4G/5G基站結(jié)構(gòu)和PCB用量

4G宏基站PCB總價(jià)值量約為5492元。全球4G基站用PCB市場(chǎng)空間約為50-90億元/年，對(duì)應(yīng)CCL約10-20億元/年。5G宏基站PCB價(jià)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(duì)應(yīng)CCL市場(chǎng)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(dòng)通信信息以電磁波為媒介進(jìn)行傳輸，基站的主要功能和作用是負(fù)責(zé)接收與發(fā)送無線信號(hào)、以及將無線信號(hào)轉(zhuǎn)換成易于傳輸?shù)墓?電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)信息在不同終端之間的傳輸并將不同頻率的信號(hào)識(shí)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(jì)上存在一定的差異。4G基站設(shè)備主要包含三個(gè)部分：基帶處理單元（BBU）、遠(yuǎn)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(hào)的調(diào)制解調(diào)、協(xié)議處理等功能，同時(shí)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(hào)時(shí)，RRU將天線傳來的射頻信號(hào)經(jīng)濾波、低噪聲放大、轉(zhuǎn)化成光信號(hào)，傳輸給BBU；發(fā)送信號(hào)時(shí)，RRU將從BBU傳來的光信號(hào)轉(zhuǎn)成射頻信號(hào)通過天線放大發(fā)送出去。

天線系統(tǒng)：主要進(jìn)行信號(hào)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(jí)而已，因此研究4G基站結(jié)構(gòu)及高頻PCB的應(yīng)用，對(duì)5G會(huì)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(gè)基站運(yùn)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(tái)、電調(diào)天線控制器（RCU）五個(gè)核心關(guān)鍵部件組成（4G基站天線）。

（二）4G基站PCB用量測(cè)算

4G基站用到PCB主要分為天線系統(tǒng)、RRU和BBU，其中：按一個(gè)BBU拖帶3副天線3副RRU計(jì)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(jì)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(jià)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(shí)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(jià)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(jià)約4000元/平米。故此4G基站用PCB總價(jià)值量約是2000+992+2500=5492元/站。

截止2018年，中國(guó)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(guó)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(guó)4G進(jìn)展快于全球平均，滲透率高于全球平均，非中國(guó)大陸地區(qū)后續(xù)4G基站建設(shè)力度和時(shí)間跨度將超過中國(guó)），則全球各年份4G基站建設(shè)用PCB市場(chǎng)空間約為40-80億元。

對(duì)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?xì)浠蛘逷TFE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(jià)值量約為20%，對(duì)應(yīng)單一年份的全球市場(chǎng)空間約在10-20億元之間。

（三）5G帶來的技術(shù)變革和演進(jìn)節(jié)奏

到2019年一月，GSA已經(jīng)囊括了了201個(gè)運(yùn)營(yíng)商，在83個(gè)國(guó)家各自進(jìn)行5G的商用測(cè)試、預(yù)商用、商用。尤其是美國(guó)、韓國(guó)、日本、英國(guó)、中國(guó)等地區(qū)，是率先推行5G商用化建設(shè)的國(guó)家，它們將在2019-2020年實(shí)現(xiàn)5G的商用網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。

中國(guó)三大運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)在5大城市開啟了5G商用測(cè)試，其中中國(guó)移動(dòng)計(jì)劃在2019年布設(shè)1000+5G基站，后續(xù)全國(guó)范圍內(nèi)的商用會(huì)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(jìn)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(dāng)于路由器，把5G信號(hào)轉(zhuǎn)化為WiFi信號(hào)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(jī)。5G開發(fā)初期，CPE等固定終端對(duì)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(yù)計(jì)2019年底前成熟。

移動(dòng)終端需要的成熟期相對(duì)長(zhǎng)，基于7-10nm制造工藝和獨(dú)立基帶芯片的5G手機(jī)預(yù)計(jì)將于2019年上市，基于SOC的多模芯片平臺(tái)的5G手機(jī)有望在2020年下半年實(shí)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(jī)有望在2021年成熟。

為了快速引進(jìn)5G技術(shù)并順利發(fā)展，3GPP定義了幾個(gè)架構(gòu)選項(xiàng)。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(xiàng)計(jì)劃為R15擴(kuò)展的內(nèi)容，例如方案4、5和7。

然而可選項(xiàng)的相互排列導(dǎo)致更高的成本、互操作性風(fēng)險(xiǎn)、碎片化、設(shè)備復(fù)雜性。到目前為止方案3和方案2是運(yùn)營(yíng)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(duì)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(shí)體中同時(shí)實(shí)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(shí)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(kuò)容和新功能引入的靈活性，合設(shè)的優(yōu)點(diǎn)是可靠性較高、體積較小、功耗較小、且環(huán)境適配性較好，對(duì)機(jī)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(dú)立的DU設(shè)備和獨(dú)立的CU設(shè)備。按照3GPP的標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)，DU負(fù)責(zé)完成RLC/MAC/PHY等實(shí)時(shí)性要求較高的協(xié)議棧處理功能，而CU負(fù)責(zé)完成PDCP/RRC/SDAP等實(shí)時(shí)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(shí)現(xiàn)及應(yīng)用探討》；作者:閆淵 陳卓；來源:《移動(dòng)通信》）

（四）5G基站建設(shè)所需PCB市場(chǎng)空間分析

不同于4G基站，5G時(shí)代為了滿足增強(qiáng)移動(dòng)寬帶（eMBB）、大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)（mMTC）和低時(shí)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(dú)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(diǎn)分部處理，該架構(gòu)有利于實(shí)現(xiàn)多連接、高低頻協(xié)作、簡(jiǎn)化切換流程、利于平臺(tái)開放，但是CU的部署位置與業(yè)務(wù)時(shí)延要求是個(gè)矛盾（越遠(yuǎn)離DU越時(shí)延），且運(yùn)維復(fù)雜化；

天線和RRU被集成在一個(gè)AAU中，完成信號(hào)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(chǎng)空間測(cè)算，假設(shè)：

1.每個(gè)宏站包含三個(gè)AAU和一個(gè)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?xì)洳牧?，熱固性）等?-4層板，有些用6層板，單價(jià)接近10000元/平米，雙面板可低至3300元/平米，在此計(jì)算中取均價(jià)7300元/平米（按3300占40%，10000占60%計(jì)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(jià)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(jià)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(jià)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(jià)值量約為15104元/站，室分站PCB價(jià)值量約是宏站的30%-40%，約5286元/站?？梢钥闯?，5G宏基站PCB價(jià)值量是4G（4692元）的3.2倍，提升空間比較大。

考慮5G建設(shè)進(jìn)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(duì)PCB帶來的增量市場(chǎng)空間（假設(shè)單站PCB&CCL價(jià)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(guó)大陸約占50%-60%），相比于4G時(shí)代的80億元，是接近3倍的提升。

對(duì)應(yīng)CCL（大部分均為高頻高速CCL）市場(chǎng)空間約為80億元（其中中國(guó)大陸約占50%-60%），對(duì)應(yīng)4G時(shí)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(jià)格每年下降6%，則天線用PCB峰值年份市場(chǎng)空間約為80億元/年；TRX用PCB市場(chǎng)空間，峰值年份約為40億元人民幣；PA用PCB市場(chǎng)空間峰值年份約為9億元；BBU 用PCB市場(chǎng)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(zhǎng)期上行趨勢(shì)

服務(wù)器在電子工業(yè)中屬于整機(jī)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(jìn)而和其他組件一起組裝成服務(wù)器。因此我們可以認(rèn)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(biāo)。

2017Q2-2018Q4是全球服務(wù)器出貨量較快增長(zhǎng)的一個(gè)階段，互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)數(shù)據(jù)中心建設(shè)貢獻(xiàn)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(huì)下降直到2020年上半年，云計(jì)算服務(wù)提供商的資本開支從大周期視角看處在一個(gè)同比增速下行的半周期中，到2020年Q2開始重回增長(zhǎng)。長(zhǎng)遠(yuǎn)視角來看，計(jì)算和存儲(chǔ)的云化虛擬化是不可逆的，AI、物聯(lián)網(wǎng)、5G等催生的計(jì)算和存儲(chǔ)需求也會(huì)越來越旺盛，服務(wù)器用PCB需求將持續(xù)增長(zhǎng)。

通信大類pcb市場(chǎng)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(chǎng)約120億美金，前五企業(yè)合計(jì)只占約20%,但實(shí)際上18層以上（或高頻材料）的PCB主要玩家都是第一梯隊(duì)廠商。在通信代際更迭、數(shù)據(jù)流量爆發(fā)帶來的計(jì)算存儲(chǔ)設(shè)備升級(jí)的過程中，趨勢(shì)向上傳遞到PCB環(huán)節(jié)時(shí)，價(jià)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(duì)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(rèn)證時(shí)間差壁壘等多方面的護(hù)城河。