4G/5G基站结构和PCB用量

4G宏基站PCB总价值量约为5492元。全球4G基站用PCB市场空间约为50-90亿元/年，对应CCL约10-20亿元/年。5G宏基站PCB价值量约15104元/站，高峰年度，5G基站建设带来的PCB需求约为210-240亿元/年，对应CCL市场空间约80亿元。具体来看：

一、4G/5G基站结构和PCB用量


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（一）基站的基本结构及高频PCB的应用

移动通信信息以电磁波为媒介进行传输，基站的主要功能和作用是负责接收与发送无线信号、以及将无线信号转换成易于传输的光/电信号，实现信息在不同终端之间的传输并将不同频率的信号识别区分出来。

3G、4G、5G基站的基本原理相似，但在具体设计上存在一定的差异。4G基站设备主要包含三个部分：基带处理单元（BBU）、远端射频处理单元（RRU）和天线系统。目前在4G通信基站中，天线系统和RRU均要用到高频&高速PCB、BBU主要用到高速PCB。

基带处理单元BBU：完成信道编解码、基带信号的调制解调、协议处理等功能，同时需要提供与上层网元的接口功能。

射频处理单元RRU：是天线系统和基带处理单元沟通的中间桥梁：接收信号时，RRU将天线传来的射频信号经滤波、低噪声放大、转化成光信号，传输给BBU；发送信号时，RRU将从BBU传来的光信号转成射频信号通过天线放大发送出去。

天线系统：主要进行信号的接受和发送，是基站设备与终端用户之间的信息能量转换器。

从4G到5G，基站结构和基材诉求并没有发生本质改变，只是用量和参数的显著升级而已，因此研究4G基站结构及高频PCB的应用，对5G会有参考意义。 

天线作为能量转化与定向辐射及接收的装备，是整个基站运转的核心，其内部主要由辐射单元、馈电网络、反射板、封装平台、电调天线控制器（RCU）五个核心关键部件组成（4G基站天线）。

（二）4G基站PCB用量测算

4G基站用到PCB主要分为天线系统、RRU和BBU，其中：按一个BBU拖带3副天线3副RRU计算，天线系统PCB总面积约0.684平方米，RRU PCB总面积约0.3米，合计面积0.984平米。

根据产业调研信息，4G天线和RRU PCB均价约为2500元/平米。则单基站RRU和天线部分，ASP约为2500元。BBU部分，尺寸约为440X86X310mm。

BBU单板数量在3-6块之间，各块单板通过接口与背板连接。BBU单板在BBU内的槽位分布和单板配置原则是：GTMU占用5、6槽位，为主控传输单元，其余槽位可以安装TDL基带板和主控板，基带板可以实现接口能力，可将其所收的CPRI数据转发到其他单板。

主控板、星卡板、基带处理板、基带射频接口板总面积约为0.3平米，电源板约为0.03平米，防浪涌板约为0.008平米，总单站价值量约为992元。

4G基站背板面积约为0.5平米，一般22层板即可，单价约4000元/平米。故此4G基站用PCB总价值量约是2000+992+2500=5492元/站。 

截止2018年，中国大陆4G基站总量约为372万站，其中2018年新增约为44万站，假设2014-2018年中国大陆4G基站建设量占比全球约为45%-60%（各年份不同，前期占比高，后期低，因中国4G进展快于全球平均，渗透率高于全球平均，非中国大陆地区后续4G基站建设力度和时间跨度将超过中国），则全球各年份4G基站建设用PCB市场空间约为40-80亿元。

对应CCL，在4G基站中，天线和功放所需用到的高频CCL，性能要求低于5G，一般采用碳氢或者PTFE材质，且多与普通FR4压合在一起。高速CCL多用在BBU等其他区域，其材质一般采用FR4改性即可。整体而言，高频高速CCL占基站PCB价值量约为20%，对应单一年份的全球市场空间约在10-20亿元之间。 

（三）5G带来的技术变革和演进节奏

到2019年一月，GSA已经囊括了了201个运营商，在83个国家各自进行5G的商用测试、预商用、商用。尤其是美国、韩国、日本、英国、中国等地区，是率先推行5G商用化建设的国家，它们将在2019-2020年实现5G的商用网络建设。

中国三大运营商已经在5大城市开启了5G商用测试，其中中国移动计划在2019年布设1000+5G基站，后续全国范围内的商用会在2020年。

技术上，华为、高通、三星等厂商积极加入5G基带芯片和终端研发，促进5G产业链成熟。

芯片端，高通、海思和三星在2018年底发布了5G商用芯片。Intel和Mediatek也将在2019年发布自己的5G基带芯片。

设备端，华为于2018年发布了全球首款5G CPE（相当于路由器，把5G信号转化为WiFi信号发射出去）。另外，三星、华为和小米等20多家厂商将于2019年推出5G商用手机。5G开发初期，CPE等固定终端对终端尺寸和功耗要求较低。只要成本降低到一定水平，产品稳定，终端就可以大规模上市。CPE等5G固定终端预计2019年底前成熟。

移动终端需要的成熟期相对长，基于7-10nm制造工艺和独立基带芯片的5G手机预计将于2019年上市，基于SOC的多模芯片平台的5G手机有望在2020年下半年实现商业化。未来，随着终端研发，采用最新射频前端技术的产品如小型可穿戴5G终端、全频段5G手机有望在2021年成熟。

为了快速引进5G技术并顺利发展，3GPP定义了几个架构选项。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，其他选项计划为R15扩展的内容，例如方案4、5和7。

然而可选项的相互排列导致更高的成本、互操作性风险、碎片化、设备复杂性。到目前为止方案3和方案2是运营商主要选择的方向。

基站系统是无线接入网最主要的构成部分，包括射频和基带功能（物理层、第二层（MAC、RLC、PDCP等子层）以及第三层（如RRC）等协议功能层构成）。

5G接入网架构相对于4G而言的改变之一是支持DU（分布式单元）和CU（集中单元）功能划分：CU/DU合设方案、CU/DU分离方案。

1.CU/DU合设方案类似4G中的BBU设备，在单一物理实体中同时实现CU和DU的逻辑功能，并基于电信专用架构采用ASIC等专用芯片实现。考虑到4G BBU多采用主控传输板+基带处理板组合的方式，类似的，5G BBU也可类似沿用CU板+DU板的架构方式，以同样保证后续扩容和新功能引入的灵活性，合设的优点是可靠性较高、体积较小、功耗较小、且环境适配性较好，对机房配套条件要求较低。

2. CU/DU分离方案则存在两种类型的物理设备：独立的DU设备和独立的CU设备。按照3GPP的标准架构，DU负责完成RLC/MAC/PHY等实时性要求较高的协议栈处理功能，而CU负责完成PDCP/RRC/SDAP等实时性要求较低的协议栈处理功能。

（参考资料：《5G中CU-DU架构、设备实现及应用探讨》；作者:闫渊 陈卓；来源:《移动通信》）

（四）5G基站建设所需PCB市场空间分析

不同于4G基站，5G时代为了满足增强移动宽带（eMBB）、大规模物联网（mMTC）和低时延高可靠物联网（uRLLC）三大要求，并提高资源利用率，将基站结构做了一定的改变：

BBU被拆分为CU（Centre unit 控制单元）、DU（Distributed unit 分布单元），即将高层协议处理(PDCP/RRC)分离出来成为独立的逻辑单元集中由CU处理，底层协议处理（MAC/PHY）仍保留在在站点分部处理，该架构有利于实现多连接、高低频协作、简化切换流程、利于平台开放，但是CU的部署位置与业务时延要求是个矛盾（越远离DU越时延），且运维复杂化；

天线和RRU被集成在一个AAU中，完成信号收发、缩放、滤波、光电转换等工作。

关于5G宏基站、室分站的PCB市场空间测算，假设：

1.每个宏站包含三个AAU和一个BBU（CU&DU）。

2.AAU里面包含天线系统（振子&馈电网络）、收发单元（DSP；DAC/ADC；PA；LNA；Filter等器件），其中振子（自身含PCB材质）集成在一块PCB（含馈电网络）上，收发单元的面积主要以PA和TRX两块PCB为主，其中PA板集成在TRX板上。

3.天线底板尺寸约0.4*0.75m，采用高频材料如Rogers4730（陶瓷碳氢材料，热固性）等，2-4层板，有些用6层板，单价接近10000元/平米，双面板可低至3300元/平米，在此计算中取均价7300元/平米（按3300占40%，10000占60%计算）。天线振子尺寸约为28*28mm，数量为64枚，一般可用松下M4高速材料，单价约2000元/平米。

4.TRX板层数10-20层均有，材料一般为高速材料如松下M4，尺寸约为0.4*0.75m，单价约为4000元/平米。

5.PA板集成在TRX上，一共有4块，每块尺寸约0.15*0.18m，陶瓷基材高频CCL制成的双面板（如Rogers4350），单价约2300元/平米。

6.BBU尺寸与4G差异不大，一共3-5块板，尺寸0.48*0.3m，20-30层板，9000元/平米，松下M4M6M7等高速基材为主。

5G宏基站内PCB价值量约为15104元/站，室分站PCB价值量约是宏站的30%-40%，约5286元/站。可以看出，5G宏基站PCB价值量是4G（4692元）的3.2倍，提升空间比较大。

考虑5G建设进度，假设2018-2022年宏基站和室分站布设节奏，可以得出单一年份5G基站建设对PCB带来的增量市场空间（假设单站PCB&CCL价值量每年下降6%）。

可以看出，2022-2023高峰年度，5G基站建设带来的PCB单年度需求约为210-240亿元（其中中国大陆约占50%-60%），相比于4G时代的80亿元，是接近3倍的提升。

对应CCL（大部分均为高频高速CCL）市场空间约为80亿元（其中中国大陆约占50%-60%），对应4G时代的25亿元是接近3倍的提升。

分结构来看，假设各部分PCB价格每年下降6%，则天线用PCB峰值年份市场空间约为80亿元/年；TRX用PCB市场空间，峰值年份约为40亿元人民币；PA用PCB市场空间峰值年份约为9亿元；BBU 用PCB市场空间，峰值年份约为50亿元。

二、2019年全球服务器用PCB需求即使放缓也不改长期上行趋势

服务器在电子工业中属于整机产品，从产业链出货周期来看，只有芯片的规格确定后，才能确定印制电路板的工艺制程进而和其他组件一起组装成服务器。因此我们可以认为芯片的出货量、高多层PCB的产量（收入）是服务器出货量的先行指标。

2017Q2-2018Q4是全球服务器出货量较快增长的一个阶段，互联网企业数据中心建设贡献了60%以上的需求，我们判断2019年全球服务器出货量增速可能会下降直到2020年上半年，云计算服务提供商的资本开支从大周期视角看处在一个同比增速下行的半周期中，到2020年Q2开始重回增长。长远视角来看，计算和存储的云化虚拟化是不可逆的，AI、物联网、5G等催生的计算和存储需求也会越来越旺盛，服务器用PCB需求将持续增长。

通信大类pcb市场总体分散但高端赛道需求和格局较好。全球通信大类PCB市场约120亿美金，前五企业合计只占约20%,但实际上18层以上（或高频材料）的PCB主要玩家都是第一梯队厂商。在通信代际更迭、数据流量爆发带来的计算存储设备升级的过程中，趋势向上传递到PCB环节时，价值量和用量提升的往往以高层数、新材料新工艺PCB产品为主，低层数PCB（主要应用于一些次要环节、或者低阶设备）需求变化弹性不如高阶PCB，因此受益的主要是第一梯队厂商，其拥有技术壁垒、固定资产投资壁垒、商务壁垒、认证时间差壁垒等多方面的护城河。