科学的尽头是数学——MathWorks用工程数学破解5G难题
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
(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。
(相关资料图)
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。
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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