能用工业软件模拟出一个现实的5G场景吗?

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Ansys和Keysight想看看他们是否能回答这个问题，如果我们把虚拟手机放在城市的不同位置，我们能预测在这些位置会收到什么样的5G信号吗?为了找到答案，他们创建并测试了一个详细的城市虚拟模型，包括高密度城市地区常见的各种 5G 天线、接收器和发射器。事实证明，我们可以。

该团队使用Ansys HFSS构建了28GHz高频段系统的5G MIMO基站天线阵列模型和手机天线模型，并将它们放置在现实城市模型周围的不同位置。从那里，他们使用 HFSS SBR+ 通过使用物理模拟基站和手机之间的信号传播来确定天线之间实际发生的情况。

5G信号在复杂城市环境中的传播是用射电和弹跳射线(SBR)电磁场求解器建模的。通过Ansys HFSS相控阵基站和手机天线系统的详细模型，对信号的传播进行了仿真。

Ansys和Keysight一起测试了一个概念证明，该概念证明是一个准确的、基于物理的虚拟化过程，以理解5G物理通道的行为。该原型是Ansys和Keysight之间的真正合作。在Keysight建模实际5G无线电架构和波束选择过程的基础上，利用Ansys方法对物理层(虚拟天线、散射及其耦合趋势)进行建模。

利用Ansys HFSS和HFSS SBR+计算安装的5G基站阵列和用户设备天线的物理信道响应，Keysight SystemVue提取时域信道属性，重建用户信号到达角进行MIMO波束形成。最终，虚拟建模将取代安装和调整5G基站的方法，以实现最大覆盖。

5G虚拟建模可以解决哪些问题?

5G承诺的中频段和高频段信道能够以惊人的速度传输大量数据。5G无线电设备供应商和无线服务供应商对28 GHz和39 GHz的高频段系统提供了令人印象深刻的能力。问题是:这些系统只有在人口密集的地区才有成本效益，比如市中心。

除了我们在低频段看到的情况外，有四个主要因素使5G系统复杂化:

信号丢弃

在高频率下，距离基站越远，信号被丢弃的越多。5G的下降速度大约快10倍。人口稠密的区域需要更多的访问点来服务所有订阅者。

低信号穿透

在毫米波频率的高频段，信号很难穿透普通的建筑材料。大楼内的4G手机可以接收到来自几英里外的蜂窝基站的信号，因为这些较低频率、较长波长的信号可以穿透手机和基站之间的结构。在更高频率的5G频段，建筑物的作用从信号海绵变成了镜子。在常用的5G高频28GHz时，平板玻璃(1.5厘米厚度)会将信号穿透率降低1000倍。较厚的水泥和砖会造成更严重的衰减。外表面的镜面效应造成了另一个问题:延迟扩散。由于到处都有信号反弹，接收器就会得到延迟的信号拷贝，这使得接收器的设计更加复杂。

距离损失

5G系统使用的天线将信号能量集中在点波束中，以克服比4G增长更快的信号距离损失。确定接入点的正确位置非常重要，这样每个用户的重叠都最小。可以测试真实世界的安装和位置，但这既耗时又昂贵。高频、高带宽测量设备要昂贵得多，有时甚至成本高得令人望而却步。

官方延误

从市议会或其他管理机构获得安装5G天线系统的许可证可能是一个艰巨的过程。没有人想要获得10个安装位置的批准，然后发现其中5个不是最优的，所以他们需要回到绘图板，重新申请。关键是在正确的位置确定正确数量的接入点，以尽可能少的接入点提供一致的覆盖范围。

所有这些问题都可以通过虚拟化进程来解决。我们可以让计算机向我们展示我们为一个城市的用户提供的服务有多好吗?Ansys和Keysight的回答是肯定的。

一个具有400MHz带宽的28GHz信号从相控阵基站模型传输到城市环境的E场动画。信号从街道(下)和面向建筑物的墙壁(右)反射。左上角为两个切面的单频电场。

电子工业的未来会是什么样子?

答案很简单:伙伴关系。经过多年的竞争，Ansys 和是德科技看到了更多通过互补合作推动行业发展的方法。

Ansys的5G与空间项目总监Shawn Carpenter表示:“在Ansys和我们的合作伙伴之间，我们有机会创建首个可以与实际生活网络合作的5G数字孪生网络。”

使用现有的原型，Ansys和Keysight可以告诉你传输和接收哪些信号，但是当用户拿出智能手机使用导航应用程序时，处理可能涉及的五个或六个网络层要困难得多。我们如何确定最短路线跨网络云？我们如何在保持数据完整性的同时将数据传输到云上？在获取手机请求的数据时，我们预计会出现什么延迟？

许多数据通信问题完全超出了 Ansys HFSS 的范围。我们用于电磁学建模的环境非常适合对天线系统或射频组件进行建模，但它并不是为模拟完整的城市而设计的，包括相互联汽车在街道上行驶，无人机在街道上空飞行，以及飞机的飞行。

2020年，Ansys收购了分析图形公司(Analytical Graphics Incorporated, AGI)，后者是多领域任务工程的专家。AGI拥有强大的能力，可以扩展到5G领域。这个原型包括一些用户，但现实世界要密集得多，而AGI的专业知识将有助于评估复杂网络和大规模模拟。AGI还与Scalable Network Technologies合作，后者是回答这类问题的专家。就在最近，可伸缩网络被Keysight收购。为了进一步解决这个问题，AGI已经在Keysight的STK接口中为他们的网络建模工具提供了一个现有的接口。在Ansys、Keysight、AGI、Scalable Network Technologies和我们其他互补的合作伙伴之间，我们拥有我们需要的大规模模拟和仿真，我们将继续优化我们的工作流集成。

原文链接：

https://semiwiki.com/eda/306504-can-you-simulate-me-now-ansys-and-keysight-prototype-in-5g/

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