5G Toolbox具备四大能力和三大应用场景

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。日前，MathWorks美国总部产品市场经理赵志宏表示，5G的新技术及新架构给用户带来便利的同时，给无线设计带来三大挑战，MathWorks推出的5G Toolbox具备四大能力可以帮助工程师轻松克服困难。

MathWorks美国总部产品市场经理赵志宏

“5G Toolbox推出近三个月时间，就已经应用到一些行业领域，如汽车领域、航空航天、军工等领域。”赵志宏透露，“我们的工具箱实际上不仅是在用在产品开发里面，5G标准的组织实际上也在用它来不断向前推动5G标准开发。”

“5G给带来的不仅仅是无线通信性能上的飞跃，更重要的是，5G的低延时、高可靠性这种通讯的连接方式，使它突破了4G LTE的传统应用领域。”赵志宏表示，“5G可以用在无人驾驶、工业自动化以及包括大规模的物联网领域；高清视频、M2M、车与车的通讯将来都会依赖于5G技术。”

在赵志宏看来，“5G之所以能给用户带来这么大的性能飞越，主要是因为它采用了先进的技术与新架构，比如说在物理层方面，它有了新的信道模型、新的波形、新的编码和调整的一些方案；另外在射频和天线的部分，采用了毫米波、大规模天线阵列、波束成型技术；在系统和网络构架方面，它采用了低功率、小覆盖范围的基站。”

赵志宏指出，“5G的新技术及新架构给用户带来便利的同时，却给无线设计带来三大挑战。”

对于通讯设计团队来说，他们必须符合标准的设计所需要的技能和工作流程，了解新的物理层架构、无线射频架构、网络架构及新的设计和测试方法；通讯系统性能的设计越来越复杂和设计周期越来越短；此外，由于无线通讯的标准是不断地向前发展的，在设计新产品的时候，工程师们还要考虑新产品与旧标准共存问题，现在很少有公司能够有足够多的技术力量，能够覆盖到3G、4G、5G这些所有的技术，所以硬件验证成本也在不断增加。”

“MathWorks一直紧跟无线通讯标准，从5G发布时间表来看，MATLAB在每个环节都发布新的功能。”赵志宏表示，“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。此次，MathWorks推出的采用MATLAB设计符合5G标准的通信系统5G Toolbox。”

据了解，5G Toolbox具备四大能力。一是提供集成的工作流程来模拟、快速原型和测试5G系统；二是工程师使用5G Toolbox可以快速设计关键算法、预测5G系统的端到端链路性能；三是工程师使用5G Toolbox可以快速预测和定制系统性能；四是确保算法和系统设计符合5G标准。

5G Toolbox应用场景一是5G标准波形产生和分析。赵志宏表示，5G Toolbox支持标准里定义的OFDM这种波形，还有新编码方案、参数集，包括子载波间隔和符号长度。波形产生实际上是一个很重要的功能，因为接收器设计的工程师，他们往往需要大量的测试数据来测试他们的接收器，有了这个标准波形发生的功能，他们可以不需要仔细了解这个发射器方面的一些性能，而是可以直接利用到产生出来的波形去测试他们的接收器的功能，大大节约了时间，而且降低了出错可能性。”

第二个应用场景是可以快速建立端到端的链路级的仿真的模型，包括发射器、接收器、信道模型。那样，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，去进行调整一些参数，分析误码率、吞吐量这样的性能，直到最后整个链路、各个环节都符合他们自己的设计要求。

第三个应用场景就是在产品验证阶段，工程师可以把仿真过的模型作为参考，进行产品的实现和验证。赵志宏指出，“工程师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。”

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；Communication 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)。

强大的功能及完整的开发流程让5G Toolbox迅速赢得市场信任。

华为公司无线通信专家朱尔霓评价到，“MATLAB 和 Simulink 提供统一的高效系统开发平台，在模拟与数字、软件与硬件以及算法、实现与验证之间架起桥梁。”

Convida Wireless 的 Allan Yingming Tsai表示，“MATLAB 让我们很容易建立5G特性的原型，因为我们能从经过验证的发射器功能着手，通过我们自己的增强进行定制，迅速产生一个原型进行仿真。”

“5G Toolbox发布了将近三个月时间，该产品已经应用到一些行业领域，如汽车领域、航空航天、军工等领域。”赵志宏透露，“我们的工具箱实际上不仅是在用在产品开发里面，5G标准的组织实际上也在用，不停地向前开发5G标准本身。”

赵志宏坦言，如果大家在市面上去找能够支持5G的开发的工具，其实也很多。“MathWorks工具之所以能够脱颖而出的最主要原因在于，MathWorks是一个整套的开发流程，具备三大亮点。”

第一个亮点是结合算法和射频的设计。赵志宏表示，MathWorks工具箱有很多，并且涵盖各个技术领域，比如说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。此外，那么我们还有单独的工具箱，可以让工程师把这两方面的功能在一起去仿真。另外我们可以让用户把他们的天线阵列和信道模型在一起去仿真，那么这样跨领域的、跨技术的这样的模型可以放在一起去进行仿真。这样的话，工程师就可以得心应手，用工具来弥补他们在知识上的一些不足或者缺陷。

第二个亮点是确保5G标准。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，采用工具设计的模型，设计师不必担心他设计出来的模型是否符合标准。因为他们通过建模、通过仿真所得出的结果，还可以通过工具里面提供的硬件的接口，来直接地去进行硬件方面的实现和硬件方面的测试，所以他们不需要去担心到底搭建出来的模型是否符合标准。

第三个亮点是加速算法的软硬件实现。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。

“以上这些优势可以给产品开发商带来很多的效益，帮助无线设计工程师应对现在不断增加的产品复杂性和不断缩短的开发周期，能够维持开发效率，无需从零开始。”赵志宏指出，在产品设计初期，设计师可以通过建模、通过仿真来了解、来分析整个系统的功能和性能。在系统功能和性能确定之后，设计师可以在这个模型的基础上进行逐步地细化设计架构。”

“在实现环节上，工程师也可以采用代码产生的技术，能够快速地做出产品的原型，甚至把产品中设计的关键技术、关键算法产生出代码，进行优化，放到产品当中去，直接用在产品里面。这样可以大大节省产品设计所需要的人力和时间。而在后续的产品开发中，因为无线通讯的标准是在不停地往前发展，那么5G也会有不停地进行更新，那么在新的标准出来之后，设计工程师就可以在原来已经开发出来的这个模型之上进行调整，不必重新开始去设计整个的产品。”