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从MathWorks新工具看5G系统设计痛点

作者:不详 ; 发布时间:2018-12-21 8:09:39 ; 来源:互联网  点击:

5G标准在2018年6月发布后,通信业正在加快5G商用化落地进程,推出符合5G标准的产品。如中国移动计划在2019年上半年推出5G智能手机,实现预商用,到2020年进入正式商用阶段。在应用上,5G突破了很多4G LTE的传统应用,包括移动通信、M2M 、车联网(V2V/V2X)以及低功耗、低延迟的IoT通信。在无线系统设计上,5G提出了更高的要求。在物理层方面,5G采用了新的信道模型、波形、新的编码和调制;在射频和天线采用了毫米波技术、大规模天线阵列技术,以及波束成型技术;在系统和网络构架方面,采用了低功率、小覆盖范围的基站。对于通讯系统的设计团队而言,他们既要了解这些新技术,还要更新他们的设计和测试方法,同时,设计工程师们还要考虑他们的产品向后兼容的问题,而目前很少有公司能够有足够多的技术力量,来覆盖3G、4G、5G所有相关技术。
最近,MathWorks正在推动其针对5G的新的开发和验证工具箱来解决上述这些困难。一直以来,这家私有企业主要为设计工程提供开发和验证工具——MATLAB和Simulink,前者是一个适用于算法开发、数据分析和可视化、数值计算的工具,后者则是一个图形化系统设计、仿真测试工具。这两款软件和近100种附加产品已经在全球九万多个公司、政府部门和大学中使用,其行业包括汽车工业、航空航天、电子以及互联网领域,例如亚马逊、谷歌和facebook也都是这些软件的用户。
据MathWorks美国总部产品市场经理赵志宏介绍,MathWorks在几年前就开始推出支持不同通讯标准的产品,包括4G LTE、ZigBee、WLAN和NB-IoT。而这次推出的5G工具箱提供了符合5G通信标准的波形产生和参考设计,适用于5G通信产品的物理层建模、仿真和验证。它提供了一个集成的工作环境,对所设计的5G通信产品可以进行仿真、快速原型和测试,还可以进行快速地设计一些关键的算法,预测5G系统的端到端之间的链路的性能,并确保算法和设计符合5G的标准。
这个5G工具箱有三个典型应用场景,也侧面反映了目前5G系统设计中的痛点,这三个场景包括:1、产生和分析符合5G的标准的波形,即OFDEM波形,还有新的编码方案、参数集,包括子载波的间隔和符号长度。这个功能使得工程师可以不需要仔细了解发射器方面的性能,而直接利用产生出来的波形去测试他们的接收器的功能,从而节约开发时间,降低错误率;2、可以很快地建立一个端到端的链路级的仿真的模型,包括发射器、接收器和信道的模型。工程师可以在这个已经建立好的信道模型上去验证自己的算法,进行参数调整,分析误码率、吞吐量,直到最后整个链路、各个环节都符合他们自己的设计要求;3、在产品的验证阶段,工程师们可以把仿真过的模型作为黄金参考,进行产品的实现和验证。他们可以采用仿真模型产生的输入和输出数据,来验证自己的硬件,也可以采用代码产生的功能,直接把设计好的算法、设计好的模型转换成代码,放到硬件上去运行。
MathWorks 5G工具箱有三个典型的应用场景
图:MathWorks 5G工具箱有三个典型的应用场景
这个5G工具箱包含在2018b版本里面,赵志宏表示,该版本还包含了另外几个新功能的工具箱,包括LTE Toolbox——增加了一个NB-IoT的参考模型(该参考模型适用于现在采用LTE信道的低速率、低功率的物联网设备,非常适合这样的设备);一个LTE-M参考模型(适合于采用LET信道的这些中等数据的物联网的连接);WLAN Toolbox——增加了802.11ax标准的支持;Communications Toolbox——增加了无线波形发生器(可以利用图形界面进行交互式创建所需要的无线测试的波形)。
目前,支持5G开发的工具有很多,MathWorks则强调其不同之处在于“整套开发流程”。“我们有很多工具箱,涵盖很多技术领域,比如在设计整个的通信链路、通信系统的时候,工程师可以把数字基带和射频放在一起去仿真,可以把天线阵列和信道模型放在一起去仿真,这种跨领域的、跨技术的模型的仿真,可以弥补工程师在某些领域知识上的不足。”赵志宏说,“使用MathWorks工具箱,可以确保设计出来的产品能够符合5G通讯标准,因为通过建模和仿真所得出的结果,可以通过工具里面提供的硬件接口,来直接地去进行硬件方面的实现和硬件方面的测试,所以无需担心模型是否符合标准。此外,如果结合建模仿真和代码产生的技术,设计师可以很快地把他设计出来的模型变成硬件的原型,甚至直接变成产品。”
MathWorks 5G开发流程亮点MathWorks 5G开发流程亮点
图:MathWorks 5G开发流程亮点
 
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