Ansys和Keysight想看看他們是否能回答這個問題，如果我們把虛擬手機放在城市的不同位置，我們能預測在這些位置會收到什么樣的5G信號嗎?為了找到答案，他們創建并測試了一個詳細的城市虛擬模型，包括高密度城市地區常見的各種 5G 天線、接收器和發射器。事實證明，我們可以。
該團隊使用Ansys HFSS構建了28GHz高頻段系統的5G MIMO基站天線陣列模型和手機天線模型，并將它們放置在現實城市模型周圍的不同位置。從那里，他們使用 HFSS SBR+ 通過使用物理模擬基站和手機之間的信號傳播來確定天線之間實際發生的情況。
5G信號在復雜城市環境中的傳播是用射電和彈跳射線(SBR)電磁場求解器建模的。通過Ansys HFSS相控陣基站和手機天線系統的詳細模型，對信號的傳播進行了仿真。
Ansys和Keysight一起測試了一個概念證明，該概念證明是一個準確的、基于物理的虛擬化過程，以理解5G物理通道的行為。該原型是Ansys和Keysight之間的真正合作。在Keysight建模實際5G無線電架構和波束選擇過程的基礎上，利用Ansys方法對物理層(虛擬天線、散射及其耦合趨勢)進行建模。
利用Ansys HFSS和HFSS SBR+計算安裝的5G基站陣列和用戶設備天線的物理信道響應，Keysight SystemVue提取時域信道屬性，重建用戶信號到達角進行MIMO波束形成。最終，虛擬建模將取代安裝和調整5G基站的方法，以實現最大覆蓋。
5G虛擬建模可以解決哪些問題?
5G承諾的中頻段和高頻段信道能夠以驚人的速度傳輸大量數據。5G無線電設備供應商和無線服務供應商對28 GHz和39 GHz的高頻段系統提供了令人印象深刻的能力。問題是:這些系統只有在人口密集的地區才有成本效益，比如市中心。
除了我們在低頻段看到的情況外，有四個主要因素使5G系統復雜化:
信號丟棄
在高頻率下，距離基站越遠，信號被丟棄的越多。5G的下降速度大約快10倍。人口稠密的區域需要更多的訪問點來服務所有訂閱者。
低信號穿透
在毫米波頻率的高頻段，信號很難穿透普通的建筑材料。大樓內的4G手機可以接收到來自幾英里外的蜂窩基站的信號，因為這些較低頻率、較長波長的信號可以穿透手機和基站之間的結構。在更高頻率的5G頻段，建筑物的作用從信號海綿變成了鏡子。在常用的5G高頻28GHz時，平板玻璃(1.5厘米厚度)會將信號穿透率降低1000倍。較厚的水泥和磚會造成更嚴重的衰減。外表面的鏡面效應造成了另一個問題:延遲擴散。由于到處都有信號反彈，接收器就會得到延遲的信號拷貝，這使得接收器的設計更加復雜。
距離損失
5G系統使用的天線將信號能量集中在點波束中，以克服比4G增長更快的信號距離損失。確定接入點的正確位置非常重要，這樣每個用戶的重疊都最小。可以測試真實世界的安裝和位置，但這既耗時又昂貴。高頻、高帶寬測量設備要昂貴得多，有時甚至成本高得令人望而卻步。
官方延誤
從市議會或其他管理機構獲得安裝5G天線系統的許可證可能是一個艱巨的過程。沒有人想要獲得10個安裝位置的批準，然后發現其中5個不是最優的，所以他們需要回到繪圖板，重新申請。關鍵是在正確的位置確定正確數量的接入點，以盡可能少的接入點提供一致的覆蓋范圍。
所有這些問題都可以通過虛擬化進程來解決。我們可以讓計算機向我們展示我們為一個城市的用戶提供的服務有多好嗎?Ansys和Keysight的回答是肯定的。
一個具有400MHz帶寬的28GHz信號從相控陣基站模型傳輸到城市環境的E場動畫。信號從街道(下)和面向建筑物的墻壁(右)反射。左上角為兩個切面的單頻電場。
電子工業的未來會是什么樣子?
答案很簡單:伙伴關系。經過多年的競爭，Ansys 和是德科技看到了更多通過互補合作推動行業發展的方法。
Ansys的5G與空間項目總監Shawn Carpenter表示:“在Ansys和我們的合作伙伴之間，我們有機會創建首個可以與實際生活網絡合作的5G數字孿生網絡。”
使用現有的原型，Ansys和Keysight可以告訴你傳輸和接收哪些信號，但是當用戶拿出智能手機使用導航應用程序時，處理可能涉及的五個或六個網絡層要困難得多。我們如何確定最短路線跨網絡云？我們如何在保持數據完整性的同時將數據傳輸到云上？在獲取手機請求的數據時，我們預計會出現什么延遲？
許多數據通信問題完全超出了 Ansys HFSS 的范圍。我們用于電磁學建模的環境非常適合對天線系統或射頻組件進行建模，但它并不是為模擬完整的城市而設計的，包括相互聯汽車在街道上行駛，無人機在街道上空飛行，以及飛機的飛行。
2020年，Ansys收購了分析圖形公司(Analytical Graphics Incorporated, AGI)，后者是多領域任務工程的專家。AGI擁有強大的能力，可以擴展到5G領域。這個原型包括一些用戶，但現實世界要密集得多，而AGI的專業知識將有助于評估復雜網絡和大規模模擬。AGI還與Scalable Network Technologies合作，后者是回答這類問題的專家。就在最近，可伸縮網絡被Keysight收購。為了進一步解決這個問題，AGI已經在Keysight的STK接口中為他們的網絡建模工具提供了一個現有的接口。在Ansys、Keysight、AGI、Scalable Network Technologies和我們其他互補的合作伙伴之間，我們擁有我們需要的大規模模擬和仿真，我們將繼續優化我們的工作流集成。
原文鏈接：
https://semiwiki.com/eda/306504-can-you-simulate-me-now-ansys-and-keysight-prototype-in-5g/
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