5G时局剖析及仿真的价值所在

每一代技术进步，都伴随着新旧技术的竞争和替代，如工业革命中，机器代替大部分人工劳动力，信息时代，计算机技术代替大部分脑力劳动，而到如今的移动互联网时代，各种app应用代替无穷无尽的商业交互和过程。

5G，作为时下热门的新技术代表，已被公认为未来社会的核心技术。这是一次技术革新，而每一次变革都将带来诸多的挑战，同时也意味更多的机遇。未来到底如何，只有到了未来才能知道，但可以肯定的是，5G将是一片蓝海，拥有无限的可能。

2019年6月6日上午，工信部正式发放了4张5G商用牌照，分别是中国移动，中国电信，中国联通及中国广电，这标志着我国正式进入5G商用元年。据媒体报道，国内几大运营商投资用于5G建设的资金规模将在近7年内达到1800亿元，而2013-2020年用于4G投资金额是1170亿元。预计到2022年，5G将成为千亿市场。5G带来的经济拉动作用将非常巨大，据预测，其带动规模将是万亿级，时间周期为5-10年，其产业红利期将持续10年甚至可能长达30年时间。据测算，到2030年，其对GDP贡献占比更是达到5.8%，5G将成为影响国家经济的重要因素。国际上来看，5G也将是备受瞩目的新兴产业，影响巨大，我们可以预计，5G必将是值得投入，值得深耕的高确定性高科技行业。

如此巨大的投入，如此长的投资周期，意味着产业链将长期从中受益。各大厂商都在加大5G的研发投入，争取在技术上领先从而获得商业优势，以期在5G产业机会中摘取更多的果实。华为、中兴，爱立信，诺基亚，以及各大终端厂商，都在5G上持续发力，并将持续保持高额战略投入。5G已至，在变革与机遇面前，是选择投入追赶，还是旁观，就看眼光了！

ANSYS致力于通过业界性能最佳、最丰富的工程仿真软件帮助客户解决复杂的工程难题，帮助全球企业推出极具创新性和竞争力的产品。在5G来临之际已为市场玩家，准备了佐餐大料，将持续辅助行业用户深度挖掘软件应用潜力，提高产品研发能力，维护好产品生态，为广大用户提供强有力的技术保障。

5G的应用场景将极为丰富，如超宽带媒体（8K视频），自动驾驶，远程医疗，公共服务和安全，智慧城市，智能电网等等，这些将给未来生活带来极其丰富而便捷的体验。综合来说，将有以下三大类的应用：

1. 增强移动宽带（eMBB），如8k视频，VR等；

2. 海量机器类通信（mMTC），如IoT，智慧城市，智慧家庭，工业应用等；

3. 超可靠低时延（uRLLC），如远程医疗，自动驾驶等。

要实现这些丰富的应用场景，所要面临的主要技术挑战及关键技术可概括为以下几方面：

1. 频率高，根据不同的标准，频率将高达毫米波频段，毫米波频段带来的技术挑战是研发难度加大，设计和加工要求都特别高，后期可调试空间却极小；

2. 速率高，海量的数据通信意味着需要极其高速的芯片和电路，这将带来多方面的衍生问题，如热可靠性的问题，信号完整性的问题，电磁兼容的问题，前期设计阶段都需要全方位考虑和解决这些问题；

3. 高可靠应用场景，关系到人身安全等应用，需要系统设计上具有非常高的可靠性和安全性，从芯片到电路，到无线通信，到基站及边缘云计算，都需要具备高安全性和高可靠性的设计。包括两个方面可靠性，一是硬件系统的可靠性，如散热，风雨，寿命，人体影响等，二是软件生态系统的可靠性，如安全性机制，交互方式，决策系统等等；

4. 接入单元数量巨大，形式多样，这就要求产品尽量做到低成本，便于维护。这些都需要在前期进行深度优化和设计探索，因为后期无法解决这些问题。

在设计阶段，要更好的解决这些技术难题，找到更加完美的解决方案，仿真是不可替代的一种先进技术手段。现代仿真技术经过几十年突飞猛进的发展，已经迭代出生态完善的仿真体系，ANSYS提供的各大仿真技术，相互协作，共存共生，是解决设计阶段技术难题的绝佳选择。

5G产业生态主要包括三个层面：设备生态，系统生态以及应用生态。

• 设备生态是从设备的供应链角度来看，比如无线主设备商的供应链，包括天线，射频，电路，滤波器，连接器，功放，芯片等一系列元器件的供应商生态。

• 系统生态是从5G系统的逻辑层面来看，比如整个5G通信系统包括运营商，核心网，基站覆盖，边缘计算，终端设备，网络管理等方面形成的系统层面的功能生态系统。

• 应用生态则是从使用者的角度来看，如娱乐电视应用系统，医疗应用系统，工业应用系统，智能电网系统，智慧城市应用系统，每一个应用都是一个相对独立的小生态系统，虽然都依存于5G的核心基础设施，但其供应链，客户，运营模式，都具有自身的特点，形成一个小的应用生态系统。

以上针对生态系统的描述，只是为了帮助研究者更好的理解和梳理5G相关的不同层面，归根到底，是一个建设过程中不同维度的逻辑表达。最终，我们还是要回到建设本身，仿真技术是助推研发系统有效和高效工作的核心支撑技术。

5G产业链可分为上游和下游两部分。上游主要包括网络规划，无线主设备以及传输设备三部分。其中无线主设备是玩家必争之地，也是前期投入最为集中的部分。下游主要包括终端设备和运营商，终端设备是以手机为首的各种使用设备，如智能手机，智能手表，智能眼镜，各种IoT终端等以及终端计算机。运营商就是有5G商用牌照能够运营5G网络的几大电信公司。

如前所述，5G产业链的两大支柱是无线主设备和终端设备，而无线主设备的产业链拉得比较长，技术门槛高，如核心网络建设，芯片模组研发，基站设备，视频设备的研发厂商等，最主要的如华为、中兴、爱立信、京信、摩比、通宇等。由于5G基础设施建设的需求量呈现巨量增长的态势，加之5G网络的设备数量，如基站及射频通道数量，其所需要的滤波器、连接器、功放等核心设备的需求数量都将带来巨大的增量空间，这也是从业者们看好的机会和发展的空间所在。前期网络建设阶段，无线主设备是5G产业链的掘金地。

同样,因为5G的海量设备互联需求，终端设备的数量极其庞大，其带来的产业发展也会空前繁荣。比如，5G手机的替换需求，从2019年到2025年，年复合增长率将超过200%，如此夸张的增长率意味着巨大的产业发展机会，这也是各大手机大厂不断爆“黑科技”夺取市场焦点的关键所在。此外，IoT终端的各种衍生终端应用，空间更加巨大。当然，终端的市场，相比主设备，是车和路的关系，先修路，再跑车，行业机会相对靠后一些，但是二者相互促进，相互依存。终端设备市场，也同样存在高频段，高带宽，高速率，多模式带来的技术挑战，相比主设备，其另外一个不可忽视的挑战就是，终端体积小，跟人体近，设计要求更高。

ANSYS拥有业界最全的仿真产品体系和最先进的核心技术，已经在业界被广泛采用并获得巨大成功，具有非常多可供直接参考的行业应用典范。如PHAZR公司业务拓展主管 Paul Gilliland所说：“依托雄厚的行业知识，辅以 ANSYS 软件的强大功能，我相信PHAZR 能够跑赢这场竞赛，成为 5G 市场的领跑企业。”可见，各大产业界公司都在争先恐后的采用先进的仿真技术，投入到5G的研发和市场大战中去。

ANSYS产品可应用于5G产业链的设计、研发、生产前优化，以及生产工艺及故障诊断等各个阶段。从产业链应用的维度来看，主要的应用产品有如下一些种类：

1. 芯片及封装

2. PCB板及互联结构

3. 射频电路与部件

4. 天线系统

5. 屏幕

6. 环境与覆盖

7. 其他部件：声光电，如扬声器，摄像头，红外感应器，NFC等

同样，ANSYS仿真方案可解决这些领域的关键技术挑战，如毫米波技术，大规模MIMO，波束赋形，相控阵，AiP（封装上天线技术），AoB（板上天线技术），AoD（屏上天线技术），芯片低功耗设计，热可靠性设计，结构可靠性设计等诸多问题。

另外，从专业技术的维度来看，ANSYS在5G方面的主要产品和解决方案主要包括以下几个方面：

1. 高频高速产品，如电磁场分析，天线设计和优化，电路板电路信号完整性，电源完整性，电磁兼容问题分析等直接与高频电磁场，高速电路相关的设计和仿真优化问题；

2. 热可靠性产品，主要是Icepak，也包括结构热分析软件。ANSYS具有业界最完善的多物理场仿真平台，在新版本2019 R2中，甚至把热设计和电磁设计融合到统一的AEDT电子桌面环境下，直接完成电热耦合设计分析；

3. CPS系统解决方案，解决芯片-封装-系统全流程的设计仿真问题，是一套经过验证的高效的集成设计仿真流程，在微系统，芯片系统（SoC，SiP）方面应用前景巨大；

4. 芯片低功耗设计产品，这主要是ANSYS公司SCBU产品，专注于芯片的低功耗和可靠性设计仿真；

5. 其他可靠性分析产品，包括结构，流体，疲劳，寿命等与产品可靠性分析有关的应用，如基站在极端环境下（大风，雨雪）的可靠性分析。

5G产业链长，涉及面广，在这里做的应用归纳也只是管中窥豹，还有很多应用场景等待广大用户去挖掘、去填补。比如，SAW/BAW（声表面波滤波器/体声波滤波器）在5G时代将大放异彩，而其仿真将用到ANSYS的结构仿真软件模拟其频率响应特征，然后用电路模拟软件RF option仿真其电路滤波特性，最后用电磁场仿真软件HFSS仿真其寄生参数等特性，做到多个学科的交叉耦合，无缝协作。

在系统生态层面上，ANSYS梳理了相应的5G关键仿真技术及应用，接下来也将推出一系列技术***，包括：

1. ANSYS®5G天线解决方案 （已正式发布）

2. 5G系统及芯片（SoC）多物理场仿真解决方案

3. ANSYS®5G移动设备/UE解决方案

以上***对相关的仿真技术和解决方案进行了系统性的阐述和案例展示，相信对业内人士是非常好的参考资料。《ANSYS®5G天线解决方案》***现已正式发布，文末可供下载，其他主题***也将陆续面世，届时也将通过ANSYS中国官方**分享给大家。此外，为帮助各位更好地了解和使用ANSYS最新仿真技术，我们也将持续推出一系列的深度技术专题，给广大用户带来权威的应用介绍和解读，敬请期待！

时代车轮滚滚向前，不会因为谁没跟上脚步就止步不前。在前往5G时代的路上，机遇与挑战并存，每一次技术突破和产品更新，都是下一次挑战和革新的开始。老话说得好，“工欲善其事，必先利其器”。有了仿真技术的加持将助您如虎添翼。感谢您关注ANSYS的5G仿真技术，我们一路前行，风雨无阻！