通信行业5G驱动新一轮换机周期即将开启20190227东吴证券43页

5G驱动新一轮换机周期即将开启证券分析师：谢恒执业证书编号：S0600518020001联系邮箱：[e-mail]联系电话：[phone]二零一九年二月证券研究报告1高速高频射频变革三、四摄/3DSensingOLED屏/折叠屏光学/超声波指纹双电芯/大容量换机潮5G场景多样化+便捷化内容丰富化功能复杂化、多样化交互方式资料来源：东吴证券研究所整理21.1.从4G到5G的变化图表：4G和5G的对比资料来源：微波射频网，东吴证券研究所5G：eMBB\URLLC\mMTC；未来3年主要是sub6G的升级。频段频率带宽中国移动band391.9G20Mhzband402.3G50Mhzband412.5G60Mhz中国联通中国电信band402.3G50Mhzband412.5G60Mhz31.1.从4G到5G的变化图表：从分集到复用资料来源：微波射频网，东吴证券研究所4G后期CA逐渐成为广泛使用的技术；Sub6G的升级，依靠MIMO技术实现。41.1.基带芯片开始支持5G图表：华为5G解决方案麒麟980+巴龙5000图表：高通第二代5G基带X55资料来源：电子发烧友，东吴证券研究所资料来源：电子发烧友，东吴证券研究所17年10月，高通发布5G基带X50，采用单模设计，不兼容4G-2G频段，需外挂使用，19年第一批5G手机，包括已经发布的5G版三星S10，均是外挂X50基带；华为18年8月发布多模设计5G基带巴龙5000，将使用在19年5G手机上；高通19年2月发布第二代5G基带X55，多模设计，覆盖5G到2G主要频段，年底商用。51.2.射频前端：通信系统的核心图表：射频前端示意图资料来源：微波射频网，东吴证券研究所手机内部基本构造依不同频率信号的处理可分成射频、中频、基频三大部分；射频前端模块由功率放大器PA、滤波器、双工器、开关等组成。每增加一个频段，都需要增加一个滤波器、双工器和开关。61.2.射频前端市场：5G带动下，规模保持快速增长图表：全球射频前端市场规模图表：射频前端细分市场规模及变化（美元）资料来源：QYR，东吴证券研究所资料来源：Yole，东吴证券研究所根据Yole数据，2017年射频前端市场规模150亿美元，到2023年将达到350亿美元，复合年增长率为14%；各细分市场增速不一：滤波器19%，规模最大、增速快，从80亿增长至225亿；功放7%，开关15%，低噪放大器16%，天线调谐器15%，毫米波器件将达到4亿美金。71.2.射频前端：5G高频拉动高性能滤波器需求图表：各类滤波器性能图表：手机内部使用滤波器情况资料来源：电子发烧友，东吴证券研究所资料来源：电子发烧友，东吴证券研究所SAW：1.5GHz以内的应用，小型片式化，但通过开发高性能的压电材料和改进IDT设计实现高频宽带化、降低插入损耗，以适应5G应用，同时具有温度补偿特性的高性能TC-SAW需求将增多；BAW：适合高于1.5GHz时使用，尺寸随频率升高而缩小，适合要求苛刻的5G应用，且对温度变化不敏感，插入损耗小，带外衰减大；适用于5G的高性能滤波器价值量更高。81.2.射频前端：GaN制程优势突出，提升PA价值量图表：各代代表性半导体性能对比图表：既定功率水平下相同电路不同材料的体积对比资料来源：YOLE，东吴证券研究所资料来源：微波射频网，东吴证券研究所PA：把TX-VCO振荡出频率信号放大，获得足够功率电流，经天线转化为电磁波辐射出去；半导体射频工艺主要有COMS、GaAs和GaN三类，未来将向GaN制程转移；GaN优势：可承受较高工作电压，可工作环境温度高，实现更高的功率密度以减小PCB体积，对于给定功率水平的能耗较低，响应快、频率特性好，适合高频率、宽带宽的应用，输出阻抗更高，便于阻抗匹配和功率组合;GaN成本较高，采用GaN工艺的PA价格更高。91.2.射频前端：MEMS开关迎发展机遇，射频价值量进一步提高图表：天线开关示意图图表：天线开关技术演变资料来源：电子发烧友，东吴证券研究所资料来源：YOLE，东吴证券研究所开关：切换天线工作状态的开关，接在电线和射频处理电路之间，这个开关的切换是CPU控制的，天线开关切换的是频段以及接收、发射状态；天线开关技术主要有GaAs、SOS、SOI、MEMS4种；MEMS优势：运行能力好、宽带宽、小尺寸、高线性度、长寿命；目前SOI工艺制备的射频开关无法满足5G时代的高线性度要求，MEMS开关迎来发展机遇，而诸多技术优势也使其成本相对较高，进一步提高射频价值量。101.2.射频前端格局：四大海外巨头垄断图表：2016年SAW市场占有率图表：2016年BAW市场占有率资料来源：Skyworks，东吴证券研究所资料来源：Skyworks，东吴证券研究所射频前端市场集中度较高，被四大海外巨头Skyworks、Qorvo、Avago和Murata垄断，合计市场份额占比超过85%；滤波器：Murata、TDK和太阳诱电在SAW占有率超过80%，Avago和Qorvo在BAW占有率超过95%；PA：Skyworks、Qorvo和Avago合计占据85%以上的市场份额；开关：大多在北美，欧洲和亚太地区，2016年亚太地区的产值占全球RF开关总产值的62%以上，Skyworks占据22.56%的市场份额。图表：2016年PA市场占有率资料来源：Yole，东吴证券研究所111.2.射频前端发展趋势：模块化图表：LTE阶段的射频前端模块图表：高通推出毫米波天线模组资料来源：电子发烧友，东吴证券研究所资料来源：电子发烧友，东吴证券研究所2015年起射频前端厂商推出模块化方案，将功放、双工器、滤波器、天线开关集成到一起；模块化优势：减少使用空间，终端小型化；容易设计，降低复杂性；高标准的量产一致性；简化故障排查，便于维修；高通近期推出毫米波天线模组；射频前端功率放大器和分集模组等模块化产品。121.3.终端天线：MIMO技术大大增加天线需求量图表：MIMO系统原理图表：MIMO技术的演进历程资料来源：中兴通讯，东吴证券研究所资料来源：中兴通讯，东吴证券研究所5G频率提高，采用MIMO技术以减少传播衰减；MIMO技术是指在发射端和接收端使用多个天线传送和接收信号，提升信道的容量和可靠性；MIMO技术大幅增加天线需求，未来终端使用多根阵子集成的天线。13图表：LCP天线的高频损耗小图表：iPhoneX采用LCP天线资料来源：光通信，东吴证券研究所资料来源：ifixit，东吴证券研究所LCP天线柔性性能更好，替代射频同轴线缆进一步节省空间；信号传输损耗小，更适合5G通信;LCP天线缺点在于材质收缩率高，生产难度高；供应商单一；MPI天线性能介于PI和LCP之间，供应商众多，兼顾成本和性能。1.3.终端天线：LCP天线柔性和高频特性好，MPI天线兼顾成本14图表：LCP天线制造流程资料来源：CivenMetal，东吴证券研究所LCP/MPI天线产业链包括前段原材料、FCCL制造，中段软板制造和后段模组制造；电子级LCP材料主要由日本和美国厂商供应，LCP薄膜、覆铜工艺难度也都非常大；单根LCP天线价值约4-5美元，相比之前天线单价提升10倍以上。1.3.终端天线：LCP天线柔性和高频特性好，MPI天线兼顾成本151.3.终端天线：AIP有望成为毫米波主流天线图表：AIP天线有望成为主流毫米波天线技术图表：高通5GAIP天线示意图资料来源：光通信，东吴证券研究所资料来源：高通，东吴证券研究所5G毫米波频率达到26GHZ以上，天线尺寸需要随之缩小；AIP通过半导体封装集成天线与芯片，兼顾天线性能、成本和体积，与5G发展方向相契合；高通于2018年展示28GHZ频段的AIP产品，有望在2019年的5G终端中采用；16高速高频射频变革三、四摄/3DSensingOLED屏/折叠屏光学/超声波指纹双电芯/大容量换机潮5G场景多样化+便捷化内容丰富化功能复杂化、多样化交互方式资料来源：东吴证券研究所整理172.1.场景多样化和便捷化，驱动生物识别升级场景多样化和便捷化是生物识别升级的双驱动生物识别在iPhone5S推出指纹解锁以后才拉开成长的帷幕；移动支付市场持续高速增长，带动指纹识别渗透率快速提升；根据艾瑞咨询数据，17年国内第三方移动支付规模120万亿；根据旭日显示与触摸数据，指纹渗透率达57%。移动互联网时代应用持续增加，生物识别的场景越来越多，带动生物识别技术持续升级。图表：中国第三方移动支付规模持续高速增长图表：支付解锁带动指纹识别渗透率快速提升资料来源：艾瑞咨询，东吴证券研究所资料来源：旭日显示与触摸，东吴证券研究所182.2.生物识别的升级需要更强大软硬件一体化的支持电容提取信号清晰，算法简单电容指纹通过检测手指与Sensor之间的电容信号得出指纹图像，Sensor一般外置;电容指纹识别环境简单，成像清晰、稳定，对指纹算法的要求并不高，进入门槛较低;电容指纹应用上就比较局限，主要用来做解锁和支付。图表：电容指纹芯片检测电位信号图表：电容指纹Sensor一般外置资料来源：汇顶科技招股书，东吴证券研究所资料来源：电子发烧友，东吴证券研究所192.2.生物识别的升级需要更强大软硬件一体化的支持屏下识别环境复杂，算法要求高光学指纹采集图像受到干扰较多：发光点、玻璃上的油污、粉尘、外部环境光线、环境的温度、湿度等；降噪算法、光学指纹结构、芯片设计高度配合并持续迭代提高精度。图表：光学指纹采集图像受到干扰较多图表：汇顶的排除外部光线干扰专利资料来源：传感器技术，东吴证券研究所资料来源：汇顶科技专利说明书，东吴证券研究所202.2.生物识别的升级需要更强大软硬件一体化的支持屏下识别环境复杂，算法要求高由于提取图像噪声很多，光学指纹芯片目前DieSize很难继续做小；降噪算法和光学结构的设计占据主要附加值，二代光学方案仍需持续；超声波Sensor材料、工艺成本较高，有望在高端旗舰小批量使用。图表：优化前后的指纹影像图表：超声波MEMS层需要与CMOS层键合资料来源：汇顶专利说明书，东吴证券研究所资料来源：MEMS，东吴证券研究所212.2.生物识别的升级需要更强大软硬件一体化的支持3DSensing应用场景广阔，算法、设计难度进一步提升3DSensing获取3D人脸图像，信息量丰富，应用场景也更为广阔；我们判断苹果正不断储备自己的人脸库，目的是构建在智能家居、智能汽车等领域的闭环生态。图表：3DSensing应用市场将快速增长图表：人脸识别在智能家居、智能汽车的应用资料来源：Yole，东吴证券研究所资料来源：PatentlyApple，东吴证券研究所222.1.生物识别的升级需要更强大软硬件一体化的支持3DSensing应用场景广阔，算法、设计难度进一步提升3Dsensing结构十分复杂，结构光方案包括VCSEL芯片、准直镜头、DOE、窄带滤光片和红外CMOS等多个核心零部件；需要专用ASIC电路进行运算。图表：OPPOFindX3DSensing结构图表：奥比中光小型化模组资料来源：SITRI，东吴证券研究所资料来源：奥比中光，东吴证券研究所232.2.生物识别的升级需要更强大软硬件一体化的支持3DSensing应用场景广阔，算法、设计难度进一步提升TOF也有发射端：Vcsel+Diffuser；接收端：镜头+窄带滤光片+近红外CMOS。同时光路中有大量的噪声。图表：TOF方案具体发射端和接收端结构图表：TOF光路有大量噪声资料来源：SITRI，东吴证券研究所资料来源：STM，东吴证券研究所242.3.生物识别有望迎来穿越周期的成长5G、云计算、区块链和物联网应用的兴起以后，对于更复杂、更便捷的环境下面的身份识别将提出了更高的要求，行业有望迎来穿越周期的成长。图表：基于大数据和生物识别技术的社区养老解决方案资料来源：世纪晟官网，东吴证券研究所25高速高频射频变革三、四摄/3DSensing