Ansys多樣化電磁模擬工具助力解決5G高速傳輸難題
- DIGITIMES企劃
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5G技術正如火如荼的發展中，當中毫米波陣列天線的效能至關重要，另外像是骨幹網路高速傳輸時的訊號完整性，以及散熱議題與光電訊號轉換等挑戰，所需要的模擬工具扮演著比以往更重要的角色。安矽思(Ansys)技術經理林鳴志受邀主講「5G設備高頻陣列天線與高速通道模擬與分析」議題，他從設計模擬工具角度，闡述5G帶來的各種技術挑戰與Ansys提供的高頻/高速模擬解決方案。
5G系統因為高速傳輸的需求，必須保持一個寬頻的高速傳輸的物理層通道，以達到高速資料傳輸與低延遲的需求，這個高速通道的每一個環節，包括各種終端裝置、光纖電纜傳輸與雲端資料中心，每一段的連接都必須要保持暢通無阻，才可以達到5G所揭櫫的實質效益。
首先從終端裝置搭載5G晶片與陣列天線來看，由於一台5G手機配置三個毫米波的陣列天線，透過預先的5G高頻陣列天線設計模擬，掌握天線效能的參數益形重要。
Ansys的HFSS高頻電磁場模擬工具，可以協助工程設計團隊大幅縮減開發與驗證時間，藉由測量等效全向輻射功率(EIRP) CDF數值來檢驗天線訊號的空間涵蓋率。Ansys協助工程師以快速、高效和合理成本完成產品設計開發工作。
許多5G電信營運商將基地台放在路旁的電線杆上，配置了多組5G天線來涵蓋遠端與近端的5G訊號傳輸，為了釐清電線杆上毫米波天線最大訊號的涵蓋範圍，使用HFSS模擬工具來加以驗證有其重要的價值。另外，針對電信營運商關注基地台的最佳安裝部署密度，透過HFSS的模擬也可以分析移動中的裝置與基地台間的訊號連接狀況，方便電信商找到基地台佈建的最佳位置與效益。
Ansys光子模擬工具入列，強化矽光子元件的設計模擬
5G網路接到光纖電纜骨幹網路時牽涉許多光電零組件的設計，將電訊號轉換成光波訊號。Ansys購併Lumerical之後，取得光電元件的設計模擬工具，利用零組件建模與整體光訊號系統模擬來優化系統收發效能與表現。
當中值得一提的是對矽光子器件的設計，針對矽光子學與微晶片互連的技術，產業界需要使用Lumerical提供的系統級模擬工具來進行光電訊號轉換、調變與光波導色散等模擬，以優化光IC的效能，這是產業界目前大量關注的技術，Lumerical的工具還可以用在光達、AR/VR等應用。ANSYS電子系統設計模擬平台受到業界的廣泛採用。
最後，對於資料中心的設計挑戰，因為高速傳輸的過程中若有任何零組件與接線不良狀況發生，都會影響訊號傳輸與運作，工程團隊為了解決訊號完整性挑戰，透過Ansys的訊號完整性模擬平台，來分析PCB上電子線路與連接器因為電流經過而產生串擾(Crosstalk)的效應，尤其是記憶體晶片與線路的訊號處理的模擬工具，特別受到業界的青睞。另外，PCIe的訊號線是否可以承受愈來愈高之傳輸速率的考驗，使用Ansys的訊號完整性模擬工具可以即時生成訊號眼圖，協助設計工程迅速判斷傳輸品質。
雲端機房的散熱處理是營運的重要指標，透過Ansys的Icepak模擬工具來分析電子系統與機房的溫度分布，有助於工程團隊找出散熱處理的對策，其他如EMI/EMC模擬工具，Ansys提供一站式的解決方案，透過使用HFSS的模擬靜電放電的狀況，讓以往艱鉅的挑戰有了可以依靠的好幫手。
