4G/5G基站結(jié)構(gòu)和PCB用量

4G宏基站PCB總價值量約為5492元。全球4G基站用PCB市場空間約為50-90億元/年，對應(yīng)CCL約10-20億元/年。5G宏基站PCB價值量約15104元/站，高峰年度，5G基站建設(shè)帶來的PCB需求約為210-240億元/年，對應(yīng)CCL市場空間約80億元。具體來看：

一、4G/5G基站結(jié)構(gòu)和PCB用量


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（一）基站的基本結(jié)構(gòu)及高頻PCB的應(yīng)用

移動通信信息以電磁波為媒介進行傳輸，基站的主要功能和作用是負責接收與發(fā)送無線信號、以及將無線信號轉(zhuǎn)換成易于傳輸?shù)墓?電信號，實現(xiàn)信息在不同終端之間的傳輸并將不同頻率的信號識別區(qū)分出來。

3G、4G、5G基站的基本原理相似，但在具體設(shè)計上存在一定的差異。4G基站設(shè)備主要包含三個部分：基帶處理單元（BBU）、遠端射頻處理單元（RRU）和天線系統(tǒng)。目前在4G通信基站中，天線系統(tǒng)和RRU均要用到高頻&高速PCB、BBU主要用到高速PCB。

基帶處理單元BBU：完成信道編解碼、基帶信號的調(diào)制解調(diào)、協(xié)議處理等功能，同時需要提供與上層網(wǎng)元的接口功能。

射頻處理單元RRU：是天線系統(tǒng)和基帶處理單元溝通的中間橋梁：接收信號時，RRU將天線傳來的射頻信號經(jīng)濾波、低噪聲放大、轉(zhuǎn)化成光信號，傳輸給BBU；發(fā)送信號時，RRU將從BBU傳來的光信號轉(zhuǎn)成射頻信號通過天線放大發(fā)送出去。

天線系統(tǒng)：主要進行信號的接受和發(fā)送，是基站設(shè)備與終端用戶之間的信息能量轉(zhuǎn)換器。

從4G到5G，基站結(jié)構(gòu)和基材訴求并沒有發(fā)生本質(zhì)改變，只是用量和參數(shù)的顯著升級而已，因此研究4G基站結(jié)構(gòu)及高頻PCB的應(yīng)用，對5G會有參考意義。

天線作為能量轉(zhuǎn)化與定向輻射及接收的裝備，是整個基站運轉(zhuǎn)的核心，其內(nèi)部主要由輻射單元、饋電網(wǎng)絡(luò)、反射板、封裝平臺、電調(diào)天線控制器（RCU）五個核心關(guān)鍵部件組成（4G基站天線）。

（二）4G基站PCB用量測算

4G基站用到PCB主要分為天線系統(tǒng)、RRU和BBU，其中：按一個BBU拖帶3副天線3副RRU計算，天線系統(tǒng)PCB總面積約0.684平方米，RRU PCB總面積約0.3米，合計面積0.984平米。

根據(jù)產(chǎn)業(yè)調(diào)研信息，4G天線和RRU PCB均價約為2500元/平米。則單基站RRU和天線部分，ASP約為2500元。BBU部分，尺寸約為440X86X310mm。

BBU單板數(shù)量在3-6塊之間，各塊單板通過接口與背板連接。BBU單板在BBU內(nèi)的槽位分布和單板配置原則是：GTMU占用5、6槽位，為主控傳輸單元，其余槽位可以安裝TDL基帶板和主控板，基帶板可以實現(xiàn)接口能力，可將其所收的CPRI數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到其他單板。

主控板、星卡板、基帶處理板、基帶射頻接口板總面積約為0.3平米，電源板約為0.03平米，防浪涌板約為0.008平米，總單站價值量約為992元。

4G基站背板面積約為0.5平米，一般22層板即可，單價約4000元/平米。故此4G基站用PCB總價值量約是2000+992+2500=5492元/站。

截止2018年，中國大陸4G基站總量約為372萬站，其中2018年新增約為44萬站，假設(shè)2014-2018年中國大陸4G基站建設(shè)量占比全球約為45%-60%（各年份不同，前期占比高，后期低，因中國4G進展快于全球平均，滲透率高于全球平均，非中國大陸地區(qū)后續(xù)4G基站建設(shè)力度和時間跨度將超過中國），則全球各年份4G基站建設(shè)用PCB市場空間約為40-80億元。

對應(yīng)CCL，在4G基站中，天線和功放所需用到的高頻CCL，性能要求低于5G，一般采用碳氫或者PTFE材質(zhì)，且多與普通FR4壓合在一起。高速CCL多用在BBU等其他區(qū)域，其材質(zhì)一般采用FR4改性即可。整體而言，高頻高速CCL占基站PCB價值量約為20%，對應(yīng)單一年份的全球市場空間約在10-20億元之間。

（三）5G帶來的技術(shù)變革和演進節(jié)奏

到2019年一月，GSA已經(jīng)囊括了了201個運營商，在83個國家各自進行5G的商用測試、預商用、商用。尤其是美國、韓國、日本、英國、中國等地區(qū)，是率先推行5G商用化建設(shè)的國家，它們將在2019-2020年實現(xiàn)5G的商用網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。

中國三大運營商已經(jīng)在5大城市開啟了5G商用測試，其中中國移動計劃在2019年布設(shè)1000+5G基站，后續(xù)全國范圍內(nèi)的商用會在2020年。

技術(shù)上，華為、高通、三星等廠商積極加入5G基帶芯片和終端研發(fā)，促進5G產(chǎn)業(yè)鏈成熟。

芯片端，高通、海思和三星在2018年底發(fā)布了5G商用芯片。Intel和Mediatek也將在2019年發(fā)布自己的5G基帶芯片。

設(shè)備端，華為于2018年發(fā)布了全球首款5G CPE（相當于路由器，把5G信號轉(zhuǎn)化為WiFi信號發(fā)射出去）。另外，三星、華為和小米等20多家廠商將于2019年推出5G商用手機。5G開發(fā)初期，CPE等固定終端對終端尺寸和功耗要求較低。只要成本降低到一定水平，產(chǎn)品穩(wěn)定，終端就可以大規(guī)模上市。CPE等5G固定終端預計2019年底前成熟。

移動終端需要的成熟期相對長，基于7-10nm制造工藝和獨立基帶芯片的5G手機預計將于2019年上市，基于SOC的多模芯片平臺的5G手機有望在2020年下半年實現(xiàn)商業(yè)化。未來，隨著終端研發(fā)，采用最新射頻前端技術(shù)的產(chǎn)品如小型可穿戴5G終端、全頻段5G手機有望在2021年成熟。

為了快速引進5G技術(shù)并順利發(fā)展，3GPP定義了幾個架構(gòu)選項。在版本R15中，方案3（NSA）已于2018年3月完成，方案2（SA）在6月完成，其他選項計劃為R15擴展的內(nèi)容，例如方案4、5和7。

然而可選項的相互排列導致更高的成本、互操作性風險、碎片化、設(shè)備復雜性。到目前為止方案3和方案2是運營商主要選擇的方向。

基站系統(tǒng)是無線接入網(wǎng)最主要的構(gòu)成部分，包括射頻和基帶功能（物理層、第二層（MAC、RLC、PDCP等子層）以及第三層（如RRC）等協(xié)議功能層構(gòu)成）。

5G接入網(wǎng)架構(gòu)相對于4G而言的改變之一是支持DU（分布式單元）和CU（集中單元）功能劃分：CU/DU合設(shè)方案、CU/DU分離方案。

1.CU/DU合設(shè)方案類似4G中的BBU設(shè)備，在單一物理實體中同時實現(xiàn)CU和DU的邏輯功能，并基于電信專用架構(gòu)采用ASIC等專用芯片實現(xiàn)?？紤]到4G BBU多采用主控傳輸板+基帶處理板組合的方式，類似的，5G BBU也可類似沿用CU板+DU板的架構(gòu)方式，以同樣保證后續(xù)擴容和新功能引入的靈活性，合設(shè)的優(yōu)點是可靠性較高、體積較小、功耗較小、且環(huán)境適配性較好，對機房配套條件要求較低。

2. CU/DU分離方案則存在兩種類型的物理設(shè)備：獨立的DU設(shè)備和獨立的CU設(shè)備。按照3GPP的標準架構(gòu)，DU負責完成RLC/MAC/PHY等實時性要求較高的協(xié)議棧處理功能，而CU負責完成PDCP/RRC/SDAP等實時性要求較低的協(xié)議棧處理功能。

（參考資料：《5G中CU-DU架構(gòu)、設(shè)備實現(xiàn)及應(yīng)用探討》；作者:閆淵 陳卓；來源:《移動通信》）

（四）5G基站建設(shè)所需PCB市場空間分析

不同于4G基站，5G時代為了滿足增強移動寬帶（eMBB）、大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)（mMTC）和低時延高可靠物聯(lián)網(wǎng)（uRLLC）三大要求，并提高資源利用率，將基站結(jié)構(gòu)做了一定的改變：

BBU被拆分為CU（Centre unit 控制單元）、DU（Distributed unit 分布單元），即將高層協(xié)議處理(PDCP/RRC)分離出來成為獨立的邏輯單元集中由CU處理，底層協(xié)議處理（MAC/PHY）仍保留在在站點分部處理，該架構(gòu)有利于實現(xiàn)多連接、高低頻協(xié)作、簡化切換流程、利于平臺開放，但是CU的部署位置與業(yè)務(wù)時延要求是個矛盾（越遠離DU越時延），且運維復雜化；

天線和RRU被集成在一個AAU中，完成信號收發(fā)、縮放、濾波、光電轉(zhuǎn)換等工作。

關(guān)于5G宏基站、室分站的PCB市場空間測算，假設(shè)：

1.每個宏站包含三個AAU和一個BBU（CU&DU）。

2.AAU里面包含天線系統(tǒng)（振子&饋電網(wǎng)絡(luò)）、收發(fā)單元（DSP；DAC/ADC；PA；LNA；Filter等器件），其中振子（自身含PCB材質(zhì)）集成在一塊PCB（含饋電網(wǎng)絡(luò)）上，收發(fā)單元的面積主要以PA和TRX兩塊PCB為主，其中PA板集成在TRX板上。

3.天線底板尺寸約0.4*0.75m，采用高頻材料如Rogers4730（陶瓷碳氫材料，熱固性）等，2-4層板，有些用6層板，單價接近10000元/平米，雙面板可低至3300元/平米，在此計算中取均價7300元/平米（按3300占40%，10000占60%計算）。天線振子尺寸約為28*28mm，數(shù)量為64枚，一般可用松下M4高速材料，單價約2000元/平米。

4.TRX板層數(shù)10-20層均有，材料一般為高速材料如松下M4，尺寸約為0.4*0.75m，單價約為4000元/平米。

5.PA板集成在TRX上，一共有4塊，每塊尺寸約0.15*0.18m，陶瓷基材高頻CCL制成的雙面板（如Rogers4350），單價約2300元/平米。

6.BBU尺寸與4G差異不大，一共3-5塊板，尺寸0.48*0.3m，20-30層板，9000元/平米，松下M4M6M7等高速基材為主。

5G宏基站內(nèi)PCB價值量約為15104元/站，室分站PCB價值量約是宏站的30%-40%，約5286元/站?？梢钥闯?，5G宏基站PCB價值量是4G（4692元）的3.2倍，提升空間比較大。

考慮5G建設(shè)進度，假設(shè)2018-2022年宏基站和室分站布設(shè)節(jié)奏，可以得出單一年份5G基站建設(shè)對PCB帶來的增量市場空間（假設(shè)單站PCB&CCL價值量每年下降6%）。

可以看出，2022-2023高峰年度，5G基站建設(shè)帶來的PCB單年度需求約為210-240億元（其中中國大陸約占50%-60%），相比于4G時代的80億元，是接近3倍的提升。

對應(yīng)CCL（大部分均為高頻高速CCL）市場空間約為80億元（其中中國大陸約占50%-60%），對應(yīng)4G時代的25億元是接近3倍的提升。

分結(jié)構(gòu)來看，假設(shè)各部分PCB價格每年下降6%，則天線用PCB峰值年份市場空間約為80億元/年；TRX用PCB市場空間，峰值年份約為40億元人民幣；PA用PCB市場空間峰值年份約為9億元；BBU 用PCB市場空間，峰值年份約為50億元。

二、2019年全球服務(wù)器用PCB需求即使放緩也不改長期上行趨勢

服務(wù)器在電子工業(yè)中屬于整機產(chǎn)品，從產(chǎn)業(yè)鏈出貨周期來看，只有芯片的規(guī)格確定后，才能確定印制電路板的工藝制程進而和其他組件一起組裝成服務(wù)器。因此我們可以認為芯片的出貨量、高多層PCB的產(chǎn)量（收入）是服務(wù)器出貨量的先行指標。

2017Q2-2018Q4是全球服務(wù)器出貨量較快增長的一個階段，互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)數(shù)據(jù)中心建設(shè)貢獻了60%以上的需求，我們判斷2019年全球服務(wù)器出貨量增速可能會下降直到2020年上半年，云計算服務(wù)提供商的資本開支從大周期視角看處在一個同比增速下行的半周期中，到2020年Q2開始重回增長。長遠視角來看，計算和存儲的云化虛擬化是不可逆的，AI、物聯(lián)網(wǎng)、5G等催生的計算和存儲需求也會越來越旺盛，服務(wù)器用PCB需求將持續(xù)增長。

通信大類pcb市場總體分散但高端賽道需求和格局較好。全球通信大類PCB市場約120億美金，前五企業(yè)合計只占約20%,但實際上18層以上（或高頻材料）的PCB主要玩家都是第一梯隊廠商。在通信代際更迭、數(shù)據(jù)流量爆發(fā)帶來的計算存儲設(shè)備升級的過程中，趨勢向上傳遞到PCB環(huán)節(jié)時，價值量和用量提升的往往以高層數(shù)、新材料新工藝PCB產(chǎn)品為主，低層數(shù)PCB（主要應(yīng)用于一些次要環(huán)節(jié)、或者低階設(shè)備）需求變化彈性不如高階PCB，因此受益的主要是第一梯隊廠商，其擁有技術(shù)壁壘、固定資產(chǎn)投資壁壘、商務(wù)壁壘、認證時間差壁壘等多方面的護城河。