产业应用与趋势


REMCOM公司专精的时域有限差分法(FDTD),射线跟踪(Ray Tracing)等仿真技术是广泛运用的数学物理方法,运用在电磁,通讯领域有很长的时间,REMCOM运用这些技术开发仿真软件,提供用户解决复杂难解的电磁问题和分析的工具,仿真出的数据也可以进一步的作各种运用,甚至是作为有效的数据来源跨领域的运用,不限制在纯粹的通信领域上。
从应用需求的角度回过头来看研发工具,可以更容易找到适合的解决方案,诚所谓适才适用,现今常见的重要应用领域,都可以找到适合运用REMCOM的技术或是解决方案的地方,重点一直都是在从用户使用的需求和体验的角度出发,找到用户真正需要使用,用得上也好用的解决方案才是重点

5G/第五代移动通信系统

5G是个热门话题,就民生应用面最大的魅力就是非常高的传输速度,并且以整合多种多样化的智慧型装置作为愿景,从手机和平板,穿戴式装置一路延伸到各种智慧家电,都可以是5G生态圈的一份子。
有鉴于和4G不同一个级别的性能要求,载波频段的特性,以及通讯系统的架构和工作特性等因素,5G规格的产品设计和技术研发一直都是很大的挑战,同时机站和环境的布建也不是一件简单的事

运用XFdtd设计天线
  • XFdtd中横向手持手机模型以及零件的爆炸图
鉴于高速传输性能的需求,5G的天线几乎必然是天线阵列,考虑到从手机开始的各种产品和设备复杂的结构以及应用的频段,一来在设计时仿真已经是不可避免,二来时域(Time Domain)的FDTD数学方法才能在合理的内存等资源需求之下,在可以接受的时间范围之内,把这个复杂的天线设计出来,XFdtd更可以搭配GPU进行加速计算。
  • 5G天线阵列加上波束成型技术的仿真远场结果
甚至可以进一步整合匹配电路和整机数千个零件进行全机仿真,同时呈现出配合5G所需的波束成型等工作特性,并且也可以进一步的进行SAR等计算。

运用Wireless Insite进行传播模型仿真和信道分析
  • 运用Wireless Insite 建立的繁忙市区模型MIMO仿真场景
5G环境建置会需要建立各种规模的机站,这些站点会发射或接收讯号,运用环境可能从单纯的室内到繁忙的室外市区环境,或在大规模的市区甚至地理环境做建置工作,能事前建立模型并进行仿真,建置工作会简单很多,成本降低,量测和施工安全性都会改善,也可以针对特定的现场进行仿真让涵盖更理想.
  • 运用beamforming之前(左图)之后(右图)的接收功率比较
G传输更为复杂,毫米波频段特性又让5G的效能对环境更敏感,再加上要融合波束成形等技术确保高速传输和讯号品质,因此针对现存建筑或市区环境进行建置,或是把5G等无线网路融合进新建筑设计中,仿真计算都不可或缺。

Wireless Insite提供领先业界的仿真技术,运用射线跟踪法在大规模空间环境有效率的评估讯号传播的效能,可以评估不同的发射/接收配置点,并且支援使用多输入多输出(MIMO)的发射/接收端口,可以评估5G设备或装置在场景中的工作特性并找到最好的配置点,或把评估5G天线在这个环境的表现,除了接收功率等物理面的特性外,可以进一步从电信的角度看整合的5G通讯系统效能,把波束成形技术(Beamforming)的运用于模拟,评估MIMO系统的吞吐量(throughput),提供优化整个系统的有效依据。

车联网,智慧车和自驾车
  • 运用XFDTD建立的雷达及全车模型输出的远场
智慧车不能没有车联网,通讯能力就如同智慧车的耳目口鼻,不管是侦测路上的其他车辆或障碍物,或者是和其他车辆,设备或机站保持联系交换资料都需要畅通,稳定高效能的通讯能力,更先进的自驾车更是需要藉由无线通讯保持耳聪目明,而智慧汽车需要建构在以雷达为首的传感器和无线网路相辅相成的环境之下,这些都需要透过高效能的研发工具来达成。
  • XFdtd中的汽车雷达模型(左图),使用XGTD进行悍马车的天线配置设计
考虑到汽车工业对于安全和品质的高度要求,电子设计运用仿真软件已经是工业标准,是研发不可或缺的环节,关于自驾车作为耳目的各种雷达,XFdtd的时域FDTD方法是唯一能在雷达频段运用合理资源进行有效和精确的仿真计算的方法,并可整合汽车机构零件配合GPU加速,进行部分到全车场型仿真计算评估雷达或是汽车上面的任何天线的性能
  • WaveFarer中的动态仿真场景
也可以透过XGTD进一步的把汽车视为电大尺寸平台来评估天线配置或是计算车身的RCS,在2018年REMCOM更推出了运用近场法进行射线跟踪,可以进一步建立真实道路环境以及设置其他用路车辆,仿真动态的汽车雷达测试场景的Wavefarer,可以让用户运用射线跟踪法看到雷达回波,以及多径和地面反射等效应,关于雷达的部分,提供了从雷达天线设计到动态的仿真测试场景一整个系列完整的工具链,让用户能够设计出让智慧车汽车耳聪目明的高性能雷达。

车联网把汽车这种传统动力机械整合到资讯网路里,改变了汽车的定义,V2x的联结有无限可能,这些机能都有赖于稳定的链接和高速的资料传输能力,所以不只是汽车,机站和环境都必须要跟上,Wireless Insite 可以建立高度真实的场景,透过仿真得到讯号传播路径,功率涵盖范围以及吞吐量等信息,对象可以是车对车,设施对车甚至车对人,评估汽车在环境中的工作特性,并且建立车联网所需的高效能通讯环境,这在车联网成为趋势甚至在中国等重要市场已经入法成为标准的大环境下对研发可以提供很大的助益

物联网和工业4.0

万物皆可连的物连网是建立在收集资讯的传感器以及透过无线网路连结所网内有成员的架构下,必须有性能达标的传感器作为耳目同时连结在通讯品质良好的无线网路里,可能连结的对象千变万化,从固定式设备到穿戴式装置皆有可能,所以天线的型态种类,可能运用的波形和频率范围也很广,运用时域的FDTD方法的XFdtd尤其适合这类变化很大的应用的天线设计,同时Wireless Insite可以进一步的把这些物联网的成员放到应用场景里,让用户可以了解这些装置和设备在真实的场景里会有什表现,评估传输路径以及接收功率等各种性能是否达到要求。

智能居家和智慧城市

电子和信息技术将居家环境电子化和信息化,无线通讯技术让各种的无线通讯设备出现在居家环境中,可能是一般家电,WiFi也可能是保全或防火设备,连线品质和讯号涵盖会是重要的功能指标,也不乏需要高传输速度的装置要评估吞吐量,进一步考虑环保节能,产品会需要更好的效能,布建时也需要更精确的规画。

不管是将现存的建筑升级为智慧建筑,或是在设计阶段的新建筑,甚至是机场,车站,大型商场或博物馆等大型设施,都可以透过运用Wireless Insite评估智能化升级或是在设计阶段就透过仿真把各种无线网路整合进去,所以不只是电子产业,营建业和建筑师或设计师都可以透过Wireless Insite的帮助设计智慧建筑或规画智能社区,智能市区

大数据和AI运用的展望

5G通信需要透过复杂的控制策略来达到所需的效能,最常见的例子是波束成形(Beamforming),如何快速的依照动态的环境即时的改变讯号就可能会运用AI或是大数据技术来建立控制策略。
AI和大数据技术都需要大量数据作为基础建立模型和进行训练,这些资料不是不易或甚至无法取得,就是必须花很大的力气去做前处理,也可能连预期应用的场景环境都尚未建设还在设计阶段,透过Wireless Insite建立模型就可以透过仿真取得大量高品质的有效数据,进一步的把这些数据运用在对AI等智慧型控制策略进行训练。

航天和宇航
  • 在XGTD中对C130运输机进行RCS仿真计算
飞机火箭等飞行器都是搭载许多无线通讯装置的平台,可能会有各种雷达和不同用途的天线,客机机舱内也可能有WiFi,尤其是雷达的工作频率一般会较高,运用时域的FDTD算法的XFdtd会是设计高频雷达的绝佳选择,飞机或火箭等飞行器的等电大尺寸平台的天线配置或雷达截面积(RCS)则可以透过XGTD进行仿真评估,或是更进一步的透过Wireless Insite仿真如无人机在大型场景中的讯号接收或雷达涵盖范围等工作特性。
  • 运用XGTD进行地狱火飞弹和战斗机的RCS计算,太空梭的天线配置设计

医疗与安全

MRI等医疗用的设备可以运用XFdtd来进行设计,并且计算SAR值,也可以用Wireless Insite计算与高强度辐射设备间的安全距离。
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