5G时代的射频器件革命

5G时代的射频器件革命

　　1射频器件是无线连接的核心基础

　　1.1射频器件是二级制数字信号与电磁波信号之间的转换器

　　射频器件是无线通讯设备的基础性零部件，在无线通讯中扮演着两个重要的角色，即在发射信号的过程中扮演着将二进制信号转换成高频率的无线电磁波信号;在接收信号的过程中将收到的电磁波信号转换成二进制数字信号。

　　无论何种通信协议，使用的通讯频率是高是低，配置射频器件模块是系统必备的基础性零部件。无论是使用13.56Mhz的信号作为传输载体NFC系统;抑或是使用900/1800Mhz信号作为传输载体的GSM通讯系统;还是使用24Ghz和77Ghz电磁波信号作为传输载体的无人驾驶毫米波雷达，均需要配置射频器件模块。作为无线通讯不可缺少的基础一环，射频器件的技术革新是推动无线连接向前发展的核心引擎之一。在联网设备大规模增长的环境下，射频器件行业是未来成长最快且最确定的方向性资产。

　　未来的世界是一个无线连接一切的世界。根据Gartner预测，到2020年，联网设备将达到250亿部，实现全球平均每个人3个联网设备的规模。而据Gartner统计，在2015年，全球消费行业仅仅只有29亿部联网设备;工业应用领域仅7.36亿部联网设备。在无线联网终端设备从2015年的36亿部增加至250亿部的大趋势下，射频器件的年产值将增加数倍。

　　1.2市场规模达110亿美金，行业保持双位数高速成长

　　2015年，全球移动终端射频器件市场规模约有110亿美金。根据高通半导体的预测，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。

　　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。

　　2.1LTE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。

　　图表1：单部手机RF器件价值量演变(美金)

　　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。

　　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%。

　　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，手机配置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。

　　图表2:LTE到5G演进的主要技术参数

　　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将成为标准配置，即基站端采用64根天线，移动终端采用8根天线的配置模式。目前市场上多数手机仅仅支持MIMO 2x2技术，如若采用MIMO64x8技术，基站天线的配置数量需要增长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要采用2载波的载波聚合。2017年，国内的三大电信运营商将正式启动三载波的聚合，而到2018年，四载波甚至五载波的载波聚合将出现在手机通讯应用中。例如载波聚合技术要求射频天线开关具有极高的线性度，以避免与其他设备发生干扰，对于滤波器及射频开关的性能要求将更加苛刻。

　　随着载波聚合的逐步普及，射频MEMS开关行业将迎来快速增长。目前机遇SOI工艺的射频开关正在接近技术极限，无法满足IIP3=90dbm的要求。能够达到IIP3>90dbm的射频性能目标的唯一一种开关是射频MEMS开关，因此射频MEMS开关将在未来5G时代迎来确定性增长机会。

　　2.4创新射频技术有望在4.5G/4.9G中率先实现应用

　　回顾2G到4G的通讯发展历程，每一代通讯技术的发展都不是一蹴而就的，而是由多个小的技术升级叠加形成的。2G时代，地面蜂窝通讯经历了GSM、GPRS、EDGE三个小型技术升级;而在3G时代，地面通讯经历了UMTS、HSPA、HSPA+三个小型技术升级。我们判断在4G向5G的演进过程中，每2年就会出现一次小型技术升级。而每一代小型技术升级都会推动射频器件产品复杂度及单部手机价值量的提升。

　　图表3:3G到4G的发展历程中，每2年就会有小的技术升级