5G與毫米波通訊設備，將是通訊產業下一個非常重要的市場，但由於5G和毫米波通訊使用了非常複雜的射頻技術，加上高頻電磁波的物理特性，使得晶片、模組廠必須把天線盡可能安裝在晶片附近，甚至直接整合在模組封裝中，使得相關通訊設備的設計驗證變得異常困難。
實測過於耗時 模擬才是可行方案
然而，新技術與新的架構，卻使得產品設計的驗證時間大幅拉長到幾乎不可接受的水準。碩訊科技總經理蔡遙明(圖1)表示，針對5G或毫米波設備的天線子系統，如果要對所有測試項目的實測，可能好幾個月、甚至一年都測不完。但如果改用電腦模擬，很快就能得到模擬結果。
圖1 碩訊科技總經理蔡遙明指出，5G跟毫米波通訊的測試非常耗時，若要完全按照測試規範進行實測，恐動輒耗時數個月之久
也因為實測實在太過耗時，因此有某客戶的固定式無線接取產品在送美國聯邦通訊委員會(FCC)驗證的時候，送出的是利用達梭系統(Dassault Systemes)的CST所模擬出來的結果，並藉此向FCC說明其功率暴露(Power Exposure)的計算方式。
MIMO/智慧天線研究 模擬工具不可或缺
台大電機系周錫增教授(圖2)表示，約在十多年前就開始進行毫米波研究，但主要是理論跟技術探討，大約四年多前才開始與工研院合作進行5G毫米波通訊的研究。目前台大正在研究的課題包含基地台的毫米波陣列天線與UE端的天線，其中基地台的天線除了採用陣列架構外，還導入屬於輔助性質的多波束技術跟智慧天線；至於在UE端，研究的方向則是AiP(Antenna in Package)。
圖2 台大電機系周錫增教授認為，模擬軟體是5G/毫米波通訊研發必備的工具。
整體來說，毫米波技術的研究也十分仰賴模擬軟體，但不可諱言的是，台灣能取得的模擬軟體工具，跟國外相比，在版本上是稍微落後的。因此，台大的因應策略是在CST所提供的平台上，與士盟合作，進一步搭建自己所需要的功能。事實上，不管是封裝裡的微型天線，或是基地台的大型天線陣列研發，如果沒有模擬軟體幫助，都是沒辦法進行的。
未來模擬工具必須要朝全系統模擬的方向發展，因為在毫米波的世界裡，任何微小的變數都會對系統運作造成影響，必須仰賴模擬工具對各種可能情境進行模擬，才能確保系統如預期運作。而CST的優勢就在於其模擬速度跟模擬規模，在各家模擬工具中是最快的，特別是在進行寬頻模擬時，基於時域(Time Domain)的CST，速度優勢更加顯著。
在基地台系統方面，工研院資通所已經實作出5G毫米波基地台的展示系統，其數位演算法、基頻、射頻都是由資通所自行研發。工研院資通所郭芳銚博士(圖3)表示，工研院從2014年就開始投入相關研發，並且在開發過程中使用CST做了大量模擬。
圖3 工研院資通所郭芳銚博士表示，工研院在開發毫米波基地台的過程中，使用CST進行了大量模擬工作。
由於毫米波基地台必須具備追蹤用戶端裝置的能力，因此相位陣列天線必須即時調整，才能對用戶端裝置所在的方位打出射頻波束，在開發上相當複雜。
5G聯網車成趨勢 汽車電磁分析挑戰有解
汽車是一個相當複雜的系統，因此，對車廠來說，在開發過程中使用多套模擬工具是很常見的情況，而隨著車聯網越來越普及，汽車電磁場的模擬分析，也變成汽車開發中不可或缺的一環。
達梭系統SIMULIA電磁模擬解決方案顧問趙桐(圖4)表示，就汽車電子來說，所需要的模擬包含通訊、低頻電磁場與相容性三大類。
圖4 達梭系統SIMULIA電磁模擬解決方案顧問趙桐認為，隨著汽車系統越來越複雜，汽車設計所需要的模擬工具將越來越多。
針對這些領域，達梭都有對應的解決方案，例如車頂天線、車內藍牙、車用雷達，都能透過CST進行各式各樣的模擬。包含天線擺放位置對場型的影響，其他汽車零部件對場型的影響，甚至本車對其他車輛的雷達掃描結果，都能用CST模擬求解。
在低頻電磁場方面，其實車上有許多感測器都可歸類於低頻電磁場的範疇，例如車載電容觸控螢幕、油箱內的感測器(以電感為基礎的感測器)等。車載馬達的啟停，也是低頻電磁模擬工具經常處理的模擬課題。
展望未來，開發一輛汽車所需要使用的模擬工具，將會越來越多，亦即模擬工具產業所說的多重物理模擬。達梭除了提供CST之外，還有Simpack、Abaqus、wave6等模擬其他物理量的工具，這將使得達梭在汽車領域，具備更高的競爭力。