科學的盡頭是數學——MathWorks用工程數學破解5G難題

（CWW）如果說網絡基礎設施是數字經濟的引擎和原動力，那么基礎算法則是網絡創(chuàng)新的引擎和原動力。隨著網絡規(guī)模的持續(xù)擴大、質量的不斷完善、技術的日益精進，基礎算法的重要性日益凸顯。一些持續(xù)深耕于該領域的企業(yè)開始立足5G、面向未來演進，探索如何基于工程數學，不斷優(yōu)化基礎算法，從網絡層面更好地服務數字經濟。

數學計算和軟件開發(fā)商MathWorks就是這樣的一家公司。MathWorks成立于1984年，至今已有近40年的歷史，其數學軟件MATLAB和仿真工具Simulink幫助解決了無線通信、物聯網等領域的諸多難題，更是在航空航天、醫(yī)療保健等領域完成了一個又一個的艱巨任務。

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在近日舉辦的“MATLAB EXPO 2023中國”上，來自中訊郵電咨詢設計院的專家和MathWorks中國應用工程經理趙晨星詳解了基礎算法如何破解5G和6G領域的關鍵難題。

網絡基礎設施：數字經濟的引擎和原動力

近年來,數字經濟發(fā)展速度之快、輻射范圍之廣、影響程度之深前所未有，正在成為重組全球要素資源、重塑全球經濟結構、改變全球競爭格局的關鍵力量。世界各國高度重視數字經濟，紛紛將其上升到國家戰(zhàn)略層面，通過出臺多項政策，推動數字經濟成為頂層設計。在我國，目前已基本形成完善的數字經濟頂層設計與政策體系，數字經濟規(guī)模同比增長近年來保持在10%以上，成為推進中國式現代化的重要驅動力量。

數字經濟包括萬象，其中5G成為數字產業(yè)化高質量發(fā)展的新引擎。在網絡基礎領域，5G網絡提供了數字通道和海量信息，邊緣計算、5G TSN、5G LAN、5G NPN成為專利布局熱點；在產品領域，近年來無論終端還是基站均在技術、價格、性能等方面實現了突破，為數字經濟提供了良好支撐；在應用領域，全國“5G+工業(yè)互聯網”項目已經涉及41個國民經濟大類。

“5G網絡持續(xù)賦能數字經濟，是部署的重中之重。從我們的經驗和基礎來看，網絡基礎設施提供了數字經濟的引擎和原動力。”中訊郵電咨詢設計院專家表示。

作為原郵電部建設最早、規(guī)模最大、綜合性、綜合性的甲級咨詢設計單位，中訊郵電咨詢設計院目前是中國聯通集團的設計院，承擔了多項國內第一的重大工程項目。面向5G及未來演進，中訊郵電咨詢設計院持續(xù)推動網絡演進和創(chuàng)新，關注從網絡層面如何更科學、更高效地服務數字經濟。

在此過程中，中訊郵電咨詢設計院與MathWorks優(yōu)勢互補，破解了5G及6G演進的諸多難題，夯實了數字經濟的根基。

底層算法賦能：助力5G和6G高效建網

具體而言，中訊郵電咨詢設計院專家以通感技術應用、面向5G to C網絡運營、低空通信為例進行了說明。

通感是6G的重要潛在技術之一，可以實現對數據的實時感知和處理。通感的目標檢測在車輛動態(tài)檢測，橋梁、斜坡檢測中有著大量應用，其技術難度在于動目標通感信號的背景與雜波濾除、非合作動目標參數估計、多目標聯合成像與跟蹤。通過引入MATLAB，可實現動態(tài)成像及成像跟蹤，部署環(huán)境與高速環(huán)境非常吻合，感知細節(jié)更加豐富。實測發(fā)現，在高速網上可以動態(tài)跟蹤車輛形態(tài)、速度、方向，精度達到一米以內。

通感在室內弱目標檢測與被動跟蹤檢測，以及感知構筑城市建筑物方面非常實用。以后者為例，在高樓林立的大城市，多種電磁波共存，難免對通信帶來干擾，如何檢測電磁傳播是確保正常通信的基礎。中訊郵電咨詢設計院與MathWorks合作，引入數學工程方法，基于BI算法進行深入分析，將原型建筑物恢復到比較精準的界面。

除了面向6G潛在技術的研究，還有面向5G現網難題的探索。中訊郵電咨詢設計院專家介紹，隨著網絡規(guī)模的擴大，5G已經步入成熟期，數據流量呈現迅猛增長的態(tài)勢，如何預估網絡容量、滿足用戶需求是5G網絡面臨的重點難題。在此方面，運營商的傳統(tǒng)做法比較粗放——當網絡利用率超過一定指標時就進行擴容?，F在，中訊郵電咨詢設計院借助MATLAB構建了5G鏈路級仿真模型，并結合無線傳播環(huán)境構建網絡組網模型和全網仿真實際網絡模型，通過AI聚類和小區(qū)分類建立未來容量增長模型，實現了對未來容量更為精確的預測，并基于增長模型設定擴容門限，使得擴容決策更加精準科學。

以6G潛在技術和5G基礎技術為依托，中訊郵電咨詢設計院還深挖低空通信場景。在此場景下出現了一些傳統(tǒng)地面通信沒有的應用，如無人機送貨。在低空場景，空中通信的安全保障、低空通信的質量監(jiān)測、網絡入侵的安全檢測等都是需要解決的問題。借助MATLAB無線通信相關工具箱，可以實現網絡規(guī)劃和性能預測，以及用戶視角的沉浸式感知，為低空通信提供安全無虞的網絡保障。

工程數學：無處不在，奠定通信基礎

MathWorks的基礎算法和工程數學如何破解上述難題？其原因在于，工程數學無處不在，奠定了所有學科的基礎。

以MathWorks為例，其MATLAB是以數學為基石的工具，在清潔能源、生物制藥、航空航天、金融、通信等諸多領域有著大量應用，對于破解關鍵難題、推動產業(yè)進步發(fā)揮了重要作用。

MathWorks中國應用工程經理趙晨星表示，隨著5G的演進，其對工程數學的需求不斷增長。5G提出了三大應用場景，引入了新的編碼方式，劃分了新的頻譜資源，這就需要傳統(tǒng)算法進行革新，需要強大的工程數學予以支撐。在此方面，通信工程師希望合作伙伴與其分工配合，提供工程數學與算法方面的支撐。

趙晨星告訴記者，MathWorks長期專注于工程數學和算法領域，在通信行業(yè)砥礪深耕，有著長期豐富的經驗積累。在與中訊郵電咨詢設計院的合作中，MathWorks的MATLAB、Simulink系列工具，依托中迅郵電搭建的平臺，對其網絡提供物理層的算法支撐，對于網絡規(guī)劃、建設、運維及標準演進起到了重要作用。

尤其是在移動通信從2G、3G、4G到5G的演進中，MathWorks緊隨標準變化，持續(xù)更新工具和參考示例，同時結合AI等趨勢，提供系統(tǒng)化、便捷的深度學習網絡設計、優(yōu)化、訓練測試流程，實現與行業(yè)發(fā)展、標準演進、技術進步的共同成長，見證了通信日新月異的變化給人們帶來的諸多利好。

數字經濟持續(xù)為國民經濟穩(wěn)增長保駕護航，網絡奠定了數字經濟的根基，以工程數學為基礎，以基礎算法為依托，未來的網絡建設將更加高質有效，從而更科學、更高效地服務數字經濟。

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