5G是將改變社會生活的通用技術(shù)，天線數(shù)量將增加貫穿5G進程

1. 5G 市場空間與技術(shù)路線

1.1. 5G 是將改變社會生活的通用技術(shù)

長期來看，5G 是4G LTE 標(biāo)準(zhǔn)之后全新的電信標(biāo)準(zhǔn)階段，將不局限于移動網(wǎng)絡(luò)的升級換代，更將成為一項通用技術(shù)，深入改變各個行業(yè)的運行模式，并產(chǎn)生巨大的的經(jīng)濟機會。IHS 預(yù)測，在2020–2035 年期間全球?qū)嶋HGDP 將以2.9%的年平均增長率增長，其中5G 將貢獻0.2%的增長。

IHS 預(yù)計，2020~2035 年，全球七個主要國家在5G 價值鏈中的相關(guān)企業(yè)平均每年投入的研發(fā)資金與資本性支出總和將超過2000 億美元。美國和中國有望在2020~2025 年間主導(dǎo)5G研發(fā)與資本性支出，兩國將分別投入1.2 萬億美元和1.1 萬億美元。美國的投入將約占全球5G 投入的28%，中國緊隨其后將約占24%。

伴隨5G 研發(fā)與資本性支出的投入，各行業(yè)均受到積極正面影響。IHS 預(yù)計，到2035 年，5G 價值鏈本身將創(chuàng)造3.5 萬億美元經(jīng)濟產(chǎn)出，同時創(chuàng)造2200 萬個工作崗位。其中，中國5G 價值鏈總產(chǎn)出9840 億美元，創(chuàng)造就業(yè)機會950 萬，位居全球首位。

圖 1：5G 價值鏈的研發(fā)與資本性支出份額（按國家） 圖 2：2025 年全 球 5G價值鏈的產(chǎn)出（美元）和就業(yè)機會

圖 3：5G 關(guān)鍵技術(shù)目標(biāo)

5G 投入和部署的初期將會以增強型移動寬帶為中心，主要滿足多媒體內(nèi)容服務(wù)和無線數(shù)據(jù)連接，尤其是視頻，將在廣泛的移動寬帶終端上發(fā)揮重要作用。大幅降低單位數(shù)據(jù)傳輸成本是5G 的一個關(guān)鍵優(yōu)勢，對于增強現(xiàn)實（AR）和虛擬現(xiàn)實（VR）這些數(shù)據(jù)密集型場景至關(guān)重要。

隨著5G 進一步推進，海量物聯(lián)網(wǎng)和高可靠、低延遲通信的應(yīng)用比例將提升。海量物聯(lián)網(wǎng)的特點是聯(lián)網(wǎng)終端數(shù)量極多，對于數(shù)據(jù)傳輸量較少、對時延不敏感。因此，這些終端需要實現(xiàn)低成本和超長電池續(xù)航。而高可靠、低時延通信，對吞吐量、時延和可用性等特性具有嚴(yán)格要求，適用場景包括自動駕駛、工業(yè)控制、遠程醫(yī)療和智能電網(wǎng)等。

圖 4：5G 生態(tài)鏈

1.2. 5G 技術(shù)實現(xiàn)之路——循序漸進，“上下”求索

從2G 到3G 再到4G，每一代無線通信都經(jīng)歷3 個階段，4G 跨向5G 依然如此。在2017年前三季度工業(yè)通信業(yè)發(fā)展情況新聞發(fā)布會上，工信部信息通信發(fā)展司司長聞庫表示：“今年年底前，我們將完成5G 二階段網(wǎng)絡(luò)部分測試。明年6 月5G 國際標(biāo)準(zhǔn)第一個版本出臺的時候，我們的產(chǎn)品基本上能夠同步出臺或者接近商用的產(chǎn)品出臺，為5G 的快速發(fā)展奠定基礎(chǔ)?！惫ば挪坎块L苗圩之前就指出：從2018 年開始要實現(xiàn)第三階段的5G 試驗，并希望2018年5G 標(biāo)準(zhǔn)能夠正式通過國際電聯(lián)的批準(zhǔn)，成為新的標(biāo)準(zhǔn)。下一步，我國將加快5G 建設(shè)應(yīng)用，爭取實現(xiàn)2020 年全球首發(fā)。

圖5：5G 推進時間表

2017 年11 月15 日，工信部官網(wǎng)發(fā)布《關(guān)于第五代移動通信系統(tǒng)使用3300-3600MHz 和4800-5000MHz 頻段相關(guān)事宜的通知》，規(guī)劃明確了3300-3400MHz（原則上限室內(nèi)使用）、3400-3600MHz 和4800-5000MHz 頻段作為5G 系統(tǒng)的工作頻段。2017 年11 月27 日，發(fā)改委官網(wǎng)發(fā)布《國家發(fā)展改革委辦公廳關(guān)于組織實施2018 年新一代信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程的通知》。通知要求，5G 規(guī)模組網(wǎng)建設(shè)及應(yīng)用示范工程方面，以直轄市、省會城市及珠三角、長三角、京津冀區(qū)域主要城市等為重點，開展5G 規(guī)模組網(wǎng)建設(shè)。5G 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)至少覆蓋復(fù)雜城區(qū)及室內(nèi)環(huán)境，形成連續(xù)覆蓋，實現(xiàn)端到端典型應(yīng)用場景的應(yīng)用示范。指標(biāo)要求：（1）明確在6GHz 以下頻段，在不少于5 個城市開展5G 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，每個城市5G 基站數(shù)量不少50個，形成密集城區(qū)連續(xù)覆蓋;（2）全網(wǎng)5G 終端數(shù)量不少于500 個;（3）向用戶提供不低于100Mbps、毫秒級時延5G 寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù);（4）至少開展4K 高清、增強現(xiàn)實、虛擬現(xiàn)實、無人機等2 類典型5G 業(yè)務(wù)及應(yīng)用。

2018 年世界移動通信大會（Mobile World Congress，MWC）在西班牙巴塞羅那舉辦。5G距離2020 年全球商用越來越近，當(dāng)之無愧成為今年MWC 的核心話題。華為發(fā)布首款5G商用芯片巴龍5G01 和商用終端CPE;高通推出驍龍X50 5G調(diào)制解調(diào)器聚焦5G商用部署;英特爾規(guī)劃5G 商用終端在2019 年中發(fā)布并為2020 年東京奧運會部署更成熟的5G 技術(shù);中國移動啟動“5G 終端先行者計劃”，計劃于2019 年發(fā)布首批5G 預(yù)商用終端。

4G 時代的通信頻段主要集中在3GHz 以下，在2018 年開始的5G 初期，sub-6GHz（6GHz以下）以下的頻段將為5G 應(yīng)用的主流，初步實現(xiàn)增強型移動帶寬，標(biāo)志性的下載速率逐步突破1Gbps。2020 年以后，5G 大規(guī)模商用，30GHz 附近及以上的mmWave（毫米波）頻段將成為熱點加強覆蓋的解決方案。

圖6：5G 頻段應(yīng)用

2. 天線數(shù)量增加貫穿5G 進程

2.1. 四天線手機將為2018 年主流，天線數(shù)量翻倍

5G 初期，增強型移動帶寬為主，提升下載速率是首要任務(wù)。高階調(diào)制、載波聚合、多天線MIMO，三個維度提升傳輸速率，手機終端實現(xiàn)的下載速率可達5G 的門檻水平1Gps。

高階調(diào)制：在單位頻譜資源內(nèi)提升信號調(diào)制復(fù)雜度，提升單位頻譜數(shù)據(jù)的傳輸量。高階調(diào)制在下行鏈路上，從64QAM 轉(zhuǎn)向256 QAM 可將單個10MHz 信道的速度從75 Mbps 提高到100Mbps。

載波聚合（CA）：同時利用多個載波頻段，增加信息傳輸載波數(shù)量。目前已經(jīng)可以實現(xiàn)3-5下行鏈路（DL） CA。

MIMO：在通信系統(tǒng)的發(fā)射端和接收端分別使用多個天線。相比于單天線SISO 系統(tǒng)，MIMO提升天線數(shù)量，增加信道傳輸?shù)奈锢硗?，從而改善通信質(zhì)量，進一步提升傳輸速率。

圖 7：64 QAM 轉(zhuǎn)向 256 QAM 效率提升 33% 圖 8：3CA配合 4 天線達成 1Gbps 下載速率

高階調(diào)制和載波聚合偏向于“軟升級”，MIMO 多天線技術(shù)是硬件通路提升的“硬升級”。2G、3G 時代，手機主要有一根主天線負責(zé)通信信號的發(fā)射和接收;4G 時代，智能機普遍采用2 根天線;在5G 初期，4 天線將成為手機設(shè)計的基礎(chǔ)需求。

4x4 MIMO 在全球市場發(fā)展迅猛。根據(jù)GSA 統(tǒng)計，截至2017 年10 月，已經(jīng)有超過80 個4x4 MIMO 試驗和商用網(wǎng)絡(luò)正在推進中。截至2017 年5 月底，華為宣布已經(jīng)配臵了50 個商用4x4 MIMO 網(wǎng)絡(luò)。華為預(yù)測，具有商業(yè)價值的4x4 MIMO LTE FDD 網(wǎng)絡(luò)將在2017 年底超過100 個。

表1：全球運營商積極開展4×4 MIMO 千兆LTE 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)

運營商積極布局，終端廠商全力跟進。三星與美國電信運營商AT&T 合作的S7 已經(jīng)具備了4 天線MIMO 功能，2017 年發(fā)布的S8 采用多載波聚合、256QAM 信號調(diào)制和4 天線MIMO技術(shù)，成為業(yè)界首款下載速率達到1Gbps 的智能手機。此外，在2017 年間，華為、小米、索尼、HTC、LG、夏普、中興均有4 天線手機新品面市發(fā)售。

下載速率作為通信能力的重要衡量指標(biāo)之一，蘋果自是不會落后，從產(chǎn)業(yè)鏈信息了解2018年蘋果新品預(yù)計將具備4 天線MIMO 功能。預(yù)期從2018 年開始，4 天線手機設(shè)計將在行業(yè)內(nèi)實現(xiàn)快速推廣。在4 天線設(shè)計的支持下，IHS 預(yù)計2018 年全球約有3 億部智能手機達到Cat 16 以上的通信等級（Cat 4 對應(yīng)150Mbps，Cat 16 對應(yīng)1Gbps，Cat 18 對應(yīng)1.2GBps），預(yù)計到2021 年全球銷售的新手機中將有11 億部的下載速率能夠達到1Gbps 以上。

圖11：2014~2021 年不同LTE 等級智能手機出貨量

2.2. 四天線上下分布，射頻連接器需求配套提升

天線需要通過射頻連接線（RF cable）與主板相連，完成信號傳輸。對于傳統(tǒng)2 天線設(shè)計，上天線通過PCB 走線與主板直連，下天線通過一根射頻連接線將天線與主板跨接。對于4天線設(shè)計，上部2 個天線同樣與主板直連，而下部2 天線則需要2 根射頻連接線將天線與主板跨接。

圖12：三星Note 8 采用4 天線、2 條射頻連接線

從三星Note 8 的實際拆解中可以發(fā)現(xiàn)，Note 8 已經(jīng)支持4 天線，同時下部的2 根天線通過2 條射頻連接線連接到主板。1 條射頻連接器配套2 個射頻連接座，伴隨著4 天線手機的普及滲透，預(yù)計將帶動手機市場射頻連接線、射頻連接座需求翻倍。

前面關(guān)于iPhone X“LCP 天線”的過程中已提及，不同于三星等廠商，蘋果采用LCP FPC的方式實現(xiàn)射頻連接線的功能。融合射頻連接線功能的LCP FPC 需要特殊定制，不同手機產(chǎn)品間不通用，供應(yīng)商有限導(dǎo)致交貨周期長，同時成本價格是目前的RF cable 的4 倍以上（常規(guī)RF cable 單價0.8~1 元，僅LCP FPC 連接線價格在4 元以上）。對于蘋果而言，單款產(chǎn)品數(shù)量大且生命周期長，具備定制零組件的能力。對于蘋果之外的手機廠商，采用更具性價比優(yōu)勢的RF cable 是合理的選擇。

2.3. 基站端5G 技術(shù)4G 化，運營商加速布局Massive MIMO，手機端天線數(shù)量持續(xù)翻倍

在5G 初期，基礎(chǔ)通信設(shè)備和手機的平滑升級將是主要趨勢，載波聚合、高階調(diào)制和4 天線MIMO 逐步成為行業(yè)標(biāo)配。更進一步的，在通信基站端，Massive MIMO（大規(guī)模天線陣列）是實現(xiàn)5G 峰值網(wǎng)絡(luò)容量指標(biāo)的重要手段之一，Massive MIMO 的以陣列的形式排列，天線數(shù)量可以達到64、128 或256 個，據(jù)仿真結(jié)果表明，128 天線的Massive MIMO 基站，其吞吐率可達到TD-LTE 8 天線基站的4-6 倍，頻譜效率和網(wǎng)絡(luò)容量大幅提高。

圖14：Massive MIMO 基站

運營商方面，中國移動于2016 年公開表示將會在4G 網(wǎng)絡(luò)中率先部署Massive MIMO 技術(shù)。此外，中國移動計劃從2017 年開始，在全網(wǎng)熱點區(qū)域分三階段推進Massive MIMO 的商用：第一階段為2017 年，在現(xiàn)有4G 商用終端推廣，利用TDD 技術(shù)的特有優(yōu)勢對Massive MIMO的基礎(chǔ)版進行商用;第二階段為2018 年-2019 年，由Massive MIMO 基礎(chǔ)版軟件升級至增強版，系統(tǒng)性能提升20%;第三階段為2020 年，將Massive MIMO 增強版軟件升級至5G，同時引入支持5G 新空口的全新型態(tài)產(chǎn)品。2017 年4 月，中國移動啟動4G 網(wǎng)絡(luò)五期招標(biāo)。在招標(biāo)中，中國移動明確提出Massive MIMO 的商用需求并正式采購，標(biāo)志著Massive MIMO正式商用。

圖15：中國移動Massive MIMO 商用計劃

基站端Massive MIMO 普及以后，手機端8 天線接收將成為常態(tài)，終端天線市場持續(xù)倍增。2017 年9 月，聯(lián)發(fā)科技宣布成功完成符合3GPP 5G 標(biāo)準(zhǔn)的終端原型機與手機大小8 天線的開發(fā)整合，攜手華為完成5G New Radio 互通性與對接測試（IODT），實測傳輸速率超過5Gbps，成為首家擁有手機尺寸天線，并與通訊設(shè)備廠商完成對接測試的芯片廠商。此次測試充分展現(xiàn)5G 技術(shù)在sub-6GHz 頻段商用部署的潛力。