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從MathWorks新工具看5G系統設計痛點

作者:不詳 ; 發布時間:2018-12-21 8:09:39 ; 來源:互聯網  點擊:

5G標準在2018年6月發布后,通信業正在加快5G商用化落地進程,推出符合5G標準的產品。如中國移動計劃在2019年上半年推出5G智能手機,實現預商用,到2020年進入正式商用階段。在應用上,5G突破了很多4G LTE的傳統應用,包括移動通信、M2M 、車聯網(V2V/V2X)以及低功耗、低延遲的IoT通信。在無線系統設計上,5G提出了更高的要求。在物理層方面,5G采用了新的信道模型、波形、新的編碼和調制;在射頻和天線采用了毫米波技術、大規模天線陣列技術,以及波束成型技術;在系統和網絡構架方面,采用了低功率、小覆蓋范圍的基站。對于通訊系統的設計團隊而言,他們既要了解這些新技術,還要更新他們的設計和測試方法,同時,設計工程師們還要考慮他們的產品向后兼容的問題,而目前很少有公司能夠有足夠多的技術力量,來覆蓋3G、4G、5G所有相關技術。
最近,MathWorks正在推動其針對5G的新的開發和驗證工具箱來解決上述這些困難。一直以來,這家私有企業主要為設計工程提供開發和驗證工具——MATLAB和Simulink,前者是一個適用于算法開發、數據分析和可視化、數值計算的工具,后者則是一個圖形化系統設計、仿真測試工具。這兩款軟件和近100種附加產品已經在全球九萬多個公司、政府部門和大學中使用,其行業包括汽車工業、航空航天、電子以及互聯網領域,例如亞馬遜、谷歌和facebook也都是這些軟件的用戶。
據MathWorks美國總部產品市場經理趙志宏介紹,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。而這次推出的5G工具箱提供了符合5G通信標準的波形產生和參考設計,適用于5G通信產品的物理層建模、仿真和驗證。它提供了一個集成的工作環境,對所設計的5G通信產品可以進行仿真、快速原型和測試,還可以進行快速地設計一些關鍵的算法,預測5G系統的端到端之間的鏈路的性能,并確保算法和設計符合5G的標準。
這個5G工具箱有三個典型應用場景,也側面反映了目前5G系統設計中的痛點,這三個場景包括:1、產生和分析符合5G的標準的波形,即OFDEM波形,還有新的編碼方案、參數集,包括子載波的間隔和符號長度。這個功能使得工程師可以不需要仔細了解發射器方面的性能,而直接利用產生出來的波形去測試他們的接收器的功能,從而節約開發時間,降低錯誤率;2、可以很快地建立一個端到端的鏈路級的仿真的模型,包括發射器、接收器和信道的模型。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,進行參數調整,分析誤碼率、吞吐量,直到最后整個鏈路、各個環節都符合他們自己的設計要求;3、在產品的驗證階段,工程師們可以把仿真過的模型作為黃金參考,進行產品的實現和驗證。他們可以采用仿真模型產生的輸入和輸出數據,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。
MathWorks 5G工具箱有三個典型的應用場景
圖:MathWorks 5G工具箱有三個典型的應用場景
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在采用LTE信道的低速率、低功率的物聯網設備,非常適合這樣的設備);一個LTE-M參考模型(適合于采用LET信道的這些中等數據的物聯網的連接);WLAN Toolbox——增加了802.11ax標準的支持;Communications Toolbox——增加了無線波形發生器(可以利用圖形界面進行交互式創建所需要的無線測試的波形)。
目前,支持5G開發的工具有很多,MathWorks則強調其不同之處在于“整套開發流程”。“我們有很多工具箱,涵蓋很多技術領域,比如在設計整個的通信鏈路、通信系統的時候,工程師可以把數字基帶和射頻放在一起去仿真,可以把天線陣列和信道模型放在一起去仿真,這種跨領域的、跨技術的模型的仿真,可以彌補工程師在某些領域知識上的不足。”趙志宏說,“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,因為通過建模和仿真所得出的結果,可以通過工具里面提供的硬件接口,來直接地去進行硬件方面的實現和硬件方面的測試,所以無需擔心模型是否符合標準。此外,如果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。”
MathWorks 5G開發流程亮點MathWorks 5G開發流程亮點
圖:MathWorks 5G開發流程亮點
 
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