都科摩（北京）通信技術研究中心有限公司致力于研究和開發用于 4G 和 B4G 移動網絡的高級無線通信技術。這些技術包括物理層信號處理方法和 MIMO 系統，旨在提高將來蜂窩網絡的基站和移動設備中的系統容量。

研究中心的研究人員和工程師們使用 MATLAB 探索新構思和理論、開發算法和系統以及對其設計進行功能驗證。研究人員通過鏈路級和系統級仿真來測試設計性能和魯棒性。通過借助MathWorks軟件工具加速這些仿真，都科摩（北京）研究中心將開發時間縮短了一半，同時使其研究人員驗證的測試用例、參數設置和工作方案數量與以前相比，增加了約五倍。

都科摩（北京）研究中心系統級仿真程序的用戶界面

挑戰

都科摩（北京）研究中心開發的許多算法都涉及復雜過程和計算密集型運算，包括統計信號處理、信道編碼和解碼以及對大型矩陣的復雜運算。研究人員努力避免采用耗費時間的低級語言（如 C 或 C++）對這些算法進行編程。

因為開發的無線系統高度復雜，無法通過解析方法來驗證其系統性能和魯棒性。相反，這些系統依賴于 Monte Carlo 仿真，這類仿真可測試一系列方案和參數值，包括不同網絡布局、信道模型、調制階數、信道編碼率和干擾級別。

系統級仿真通常包括數十個基站和數以百計的設備。研究人員最初嘗試在集群上運行這些仿真，包括手動將作業分布到不同系統并收集匯總結果。仿真過程十分耗費時間，并且容易出錯。

解決方案

都科摩（北京）研究中心使用MATLAB和附帶的工具箱加快了對復雜通信算法的探索和開發。

研究人員使用MATLAB，以交互方式探索算法構思并使復雜計算的結果可視化。用 MATLAB、Signal Processing Toolbox中的濾波函數以及Communications System Toolbox中的調制、解調、編碼和解碼函數開發出了完整的發送和接收鏈。

研究人員使用此鏈作為仿真框架，用于驗證使用 MATLAB 開發出的高級算法。例如，在開發用于新一代設備的新調制方案時，他們將對Signal Processing Toolbox中的調制器和解調器函數的調用替換為對其新自定義函數的調用。

團隊隨后在MATLAB中運行鏈路級仿真，以驗證算法的功能及其在存在信道噪音時的魯棒性。在刻畫出點到點的性能之后，研究人員開發出包含多個基站和數以百計移動設備的系統級模型。

通過使用Parallel Computing Toolbox，研究人員可在多核處理器上同時執行多個任務，從而加快仿真速度。只需對算法進行幾處小修改，此步驟便可在單個計算機上驗證算法的并行版本，從而為在研究中心的 32 核計算集群上進行開發做好準備。

借助MATLAB Distributed Computing Server，研究人員在集群上執行了大量 Monte Carlo 仿真，以獲取誤碼率、誤幀率、系統吞吐量、中斷概率和其他統計數據。團隊通過這些仿真可比較不同算法的性能、評估惡劣信道狀態下的魯棒性并計算整個網絡和小區邊緣處的吞吐量。

“借助 MATLAB，我們在編碼方面節省了時間，可將更多精力投入到開發創新移動通信算法。更重要的是，只需進行一些小修改，我們便可在計算集群上加快算法仿真速度，從而能在各種各樣的操作條件和方案下進行全面評估和驗證。”

—— 首席研發工程師, DOCOMO Beijing Labs

工程師運行仿真來驗證設計，并使用Communications System Toolbox中的誤碼率計算模塊來計算誤碼率。

借助Fixed-Point Designer，他們將設計從浮點轉變為固定點表示形式，從而進行比特位級的仿真。

Semtech工程師使用HDL Coder從完整的接收器鏈的Simulink模型生成VHDL。為了驗證VHDL，他們使用了HDL Verifier來通過Mentor Graphics Questa仿真器聯合仿真以驗證其Simulink設計與生成VHDL代碼的一致性。

結果

開發時間減半。都科摩（北京）研究中心的研究人員估計，與傳統 C 或 C++ 開發相比，使用 MATLAB 將開發時間縮短了 50%。研究人員可以使用高級通信系統函數以交互式方法快速開發新算法，而不是將時間耗費在低級編碼細節上。

仿真時間從數周縮短為數小時。在單個處理器上執行時，研究中心的大量仿真中有部分需要數周時間才能完成。借助 Parallel Computing Toolbox 和 MATLAB Distributed Computing Server，相同仿真可在研究中心的 32 核集群上運行，并在數小時內完成。

驗證的方案比過去多五倍。在過去，時間限制使研究人員不得不省略某些測試和仿真方案。得益于 MATLAB 中的快速算法開發和集群上的分布式仿真所節省的時間，研究中心將其運行的仿真數量提高了五倍，從而使研究人員對其設計的魯棒性更具信心。

使用 MATLAB 改變無線設計方法