包含基带处理单元(BBU)、射频处理单元(RRU)和天馈(天线与馈线)。5G无线接入侧全面转向C-RAN架构后,BBU已经从远端基站中分离,实现中心化。原有RRU和天线发生了融合,构成有源天线单元(AAU)。AAU与BBU之间则多出了前传部分。

AAU更高的集成化、信号覆盖、低损耗要求,促成了基站射频器件和天线技术进一步革新。天线技术相关的Massive MIMO(大规模多天线技术)为天线市场提供了发展动力。一般传统的1.8GHz天线阵列包含24个天线组,而massive MIMO天线阵列的天线组则可以达到数百的程度。配合波束成形 (Beamforming)更有指向性的传输技术,信号传输效率更高。

赛迪顾问《2018年中国5G产业与应用发展白皮书》预测,中国基站天线的市场规模会达到855亿元人民币。基于宏基站数量预测,我们认为这个预测是相对保守的。但即便如此,相比4G也有400%的提升,已是市场规模的极速扩张。当前基站天线市场的玩家主要包括华为、京信通信、康普、通宇等。其中华为在全球范围内的市场份额最大,这主要得益于其天线产品的自产自用,及其基站产品在全球范围的广范围覆盖。

以市场份额位列第二的京信通信为例,从这家公司2018年中报告来看,国内三大运营商是其主要客户。公司约53%的营收来自天线与子系统。其天线与子系统业务营收同比增长7.5%,除了在欧洲、中东和印度市场的发力,还在于运营商5G策略驱动下的天线需求,以及包括5G Massive MIMO天线在内的新产品部署。

ResearchAndMarkets数据显示,Massive MIMO市场2018年的市场规模大约在12.9亿美元,而到2026年会提升至209.1亿美元,复合年增长率41.6%。其中2020-2026年期间,5G会成为主要推动力;64T64R型天线预计将呈现最高年复合增长率。这份数据不仅是天线,也包括射频相关的半导体元器件。

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促成端到端的市场发展

基站中连接天线的有源射频电子元件包含有ADC/DAC、滤波器、混合器、功率放大器或低噪声放大器等。MWC2019上海展会前的沟通会上,赛灵思通信部门市场总监Gilles Garcia表示,5G技术挑战中的一个重要组成部分就是Massive MIMO大规模天线阵列,它增加了无线电管理的复杂性。所以RFSoC将RF采样ADC/DAC集成到了数字前端SoC中,期望以更高集成度实现更低的功耗和更小的体积。

“64x64天线需要4个RFSoC,128x128就需要8个RFSoC,256x256需要16个RFSoC。我们现在已经有客户在谈做256x256了。”Gilles Garcia说,“2月份三星公司就宣布所有5G产品都选择赛灵思的产品。”这是5G提供商机的一个佐证。受到韩国与中国的5G市场驱动, 通讯业务在赛灵思2019财年Q4总收益中,贡献了超过四成的收益占比。

RFSoC的未来规划中还包含了AI机器学习。利用机器学习算法,基于用户行为来优化波束成形技术,让波束投放和分配更加有的放矢。而RFSoC实际不过是基站有源射频电子元件的组成部分和某种成长形态(融合了ADC/DAC的DFE),作为新生事物它或许不足以完全代表RFIC的发展趋势。

就基站RFIC或射频模块市场,很难找到系统的数据加以佐证, 但这一市场规模理应随同天线同进退,毕竟AAU在基站中已是成套系统。基站射频通信中,TI、ADI、IDT、Qorvo等都是这一领域的重要参与者。

不同统计机构对5G无线接入网与核心网的投资占比数据出入较大,我们认为在以NSA作为过渡方案的当下,无线接入侧仍是5G建设的大头。即选择从基站入手,暂且不动4G核心网。以中国移动公布的5G宏基站建设数量和进度来看,也很难在短期内完成SA建设。所以基站拉动的天线与射频业务发展会成为未来2~3年内的一波热点。

在基站之外,5G产业链还涉及到了网络架构(如核心网、承载网),终端设备(如手机、汽车、家电),以及具体的应用场景。如文首提及SDN、NFV解决方案,这属于通信网络设备,中兴、诺基亚等都是这部分市场的供应商;承载网典型如前传,长飞光纤就在MWC 2019上海展会展示了前传光缆和光模块。终端设备的一众5G手机、汽车及涉及5G通讯半导体企业,如高通、Skyworks更不必多说。

主流分析预测5G产业总体市场规模相较4G将增长50%,仅基于1.5倍5G宏基站数量,以及设定的基站天线数,这个预测还是过于保守了。实际上5G还可能促成产业变革,例如未来SA网络建成、MEC移动边缘运算形成真正的低时延,云计算的行业布局都可能发生变化,这类5G发展的副产品还有很多。

ABI Research预测认为,5G若要达成1亿用户量可能需要超过5年时间,比4G多了两年。这是因为4G正值智能手机爆发期,而且5G网络构建初期存在复杂性,但在过了前3年的缓慢增长期以后会在2023年骤升,并在2025年以后趋稳。当前5G市场参与者的投入和回报并不会很快,但爆发式的市场发展终会到来。

 本文为《国际电子商情》2019年8月刊杂志文章。

原创
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黄烨锋
欧阳洋葱,编辑、上海记者,专注成像、移动与半导体,热爱理论技术研究。
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