5G基站架構革新,帶來的市場蝴蝶效應

2019-08-07   國際電子商情

SA架構的5G藉由NFV(網絡功能虛擬化)和SDN(軟體定義網絡)可實現網絡切片,按照不同的業務需求切分不同的虛擬子網絡,以更為高效和資源優化分配的方式來運營5G。這讓5G作為萬物互聯的一代移動無線通訊技術,更有別於2G、3G和4G。

對運營商來說,在網絡切片的基礎上,引入更多功能和業務可加速垂直行業市場推出差異化服務,形成新的商業模式,按不同服務收費。這是5G規劃中通信網絡設備帶來的典型商機之一。而5G無線接入側的架構變遷,致基站數量大幅增加,也成為眾多市場參與者的重要利潤增長點。

基站需求成倍增長

韓國今年4月正式發布5G商用服務,三星在一份聲明中宣布已面向韓國三大運營商提供5G核心解決方案,以及超過53000個5G基站。今年6月中國移動董事長楊傑表示,中國移動將在2019年建成超過50000個5G基站。看起來都是相當不錯的成績,但5萬數量級並不能凸顯5G基站部署的密集性。

5G具備高頻率、高帶寬的特點,造就10倍於4G的傳輸速率。5G頻率範圍總體較4G提升,分布在450MHz-6000MHz和24250MHz-52600MHz。尤其後者已經達到了移動通信的極高頻範疇,或稱毫米波。電磁波頻率越高,波長越短,在傳播介質中衰減也越大。這就意味著5G基站的覆蓋範圍大幅縮減。這一特性決定了運營商部署基站數量的顯著增加。去年工信部就曾表示,5G基站數量將至少是4G時期的兩倍。

工信部2018年數據顯示,我國目前已有的4G基站總數達到372萬個。按照兩倍5G基站數推算,未來國內的5G基站數至少應超過700萬個;即便以中國聯通提的1.5倍計,也可以達到近560萬個。中國移動今年3月公布年報時表示,旗下現有4G基站數達到241萬個,可見年內建成5萬個5G基站的部署仍只是個開端。

上述5G基站只是宏基站,即覆蓋範圍較廣的戶外大型基站。今年MWC 2019上海展會有諸多展示小基站及無線接入網的企業,如北京佰才邦的Sub-6GHz室內解決方案,京信通信的室內分布系統。像是皮基站擴展單元和pRRU,這是應用於熱點區域覆蓋的小基站,是更適用於室內的基站設備。這部分市場量級還可超越宏基站。

市場研究機構ABI Research數據表明,5G無線接入側基站設備的市場規模到2023年預計可至260億美元,復合年增長率為5%。「室內設備」現今占到基站市場的27%,小基站市場的復合年增長率可以達到15.5%,到2025年小基站會占到總市場規模的42%,這對基站市場玩家而言是相當誘人的。

基站天線4倍速擴張

5G基站變革並不只體現在數量上。高速高功率的信號傳輸對基站提出的技術要求也是多方位的,甚至小至連接器組件。TE Connectivity數據與終端設備事業部工程總監陳家輝告訴《國際電子商情》記者:「基站射頻單元內部的連接必須能夠處理高速、高功率信號,滿足更嚴苛的電磁干擾、信號完整性和散熱性能要求。連接器必須足夠小,滿足有源天線系統對整體尺寸的要求。而且天線元件數量龐大,元件之間需要大量連接。控制整體成本也顯得很重要。」

他還表示:「5G的有源天線單元還要通過光纖接入C-RAN,需要高速I/O口。需要我們針對現有產品的一些部件、結構性的Cage、散熱性能方面做出調整。」可見不僅是數據中心、終端,即便在無線接入側5G也能為連接器市場帶來價值。這是5G基站技術更高要求的一個示例。

分布式基站原本應包含基帶處理單元(BBU)、射頻處理單元(RRU)和天饋(天線與饋線)。5G無線接入側全面轉向C-RAN架構後,BBU已經從遠端基站中分離,實現中心化。原有RRU和天線發生了融合,構成有源天線單元(AAU)。AAU與BBU之間則多出了前傳部分。

AAU更高的集成化、信號覆蓋、低損耗要求,促成了基站射頻器件和天線技術進一步革新。天線技術相關的Massive MIMO(大規模多天線技術)為天線市場提供了發展動力。一般傳統的1.8GHz天線陣列包含24個天線組,而massive MIMO天線陣列的天線組則可以達到數百的程度。配合波束成形 (Beamforming)更有指向性的傳輸技術,信號傳輸效率更高。

賽迪顧問《2018年中國5G產業與應用發展白皮書》預測,中國基站天線的市場規模會達到855億元人民幣。基於宏基站數量預測,我們認為這個預測是相對保守的。但即便如此,相比4G也有400%的提升,已是市場規模的極速擴張。當前基站天線市場的玩家主要包括華為、京信通信、康普、通宇等。其中華為在全球範圍內的市場份額最大,這主要得益於其天線產品的自產自用,及其基站產品在全球範圍的廣範圍覆蓋。

以市場份額位列第二的京信通信為例,從這家公司2018年中報告來看,國內三大運營商是其主要客戶。公司約53%的營收來自天線與子系統。其天線與子系統業務營收同比增長7.5%,除了在歐洲、中東和印度市場的發力,還在於運營商5G策略驅動下的天線需求,以及包括5G Massive MIMO天線在內的新產品部署。

ResearchAndMarkets數據顯示,Massive MIMO市場2018年的市場規模大約在12.9億美元,而到2026年會提升至209.1億美元,復合年增長率41.6%。其中2020-2026年期間,5G會成為主要推動力;64T64R型天線預計將呈現最高年復合增長率。這份數據不僅是天線,也包括射頻相關的半導體元器件。

促成端到端的市場發展

基站中連接天線的有源射頻電子元件包含有ADC/DAC、濾波器、混合器、功率放大器或低噪聲放大器等。MWC2019上海展會前的溝通會上,賽靈思通信部門市場總監Gilles Garcia表示,5G技術挑戰中的一個重要組成部分就是Massive MIMO大規模天線陣列,它增加了無線電管理的複雜性。所以RFSoC將RF採樣ADC/DAC集成到了數字前端SoC中,期望以更高集成度實現更低的功耗和更小的體積。

「64x64天線需要4個RFSoC,128x128就需要8個RFSoC,256x256需要16個RFSoC。我們現在已經有客戶在談做256x256了。」Gilles Garcia說,「2月份三星公司就宣布所有5G產品都選擇賽靈思的產品。」這是5G提供商機的一個佐證。受到韓國與中國的5G市場驅動, 通訊業務在賽靈思2019財年Q4總收益中,貢獻了超過四成的收益占比。

RFSoC的未來規劃中還包含了AI機器學習。利用機器學習算法,基於用戶行為來優化波束成形技術,讓波束投放和分配更加有的放矢。而RFSoC實際不過是基站有源射頻電子元件的組成部分和某種成長形態(融合了ADC/DAC的DFE),作為新生事物它或許不足以完全代表RFIC的發展趨勢。

就基站RFIC或射頻模塊市場,很難找到系統的數據加以佐證, 但這一市場規模理應隨同天線同進退,畢竟AAU在基站中已是成套系統。基站射頻通信中,TI、ADI、IDT、Qorvo等都是這一領域的重要參與者。

不同統計機構對5G無線接入網與核心網的投資占比數據出入較大,我們認為在以NSA作為過渡方案的當下,無線接入側仍是5G建設的大頭。即選擇從基站入手,暫且不動4G核心網。以中國移動公布的5G宏基站建設數量和進度來看,也很難在短期內完成SA建設。所以基站拉動的天線與射頻業務發展會成為未來2~3年內的一波熱點。

在基站之外,5G產業鏈還涉及到了網絡架構(如核心網、承載網),終端設備(如手機、汽車、家電),以及具體的應用場景。如文首提及SDN、NFV解決方案,這屬於通信網絡設備,中興、諾基亞等都是這部分市場的供應商;承載網典型如前傳,長飛光纖就在MWC 2019上海展會展示了前傳光纜和光模塊。終端設備的一眾5G手機、汽車及涉及5G通訊半導體企業,如高通、Skyworks更不必多說。

主流分析預測5G產業總體市場規模相較4G將增長50%,僅基於1.5倍5G宏基站數量,以及設定的基站天線數,這個預測還是過於保守了。實際上5G還可能促成產業變革,例如未來SA網絡建成、MEC移動邊緣運算形成真正的低時延,雲計算的行業布局都可能發生變化,這類5G發展的副產品還有很多。

ABI Research預測認為,5G若要達成1億用戶量可能需要超過5年時間,比4G多了兩年。這是因為4G正值智慧型手機爆發期,而且5G網絡構建初期存在複雜性,但在過了前3年的緩慢增長期以後會在2023年驟升,並在2025年以後趨穩。當前5G市場參與者的投入和回報並不會很快,但爆髮式的市場發展終會到來。

本文為《國際電子商情》2019年8月刊雜誌文章。