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中国压铸行业5G产业分析报告之产业链分析(二)
发布时间:2020年03月28日 11:10

编者按:

随着物联网时代的临近,5G即第五代移动通信技术逐渐向我们走来。关于5G,我们还不是太熟悉。有人说,5G将渗透到物联网及各种行业领域;亦有人说,5G在将带来相关产业链的新一轮投资机会;还有人说,5G将给我们的工作、学习和生活带来深远的影响。为使读者对5G产业及其与压铸行业的关联等,有一个较为全面、系统的认识,进而为深入学习、掌握和运用提供一定的便利,本刊根据相关资料编辑了《中国压铸行业5G产业分析》,奉献给大家,意在抛砖引玉,促进发展。


一、基站滤波器

滤波器是射频模块的关键部件,主要功能是帮助基站实现选频,基站可以简单理解为一个无线电收发信电台,一般基站有属于自己的明确工作频段,因此基站必须要有选择各种频率信号来进行收发的能力。即通过需要的频率信号,抑制不需要的频率信号。


(一)介质滤波器发展空间较大

进入5G时代,MassiveMIMO技术使用的天线数量更多(从2T2R、4T4R、8T8R到64T64R、128T128R),一面天线所需要的滤波器从2个变成64个。而且RRU和天馈合二为一成为AAU,对设备的重量和体积要求将更高。


4G时代的滤波器主要以金属腔体滤波器为主,优势在于工艺成熟、价格低,但由于金属整体切割导致体积较大。5G时代,MassiveMIMO技术所使用的天线数量大幅增加,每个天线都需要配备相应的双工器,并由相应的滤波器进行信号频率的选择与处理,滤波器的需求量将大量增加,因此这就对滤波器的器件尺寸与发热性能有更高的要求。腔体滤波器由于其体积大,发热多,难以在高密集型天线中广泛使用,面临较大的发展压力。介质滤波器表面覆盖着切向电场为零的金属层,电磁波被限制在介质内,形成驻波震荡,其几何尺寸约为波导波长的一半,谐振发生在介质材料内部而非腔体,可以有效减少滤波器的体积。材料一般采用介电常数为60-80之间的陶瓷,实际应用于无线通信中的介质陶瓷滤波器尺寸在厘米级。5G时代使用的电磁波频率将继续提升,更加高效的毫米波将逐步开始使用,基站天线尺寸也将降至毫米级,逐步实现微型机站,因此使用的滤波器也将逐步缩小尺寸至毫米级,介质滤波器拥有体积小的优势,符合毫米波发展要求,有望在5G市场中占得先机。




综上所述,中短期来看,腔体滤波器与介质滤波器将共同存在,长期来看,陶瓷介质滤波器会成为主流方案。由于介质滤波器工艺尚不完全成熟,只有少数企业能够提供经过主设备厂商认证的介质滤波器。所以,小型腔体滤波器仍然会占据一定的市场,与介质滤波器共存。但长期来看,由于介质滤波器具有体积小、介电数高、损耗小特点,或将取代腔体滤波器成为主流。


(二)基站滤波器市场空间测算

根据三大营运商(中国移动、中国电信、中国联通)的年报,2017年全国基站约为389万台,预计5G时代,基站数是4G的1.5倍,达约580万台。2019年,5G基站将开启规模化建设,2020-2022年将是5G基站建设的高峰期,预期2026年完成建设,5G基站的规模建设将驱动滤波器的市场规模大幅增长。我们假设每个基站有3面天线,每面天线有64只滤波器,预计5G时代我国共需要15.8亿只滤波器。根据市场数据,介质滤波器2019年单价约为60元/只,假设随着规模量产单价逐年下降10%,到2026年约为29元/只。结合滤波器所需数量和当期单价,预期到2026年,建设基站所需的滤波器市场空间约为473亿元。


目前,国外基站滤波器主要生产商为Andrew、Powerwave,国内具备一定研发能力、产能规模较大的企业主要包括春兴精工、大富科技和武汉凡谷等。进入5G时代,新一轮基站建设热潮即将来临,滤波器需求也将迎来高峰,国内优质滤波器厂商将有望利用自身优势实现较快的扩张和发展。


此外,陶瓷介质滤波器由于陶瓷粉体配方制备难度大、介质滤波器大规模调试要求更高,将导致行业壁垒升高,行业产能难以快速释放,将导致行业竞争环境改善,景气周期拉长,介质滤波器厂商的盈利能力有望得到提高。那些掌握微波陶瓷生产和大规模调试技术的国产企业或在5G时代更有竞争力,可关注相关企业在客户认证、订单规模、以及产能提升方面的进度。


二、核心网传输网组成

通信传输网络主要以三大部分组成:接入网、承载网、核心网。接入网属于手机数据的窗口,负责接受和输出数据;承载网是负责传输数据;核心网是负责处理和管理数据的中枢网络。其中,

● 核心网:核心网是负责处理和管理数据的中枢网络。5G核心网主要采用的是SBA(ServiceBasedArchitecture)架构,是基于“云”上的通信服务架构。将核心网模块化,软件化以更简便的方式应对5G的三大场景。

● SDN/NFV:SDN和NFV将是5G核心网中的关键技术,两者在网络层面互不依赖,SDN更偏向硬件分离管理,NFV偏向部分传统硬件功能的软件化。

核心网最初是一个非常简单的架构,也就是将电话或者电脑里两头连接起来,进行交换。但是,随着近20年人类科技的不断提升,通信用户数量不断扩大,令数据传输和处理量不断加大,数据网变得更加复杂。核心网含括的硬件也开始变多,网络范围扩大,核心网开始分层。


核心网的发展过程

需要从互联网起点说起,一根网线将两台电脑链接在一起形成了最初的网络。但是随着传输的网络需要越来越长,有流失数据的风险,所以网络就加入了“中继器”。可是中继器接口有限,但用户越来越多,所以逐渐出现了“集线器”(HUB),一种“多口中继器”。但是问题又来了,用户多了,数据接口自然也多了,不同接口可能会发生冲突,产生“冲突域”。为了将数据流进行控制和避免冲突,核心网便引入了“交换机”(Switch)。


随着网络的距离不断拉长,用户不断增长,布线越来越多,网络架构也随之变得复杂,网元(NetElement)开始出现。逐渐“路由器”(Router),无线AC/AP,网络流量控制,和防火墙也加了进来。核心网的硬件设备开始变得越来越多,网络从技术层面开始分层。


2G到5G核心网的变化

从2G到4G,在核心网技术和架构上出现了巨大的变化。2G的核心网络是非常简单的,主设备就是MSC(MobileSwitchingCenter),移动交换中心。2.5G在2G只能打电话和发短信的基础上,增加了GPRS数据(上网)功能。于是,核心网出现重大变化,开始有了PS(PacketSwitch),分组交换,分组包交换。


2G-2.5G的网络架构中均有一个设备叫做基站控制器(BaseStationController)它是基站收发台和移动交换中心之间的连接点,其主要功能是进行无线信道管理、实施呼叫和通信链路的建立和拆除,并为控制区内移动台的过区切换等,BSC就是一个交换机。但是2G和2.5G的核心网络设备非常笨重,需要有大机房,布满馈线。缺点是施工麻烦,投入大,施工时间长,升级设备非常麻烦。


3G开始出现了分布式基站和IP化,网线、光纤开始大量投入使用,设备的外部接口和内部通讯,都开始围绕IP地址和端口号进行。其次,实现了数据承载和控制分离。同时,出现了一个关键网元-无线网络控制器(RadioNetworkController,RNC)。RNC可靠性和可预测的性能比BSC更出色,以执行一整套复杂且要求苛刻的协议处理任务,我们可将RNC视为全新的交换机。第三,3G较前期核心网的重大改变是“分离”概念的出现,具体说就是网元设备的功能开始细化,不再是一个设备集成多个功能,而是拆分开,各司其事,实现了数据承载和控制分离。


4GLTE(LongTermEvolution)主要是为了进一步满足终端客户多样化的需求,而在3G基础上研究出更加快捷的传输网络。其中,SAE(SystemArchitectureEvolution)则是研究核心网的长期演进,它定义了一个全IP的分组核心网EPC(EvolvedPacketCore),该系统的特点为仅有分组域而无电路域、基于全IP结构、控制与承载分离且网络结构扁平化,其中主要包含MME、SGW、PGW、PCRF等网元。


4G网络为了让整个传输流程更加简单,剔除了BSC和RNC,新的基站eNodeB可以直接连接MME(MobilityManagementEntity)进行控制,连接SGW(ServingGateway)承载功能。其次,4G较3G网络速度大幅提升,IMS(IPMultimediaSubsystem)开始出现了,取代传统MSC,提供更强大的多媒体服务(语音、图片短信、视频电话等)。第三,由4G开始,MSC(MobileSwitchingCenter)移动交换中心这个核心网设备被更先进的V4处理平台取代(V4平台就像电脑一样,设备从以前的大机柜,变得更加节省空间和高效能的X86服务器)。第四,网络功能虚拟化(NFV,NetworkFunctionVirtualization)。由于4G时代客户对多媒体通信的服务需求日益多样化,底层网络的体积不断膨胀,网络压力增加,网络收敛时间也越来越长。其次,通过传统核心网设备来建立4G核心网有分层多,部件多,网络维护越来越困难,经营成本不断攀升等弊病。所以,新的4G操作平台基于英特尔X86的服务器架构上设计,再通过X86的服务器实现业务功能节点的软件化。这样可以将各个节点的控制合在一个设备进行处理,最终达到控制层面的硬件合一,统一升级和统一管理。这样的好处就是节省了众多硬件的分布,以及网络升级起来也更简便。




5G核心网主要采用的是SBA(ServiceBasedArchitecture)架构,是基于“云”上的通信服务架构。将核心网模块化,软件化以更简便的方式应对5G的三大场景包括eMBB(增强型移动宽带),即上网通信;mMTC(海量物联网通信),即物联网;uRLLC(低时延、高可靠通信),即无人驾驶和工业自动化。


模块化的重要性在于可以将核心网的各个层面“切片”,功能分拆成不同的模块,灵活组队以对接相应的场景,这个在传统的网络架构里是做不到的。这种推倒传统网络定义,重新设计和集中式软件管理网络硬件的方式就是5G的关键技术SDN(SoftwareDefinedNetwork)软件定义网络。其次,虚拟化就是采用网络功能虚拟化(NFV,NetworkFunctionVirtualization)将节点的功能软件化管理。


SDN和NFV是解决传统网络问题的下一代核心技术,尤其是5G网络投入商用之后,操作平台将从4G的V4平台逐步实现“虚拟化平台”。未来5G核心网就无需再使用昂贵的专属硬件设备,只要采用一般通用的X86服务器、IP路由器、和以太网交换机组成,核心网成本大幅降低。