5G产业投资机会分析射频前端及PCB

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展望年,我们认为:1)5G的确定性趋势将带动整个通信、电子行业景气度上升。通信、消费电子以及半导体市场将迎来拐点,5G射频前端和高频通信PCB将迎来确定性机会;2)年国产替代会继续成为国内半导体产业发展的主线。

5G换机潮来临,掘金射频前端

进入5G时代,3GPP把5G频谱分为两个FR(FrequencyRange,频率范围),分别是FR1和FR2。FR1的频率范围是MHz到6GHz,为Sub6GHz(6GHz以下频段)。FR2的频率范围是24GHz到52GHz,为毫米波(mmWave)。

从已分配的5G频谱来看,目前全球的5G部署分为Sub6G和毫米波两大阵营。以中国、欧洲运营商为代表的阵营主要采用Sub6GHz,3.5GHz产业链相对成熟,发展进度比较快,更低频、更经济,所需基站密度更低,资本支出相对更小。美国运营商目前的部署计划主要集中在24GHz-28GHz毫米波端,毫米波段的大带宽可以支持更高的上下行速率,但是所需基站的密度更大,对资本支出带来一定压力。

5G频谱之所以出现Sub6G和毫米波分化,主要由于早期各国频段规划步伐的不统一:美国的Sub6G频段大部分用于军事、航天,频带重耕的难度非常大。为了不影响5G部署进度,索性跨过Sub6G,直接迈入毫米波段。但是由于毫米波段穿透性差、传播距离短、雨衰严重等物理特性影响,大规模商用的难度较高。

美国运营商T-Mobile正加紧对MHz和MHz的LTE网络进行升级,该公司计划利用其低频段频谱推出覆盖范围更广的5G服务。11月26日消息,AT&T宣布在年底之前用MHz频段的5G网络为消费者和企业客户提供5G商用服务。

2.2通信引领终端射频变革,红利释放在即

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。

2.2.1手机射频前端演进趋势之一:射频前端器件增加

通信技术从2G发展到5G,手机射频前端最大的变化在于支持的频段增加。2G时代,通信制式只有GSM和CDMA两种,射频前端采用分立器件模式,手机支持的频段不超过5个;3G时代,由于手机需要向下兼容2G制式,多模的概念产生了,手机支持的频段最多可达9个;4G时代的全网通手机所能够支持的频段数量猛增到37个。

射频前端升级,器件增加:随着移动通信技术的发展,已由最初的2G发展到3G再到即将商用的5G,对应的频段也在不断地扩充。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。

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,所以在一些特殊的频段还可能需要增加额外的PA。

2.2.2手机射频前端演进趋势之二:射频前端集成化

射频前端的发展自始至终围绕着基带芯片的进步,从4G时代开始,高通推出MDM“五模十频”基带使得一部手机可以在全球几乎任何网络中使用,从而促进了射频龙头厂商推出集成化度更高的射频前端产品,这一趋势在5G时代得到了延续;从2G到5G,射频前端经历了从分立器件到FEMiD,再到PAMiD的演变,整个射频前端的集成化趋势愈加明显。

FEMiD(FrontEndModulesintegratedDuplexers)

FEMiD指把滤波器组、开关组和双工器通过SIP封装在一枚芯片中。FEMiD最早出现在3G时代是由于3G手机第一次有了多模多频段(MMMB)的需求,当时主导FEMiD市场的是以Murata和TDK为代表的无源器件厂商,它们把开关器件和多个频段的滤波器集成到一枚芯片当中打包出售,一方面为手机厂商降低设计和采购难度,另一方面也能够为自身带来更高的利润。事实上从3G时代开始,整个RF前端方案的进化都是围绕多模多频段进行的。从技术的角度看,FEMiD的实现难度并不高。当时的主流PA供应商诸如Skyworks、Renesas、Avago(Broad


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