科学的尽头是数学——MathWorks用工程数学破解5G难题

2023-07-04 07:52:02 来源：通信世界全媒体小 中

（CWW）如果说网络基础设施是数字经济的引擎和原动力，那么基础算法则是网络创新的引擎和原动力。随着网络规模的持续扩大、质量的不断完善、技术的日益精进，基础算法的重要性日益凸显。一些持续深耕于该领域的企业开始立足5G、面向未来演进，探索如何基于工程数学，不断优化基础算法，从网络层面更好地服务数字经济。

数学计算和软件开发商MathWorks就是这样的一家公司。MathWorks成立于1984年，至今已有近40年的历史，其数学软件MATLAB和仿真工具Simulink帮助解决了无线通信、物联网等领域的诸多难题，更是在航空航天、医疗保健等领域完成了一个又一个的艰巨任务。

(相关资料图)

在近日举办的“MATLAB EXPO 2023中国”上，来自中讯邮电咨询设计院的专家和MathWorks中国应用工程经理赵晨星详解了基础算法如何破解5G和6G领域的关键难题。

网络基础设施：数字经济的引擎和原动力

近年来,数字经济发展速度之快、辐射范围之广、影响程度之深前所未有，正在成为重组全球要素资源、重塑全球经济结构、改变全球竞争格局的关键力量。世界各国高度重视数字经济，纷纷将其上升到国家战略层面，通过出台多项政策，推动数字经济成为顶层设计。在我国，目前已基本形成完善的数字经济顶层设计与政策体系，数字经济规模同比增长近年来保持在10%以上，成为推进中国式现代化的重要驱动力量。

数字经济包括万象，其中5G成为数字产业化高质量发展的新引擎。在网络基础领域，5G网络提供了数字通道和海量信息，边缘计算、5G TSN、5G LAN、5G NPN成为专利布局热点；在产品领域，近年来无论终端还是基站均在技术、价格、性能等方面实现了突破，为数字经济提供了良好支撑；在应用领域，全国“5G+工业互联网”项目已经涉及41个国民经济大类。

“5G网络持续赋能数字经济，是部署的重中之重。从我们的经验和基础来看，网络基础设施提供了数字经济的引擎和原动力。”中讯邮电咨询设计院专家表示。

作为原邮电部建设最早、规模最大、综合性、综合性的甲级咨询设计单位，中讯邮电咨询设计院目前是中国联通集团的设计院，承担了多项国内第一的重大工程项目。面向5G及未来演进，中讯邮电咨询设计院持续推动网络演进和创新，关注从网络层面如何更科学、更高效地服务数字经济。

在此过程中，中讯邮电咨询设计院与MathWorks优势互补，破解了5G及6G演进的诸多难题，夯实了数字经济的根基。

底层算法赋能：助力5G和6G高效建网

具体而言，中讯邮电咨询设计院专家以通感技术应用、面向5G to C网络运营、低空通信为例进行了说明。

通感是6G的重要潜在技术之一，可以实现对数据的实时感知和处理。通感的目标检测在车辆动态检测，桥梁、斜坡检测中有着大量应用，其技术难度在于动目标通感信号的背景与杂波滤除、非合作动目标参数估计、多目标联合成像与跟踪。通过引入MATLAB，可实现动态成像及成像跟踪，部署环境与高速环境非常吻合，感知细节更加丰富。实测发现，在高速网上可以动态跟踪车辆形态、速度、方向，精度达到一米以内。

通感在室内弱目标检测与被动跟踪检测，以及感知构筑城市建筑物方面非常实用。以后者为例，在高楼林立的大城市，多种电磁波共存，难免对通信带来干扰，如何检测电磁传播是确保正常通信的基础。中讯邮电咨询设计院与MathWorks合作，引入数学工程方法，基于BI算法进行深入分析，将原型建筑物恢复到比较精准的界面。

除了面向6G潜在技术的研究，还有面向5G现网难题的探索。中讯邮电咨询设计院专家介绍，随着网络规模的扩大，5G已经步入成熟期，数据流量呈现迅猛增长的态势，如何预估网络容量、满足用户需求是5G网络面临的重点难题。在此方面，运营商的传统做法比较粗放——当网络利用率超过一定指标时就进行扩容。现在，中讯邮电咨询设计院借助MATLAB构建了5G链路级仿真模型，并结合无线传播环境构建网络组网模型和全网仿真实际网络模型，通过AI聚类和小区分类建立未来容量增长模型，实现了对未来容量更为精确的预测，并基于增长模型设定扩容门限，使得扩容决策更加精准科学。

以6G潜在技术和5G基础技术为依托，中讯邮电咨询设计院还深挖低空通信场景。在此场景下出现了一些传统地面通信没有的应用，如无人机送货。在低空场景，空中通信的安全保障、低空通信的质量监测、网络入侵的安全检测等都是需要解决的问题。借助MATLAB无线通信相关工具箱，可以实现网络规划和性能预测，以及用户视角的沉浸式感知，为低空通信提供安全无虞的网络保障。

工程数学：无处不在，奠定通信基础

MathWorks的基础算法和工程数学如何破解上述难题？其原因在于，工程数学无处不在，奠定了所有学科的基础。

以MathWorks为例，其MATLAB是以数学为基石的工具，在清洁能源、生物制药、航空航天、金融、通信等诸多领域有着大量应用，对于破解关键难题、推动产业进步发挥了重要作用。

MathWorks中国应用工程经理赵晨星表示，随着5G的演进，其对工程数学的需求不断增长。5G提出了三大应用场景，引入了新的编码方式，划分了新的频谱资源，这就需要传统算法进行革新，需要强大的工程数学予以支撑。在此方面，通信工程师希望合作伙伴与其分工配合，提供工程数学与算法方面的支撑。

赵晨星告诉记者，MathWorks长期专注于工程数学和算法领域，在通信行业砥砺深耕，有着长期丰富的经验积累。在与中讯邮电咨询设计院的合作中，MathWorks的MATLAB、Simulink系列工具，依托中迅邮电搭建的平台，对其网络提供物理层的算法支撑，对于网络规划、建设、运维及标准演进起到了重要作用。

尤其是在移动通信从2G、3G、4G到5G的演进中，MathWorks紧随标准变化，持续更新工具和参考示例，同时结合AI等趋势，提供系统化、便捷的深度学习网络设计、优化、训练测试流程，实现与行业发展、标准演进、技术进步的共同成长，见证了通信日新月异的变化给人们带来的诸多利好。

数字经济持续为国民经济稳增长保驾护航，网络奠定了数字经济的根基，以工程数学为基础，以基础算法为依托，未来的网络建设将更加高质有效，从而更科学、更高效地服务数字经济。

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