使用MATLAB加速4G通信系统的设计

本刊记者 白皎玮

MathWorks是数学计算软件领域的世界领先的开发商，它所推出的MATLAB是一种用于算法开发、数据分析、可视化和数值计算的程序设计环境，被称为“科学计算的语言”。Simulink是一种图形环境，可用于对多域的动态和嵌入式系统进行仿真和模型设计。全球各地的工程师和科学家均借助其产品系列，加速在汽车、航空、电子、金融服务、生物医药以及其他行业的发明、创新及开发的步伐。此次，针对使用MATLAB加速4G通信系统的设计，记者对上海贝尔阿尔卡特朗讯股份有限公司的江浩博士、MathWorks公司中国教育业务发展总监陈炜、MathWorks公司中国区高级应用工程师魏奋进行了采访。

对于MATLAB的市场定位及发展方向，魏奋工程师介绍：“MathWorks公司一直致力于加快科学和工程的发展。MATLAB软件最初设计的定位是针对科学家、科研人员和工业工程师群体，也包括在校的未来的工程师们。航空航天、汽车、通信和教育行业是其现在的核心市场。近几年来我们在中国金融、能源和电力行业市场的发展也非常快，另外例如计算生物学和医药领域虽然目前在中国国内用MathWorks产品进行数据分析和建模还不是很多，但也是我们非常重视的新兴领域。”

陈炜总监补充说：“我们会有很多与行业结合的团队，他们会给我们提供很多的建议，这些建议将体现在MATLAB这个平台上。不同团队的意见和反馈会在工具箱里体现，从而把不同的行业需求在产品的后续发展、演进中体现出来，更加满足工程应用和科学应用的需求。这也是将来MathWorks或者MATLAB的产品的发展方向，成为一个更加适合科学家跟工程师使用的平台。”

在谈到MATLAB的出彩之处及如何使用MATLAB加速4G通信系统的设计时，江浩博士首先讲到两点：并行计算和MATLAB Coder。

由于系统比较复杂，又需要针对不同的编码调制方案进行仿真，再加上不同的信道模型（如AWGN,EPA,EVA,ETU和LTE系统为支持MIMO而引入的SCME等信道模型），这几种因素混合在一起，造成仿真量相当大，同时对仿真速度的要求也更苛刻。如果用以前的方式，要得到一个好的仿真曲线耗时太长，MATLAB为他们提供了一个仿真工具箱，通过它可以动态地分配仿真任务，将任务分在不同的Worker上完成。基本上，一个12个点构成的性能曲线，可以分在12个Worker上做，大概相当于1/12的时间，就可得到曲线。MATLAB系统使得他们不必为了怎么提高并行计算效率或者实现并行计算的功能而花太多时间，提高了他们的工作效率。

MATLAB Coder可以生成C和C++的MATLAB代码，支持MATLAB语言的核心功能子集，还可以自动从MATLAB函数生成MEX函数，加速定点算法的效果尤为明显。MATLAB Coder也可以自动从算法实现时手写的C代码生成MEX函数，在MATLAB平台上进行算法验证，使用PARFOR调用MEX函数可以进一步加速LTE系统仿真。MATLAB Coder结合Embedded Coder也可生成用于硬件实现的C代码。

江浩博士还提到了运用MATLAB进行算法验证。运用MATLAB可以进行定点和浮点仿真，输出测试向量；对于PUCCH、RACH链路实现了MATLAB仿真链路和DSP代码输出结果的比特级对齐。

记者了解到MATLAB以及信号处理通信模块也提供了LTE算法开发的平台，包括高性能矩阵运算、丰富的滤波器设计、通信系统性能评估以及可视化函数。利用MATLAB的高性能矩阵运算（比如矩阵求逆）可提高开发效率并降低调试难度。典型的例子包括OFDM系统的频域均衡（MRC）和邻小区干扰较大情况下采用的IRC算法。□