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MathWorks: 5G系统7大领域迎来设计福音

时间:2016-11-29 作者:邵乐峰 阅读:
不同于以往的通讯技术,即将到来的5G标准在频带(>>20Gbps)、延迟(< 10ms)、支持不同设备连接、与LTE/WLAN共存等方面都提出了新的要求。
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不同于以往的通讯技术,即将到来的5G标准在频带(>>20Gbps)、延迟(< 10ms)、支持不同设备连接、与LTE/WLAN共存等方面都提出了新的要求。在MathWorks产品市场经理赵志宏看来,毫米波(mmWave)频段、多天线阵列(massive MIMO)、波束形成技术(Beamforming)、有源相控阵天线系统、新的发射波形(UFMC/FBMC/GFDM)、以及先进的RF/DSP协同设计等技术,都将会在未来5G通讯技术中扮演重要角色。随之而来的,是设计工程师在基带算法设计和射频系统构架设计上面临的新挑战。zj7EETC-电子工程专辑

赵志宏表示,5G无线通讯系统设计涉及到系统架构、DSP算法、软件开发、数字电路硬件、混合信号硬件、射频、天线设计等7种不同的技能。对设计工程师而言,这不但意味着他们需要掌握多个领域的技术,还意味着产品设计、开发、投放市场的周期缩短,在产品验证上的费用增加。zj7EETC-电子工程专辑

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为了更好的帮助系统设计师解决这些问题,MathWorks在去年年初发布的R2015a版本中就做出了积极的努力,推出了从天线到数字的(antenna-to-bits)无线设计解决方案。该解决方案可以帮助无线和雷达系统工程师仿真集成多个天线、智能射频设备和高级接收器算法的设计,新的软件无线电(SDR)硬件支持允许通过LTE及其他波形进行无线测试。zj7EETC-电子工程专辑

“相关工具箱产品的大量推出,说明MATLAB和Simulink工具的价值正在得到业界认可,我认为可以从以下四方面加以解读。”赵志宏说。zj7EETC-电子工程专辑

● 首先,MathWorks提供了一个端到端的、完整的无线传输系统算法开发、设计和分析平台,这改变了过去只能针对某一个模块进行分析的状况,用户可以把整个系统在软件里搭建出来,并通过计算机进行仿真,从而对新功能有一个直观的了解。以下图为例,从最左边的信号发生、信号分析,到调用符合LTE/WLAN标准的库元件,再到在链路层将系统建立起来,设计师可以很容易的把一整套端到端的系统完全设计出来,并在Simulink和MATLAB里进行仿真,并将结果作为参考模型进行质量测试。zj7EETC-电子工程专辑

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● 其次是基带数字信号处理、射频电路和天线的联合仿真,这样无线通信算法工程师就可以在基带算法仿真中加入器件非线性、射频噪音等因素对射频电路的影响。zj7EETC-电子工程专辑

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赵志宏列举了上海贝尔采用MathWorks产品进行射频—数字协同设计的成功案例。在设计LTE-A基站的功放电路时,上海贝尔在FPGA上原型预失真的算法中使用了这种设计方法,减少了硬件设计的迭代次数,而且90%算法可复用。
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● 第三是针对FPGA、ASIC或内嵌处理器的优化的HDL和C代码产生,允许将仿真模型与真实的硬件相连接,把通过计算机仿真计算出来的波形发射出去。zj7EETC-电子工程专辑

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整个的工作流程可以用“基于模型的设计方法”理念来描述。也就是说,当工程师将算法模型搭建起来并通过仿真验证之后,通过代码产生功能就可以自动将建好的算法模型生成可以实现的硬件。这一过程中,由于工具自身的特点,可以保证系统自动生成的代码与算法模型完全一致,而且还可以根据不同的硬件做不同的优化。zj7EETC-电子工程专辑

如果将这一流程用于5G通讯系统设计,工程师就可以直接将MATLAB代码用于基带模型生成,然后通过Simulink模型加以实现,包括进一步的功能优化,例如定浮点数转换、构架优化与复用等,其最大的特点在于模块化、图形化。在此基础上,产生出的可读、可优化、可移植的HDL代码,将被直接用于FPGA、ASIC以及其它嵌入式处理器上。zj7EETC-电子工程专辑

● 最后,则是支持其他测试设备厂商的信号产生和测量设备。目前,MATLAB可以通过USB、以太网等硬件接口直接与两类硬件设备相连接。一类是以是德科技RF信号发生器、频谱分析仪发射和接受仪器为代表的通用测试设备,另一类则是低成本的软件无线电(SDR)设备。通过这些平台,用户可以将MATLAB、Simulink里产生出来的信号直接发射出去。zj7EETC-电子工程专辑

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邵乐峰
ASPENCORE 中国区首席分析师。
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