5G預示著無線通信系統(tǒng)將為我們展現(xiàn)一個超凡絕倫的精彩世界。在當下眾多領域,它都是利益增長點的代名詞,如消費類電子、物聯(lián)網(wǎng)(IoT)、高級輔助駕駛系統(tǒng)(ADAS)、電信、娛樂、醫(yī)療以及交通等領域。然而,隨之而來的相關工程難題也同樣豐富多彩!5G堪稱新一代顛覆性的技術革命,將通過無處不在的超快速計算網(wǎng)絡把數(shù)十億的設備與所需的數(shù)據(jù)進行融匯連接,大力推動眾多領域的經(jīng)濟增長,打造全新的產(chǎn)品與服務,并讓我們現(xiàn)有的生活面貌發(fā)生翻天覆地的改變。
為實現(xiàn)5G的戰(zhàn)略承諾,我們必須首先對其進行構建。為此,我們必須重新思考電子組件、設備和基礎設施的設計,找出在極端環(huán)境下高效運行和互通互連的方式。借助高頻毫米波頻譜、大規(guī)模MIMO、小基站、波束成型和波束跟蹤/轉向功能,5G網(wǎng)絡基礎設施可提供更高的速度、帶寬、覆蓋范圍和魯棒性。但5G也使得片上系統(tǒng)(SoC)的設計變得日益復雜,因為不僅需要管理海量的天線數(shù)據(jù),而且還需支持各種各樣的豐富功能,如大規(guī)模機器類通信(MTC)、增強型移動寬帶(eMBB)、超可靠通信(URC)以及低延遲等。SoC需要在功率受限和散熱受限的環(huán)境中顯著提高其處理能力。
在發(fā)揮毫米波技術優(yōu)勢之前,首先要擴展sub-6 GHz系統(tǒng),利用頻帶聚合通過現(xiàn)有基礎設施獲得5G速度。這需要多個頻段同時運行,進而帶來串擾和發(fā)熱問題。5G先進的處理方法要求高線性度的射頻前端、更高的集成度、更多的濾波和射頻切換。然后,隨著毫米波的出現(xiàn),工程師將利用仿真來解決溫度敏感性、效率以及電路密度等難題。這些都是非常嚴峻的挑戰(zhàn)!要應對這些挑戰(zhàn),需要一個普適的工程平臺來準確地仿真構成這些5G設計的多個物理場和多種技術。該平臺能運用先進的高性能計算,并且部署在整個企業(yè)范圍內(nèi),能幫助設計人員和工程專家開展協(xié)作,研發(fā)具備5G功能的系統(tǒng)。而ANSYS設計平臺正能充分滿足這些要求,為用戶提供實現(xiàn)5G工程創(chuàng)新所需的仿真解決方案。5G并非簡單的4G演進,而是一次包含一系列強化系統(tǒng)級功能的重大變革,這些功能包括:? 全新的網(wǎng)絡架構—網(wǎng)絡功能虛擬化(NFV)、邊緣計算、網(wǎng)絡切片智能天線:波束成型
5G中的天線波束成型可提高無線應用的容量和數(shù)據(jù)速率。為了提高數(shù)據(jù)速率并為更多用戶提供服務,MIMO波束成型技術可利用基站和用戶設備(UE)之間的多路徑傳播和空間復用。正確的波束成型和波束控制能優(yōu)化連接,降低連接中斷的風險。因此必須對天線系統(tǒng)進行精心設計和仿真,才能嚴格地控制單元間的相位、天線罩和安裝平臺的影響,進而確保因潛在的工作單元發(fā)生故障時實現(xiàn)性能的溫和劣化。
載波聚合(CA)
最新的5G標準可增加用于單用戶連接的CALTE頻段數(shù)量,提高傳輸帶寬,但這會造成射頻前端復雜性增大,干擾概率提高。UE和基站中采用越來越多的高靈敏度濾波器實現(xiàn)子載波與信號的分離。體聲波(BAW)諧振器、濾波器和振蕩器并排安裝和端到端安裝在射頻子組件上,對它們之間的電磁耦合進行評估是這些前端設計取得成功的關鍵。
熱問題
在不適合主動散熱方式的安裝環(huán)境中,將各種模塊集成到射頻前端會產(chǎn)生大量熱量。在避免了強制風冷或液冷的不合理成本與重量的情況下,基站天線還必須排出過多熱量,以使基站內(nèi)電子設備安全運行。這時必須檢查電子系統(tǒng)的溫度變化屬性,才能最大限度減少熱量,確保在安全運行限值內(nèi)。
邊緣計算
數(shù)據(jù)處理將在基站或邊緣節(jié)點上進行,以便為需要實時或接近實時響應的事件與情景的用例和應用提供服務。隨著5G網(wǎng)絡中的設備和用戶密度的提升,邊緣節(jié)點將為任務關鍵型情境或用戶體驗情境提供服務,當汽車或視頻流中的應用無法負擔往返云端處理請求的往返時間(約250 ms)時,這些情境要求為其延遲不超過1 ms的時間。可在邊緣節(jié)點處執(zhí)行決策功能,而ANSYS可為下列領域提供仿真解決方案和產(chǎn)品:
? 網(wǎng)絡
? 片上系統(tǒng)(SoC)
? 移動終端/UE移動終端
? 數(shù)據(jù)中心解決方案
正如大家所看到的,5G系統(tǒng)的設計與研發(fā)是一項巨大的工程。從構建和迭代系統(tǒng)直至系統(tǒng)可以運行,這一過程不僅耗時長而且還成本高昂,管理設計流程前端的方法之一就是使用仿真。