隨著科技的進步和迭代更新，5G已經進入到現實應用當中，隨著5G的到來，各行各業的技術都發生了極大改變，5G正以難以想象的速度加速發展，全球各大網絡運營商正全力加速5G落地。在可預見的將來，5G產業將在各個領域迎來蓬勃發展，營造一個速度快，效率高的新時代。隨著5G技術的落地，虛擬仿真技術在5G研發行業越來越重要。

在5G技術引領下：

不管打開實驗的演示視頻還是進入虛擬實驗項目都是秒響應！無需等待，解決了硬件渲染后網絡傳輸速度受限的問題；

多人異地共享創建實驗，不同的學校不同的成員可以共同協助完成；

可以多人共享實驗儀器（大型實驗儀器不需要購買，可以在線申請使用）；

畫面的質感，清晰度、真實感、動感音效、視覺沖擊力會大幅度的提高；

多人在線協同實驗可以多人同時進入虛擬實驗進行虛擬實驗操作；

云化虛擬現實、人工智能、大數據、云平臺的架構體系都將成為可能。

5G研發關鍵技術

而5G關鍵研發仿真平臺概括包括以下幾個部分：

1、動態仿真建模技術

5G技術帶來了更加復雜的組網場景和業務類型，也增加了各類新技術。傳統的采用針對特定場景編碼實現的仿真設計模式效率很低，遠遠不能滿足日益增長的仿真需求，必須采用高復用的建模技術，因此提出了動態仿真建模技術。

（1）功能庫和參數庫的生成

輸出仿真平臺的基本功能模塊，根據仿真需求進行建模，抽象分解出公共庫和特性庫兩類，通過智能接口實現功能的配合實用，同時滿足功能的可擴展性。將功能庫和參數庫分開設計的目的也是為了保證模型適應于不同的仿真場景和仿真需求，做到充分的解耦。

（2）動態分析和配置機制

在仿真運行過程中提供分析和配置機制，參與仿真的全過程。包括對仿真需求進行分解，并映射到不同的功能庫和參數庫，再根據仿真的具體要求配置生成仿真流程。

根據仿真需求分解出對應的仿真模型，例如，軟件定義網絡（SDN）技術要求控制面和用戶面分離，網絡功能虛擬化（NFV）要求網絡功能從專用硬件設備中解耦出來，UDN中提出的虛擬小區概念等。

根據模型生成仿真參數庫，包括系統規格、場景參數、各項技術的配置參數等。以仿真模型為中心，基于仿真模型建立組網場景、網絡功能的參數化模板，通過合理組合這些參數化模板減少參數庫的復雜度。

根據模型映射到對應的功能庫。功能庫可以通過靈活的接口設計實現解耦和可擴展，根據仿真需求將映射的功能庫和參數庫有機的組織成為一個完整的仿真流程。將參數庫、功能庫、仿真流程進行動態配置形成具體的仿真任務，仿真任務直接面向用戶，需要提供友好的配置管理界面。

2、計算資源虛擬化管理技術

當前提升仿真計算效率的主要手段是計算并行化，由于計算資源可以分布在不同的物理設備上，如何合理配置管理資源就成為核心問題。因此，我們提出了計算資源虛擬化管理技術。

資源虛擬化管理首先將仿真需求映射為可單獨部署的計算任務，基于這些計算任務再分解為可單獨部署的并行子任務，根據其特點配置相應的虛擬資源，部署在本地的并行計算任務需要分配計算資源、存儲資源，部署在從節點上的計算任務還需分配足夠的通信資源，以避免數據無法及時傳輸造成延時。

3、多核并行仿真技術

仿真軟件的并行化是仿真平臺多核并行設計的關鍵，能利用現有硬件資源達到最優效果。根據需求先從功能、算法、操作對象等角度將仿真軟件并行化分解；其次通過對仿真功能模塊的合理劃分設計，減少并行子任務的通信數據量，保證各個并行子任務之間的運算量相當，減少因任務同步處理所需的等待時間。

中央處理器（CPU）+圖形處理器（GPU）的異構方案作為多核CPU并行處理的演變方案，也為提升仿真計算的速度提供了可能［9］。CPU擅長復雜邏輯運算，而GPU往往擁有上百個流處理器核心，其設計目標是以大量線程實現面向大吞吐量的數據并行計算，其單精度浮點計算能力可達同期CPU的10倍以上，適合處理大規模數據并行計算。因此，采用CPU+GPU的異構并行架構，利用多核CPU并行執行復雜的邏輯計算，利用GPU處理數據并行任務，兩者協同工作，發揮計算機并行處理能力。

由以上分析可以看出：實現動態仿真建模的關鍵點在于模型、庫組件和參數的設計，通過運用分層、封裝、接口解耦等方面的設計解決概念模型和實現模型之間的耦合，才能達到技術變化對實現影響最小的目的。

5G關鍵研發仿真應用

1、芯片/封裝/系統一體化仿真

仿真必要性：（1）缺乏一體化仿真手段導致不能準確評估很小的改動對系統整體帶來的影響，完全割裂的研發流程，導致信息交流不充分；（2）芯片/封裝/系統板級涉及不同的專業領域，很難協同；（3）缺乏集成的研發團隊和設計方法整合所有部分；（4）缺乏跨專業的整體仿真方。

2、高速信號/電源完整性和EMI/EMC仿真分析

產生原因：預計2022年，手機用戶產生25GB/天/人的流量；每臺自動駕駛汽車每天將產生4TB的數據量（假設 每天使用一小時）；在一個八百萬人口規模的城市，每小時產生的數據 量可能達到100PB；云計算+邊緣計算，速度提高，頻率升高，工作部件小型化，產生以越來越多的EMC問題。

3、5G陣列天線的設計和仿真

基站天線發展如下圖：

基站天線也面臨越來越小型化的問題，在設計的時候難度不斷增加。

4、電大尺寸和復雜場景下的電磁仿真分析

用于天線安裝后性能預估的最好仿真分析，主要應用于電大載體，大型場景級問題，布局的場景及尺寸比較大，需要運用不同算法才能有效計算。

5、多物理場可靠性仿真設計

實際面臨的部件或者產品是個電磁熱應力多物理場耦合問題，屬于多學科范疇。

5G研發仿真平臺

1、芯片封裝研發平臺

ANSYS提供完整全面的解決方案：

2、高速信號/電源完整性和EMI/EMC仿真分析解決平臺

ANSYS平臺EMI及EMC仿真效率對比如下：

3、5G陣列天線的設計和仿真解決方

ANSYS提供了天線陣列仿真平臺HFSS，可以高效準確的仿真天線陣電磁性能。

4、電大尺寸和復雜場景下的電磁仿真分析平臺

HFSS提供SBR+算法及HFSS本身天線仿真求解器，可以高效穩定的求解天線布局問題。

5、多物理場可靠性仿真設計仿真平臺

ANSYS提供了完備的多物理層耦合解決方案：