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5G时代,我国射频器件有哪些机遇与挑战

时间:01-12 来源: ittbank 点击:

导体的预测,移动终端的射频前端模块在2015-2020 年间的复合增速在13%以上,到2020 年市场规模将超过180 亿美金。

射频前端模块市场增长强劲,一方面,2015 年全球4G终端出货量占比刚刚跃过50%,渗透率的提升保证了未来2 年的成长动能。另一方面4G 到5G 的演进过程中,射频器件的复杂度逐渐提升,射频器件的单部手机价值量会得到提升。

2014-2018年移动终端射频器件市场规模(亿美金)

2 无线连接需求不止,射频器件行业机会不断
随着终端支持的无线连接协议越来越多,从最初的2G 网络到现在的NFC、2G/3G/4G网络、WiFi、蓝牙、FM 等,通信终端的射频器件单机价值量增长了数倍。展望未来,4G 的渗透率尚未饱和,渗透率提升将继续驱动射频器件单机价值量增长。另外5G通讯为射频器件行业带来新的增长机遇,一方面射频模块需要处理的频段数量大幅增加,另一方面高频段信号处理难度增加,系统对滤波器性能的要求也大幅提高。

2.1 LTE终端设备渗透率提升,推升射频器件单机价值提升

在早期的GSM 手机中,射频器件的单部手机价值量不足1 美金,而如今4G 时代,苹果、三星的高端旗舰机型的射频器件单机价值量超过12.75 美金,单机价值量在过去的十年间增长了数倍。

3G终端转换为4G终端带来单机价值量翻倍以上增长。根据美国射频器件巨头Triquent 的预测,进入4G 时代,单部手机射频器件价值从3G 终端的3.75 美金提升至7.5 美金,支持全球漫游的终端设备ASP 甚至达到了12.75 美金。

单部手机RF器件价值量演变(美金)

2014-2018年单台手机RF器件价值量

2.2全球LTE终端渗透率约为50-60%之间

4G 终端渗透尚未饱和,根据台湾砷化镓代工巨头win semiconductor 及美国Qorvo的数据预测,全球4G 通讯终端设备渗透率在2015 年达到54%,预计在2019 年将达到74.5%。

2010-2019年LTE(4G)终端渗透率将持续提升

全球蜂窝终端设备出货量预测(百万只)

2.3 5G三大技术升级,射频器件迎来革新机会

5G 通信为了实现在通讯速率及容量上的升级,在技术上主要有三大变化:一是使用了更多的通讯频段;二是使用量MIMO 多天线技术;三是使用了载波聚合技术。

2.3.1到2020年新增50个以上频段,带动射频滤波器机会

在2012 年全球3G 标准协会3GPP 提出的LTE R11 版本中,蜂窝通讯系统需要支持的频段增加到41 个。根据射频器件巨头skyworks 预测,到2020 年,5G 应用支持的频段数量将实现翻番,新增50 个以上通信频段,全球2G/3G/4G/5G 网络合计支持的频段将达到91 个以上。

理论上,单个频段的射频信号处理需要2 个滤波器。由于多个滤波器会集成在滤波器组中,手机配臵的滤波器器件与频段数量之间的关系并非简单线性比例关系。但频段增多之后,滤波器设计的难度及滤波器数量大幅增加是确定的趋势,相应的价值量和销售数量都会数倍于目前的滤波器。

就实际应用而言,国内市场销售的手机普遍支持五模十三频,即支持的频段数量为13 个。而在之前,国内2G 手机仅需要支持4 个频段,3G 手机至少支持9 个频段,支持频段的数量在每一代通信系统升级过程中都有大幅提升。

美国FCC(联邦通信委员会)在今年7 月份划定了5G 频段,是世界上第一个确定5G 高频段频谱的国家。美国5G 通信频段包括3.85Ghz、7Ghz、27.5-28.35 Ghz、37-38.6 Ghz、38.6-40 Ghz、64-71 Ghz。从美国划定的5G 频段来看,新增频段集中在3.8-7Ghz、27-40Ghz、64-71Ghz 的低、中、高三大频段,高频率频段对滤波器的性能要求更加苛刻,滤波器行业面临着一场从材料到制造工艺的全新技术革命。

LTE到5G演进的主要技术参数

1999年-2012年无线频段数量的演变

2.3.2 MIMO技术带来射频天线机会

MIMO 技术指信号发射端和接收端采用多根发射天线和接收天线的通讯技术。MIMO技术使得通讯的速率及容量成倍的增长,是LTE 及未来5G 的关键技术之一。MIMO技术的应用普及为天线行业带来巨大增量市场,基站及终端天线迎来快速增长的行业性机会。

为提升通讯速率,预计到2020 年,MIMO64x8 将成为标准配臵,即基站端采用64根天线,移动终端采用8 根天线的配臵模式。目前市场上多数手机仅仅支持MIMO 2x2技术,如若采用MIMO64x8技术,基站天线的配臵数量需要增长31倍,手机天线数量需要增长3倍。

2.3.3载波聚合带来射频开关及滤波器机会

载波聚合技术将数个窄频段合成一个宽频段,实现传输速率的大幅提升。载波聚合技术的引进大大增加了对射频器件性能的要求以及射频系统的复杂度。

目前市场上的射频器件主

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