5G標準在2018年6月發(fā)布后，通信業(yè)正在加快5G商用化落地進程，推出符合5G標準的產品。日前，MathWorks美國總部產品市場經理趙志宏表示，5G的新技術及新架構給用戶帶來便利的同時，給無線設計帶來三大挑戰(zhàn)，MathWorks推出的5G Toolbox具備四大能力可以幫助工程師輕松克服困難。

MathWorks美國總部產品市場經理趙志宏

“5G Toolbox推出近三個月時間，就已經應用到一些行業(yè)領域，如汽車領域、航空航天、軍工等領域?！壁w志宏透露，“我們的工具箱實際上不僅是在用在產品開發(fā)里面，5G標準的組織實際上也在用它來不斷向前推動5G標準開發(fā)?！?/p>

5G無線設計帶來三大挑戰(zhàn)

“5G給帶來的不僅僅是無線通信性能上的飛躍，更重要的是，5G的低延時、高可靠性這種通訊的連接方式，使它突破了4G?LTE的傳統(tǒng)應用領域。”趙志宏表示，“5G可以用在無人駕駛、工業(yè)自動化以及包括大規(guī)模的物聯(lián)網領域；高清視頻、M2M、車與車的通訊將來都會依賴于5G技術?！?/p>

在趙志宏看來，“5G之所以能給用戶帶來這么大的性能飛越，主要是因為它采用了先進的技術與新架構，比如說在物理層方面，它有了新的信道模型、新的波形、新的編碼和調整的一些方案；另外在射頻和天線的部分，采用了毫米波、大規(guī)模天線陣列、波束成型技術；在系統(tǒng)和網絡構架方面，它采用了低功率、小覆蓋范圍的基站。”

趙志宏指出，“5G的新技術及新架構給用戶帶來便利的同時，卻給無線設計帶來三大挑戰(zhàn)?！?/p>

對于通訊設計團隊來說，他們必須符合標準的設計所需要的技能和工作流程，了解新的物理層架構、無線射頻架構、網絡架構及新的設計和測試方法；通訊系統(tǒng)性能的設計越來越復雜和設計周期越來越短；此外，由于無線通訊的標準是不斷地向前發(fā)展的，在設計新產品的時候，工程師們還要考慮新產品與舊標準共存問題，現(xiàn)在很少有公司能夠有足夠多的技術力量，能夠覆蓋到3G、4G、5G這些所有的技術，所以硬件驗證成本也在不斷增加。”

“MathWorks一直緊跟無線通訊標準，從5G發(fā)布時間表來看，MATLAB在每個環(huán)節(jié)都發(fā)布新的功能。”趙志宏表示，“MathWorks在幾年前就開始推出支持不同通訊標準的產品，包括4G LTE、ZigBee、WLAN和NB-IoT。此次，MathWorks推出的采用MATLAB設計符合5G標準的通信系統(tǒng)5G Toolbox?！?/p>

5G Toolbox具備四大能力，三大應用場景

據了解，5G Toolbox具備四大能力。一是提供集成的工作流程來模擬、快速原型和測試5G系統(tǒng)；二是工程師使用5G Toolbox可以快速設計關鍵算法、預測5G系統(tǒng)的端到端鏈路性能；三是工程師使用5G Toolbox可以快速預測和定制系統(tǒng)性能；四是確保算法和系統(tǒng)設計符合5G標準。

5G Toolbox應用場景一是5G標準波形產生和分析。趙志宏表示，5G Toolbox支持標準里定義的OFDM這種波形，還有新編碼方案、參數(shù)集，包括子載波間隔和符號長度。波形產生實際上是一個很重要的功能，因為接收器設計的工程師，他們往往需要大量的測試數(shù)據來測試他們的接收器，有了這個標準波形發(fā)生的功能，他們可以不需要仔細了解這個發(fā)射器方面的一些性能，而是可以直接利用到產生出來的波形去測試他們的接收器的功能，大大節(jié)約了時間，而且降低了出錯可能性?！?/p>

第二個應用場景是可以快速建立端到端的鏈路級的仿真的模型，包括發(fā)射器、接收器、信道模型。那樣，工程師可以在這個已經建立好的信道模型上去驗證自己的算法，去進行調整一些參數(shù)，分析誤碼率、吞吐量這樣的性能，直到最后整個鏈路、各個環(huán)節(jié)都符合他們自己的設計要求。

第三個應用場景就是在產品驗證階段，工程師可以把仿真過的模型作為參考，進行產品的實現(xiàn)和驗證。趙志宏指出，“工程師可以采用仿真模型產生的輸入和輸出數(shù)據，來驗證自己的硬件，也可以采用代碼產生的功能，直接把設計好的算法、設計好的模型轉換成代碼，放到硬件上去運行。”

這個5G工具箱包含在2018b版本里面，趙志宏表示，該版本還包含了另外幾個新功能的工具箱，包括LTE Toolbox——增加了一個NB-IoT的參考模型（該參考模型適用于現(xiàn)在采用LTE信道的低速率、低功率的物聯(lián)網設備，非常適合這樣的設備）；一個LTE-M參考模型（適合于采用LET信道的這些中等數(shù)據的物聯(lián)網的連接）；WLAN Toolbox——增加了802.11ax標準的支持；Communication Toolbox——增加了無線波形發(fā)生器(可以利用圖形界面進行交互式創(chuàng)建所需要的無線測試的波形)。

MathWorks 5G開發(fā)流程具備三大亮點

強大的功能及完整的開發(fā)流程讓5G Toolbox迅速贏得市場信任。

華為公司無線通信專家朱爾霓評價到，“MATLAB 和 Simulink 提供統(tǒng)一的高效系統(tǒng)開發(fā)平臺，在模擬與數(shù)字、軟件與硬件以及算法、實現(xiàn)與驗證之間架起橋梁?！?/p>

Convida Wireless 的 Allan Yingming Tsai表示，“MATLAB 讓我們很容易建立5G特性的原型，因為我們能從經過驗證的發(fā)射器功能著手，通過我們自己的增強進行定制，迅速產生一個原型進行仿真。”

“5G Toolbox發(fā)布了將近三個月時間，該產品已經應用到一些行業(yè)領域，如汽車領域、航空航天、軍工等領域?！壁w志宏透露，“我們的工具箱實際上不僅是在用在產品開發(fā)里面，5G標準的組織實際上也在用，不停地向前開發(fā)5G標準本身?！?/p>

趙志宏坦言，如果大家在市面上去找能夠支持5G的開發(fā)的工具，其實也很多?！癕athWorks工具之所以能夠脫穎而出的最主要原因在于，MathWorks是一個整套的開發(fā)流程，具備三大亮點。”

第一個亮點是結合算法和射頻的設計。趙志宏表示，MathWorks工具箱有很多，并且涵蓋各個技術領域，比如說在設計整個的通信鏈路、通信系統(tǒng)的時候，工程師可以把數(shù)字基帶和射頻放在一起去仿真。此外，那么我們還有單獨的工具箱，可以讓工程師把這兩方面的功能在一起去仿真。另外我們可以讓用戶把他們的天線陣列和信道模型在一起去仿真，那么這樣跨領域的、跨技術的這樣的模型可以放在一起去進行仿真。這樣的話，工程師就可以得心應手，用工具來彌補他們在知識上的一些不足或者缺陷。

第二個亮點是確保5G標準。使用MathWorks工具箱，可以確保設計出來的產品能夠符合5G通訊標準，采用工具設計的模型，設計師不必擔心他設計出來的模型是否符合標準。因為他們通過建模、通過仿真所得出的結果，還可以通過工具里面提供的硬件的接口，來直接地去進行硬件方面的實現(xiàn)和硬件方面的測試，所以他們不需要去擔心到底搭建出來的模型是否符合標準。

第三個亮點是加速算法的軟硬件實現(xiàn)。結合建模仿真和代碼產生的技術，設計師可以很快地把他設計出來的模型變成硬件的原型，甚至直接變成產品。

“以上這些優(yōu)勢可以給產品開發(fā)商帶來很多的效益，幫助無線設計工程師應對現(xiàn)在不斷增加的產品復雜性和不斷縮短的開發(fā)周期，能夠維持開發(fā)效率，無需從零開始?！壁w志宏指出，在產品設計初期，設計師可以通過建模、通過仿真來了解、來分析整個系統(tǒng)的功能和性能。在系統(tǒng)功能和性能確定之后，設計師可以在這個模型的基礎上進行逐步地細化設計架構?！?/p>

“在實現(xiàn)環(huán)節(jié)上，工程師也可以采用代碼產生的技術，能夠快速地做出產品的原型，甚至把產品中設計的關鍵技術、關鍵算法產生出代碼，進行優(yōu)化，放到產品當中去，直接用在產品里面。這樣可以大大節(jié)省產品設計所需要的人力和時間。而在后續(xù)的產品開發(fā)中，因為無線通訊的標準是在不停地往前發(fā)展，那么5G也會有不停地進行更新，那么在新的標準出來之后，設計工程師就可以在原來已經開發(fā)出來的這個模型之上進行調整，不必重新開始去設計整個的產品?！?