5G標(biāo)準(zhǔn)在2018年6月發(fā)布后，通信業(yè)正在加快5G商用化落地進(jìn)程，推出符合5G標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。如中國移動(dòng)計(jì)劃在2019年上半年推出5G智能手機(jī)，實(shí)現(xiàn)預(yù)商用，到2020年進(jìn)入正式商用階段。在應(yīng)用上，5G突破了很多4G LTE的傳統(tǒng)應(yīng)用，包括移動(dòng)通信、M2M 、車聯(lián)網(wǎng)(V2V/V2X)以及低功耗、低延遲的IoT通信。在無線系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(diào)制；在射頻和天線采用了毫米波技術(shù)、大規(guī)模天線陣列技術(shù)，以及波束成型技術(shù)；在系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架方面，采用了低功率、小覆蓋范圍的基站。對于通訊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)而言，他們既要了解這些新技術(shù)，還要更新他們的設(shè)計(jì)和測試方法，同時(shí)，設(shè)計(jì)工程師們還要考慮他們的產(chǎn)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(shù)力量，來覆蓋3G、4G、5G所有相關(guān)技術(shù)。

最近，MathWorks正在推動(dòng)其針對5G的新的開發(fā)和驗(yàn)證工具箱來解決上述這些困難。一直以來，這家私有企業(yè)主要為設(shè)計(jì)工程提供開發(fā)和驗(yàn)證工具——MATLAB和Simulink，前者是一個(gè)適用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)分析和可視化、數(shù)值計(jì)算的工具，后者則是一個(gè)圖形化系統(tǒng)設(shè)計(jì)、仿真測試工具。這兩款軟件和近100種附加產(chǎn)品已經(jīng)在全球九萬多個(gè)公司、政府部門和大學(xué)中使用，其行業(yè)包括汽車工業(yè)、航空航天、電子以及互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，例如亞馬遜、谷歌和facebook也都是這些軟件的用戶。

據(jù)MathWorks美國總部產(chǎn)品市場經(jīng)理趙志宏介紹，MathWorks在幾年前就開始推出支持不同通訊標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)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(biāo)準(zhǔn)的波形產(chǎn)生和參考設(shè)計(jì)，適用于5G通信產(chǎn)品的物理層建模、仿真和驗(yàn)證。它提供了一個(gè)集成的工作環(huán)境，對所設(shè)計(jì)的5G通信產(chǎn)品可以進(jìn)行仿真、快速原型和測試，還可以進(jìn)行快速地設(shè)計(jì)一些關(guān)鍵的算法，預(yù)測5G系統(tǒng)的端到端之間的鏈路的性能，并確保算法和設(shè)計(jì)符合5G的標(biāo)準(zhǔn)。

這個(gè)5G工具箱有三個(gè)典型應(yīng)用場景，也側(cè)面反映了目前5G系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的痛點(diǎn)，這三個(gè)場景包括：1、產(chǎn)生和分析符合5G的標(biāo)準(zhǔn)的波形，即OFDEM波形，還有新的編碼方案、參數(shù)集，包括子載波的間隔和符號長度。這個(gè)功能使得工程師可以不需要仔細(xì)了解發(fā)射器方面的性能，而直接利用產(chǎn)生出來的波形去測試他們的接收器的功能，從而節(jié)約開發(fā)時(shí)間，降低錯(cuò)誤率；2、可以很快地建立一個(gè)端到端的鏈路級的仿真的模型，包括發(fā)射器、接收器和信道的模型。工程師可以在這個(gè)已經(jīng)建立好的信道模型上去驗(yàn)證自己的算法，進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，分析誤碼率、吞吐量，直到最后整個(gè)鏈路、各個(gè)環(huán)節(jié)都符合他們自己的設(shè)計(jì)要求；3、在產(chǎn)品的驗(yàn)證階段，工程師們可以把仿真過的模型作為黃金參考，進(jìn)行產(chǎn)品的實(shí)現(xiàn)和驗(yàn)證。他們可以采用仿真模型產(chǎn)生的輸入和輸出數(shù)據(jù)，來驗(yàn)證自己的硬件，也可以采用代碼產(chǎn)生的功能，直接把設(shè)計(jì)好的算法、設(shè)計(jì)好的模型轉(zhuǎn)換成代碼，放到硬件上去運(yùn)行。

圖：MathWorks 5G工具箱有三個(gè)典型的應(yīng)用場景

這個(gè)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(gè)新功能的工具箱，包括LTE Toolbox——增加了一個(gè)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(wǎng)設(shè)備，非常適合這樣的設(shè)備）；一個(gè)LTE-M參考模型（適合于采用LET信道的這些中等數(shù)據(jù)的物聯(lián)網(wǎng)的連接）；WLAN Toolbox——增加了802.11ax標(biāo)準(zhǔn)的支持；Communications Toolbox——增加了無線波形發(fā)生器(可以利用圖形界面進(jìn)行交互式創(chuàng)建所需要的無線測試的波形)。

目前，支持5G開發(fā)的工具有很多，MathWorks則強(qiáng)調(diào)其不同之處在于“整套開發(fā)流程”?！拔覀冇泻芏喙ぞ呦洌w很多技術(shù)領(lǐng)域，比如在設(shè)計(jì)整個(gè)的通信鏈路、通信系統(tǒng)的時(shí)候，工程師可以把數(shù)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(lǐng)域的、跨技術(shù)的模型的仿真，可以彌補(bǔ)工程師在某些領(lǐng)域知識(shí)上的不足。”趙志宏說，“使用MathWorks工具箱，可以確保設(shè)計(jì)出來的產(chǎn)品能夠符合5G通訊標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)橥ㄟ^建模和仿真所得出的結(jié)果，可以通過工具里面提供的硬件接口，來直接地去進(jìn)行硬件方面的實(shí)現(xiàn)和硬件方面的測試，所以無需擔(dān)心模型是否符合標(biāo)準(zhǔn)。此外，如果結(jié)合建模仿真和代碼產(chǎn)生的技術(shù)，設(shè)計(jì)師可以很快地把他設(shè)計(jì)出來的模型變成硬件的原型，甚至直接變成產(chǎn)品?！?/div>