大多數關於5G的討論都集中在其標準技術，以及對使用者可能帶來的潛在好處上，例如新技術的頻寬和範圍將如何實現神奇的功能和內容。然而，在描繪5G新技術的未來潛力時，設計團隊在努力實現5G標準的隱含承諾時所面臨的眾多工程難題，往往缺乏相關探討。
模擬解決方案
(承前文)面對5G天線設計的複雜要求，模擬工具能夠協助設計人員將多種因素列入考量，快速推出優質解決方案，例如Ansys的Ansys HFSS模擬軟體便提供多種求解器和數值方法，支援從離散元件和封裝晶片到整個飛機和城市無線網路電磁現象的建模和模擬，從微觀到宏觀(圖2)。這包括有限元素、動差法和射線邊界反射法求解器；3D元件庫和布局功能；自適應網格劃分(Adaptive Meshing)；和領域分解。
圖2 Ansys HFSS中的城市5G網路模擬
HFSS的Mesh Fusion功能可以用數學精確度捕捉大型和小型的幾何形狀，而不會出現估算或妥協造成的誤差。透過Mesh Fusion，可以將一個既大又複雜的對象納入單一模型中，以產業公認的黃金標準精度進行模擬。
HFSS可以與Ansys的多種其他模擬工具一同使用。這些模擬器提供了在所有物理維度(機械、熱、結構和電磁)中，建立模型並模擬5G網路及其元件的能力，為高複雜性、高功能的產品和系統的虛擬原型提供真正的計算多物理學(Computational Multiphysics)支援。
這些功能皆為發展和部署5G無線網路的嚴格要求提供支援。在天線設計層級，模擬工具和工作流程能夠引導設計人員找到最佳解決方案，涵蓋頻率、天線配置和材料。針對設計，可以在多個參數(如資料速率、容量、吞吐量、延遲、連接性和覆蓋率)中進行優化和動態微調，同時保持創新和反覆快速進行實驗的能力。這讓Ansys能夠提供獨特的模擬能力水準，來支援大規模MU-MIMO天線陣列的設計。
這樣的模擬也可以包括所有環境效應對這些系統在結構、熱和電性能的影響。使用者同時可以跳過風洞試驗，天線的變形和失效以及來自結構負載的機械壓力都可以被完全模擬出來。
網路節點的理想位置和營運可以完全根據模擬結果來規畫，也可以建立可調方向的波束模型(圖3)，並提供可調整的寬度和功率水準。在3D中分析訊號，則可以減輕城市區域中複雜的射頻(RF)環境可能帶來的潛在問題，並考慮多路傳播、反射、吸收、遮蔽、封鎖區域和無訊號區等風險。此外，規畫基地台/節點的位置，也可以理想地適應或利用現有基礎設施。模擬方案也可以優化系統尺寸、重量、功率和成本(SWaP-C)對網路部署的影響，並考慮在潛在環境壓力下的性能和堅固性。
圖3 使用Ansys HFSS進行5G波束控制單元(BSU)天線的電磁模擬
模擬方案可以在幾何形狀和區域的變化中實現可伸縮性，並透過工作流程自動化實現快速的運行次數。此外，Ansys模擬器為離散計算提供廣泛支援，使計算並行化並有效使用系統記憶體資源。
使用計算多物理模擬作為5G系統設計、可靠性評估和節點部署方法論的一部分具有許多優點，這些優點源於可以在開發的各個方面進行虛擬原型的能力，例如Ansys工具便具有相關能力。建立物理實體原型來測試功能、可靠性和空中下載(OTA)緩慢且昂貴，透過虛擬化，設計選擇和功能增強的實驗基本上可實現零風險，同時能夠減少開發時間和成本，讓設計團隊快速推出優質產品。
(本文作者任職於Ansys)
模擬工具加速5G天線設計 迎戰效能/成本要求(1)
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