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为什么5G设计需要ANSYS仿真?
2019-08-22浏览270
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为什么5G设计需要ANSYS仿真?



5G预示着无线通信系统将为我们展现一个超凡绝伦的精彩世界。在当下众多领域,它都是利益增长点的代名词,如消费类电子、物联网(IoT)、高级辅助驾驶系统(ADAS)、电信、娱乐、医疗以及交通等领域。然而,随之而来的相关工程难题也同样丰富多彩!
5G堪称新一代颠覆性的技术革命,将通过无处不在的超快速计算网络把数十亿的设备与所需的数据进行融汇连接,大力推动众多领域的经济增长,打造全新的产品与服务,并让我们现有的生活面貌发生翻天覆地的改变。

ANSYS 5G 天线解决方案1.jpg

为实现5G的战略承诺,我们必须首先对其进行构建。为此,我们必须重新思考电子组件、设备和基础设施的设计,找出在极端环境下高效运行和互通互连的方式。借助高频毫米波频谱、大规模MIMO、小基站、波束成型和波束跟踪/转向功能,5G网络基础设施可提供更高的速度、带宽、覆盖范围和鲁棒性。但5G也使得片上系统(SoC)的设计变得日益复杂,因为不仅需要管理海量的天线数据,而且还需支持各种各样的丰富功能,如大规模机器类通信(MTC)、增强型移动宽带(eMBB)、超可靠通信(URC)以及低延迟等。SoC需要在功率受限和散热受限的环境中显著提高其处理能力。
在发挥毫米波技术优势之前,首先要扩展sub-6 GHz系统,利用频带聚合通过现有基础设施获得5G速度。这需要多个频段同时运行,进而带来串扰和发热问题。5G先进的处理方法要求高线性度的射频前端、更高的集成度、更多的滤波和射频切换。然后,随着毫米波的出现,工程师将利用仿真来解决温度敏感性、效率以及电路密度等难题。
这些都是非常严峻的挑战!要应对这些挑战,需要一个普适的工程平台来准确地仿真构成这些5G设计的多个物理场和多种技术。该平台能运用先进的高性能计算,并且部署在整个企业范围内,能帮助设计人员和工程专家开展协作,研发具备5G功能的系统。而ANSYS设计平台正能充分满足这些要求,为用户提供实现5G工程创新所需的仿真解决方案。

ANSYS 5G 天线解决方案.jpg

5G并非简单的4G演进,而是一次包含一系列强化系统级功能的重大变革,这些功能包括:
• 频谱接入增大10倍
• 集成已授权和未授权的频谱
• 大规模部署小基站
• 全新的网络架构—网络功能虚拟化(NFV)、边缘计算、网络切片
• 支持IoT(以及机器间的通信)

ANSYS 5G 天线解决方案1.jpg

智能天线:波束成型

5G中的天线波束成型可提高无线应用的容量和数据速率。为了提高数据速率并为更多用户提供服务,MIMO波束成型技术可利用基站和用户设备(UE)之间的多路径传播和空间复用。正确的波束成型和波束控制能优化连接,降低连接中断的风险。因此必须对天线系统进行精心设计和仿真,才能严格地控制单元间的相位、天线罩和安装平台的影响,进而确保因潜在的工作单元发生故障时实现性能的温和劣化。

载波聚合(CA)

最新的5G标准可增加用于单用户连接的CALTE频段数量,提高传输带宽,但这会造成射频前端复杂性增大,干扰概率提高。UE和基站中采用越来越多的高灵敏度滤波器实现子载波与信号的分离。体声波(BAW)谐振器、滤波器和振荡器并排安装和端到端安装在射频子组件上,对它们之间的电磁耦合进行评估是这些前端设计取得成功的关键。

热问题

在不适合主动散热方式的安装环境中,将各种模块集成到射频前端会产生大量热量。在避免了强制风冷或液冷的不合理成本与重量的情况下,基站天线还必须排出过多热量,以使基站内电子设备安全运行。这时必须检查电子系统的温度变化属性,才能最大限度减少热量,确保在安全运行限值内。

边缘计算

数据处理将在基站或边缘节点上进行,以便为需要实时或接近实时响应的事件与情景的用例和应用提供服务。随着5G网络中的设备和用户密度的提升,边缘节点将为任务关键型情境或用户体验情境提供服务,当汽车或视频流中的应用无法负担往返云端处理请求的往返时间(约250 ms)时,这些情境要求为其延迟不超过1 ms的时间。可在边缘节点处执行决策功能,而ANSYS可为下列领域提供仿真解决方案和产品:

• 网络

• 片上系统(SoC)

• 移动终端/UE移动终端

• 数据中心解决方案

正如大家所看到的,5G系统的设计与研发是一项巨大的工程。从构建和迭代系统直至系统可以运行,这一过程不仅耗时长而且还成本高昂,管理设计流程前端的方法之一就是使用仿真。

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