使用MATLAB加速4G通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

本刊記者 白皎瑋

MathWorks是數(shù)學(xué)計(jì)算軟件領(lǐng)域的世界領(lǐng)先的開(kāi)發(fā)商，它所推出的MATLAB是一種用于算法開(kāi)發(fā)、數(shù)據(jù)分析、可視化和數(shù)值計(jì)算的程序設(shè)計(jì)環(huán)境，被稱為“科學(xué)計(jì)算的語(yǔ)言”。Simulink是一種圖形環(huán)境，可用于對(duì)多域的動(dòng)態(tài)和嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行仿真和模型設(shè)計(jì)。全球各地的工程師和科學(xué)家均借助其產(chǎn)品系列，加速在汽車、航空、電子、金融服務(wù)、生物醫(yī)藥以及其他行業(yè)的發(fā)明、創(chuàng)新及開(kāi)發(fā)的步伐。此次，針對(duì)使用MATLAB加速4G通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，記者對(duì)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(guó)教育業(yè)務(wù)發(fā)展總監(jiān)陳煒、MathWorks公司中國(guó)區(qū)高級(jí)應(yīng)用工程師魏奮進(jìn)行了采訪。

對(duì)于MATLAB的市場(chǎng)定位及發(fā)展方向，魏奮工程師介紹：“MathWorks公司一直致力于加快科學(xué)和工程的發(fā)展。MATLAB軟件最初設(shè)計(jì)的定位是針對(duì)科學(xué)家、科研人員和工業(yè)工程師群體，也包括在校的未來(lái)的工程師們。航空航天、汽車、通信和教育行業(yè)是其現(xiàn)在的核心市場(chǎng)。近幾年來(lái)我們?cè)谥袊?guó)金融、能源和電力行業(yè)市場(chǎng)的發(fā)展也非?？欤硗饫缬?jì)算生物學(xué)和醫(yī)藥領(lǐng)域雖然目前在中國(guó)國(guó)內(nèi)用MathWorks產(chǎn)品進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和建模還不是很多，但也是我們非常重視的新興領(lǐng)域?！?/p>

陳煒總監(jiān)補(bǔ)充說(shuō)：“我們會(huì)有很多與行業(yè)結(jié)合的團(tuán)隊(duì)，他們會(huì)給我們提供很多的建議，這些建議將體現(xiàn)在MATLAB這個(gè)平臺(tái)上。不同團(tuán)隊(duì)的意見(jiàn)和反饋會(huì)在工具箱里體現(xiàn)，從而把不同的行業(yè)需求在產(chǎn)品的后續(xù)發(fā)展、演進(jìn)中體現(xiàn)出來(lái)，更加滿足工程應(yīng)用和科學(xué)應(yīng)用的需求。這也是將來(lái)MathWorks或者M(jìn)ATLAB的產(chǎn)品的發(fā)展方向，成為一個(gè)更加適合科學(xué)家跟工程師使用的平臺(tái)?！?/p>

在談到MATLAB的出彩之處及如何使用MATLAB加速4G通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，江浩博士首先講到兩點(diǎn)：并行計(jì)算和MATLAB Coder。

由于系統(tǒng)比較復(fù)雜，又需要針對(duì)不同的編碼調(diào)制方案進(jìn)行仿真，再加上不同的信道模型（如AWGN,EPA,EVA,ETU和LTE系統(tǒng)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(dāng)大，同時(shí)對(duì)仿真速度的要求也更苛刻。如果用以前的方式，要得到一個(gè)好的仿真曲線耗時(shí)太長(zhǎng)，MATLAB為他們提供了一個(gè)仿真工具箱，通過(guò)它可以動(dòng)態(tài)地分配仿真任務(wù)，將任務(wù)分在不同的Worker上完成。基本上，一個(gè)12個(gè)點(diǎn)構(gòu)成的性能曲線，可以分在12個(gè)Worker上做，大概相當(dāng)于1/12的時(shí)間，就可得到曲線。MATLAB系統(tǒng)使得他們不必為了怎么提高并行計(jì)算效率或者實(shí)現(xiàn)并行計(jì)算的功能而花太多時(shí)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(yǔ)言的核心功能子集，還可以自動(dòng)從MATLAB函數(shù)生成MEX函數(shù)，加速定點(diǎn)算法的效果尤為明顯。MATLAB Coder也可以自動(dòng)從算法實(shí)現(xiàn)時(shí)手寫的C代碼生成MEX函數(shù)，在MATLAB平臺(tái)上進(jìn)行算法驗(yàn)證，使用PARFOR調(diào)用MEX函數(shù)可以進(jìn)一步加速LTE系統(tǒng)仿真。MATLAB Coder結(jié)合Embedded Coder也可生成用于硬件實(shí)現(xiàn)的C代碼。

江浩博士還提到了運(yùn)用MATLAB進(jìn)行算法驗(yàn)證。運(yùn)用MATLAB可以進(jìn)行定點(diǎn)和浮點(diǎn)仿真，輸出測(cè)試向量；對(duì)于PUCCH、RACH鏈路實(shí)現(xiàn)了MATLAB仿真鏈路和DSP代碼輸出結(jié)果的比特級(jí)對(duì)齊。

記者了解到MATLAB以及信號(hào)處理通信模塊也提供了LTE算法開(kāi)發(fā)的平臺(tái)，包括高性能矩陣運(yùn)算、豐富的濾波器設(shè)計(jì)、通信系統(tǒng)性能評(píng)估以及可視化函數(shù)。利用MATLAB的高性能矩陣運(yùn)算（比如矩陣求逆）可提高開(kāi)發(fā)效率并降低調(diào)試難度。典型的例子包括OFDM系統(tǒng)的頻域均衡（MRC）和鄰小區(qū)干擾較大情況下采用的IRC算法?！?/p>