Ansys多样化电磁模拟工具助力解决5G高速传输难题

Ansys的高频电磁模拟工具整合Lumerical的光子模拟工具的新产品线，协助系统厂商解决光通讯系统的设计模拟挑战。DIGITIMES摄

5G技术正如火如荼的发展中，当中毫米波阵列天线的效能至关重要，另外像是骨干网络高速传输时的信号完整性，以及散热议题与光电信号转换等挑战，所需要的模拟工具扮演着比以往更重要的角色。安矽思(Ansys)技术经理林鸣志受邀主讲「5G设备高频阵列天线与高速通道模拟与分析」议题，他从设计模拟工具角度，阐述5G带来的各种技术挑战与Ansys提供的高频/高速模拟解决方案。

5G系统因为高速传输的需求，必须保持一个宽频的高速传输的物理层通道，以达到高速数据传输与低延迟的需求，这个高速通道的每一个环节，包括各种终端装置、光纤电缆传输与云端数据中心，每一段的连接都必须要保持畅通无阻，才可以达到5G所揭櫫的实质效益。

首先从终端装置搭载5G芯片与阵列天线来看，由于一台5G手机配置三个毫米波的阵列天线，透过预先的5G高频阵列天线设计模拟，掌握天线效能的参数益形重要。

Ansys的HFSS高频电磁场模拟工具，可以协助工程设计团队大幅缩减开发与验证时间，藉由测量等效全向辐射功率(EIRP) CDF数值来检验天线信号的空间涵盖率。Ansys协助工程师以快速、高效和合理成本完成产品设计开发工作。

许多5G电信营运商将基站放在路旁的电线杆上，配置了多组5G天线来涵盖线上与近端的5G信号传输，为了厘清电线杆上毫米波天线最大信号的涵盖范围，使用HFSS模拟工具来加以验证有其重要的价值。另外，针对电信营运商关注基站的最佳安装部署密度，透过HFSS的模拟也可以分析移动中的装置与基站间的信号连接状况，方便运营商找到基站布建的最佳位置与效益。

Ansys光子模拟工具入列，强化矽光子元件的设计模拟

5G网络接到光纤电缆骨干网络时牵涉许多光电零组件的设计，将电信号转换成光波信号。Ansys购并Lumerical之后，取得光电元件的设计模拟工具，利用零组件建模与整体光信号系统模拟来优化系统收发效能与表现。

当中值得一提的是对矽光子器件的设计，针对矽光子学与微芯片互连的技术，产业界需要使用Lumerical提供的系统级模拟工具来进行光电信号转换、调变与光波导色散等模拟，以优化光IC的效能，这是产业界目前大量关注的技术，Lumerical的工具还可以用在激光雷达、AR/VR等应用。ANSYS电子系统设计模拟平台受到业界的广泛采用。

最后，对于数据中心的设计挑战，因为高速传输的过程中若有任何零组件与接线不良状况发生，都会影响信号传输与运作，工程团队为了解决信号完整性挑战，透过Ansys的信号完整性模拟平台，来分析PCB上电子线路与连接器因为电流经过而产生串扰(Crosstalk)的效应，尤其是存储器芯片与线路的信号处理的模拟工具，特别受到业界的青睐。另外，PCIe的信号线是否可以承受愈来愈高之传输速率的考验，使用Ansys的信号完整性模拟工具可以实时生成信号眼图，协助设计工程迅速判断传输品质。

云端机房的散热处理是营运的重要指标，透过Ansys的Icepak模拟工具来分析电子系统与机房的温度分布，有助于工程团队找出散热处理的对策，其他如EMI/EMC模拟工具，Ansys提供一站式的解决方案，透过使用HFSS的模拟静电放电的状况，让以往艰钜的挑战有了可以依靠的好帮手。