1 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 5G 系列报告之六：新空口、新格局， Massive MIMO 重构天线产业链 提升容量、增强覆盖， Massive MIMO 是 5G 关键技术之一 ：为了实现 5G三大应用场景和核心指标要求，无线接入技术的革新必不可少。大规模阵列天线（ Massive MIMO）技术可大幅提升 无线基站 系统容量和峰值速率 ，已成为 5G 系统最关键 的 技术之一。天线工艺和材料 技术 的 革新 以及 5G 应用频段的升高， 使 Massive MIMO 技术在 5G 时代大规模商用成为必然。 5G 全新 AAU 大规模阵列有源天线将取代传统无源天线： 为更好的支持Massive MIMO 技术， 5G 天线向大阵列、有源化发展是必然趋势。 5G 基站将采用全新 AAU（ Active Antenna Unit）架构，集成射频处理单元与多通道阵列天线， 由此 带来传输数据流数的增加， 从而 提高 5G 网络容量和传输速率 ； 可动态调整的天线 振子能实现 3D 波束赋形，降低边缘干扰 的同时 提升了 覆盖范围，同 时 AAU 设备还有助于优化天面资源，降低部署成本。 全新 5G 天线 带来 PCB 用量大幅提升： 进入 5G 时代，基站天线材料的需求发生明显变化： 1）由于 AAU 将支持更多通道，器件集成度更高，因此 PCB板需支持更多层数，工艺复杂性和产品价值量随之提升； 2） AAU 使用 PCB板的面积 相比 4G 射频前端 更大； 3） 5G 工作频段更高、发射功率更大，对于 PCB 上游覆铜板材料的传输损耗和散热性能要求更高； 4） 5G 时代大国博弈愈演愈烈，上游器件自主可控的需求大幅增加，利好上游覆铜板龙头企业率先突破外资垄断。在综合考虑建站密度 的增加 及天线空间分布的逻辑要求后，我们认为 PCB 和高频覆铜板市场价值将是 4G 的 10 倍以上，建议重点关注。 5G Massive MIMO 带来更多天线 振子 需求，塑料 振子 方案有望成为主流：在 5G 的 四种天线振子候选方案中（钣金振子、压铸振子、贴片振子、塑料振子）， 3D 塑料天线振子方案凭借高精度、低重量和低成本等优势，有望替代传统钣金和金属压铸振子方案，成为 5G 的主流方案。另外， 5G 时代由于采用全新 AAU 设备，基站天线下游客户将由运营商转为设备商， 天线产业链生态即将发生巨大变化 ， 在设备商供应链中地位稳固的企业 将 受益 最大 。 投资建议： 5G 时代， Massive MIMO 技术 重构天线产业链 ，带来基站天线价值的大幅提升，基站天线上游器件需求量 随之 大幅增加，天线振子和射频板将显著受益。重点推荐 ： 5G 大规模阵列天线上游 3D 塑料振子龙头（飞荣达）、高频覆铜板国产替代龙头（生益科技），通讯 PCB 加工 领域 的领先厂商（沪电股份、深南电路）。 风险提示： 5G 商用进度不及预期。 Tabl e_Title 2018 年 07 月 13 日 通信 Tabl e_BaseInfo 行业深度分析 证券研究报告 投资 评级 领先大市 -A 维持 评级 Tabl e_FirstStock 首选股票 目标价 评级 300602 飞荣达 36.30 买入 -A 600183 生益科技 11.34 买入 -A 600498 烽火通信 25.80 增持 -A Tabl e_Chart 行业表现 资料来源： Wind 资讯 % 1M 3M 12M 相对收益 4.04 5.81 4.00 绝对收益 -4.07 -4.27 -1.59 相关报告 5G 系列报告之五： 5G 东风将至，通信国产化机遇与挑战并存 2018-06-15 5G 热点问题详解系列之四：为什么 5G基站会用 64 通道天线？ 2018-07-09 5G 热点问题详解系列之三： 5G 频谱，你想知道的都在这里 2018-07-04 5G 热点问题详解系列之二： NSA 架构对终端带来的挑战 2018-06-28 5G 系列报告之五： 5G 东风将至，通信国产化机遇与挑战并存 2018-06-15 -27%-20%-13%-6%1%8%15%2017-07 2017-11 2018-03通信 沪深 300行业深度分析 /通信 2 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 内容目录 1. 提升容量、增强覆盖， Massive MIMO 是 5G 关键技术之一 . 4 1.1. Massive MIMO 架构成为 5G 必选项，天线数量大幅增加 . 5 1.1.1. 5G 网络容量要求较 4G 更高，提高频谱使用效率势在必行 . 5 1.1.2. Massive MIMO 应用多波束技术，支持更大阵列天线，天线数量提升到 64、 128甚至 256 个： . 6 1.2. Massive MIMO 取消了物理馈线端口、单天线功率降低，天面优化让部署和维护成本都大大降低： . 8 1.3. MassiveMimo 实现了 3D 波束赋形，大大提高用户体验 . 9 2. 5G 全新 AAU 大规模阵列有源天线将取代传统无源天线 . 10 2.1. 5G 基站架构变化，天线附加值提升 . 10 2.2. 天线变化 1：全新 AAU 设备单元带来 PCB 用量大幅提升 . 12 2.2.1. 产 业链的价值迁移：天线主体 附加值向 PCB 板和覆铜板转移 ，来自材料和加工工艺的附加值将大幅提高 . 13 2.2.2. 大国博弈背景下自主可控的需求提升，本土龙头厂商有望率先实现进口替代 . 14 2.3. 天线变化 2： 5G 时代带来更多天线振子需求，塑料振子方案有望成为主流 . 14 2.3.1. 5G 时代，传统半波振子的局限性凸显，可能会逐步被抛弃 . 14 2.3.2. 3D 塑料振子有望成为 5G 主流方案，百亿市场空间开启 . 15 2.3.3. 飞荣达提前 6 年布局，有望率先获得下游设备商认可，提前锁定市场份额 . 16 2.4. 基站密度预期大幅增加，宏基站天线器件需求量将高于 4G . 17 2.5. 以史为鉴：以往基站天线需求爆发在商用初期，在设备商供应链中地位更稳固的企业有望真正受益 . 18 3. 重点公司介绍 . 24 3.1. 飞荣达： 5G 天线新龙头，电 磁屏蔽、导热材料、天线振子 “三箭齐发 ” . 24 3.2. 生益科技：国内 CCL 龙头厂商， 5G 高频材料引领发展新空间 . 25 3.3. 沪电股份： 4G 周期蛰伏， 5G 周期向上拐点将至 . 26 3.4. 深南电路：通信 PCB 龙头之一，布局封装基板和电子装联 . 27 图表目录 图 1： 5G 美国移动网络建设投资预测，无线接入网投资占比较大 . 5 图 2： 5G 空口技术储备 因应不同场景和成本约束而规划的备选技术 . 5 图 3：网络容量计算公式 . 6 图 4：移动通信基站的天线阵列可以看作 是军用相控阵雷达的袖珍版，高频材料需求从军事向民用通信领域转移 . 7 图 5： MIMO-OFDM 技术在 4G 时代已经开始成熟应用 . 7 图 6： MIMO 技术随着天线数量的增加可以显著增强频谱利用效率 . 7 图 7： OFDM 技术的示意图 . 8 图 8： MIMO 技术的历史演变 . 8 图 9： 4G 基站天线盘根错节的天馈线大大增加部署难度和维护成本 . 9 图 10： Massive MIMO 直接用光纤直连地面，天面得到优化 . 9 图 11： 4G 基站架构图 职责分明的天线、 RRU、 BBU . 10 图 12： Pre-5G 天线相对于 4G 天线在传输容量上的提升 . 10 图 13：有源天线系统的结构图 . 10 图 14：移动通信基站的天线阵列演化将带来高频材料需求大幅增加 . 11 行业深度分析 /通信 3 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 图 15： 5G 天线的附加值转移示意图 . 12 图 16： MIMO 技术的历史演变 . 13 图 17： 5G 有源天线的结构图：天线振子将集成在一张 PCB 板上 . 13 图 18： 4G 时代，深南电路 PCB 板的销售单价（元 /平方米） 对主要通信设备商，每平方米3000 元左右 . 14 图 19： 3D 塑料振子方案的分类图解 . 15 图 20： 5G 天线振子存在可能性的备选方案 . 16 图 21：随着频段变化，运营商建网的资本支出将大幅增加 . 18 图 22：从模拟通信到 5G 天线形态的演进 . 19 图 23：一个无源天线的结构图 . 19 图 24： 2014 年全球各基站 天线厂商发货量占比 . 21 图 25：传统天线厂商的市占率变化 . 21 图 26： 2015 年全球四大设备商的运营商业务市场份额 . 22 图 27：国内三大运营商 2011-2017 年移动网络方面的资本开支 . 22 图 28：主要上市公司射频器件业务的毛利率 . 22 图 29：主要上市 公司天线业务的毛利率 . 23 图 30： 4G 后期通宇通讯基站天线业务的毛利率 . 23 图 31：不断壮大的射频器件及天线 A 股上市公司收入规模 . 23 表 1： ITU 提出的 5G 核心性能 . 4 表 2：天线信号波束赋形的示意图 . 9 表 3：国内和全球天线振子 市场规模测算 . 16 表 4：飞荣达塑料天线振子解决方案 . 17 表 5：主要国家 5G 频谱规划 . 18 表 6：国外天线厂商龙头的市占 率和简介 . 20 表 7： 2014 年我国五大基站天线厂商发货量、市场份额和排名 . 21 行业深度分析 /通信 4 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 1. 提升容量、增强覆盖， Massive MIMO 是 5G 关键技术之一 根据 ITU（ 国际电信联盟 ）的愿景， 5G 的应用场景 应 划分为增强型移动宽带（ eMBB）、大连接物联网（ mMTC）和低 时延 高可靠通信（ uRLLC）三类 。同时 ， ITU 在带宽、时延和覆盖范围等方面 确立了 5G 的 8 项技术要求（表 1） 。 要达到 5G 应用场景如此高的要求，需要一组关键技术 来实现 包括 大规模天线阵列、超密集组网、新型多址、全频谱接入和新型网络架构 。 前三项都是 5G 无线接入相关的技术，共同保证 5G 的目标网络速率和覆盖要求。 表 1： ITU 提出的 5G 核心性能 指标 峰值速率 Gbps 体验速率 Mbps 频谱效率 × 空间容量 Mb/s/m2 移动性能 km/h 网络能效 × 连接密度万终端 /km2 时延 ms 5G 20 100 3 10 500 100 100 1 4G 1 10 1 0.1 350 1 10 10 提升 20 倍 10 倍 3 倍 100 倍 1.43 倍 100 倍 10 倍 10 倍 资料来源： ITU，安信证券研究中心 根据 IGR 的预测，美国无线接入网（ RAN）的投资将占 5G 总投资的 80%以上。 基站天线的投资额只占无线接入网投资的 2%左右， 但基站天线独立承担末端链路连接，对实现 5G网络容量的目标来说至关重要 。 行业深度分析 /通信 5 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 图 1： 5G 美国移动网络建设投资预测，无线接入网投资占比较大 图 2： 5G 空口技术储备 因应不同场景和成本约束而规划的备选技术 资料来源： IGR，安信证券研究中心 资料来源： 结合 IMT-2020 推进组方案，安信证券研究中心 5G 关键技术的具体方案已经基本确定， Massive MIMO（大规模天线阵列）技术成为 5G 的标准技术之一。 截至目前 ， 5G 标准制定组织 3GPP 第一个标准版本（ R15）已经冻结（包括 SA 和 NSA 标准），包括 Massive MIMO 在内的多项技术标准已经落地。现在多家设备商的 5G MIMO 原型机已经在很多公开场合出现。站在投资的角度，我们认为 5G 射频将是 2018年最清晰的投资机会。 1.1. Massive MIMO 架构成为 5G 必选项，天线数量大幅增加 1.1.1. 5G 网络容量要求较 4G 更 高，提高频谱使用效率 势在必行 5G 应用场景之一 eMBB 网络容量要求较 4G 有很大的提高， Massive MIMO（大规模天线）是实现 5G 网络容量要求的关键技术之一。 根据移动通信的常识，要在物理层提高网络容量（以达到 5G 的目标速率），只能通过 扩大带宽、 提升频谱利用效率和 增加小区数量三种 方式 来实现 。 网络容量 =带宽 （ MHz） ×频谱效率 （ Mbps/ MHz） ×小区数量 （个） Massive MIMO（大规模天线） 成为提高频谱利用效率的必选项。 其中，对于 带宽来说， 6GHz 以下 频谱 资源是稀缺的， 2.4GHz 以下尤其拥挤。中国运营商的频谱资源由政府分配，要再利用已有频谱只能通过重耕。在发达国家，运营商要通过政府的频谱拍卖才能获得频谱使用权，按以往 3G4G 经验来看，频谱拍卖的总金额动辄达到百亿欧元级别。 对于 小区数量，大部分运营商建站都面临着基 站 选址 困难和机房空间紧张的问题 ，某些热点区域要在 4G 覆盖的基础上 增加小区数量 是很难的。 因此 ，剩下的 提升 频谱效率是提高 5G 网络容量（或降低成本）的主要途径。可通过技术行业深度分析 /通信 6 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 手段，包括大规模天线阵列、新型多址 、波形等方式实现 。 图 3： 网络容量计算公式 资料来源： RFsister，安信证券研究中心 基于多天线波束赋形技术的 Massive MIMO（大规模天线阵列）是 5G 最清晰的技术路线 。要实现 5G 频谱利用效率和覆盖要求，天线系统演进主要有两条路线： 1） 高阶调制技术和空分复用技术的应用： 提高无线传输流数 ， 需要大规模阵列天线提供硬件支撑 ； 2）波束赋形 ：MassiveMIMO 有源天线可以实现了从 2D 波束赋形（ Beamforming）向 3D 赋形的提升， 提升覆盖能力 ， 抑制干扰 能力更强 。 Massive MIMO 采用有源天线技术（ AAS）的应用成为 5G 的 标志，也将改变天线产业链的生态。与 4G MIMO 相比，有源天线（ ASS）， 可以支持 3D MIMO 和更 大的 天线 阵列 ， 频谱利用效率大大提高，同时 天面得到优化，降低了部署成本 。 1.1.2. Massive MIMO 应用 多波束 技术 ，支持 更 大 阵列天线， 天线数量提升到 64、 128 甚至256 个： 大 阵列 MIMO 技术并不是民用通信首创，在军用领域已经非常成熟。 早在 70 年代，美军已经将 大规模的二维有源天线阵列用于相控 阵雷达系统中 。而现代相控阵雷达的天线单元甚至增加到数万个，可以产生一条或多条很窄的波束，锁定百公里外的多个目标 。 民用 MIMO 可以说是军用雷达的“微缩版”，最早 在 上 世纪 90 年代 由贝尔实验室提出 。 在3G 时代， MIMO 开始被真正 引入无线通信领域 。 在 4G 时代 ， MIMO 已经 实现规模化应用，R8R10 三个标准都对 4G MIMO 技术进行升级，并成为了 LTE 的标志性革新 。 MIMO（ Multiple-Input Multiple-Output）意为“多输入多输出”，就是使用多个发射天线和多个接收天线来提高频谱利用率，以实现 空间分集的效果。 MIMO 技术 的核心 就 是 将原 天线的 数据流分成多路数据子流 ， 从多个天线同时发射，并利用空时编码技术将这些数据子流区分开并解码 ，从而提高频谱利用率、提高无线信道容量和信道可靠性。 根据数学原理，当空间传输信道所映射的空间维度趋向于极限大时，两两空间信道就会趋向于正交，从而可以对空间信道进行区分 。在其他条件不变的情况下，增加 MIMO 天线数量会提高无线信道的容量。 行业深度分析 /通信 7 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 图 4： 移动通信基站的天线阵列可以看作是军用相控阵雷达的袖珍版，高频材料需求从军事向民用通信领域转移 资料来源： 中国联通网络技术研究院 ，安信证券研究中心 2010 年，贝尔实验室进一步提出了 Massive MIMO（大规模天线）技术。 Massive MIMO 概念就是 基于多用户 的 波束 赋形 的原理， 在 扇面覆盖 空间 中 对不同用户形成独立的窄波束覆盖 。基于用户的空间隔离 ，天线 系统 可以 同时传输不同用户的数据，从而数十倍地提升系统吞吐量。 图 5： MIMO-OFDM 技术在 4G 时代已经开始成熟应用 图 6： MIMO 技术随着天线数量的增加可以显著增强频谱利用效率 资料来源： 中国电信，安信证券研究中心 资料来源： 天线产业联盟，安信证券研究中心 MIMO 系统在一定程度上可以利用传播中多径分量， 以此对抗 多径衰落 。 4G LTE 的每次演进（ R8R12）都会对 MIMO 技术进行升级。 但是 ， 对于频率 的 选择性深衰落， MIMO 系统依然是无能为力。 4G MIMO 的 一种 解决方案是 结合高阶调制技术 OFDM，形成 MIMO-OFDM。 OFDM （正交频分复用）是一种优秀的多载波调制技术， 目前 广泛用于多种无线系统中 ，并成为 4G LTE 的核心技术。 OFDM 主要思想是：将信道分成若干 个 正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。 每个载波所使用的调制方法可以不同 ， 各个载波能够根据信道状况的不同选择不同的调制方式，以频谱利用率和误码率之间的最佳平衡为原则。 OFDM 很好地克服多径传播的影 响 ，大大提升了频谱利用效率 ； OFDM 不仅仅在 4G 系统中得到了广泛的应用， 目前也作为 5G行业深度分析 /通信 8 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 系统的重要候选波形 之一。 4G LTE 已经实现了 OFDM+MIMO 的物理层的基本构架 变革，但一般仅仅支持 2 天线、 4 天线 ，上下行分集的最多天线数量被限制在 8 个或以下。 5G Massive MIMO 无论天线数量和信号覆盖维度都较 4G 大大增加了， 天线 和通道 数量可以达到 64 个 、 128 个，综合考虑 系统实现的 收益和 代价 后，最大天线数量可以达到 256 个 。因此， 5G 的 Massive MIMO 网络容量 将较 4G 大幅提升，同时 天线的形式也将由无源转向有源 。 图 7： OFDM 技术的示意图 图 8： MIMO 技术的历史演变 资料来源： 中国电信，安信证券研究中心 资料来源： 天线产业联盟，安信证券研究中心 1.2. Massive MIMO 取消了物理馈线端口、单天线功率降低， 天面优化 让 部署和维护成本 都大大 降低： 移动通信发展到今天，站点获取成本已经 很 高，天面 的 “圈地运动” 非常激烈。 4G 天馈的优化方式 MIMO、扇面分裂、多频段等都需要增加馈线端口。 4G 宏基站的馈线已经盘根错节， 电缆安装施工、维护的工作量 很大 ， 也成为制约 eMBB 实现的瓶颈之一 。 5G 要达到单扇面 128 甚至 256 天线规模，相应端口达到数十个，馈线自重和损耗都是不能接受的。因此 Massive MIMO 用 PCB 板代替了原来馈线的连接和功率分配，有源天线集成了 RRU 的功能，让天面得到大大优化 ，还减少了系统馈线损耗 。 同时 ， Massive MIMO 本身 网络覆盖性能得到 10%以上的提升 ，减少了基站扩容 带来的选址 和 优化 的负担。 行业深度分析 /通信 9 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 图 9： 4G 基站天线盘根错节的天馈线大大增加部署难度和维护成本 图 10： Massive MIMO 直接用光纤直连地面，天面得到优化 资料来源 C114： ，安信证券研究中心 资料来源： Huawei Wireless Twitter 官方，安信证券研究中心 1.3. MassiveMimo 实现了 3D 波束赋形，大大提高用户体验 波束赋形（ Beamforming） 又被称作波束成型、空域滤波，是传感器阵列天线 的 波形处理技术。波束赋形使得某些角度的信号获得相长干涉，而另一些角度的信号获得相消干涉，从而实现某个特定方向的信号增益， 对其他方向信号进行抑制 。 波束赋形 实现了不同用户间 信号 的空间 隔离， 克服 了 路径损耗 。 表 2：天线信号波束赋形的示意图 一般天线全向信号辐射 实施向某个方向波束赋形的信号波束 资料来源： OFweek，安信证券研究中心 5G 有源天线基于波束赋形技术， 可实现各个天线振子相位和功率的自适应调整，多 天线 的动态组合 可以 显著提高 MIMO 系统的空间分辨率，从而让能量较小的波束集中在一块小型区域，将信号强度集中于特定方向和特定用户，提高覆盖范围 ， 提升信号质量（降低干扰）。 行业深度分析 /通信 10 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 同时， 5G 的大阵列天线不但可以用于 对单 一 用户 进行 动态跟踪 ，还可以在 同一频率 上 同时传输几十条信号 ，同时可以对用户 进行实时跟踪 ，信号增益方向 跟随用户移动 ， 可以 用于 对高层建筑不同楼层 进行 覆盖 。 2. 5G 全新 AAU 大规模阵列有源天线将取代传统无源天线 2.1. 5G 基站架构变化，天线附加值提升 在 4G 时代，一个标准的宏 基站主要由基带处理单元 BBU（ Base Band Unit） 、射频处理单元 RRU（ Remote Radio Unit） 和 天线 三个部分组成 ， 其中 RRU 通过射频电缆与 无源天线连接。 基带 处理 单元（ BBU） 负责集中控制整个基站系统，完成上下行数据链路的基带处理。 远端射频 处理 单元（ RRU） 负责基带信号与射频信号的转换（数字信号与模拟信号）。外观上 RRU 是一个金属盒装器件，里面包含了射频收发和中频处理模块。 RRU 通过射频电缆与 无源天线 连接 ，为减少馈线损耗， RRU 要尽可能部署在离天线比较近的地方。RRU 下有基带射频接口，并通过光纤与地面基站塔底或者机房的 BBU 连通。 天线 是电路信号与电磁波辐射之间的转换器件，而天线单元安装于蜂窝基站塔顶部。在4G 时代 ， 天线 一般为无源天线，由辐射单元（振子 ）、反射板（底板）、功率分配网络（馈电网络）和封装防护（天线罩） 四部分构成 。 图 11： 4G 基站架构图 职责分明的天线、 RRU、 BBU 资料来源： 中国联通网络技术研究院 ，安信证券研究中心 图 12： Pre-5G 天线相对于 4G 天线在传输容量 上的提升 图 13： 有源天线系统的结构图 资料来源： 中兴通讯，安信证券研究中心 资料来源： CNKI，安信证券研究中心