產業應用與趨勢

產業應用與趨勢
 
REMCOM公司專精的時域有限差分法(FDTD),射線追蹤(Ray Tracing)等模擬技術是廣泛運用的數學物理方法,運用在電磁,通訊領域有很長的時間,REMCOM運用這些技術開發模擬軟體,提供用戶解決複雜難解的電磁問題和分析的工具,模擬出的數據也可以進一步的作各種運用,甚至是作為有效的資料來源跨領域的運用,不限制在純粹的通信領域上。
從應用需求的角度回過頭來看研發工具,可以更容易找到適合的解決方案,誠所謂適才適用,現今常見的重要應用領域,都可以找到適合運用REMCOM的技術或是解決方案的地方,重點一直都是在從用戶使用的需求和體驗的角度出發,找到用戶真正需要使用,用得上也好用的解決方案才是重點
 
5G/第五代移動通信系統
 
5G是個熱門話題,就民生應用面最大的魅力就是非常高的傳輸速度,並且以整合多種多樣化的智慧型裝置作為願景,從手機和平板,穿戴式裝置一路延伸到各種智慧家電,都可以是5G生態圈的一份子。
有鑑於和4G完全不同一個級別的性能要求,載波頻段的特性,以及通訊系統的架構和工作特性等因素,5G規格的產品設計和技術研發一直都是很大的挑戰,同時機站和環境的布建也不是一件簡單的事
 
運用XFdtd設計天線

鑒於高速傳輸性能的需求,5G的天線幾乎必然是天線陣列,考慮到從手機開始的各種產品和設備複雜的結構以及應用的頻段,一來在設計時模擬計算已經是不可避免,二來時域(Time Domain)的FDTD數學方法才能在合理的記憶體等資源需求之下,在可以接受的時間範圍之內,把這個複雜的天線設計出來,XFdtd更可以搭配GPU進行加速計算。

甚至可以進一步整合匹配電路和整機數千個零件進行完整的模擬,同時呈現出配合5G所需的波束成型等工作特性,並且也可以進一步的進行SAR等模擬計算。

運用Wireless Insite進行傳播模型模擬和信道分析


5G環境建置會需要建立各種規模的機站,這些站點會發射或接收訊號,運用環境可能從單純的室內到繁忙的室外市區環境,或在大規模的市區甚至地理環境做建置工作,能事前建立模型並進行模擬,建置工作會簡單很多,成本降低,量測和施工安全性都會改善,也可以針對特定的現場進行模擬讓涵蓋更理想。


5G傳輸更為複雜,毫米波頻段特性又讓5G的效能對環境更敏感,再加上要融合波束成形等技術確保高速傳輸和訊號品質,因此針對現存建築或市區環境進行建置,或是把5G等無線網路融合進新建築設計中,模擬計算都不可或缺。

Wireless Insite提供領先業界的模擬技術,運用射線追蹤法在大規模空間環境有效率的評估訊號傳播的效能,可以評估不同的發射/接收配置點,並且支援使用多輸入多輸出(MIMO)的發射/接收端口,可以評估5G設備或裝置在場景中的工作特性並找到最好的配置點,或把評估5G天線在這個環境的表現,除了接收功率等物理面的特性外,可以進一步從電信的角度看整合的5G通訊系統效能,把波束成形技術(Beamforming)的運用於模擬,評估MIMO系統的吞吐量(throughput),提供優化整個系統的有效依據。

車聯網,智慧車和自駕車

智慧車不能沒有車聯網,通訊能力就如同智慧車的耳目口鼻,不管是偵測路上的其他車輛或障礙物,或者是和其他車輛,設備或機站保持聯繫交換資料都需要暢通,穩定高效能的通訊能力,更先進的自駕車更是需要藉由無線通訊保持耳聰目明,而智慧汽車需要建構在以雷達為首的傳感器和無線網路相輔相成的環境之下,這些都需要透過高效能的研發工具來達成。


考慮到汽車工業對於安全和品質的高度要求,電子設計運用模擬軟體已經是工業標準,是研發不可或缺的環節,關於自駕車作為耳目的各種雷達,XFdtd的時域FDTD方法是唯一能在雷達頻段運用合理資源進行有效和精確的模擬計算的方法,並可整合汽車機構零件配合GPU加速,進行部分到全車場型模擬計算評估雷達或是汽車上面的任何天線的性能。

也可以透過XGTD進一步的把汽車視為電大尺寸平台來評估天線配置或是計算車身的RCS,在2018年REMCOM更推出了運用近場法進行射線追蹤,可以進一步建立真實道路環境以及設置其他用路車輛,模擬動態的汽車雷達測試場景的Wavefarer,可以讓用戶運用射線追蹤法看到雷達迴波,以及多徑和地面反射等效應,關於雷達的部分,提供了從雷達天線設計到動態的模擬測試場景一整個系列完整的工具鍊,讓用戶能夠設計出讓智慧車汽車耳聰目明的高性能雷達。

車聯網把汽車這種傳統動力機械整合到資訊網路裡,改變了汽車的定義,V2x的聯結有無限可能,這些機能都有賴於穩定的連結和高速的資料傳輸能力,所以不只是汽車,機站和環境都必須要跟上,Wireless Insite 可以建立高度真實的場景,透過模擬得到訊號傳播路徑,功率涵蓋範圍以及吞吐量等資訊,對象可以是車對車,設施對車甚至車對人,評估汽車在環境中的工作特性,並且建立車聯網所需的高效能通訊環境,這在車聯網成為趨勢甚至在中國等重要市場已經入法成為標準的大環境下對研發可以提供很大的助益。

物聯網和工業4.0

萬物皆可連的物連網是建立在收集資訊的傳感器以及透過無線網路連結所網內有成員的架構下,必須有性能達標的傳感器作為耳目同時連結在通訊品質良好的無線網路裡,可能連結的對象千變萬化,從固定式設備到穿戴式裝置皆有可能,所以天線的型態種類,可能運用的波形和頻率範圍也很廣,運用時域的FDTD方法的XFdtd尤其適合這類變化很大的應用的天線設計,同時Wireless Insite可以進一步的把這些物聯網的成員放到應用場景裡,讓用戶可以了解這些裝置和設備在真實的場景裡會有什表現,評估傳輸路徑以及接收功率等各種性能是否達到要求。

進一步看整合先進製造技術的工業4.0環境,其核心內涵是自動化和資訊化,不但會需要高性能的傳感器構成網路,更進一步的基於成本,產品品質和安全等考量對於連線品質和資料傳輸效率有更高的要求,工廠和產線也是更複雜的環境,不但有工業標準的要求,個別產線的變化也很大,而且會需要對網路的成員組成的通訊系統做更全面的分析,不能套用經驗值模型來粗糙的評估,Wireless Insite 除了可以建立複雜的工廠/產線應用場景之外,也可以把無線網路中的成員組合起來,建立一個通訊系統,進行模擬評估吞吐量,干擾,誤碼率等工作特性,在需要MIMO的高速傳輸狀況之下,也能夠評估工作特性是否達到需求。

智能居家和智慧城市

電子和資訊技術將居家環境電子化和資訊化,無線通訊技術讓各種的無線通訊設備出現在居家環境中,可能是一般家電,WiFi也可能是保全或防火設備,連線品質和訊號涵蓋會是重要的功能指標,也不乏需要高傳輸速度的裝置要評估吞吐量,進一步考慮環保節能,產品會需要更好的效能,布建時也需要更精確的規畫。


不管是將現存的建築升級為智慧建築,或是在設計階段的新建築,甚至是機場,車站,大型商場或博物館等大型設施,都可以透過運用Wireless Insite評估智能化升級或是在設計階段就透過模擬把各種無線網路整合進去,所以不只是電子產業,營建業和建築師或設計師都可以透過Wireless Insite的幫助設計智慧建築或規畫智能社區,智能市區。

大數據和AI運用的展望

5G通訊需要透過複雜的控制策略來達到所需的效能,最常見的例子波束成形(Beamforming),如何快速的依照動態的環境即時的改變訊號就可能會運用AI或是大數據技術來建立控制策略。
AI和大數據技術都需要大量資料作為基礎建立模型和進行訓練,這些資料不是不易或甚至無法取得,就是必須花很大的力氣去做前處理,也可能連預期應用的場景環境都尚未建設還在設計階段,透過Wireless Insite建立模型就可以透過模擬取得大量高品質的有效數據,進一步的把這些數據運用在對AI等智慧型控制策略進行訓練。

航空和航太

飛機火箭等飛行器都是搭載許多無線通訊裝置的平台,可能會有各種雷達和不同用途的天線,客機機艙內也可能有WiFi,尤其是雷達的工作頻率一般會較高,運用時域的FDTD算法的XFdtd會是設計高頻雷達的絕佳選擇,飛機或火箭等飛行器的等電大尺寸平台的天線配置或雷達截面積(RCS)則可以透過XGTD進行模擬評估,或是更進一步的透過Wireless Insite模擬如無人機在大型場景中的訊號接收或雷達涵蓋範圍等工作特性。


醫療與安全

MRI等醫療用的設備可以運用XFdtd來進行設計,並且計算SAR值,也可以用Wireless Insite計算與高強度輻射設備間的安全距離。

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