使用MATLAB加速4G通信系統的設計

本刊記者 白皎瑋

MathWorks是數學計算軟件領域的世界領先的開發商，它所推出的MATLAB是一種用于算法開發、數據分析、可視化和數值計算的程序設計環境，被稱為“科學計算的語言”。Simulink是一種圖形環境，可用于對多域的動態和嵌入式系統進行仿真和模型設計。全球各地的工程師和科學家均借助其產品系列，加速在汽車、航空、電子、金融服務、生物醫藥以及其他行業的發明、創新及開發的步伐。此次，針對使用MATLAB加速4G通信系統的設計，記者對上海貝爾阿爾卡特朗訊股份有限公司的江浩博士、MathWorks公司中國教育業務發展總監陳煒、MathWorks公司中國區高級應用工程師魏奮進行了采訪。

對于MATLAB的市場定位及發展方向，魏奮工程師介紹：“MathWorks公司一直致力于加快科學和工程的發展。MATLAB軟件最初設計的定位是針對科學家、科研人員和工業工程師群體，也包括在校的未來的工程師們。航空航天、汽車、通信和教育行業是其現在的核心市場。近幾年來我們在中國金融、能源和電力行業市場的發展也非常快，另外例如計算生物學和醫藥領域雖然目前在中國國內用MathWorks產品進行數據分析和建模還不是很多，但也是我們非常重視的新興領域。”

陳煒總監補充說：“我們會有很多與行業結合的團隊，他們會給我們提供很多的建議，這些建議將體現在MATLAB這個平臺上。不同團隊的意見和反饋會在工具箱里體現，從而把不同的行業需求在產品的后續發展、演進中體現出來，更加滿足工程應用和科學應用的需求。這也是將來MathWorks或者MATLAB的產品的發展方向，成為一個更加適合科學家跟工程師使用的平臺。”

在談到MATLAB的出彩之處及如何使用MATLAB加速4G通信系統的設計時，江浩博士首先講到兩點：并行計算和MATLAB Coder。

由于系統比較復雜，又需要針對不同的編碼調制方案進行仿真，再加上不同的信道模型（如AWGN,EPA,EVA,ETU和LTE系統為支持MIMO而引入的SCME等信道模型），這幾種因素混合在一起，造成仿真量相當大，同時對仿真速度的要求也更苛刻。如果用以前的方式，要得到一個好的仿真曲線耗時太長，MATLAB為他們提供了一個仿真工具箱，通過它可以動態地分配仿真任務，將任務分在不同的Worker上完成。基本上，一個12個點構成的性能曲線，可以分在12個Worker上做，大概相當于1/12的時間，就可得到曲線。MATLAB系統使得他們不必為了怎么提高并行計算效率或者實現并行計算的功能而花太多時間，提高了他們的工作效率。

MATLAB Coder可以生成C和C++的MATLAB代碼，支持MATLAB語言的核心功能子集，還可以自動從MATLAB函數生成MEX函數，加速定點算法的效果尤為明顯。MATLAB Coder也可以自動從算法實現時手寫的C代碼生成MEX函數，在MATLAB平臺上進行算法驗證，使用PARFOR調用MEX函數可以進一步加速LTE系統仿真。MATLAB Coder結合Embedded Coder也可生成用于硬件實現的C代碼。

江浩博士還提到了運用MATLAB進行算法驗證。運用MATLAB可以進行定點和浮點仿真，輸出測試向量；對于PUCCH、RACH鏈路實現了MATLAB仿真鏈路和DSP代碼輸出結果的比特級對齊。

記者了解到MATLAB以及信號處理通信模塊也提供了LTE算法開發的平臺，包括高性能矩陣運算、豐富的濾波器設計、通信系統性能評估以及可視化函數。利用MATLAB的高性能矩陣運算（比如矩陣求逆）可提高開發效率并降低調試難度。典型的例子包括OFDM系統的頻域均衡（MRC）和鄰小區干擾較大情況下采用的IRC算法。□