需求层面,驱动来自于数据流量的增长、接入终端的增加,物联网的接入以及前述与技术驱动共振的因素。MassiveMIMO和更加密集有针对性质的的小基站部署在5G时代成为趋势。但是,从目前情况来看,由于三大运营商的CAPEX处于下降阶段,加之5G频谱可能采用拍卖的方式实际增加了成本,采取平滑开支的建设方式可能更有效,即伴随4G向4.5G、5G过渡,运营商持续的投入会导致行业需求持续增长而非在5G时代爆发式增长。
根据华为预测,2020年全球移动数据流量将比2010年增长超过200倍,2030年比2010年增长近2万倍,整体来看,中国的移动数据流量增速高于全球平均水平。移动数据流量爆炸式的增长,现有网络将难以支撑,推动5G技术加速发展和基站侧通信网络升级。
图1:2010-2030年全球和中国移动数据流量增长趋势(单位:倍)

考虑到现有网络在能耗、每比特综合成本、部署、维护以及多制式网络共存等方面都难以应对未来千倍业务流量增长和需求多样化趋势;并且无线频谱从低频到高频跨度很大,且分部碎片化,干扰复杂。需要5G具备更高的速率、更高的网络容量、更低的部署成本和复杂度、更灵活扩展性更强的网络架构、更高的设备连接能力等。基站天线和滤波器作为基站通信网络的关键组成部分,将在通信网络升级的过程中扮演重要角色。
从2G到4G,移动基站天线经历了一体化宏基站、基带处理单元和射频拉远模块分离、MIMO天线、有源天线、MassiveMIMO等发展阶段。随着4.5G和5G时代的到来,MassiveMIMO技术被引入,直接导致基站天线发展的三个趋势:1)无源天线向有源天线发展2)光纤替代馈线3)RRH(射频拉远头)和天线部分集成。
随着通信网络向5G的不断演进,阵列天线(多天线空分复用)、多波束天线(网络致密化)和多频段天线(频谱扩展)将成为未来基站天线发展的主要类型。
MIMO能够充分利用空间资源,通过在底层物理设备中安装多个发射与接收天线,使得信号能够在多个天线之间实现多发多收,在不增加频谱资源与发射功率的基础之上,改善通信质量,拓宽通信信道,是后4G时代的关键通信技术。
目前,MIMO在LTE的R11、R12中得到了不断的完善与加强,在传统的MIMO仅支持8个天线端口的基础上,美国贝尔实验室2010年提出了MassiveMIMO,利用多根天线形成的空间自由度及有效的多径分量,极大增加了频谱利用率和可靠性。
基站天线投资比例在整个无线网络中仅占2%左右,但是其对基站通信系统中网络指标的影响超过5成,因此,也一直在通信技术演进的过程中扮演着重要的角色。大规模MIMO在系统频谱效率、用户体验、传输可靠性的提升上提供了重要保证,同时能够支撑的网络容量是8×8MIMO天线的10倍以上,能够较好的满足未来的海量连接需求和几何级别的流量需求增长。一般而言,普通的基站需要配臵3面天线,4G基站则需要配臵2×2(即2根接收天线和2跟发射天线)面,未来随着4G向4.5G继续演进以及5G落地,MassiveMIMO基站(128,256根甚至更多天线)的大规模应用将促使基站天线数量增长(排除有源无源的差别后,单价相对会下降)。
图2:基站区域的天线数(个)

同时,随着通信频率的增长,蜂窝半径会缩小,这也意味着覆盖同样空间需要比以往更多的天线。
在移动通信系统升级之际,基础上游的基站天线和滤波器需求有望倍增。天线和滤波器需求增长驱动因素主要来自两方面:5G关键技术应用促进基站改造升级和4G的持续演进。
图3:国内基站天线市场规模(亿元)

此外,5G对毫米波的技术要求,也促进了移动终端和基站端天线的更新换代和数量的增长。天线向有源方向发展将带动单个天线的价值提升。