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35pt:R153G0B0:LTMedium:Arial32pt:R153G0B0黑体22pt):18pt黑色:LTRegular:Arial20pt):18pt黑色细黑体Page235pt:R153G0B0:LTMedium:Arial32pt:R153G0B0黑体22pt):18pt黑色:LTRegular:Arial20pt):18pt黑色细黑体InnovateAsia-1st5GMobileAlgorithmCompetition-PolarCodeTaskDescriptionRequirementsPolarcode–能够达到信道容量极限的高性能纠错码自现代通信技术诞生以来，以更低的代价（信号功率、信号带宽等）实现更可靠的通信一直是信息技术领域的核心课题。信道编码技术是无线通信系统物理层最核心的基础技术之一，它的主要目的是使数字信号能够进行可靠的传递。信道编码技术通过在发送信息序列的基础上增加额外的校验比特，并在收端采用一定的译码技术以较高的概率对传输过程中产生的差错进行纠正，从而实现发送信息序列的正确接收。为了实现可靠的信号传输，编码学家在过去的半个多世纪提出多种纠错码技术如RS码、卷积码、Turbo码、LDPC码等，并在各种通信系统中取得了广泛的应用。但是以往所有实用的编码方法都未能到香农于1948年所给出的信道传输的容量极限（也称为香农界）。2008年在国际信息论ISIT会议上，Arikan首次提出了信道极化的概念，基于该理论，他给出了人类已知的第一种能够被严格证明达到信道容量的信道编码方法，并命名为极化码（polarcode）。Polar码具有明确而简单的编码及译码算法。通过信道编码学者的不断努力，当前Polar码所能达到的纠错性能超过目前广泛使用的Turbo码、LDPC码。请根据本文所提供的材料以及公开发表的参考文献，理解Polar码编译码算法，并设计编译码程序，进行性能仿真，输出正确的仿真结果。基于Polar码编译码算法，提出一种Polar码FPGA逻辑实现架构，并采用VerilogRTL等硬件描述语言进行编程实现，利用本次大赛所提供的硬件及工具，进行FPGA测试，并输出相应的测试结果。要求：根据本赛所提供Polar码的介绍材料及参考文献，实现Polar码编译码算法，重点在Polar码编码和译码模块的开发、验证及测试。作品格式：1.理解Polar编译码算法啊，设计Polar码编译码程序，进行性能仿真，并输出算法仿真结果；2.基于Polar码编译码算法，设计一种Polar码FPGA逻辑实现架构，并采用VerilogRTL等硬件描述语言进行编程实现，利用本次大赛所提供的硬件及工具，进行FPGA测试，并输出相应的测试结果。交付材料：1.Polar码编译码算法程序设计说明书、算法程序（C或Matlab)，及误比特率（BER）、误码块率（BLER）仿真结果；2.Polar码编译器FPGA设计说明书，硬件描述程序、比特文件及测试结果。评选标准：初赛：1.正确理解Polar码编译码算法，正确编写C/Matlab算法程序及输出正确的仿真结果2.提交的Polar码编译码算法链路FPGA设计架构复赛：1.成功完成Polar码编译码算法链路的FPGA开发及测试2.FPGA设计所实现的算法、数据吞吐率、处理时延及使用的FPGA芯片资源Page335pt:R153G0B0:LTMedium:Arial32pt:R153G0B0黑体22pt):18pt黑色:LTRegular:Arial20pt):18pt黑色细黑体PolarcodeRelatedPublications:MUSTReadPapers:•E.Arikan,Channelpolarization:Amethodforconstructingcapacityachievingcodesforsymmetricbinary-inputmemorylesschannels,“IEEETrans.InformationTheory,vol.55,no.7,pp.3051–3073,Jul.2009.•A.Balatsoukas-Stimming,M.B.Parizi,andA.Burg,LLRbasedsuccessivecancellationlistdecodingofpolarcodes,“inProc.IEEEInt.Conf.Acoust.,Speech,SignalProcess.(ICASSP),May2014,pp.3903-3907.B.Li,H.Shen,D.Tse,“Anadaptivesuccessivecancellationlistdecoderforpolarcodeswithcyclicredundancycheck”，IEEECommunicationsLetters，Volume:16,Issue:12，2012,Page(s):2044–2047B.Li,H.Shen,D.Tse,“Paralleldecodersofpolarcodes”,arXiv:1309.1026,Sep.,2013.[Online].Available:Y.Z.Fan,J.Chen,C.Xia,C.Y.Tsui,J.Jin,H.Shen,B.Li,”Lowlatencylistdecodingofpolarcodeswithdoublethresholding,”ICASSP,2015I.TalandA.Vardy,Listdecodingofpolarcodes,arXiv:1206.0050v1,2012[Online].Available:K.Niu,K.Chen,J.Lin,andQ.T.Zhang,“PolarCodes:PrimaryConceptsandPracticalDecodingAlgorithms”,IEEECommunicationMagazine,Volume:52,Issue:7,2014,Page(s):192-203ReferencestoReadPage435pt:R153G0B0:LTMedium:Arial32pt:R153G0B0黑体22pt):18pt黑色:LTRegular:Arial20pt):18pt黑色细黑体•WhatisPolarCode?•WhyweneedPolarCode?•HowdoesPolarCodeWork?•ImplementGuideOutlinePage535pt:R153G0B0:LTMedium:Arial32pt:R153G0B0黑体22pt):18pt黑色:LTRegular:Arial20pt):18pt黑色细黑体WHATISPOLARCODE?TohaveagutfeelingwhatispolarcodePage635pt:R153G0B0:LTMedium:Arial32pt:R153G0B0黑体22pt):18pt黑色:LTRegular:Arial20pt):18pt黑色细黑体WhatisPolarCode?100101…...0K比特发送信号K比特信号发射端接收端10?10?…...?Page735pt:R153G0B0:LTMedium:Arial32pt:R153G0B0黑体22pt):18pt黑色:LTRegular:Arial20pt):18pt黑色细黑体100101…...0K比特信号编码器1001011001…...0N比特信号NKN比特信号K比特信号发射端接收端100101…...0译码器1001011001…...0WhatisPolarCode?纠错码：通过增加冗余比特来帮助信息恢复Page835pt:R153G0B0:LTMedium:Arial32pt:R153G0B0黑体22pt):18pt黑色:LTRegular:Arial20pt):18pt黑色细黑体WhatisPolarCode?Polar码是一种高性能纠错码100101…...0K比特信号编码器1001011001…...0N比特信号NKN比特信号K比特信号发射端接收端100101…...0译码器1001011001…...0Page935pt:R153G0B0:LTMedium:Arial32pt:R153G0B0黑体22pt):18pt黑色:LTRegular:Arial20pt):18pt黑色细黑体WHYWENEEDPOLARCODE?Toknowwhatbenefitpolarcodebringsto5GPage1035pt:R153G0B0:LTMedium:Arial32pt:R153G0B0黑体22pt):18pt黑色:LTRegular:Arial20pt):18pt黑色细黑体5GVision:ZeroDistanceCommunicationsMassiveCapacityZeroWaitingMassiveConnectivity103TimesTrafficFlooding102BillionConnections100msDelayExperiencePage1135pt:R153G0B0:LTMedium:Arial32pt:R153G0B0黑体22pt):18pt黑色:LTRegular:Arial20pt):18pt黑色细黑体5GRequirementsonErrorCorrectingCodesHumanCentricCommunications:HIGHPERFORMANCE,HIGHSPEED终端用户数据速率:10Gbps•iPhone,iPad,iGlass,iWatch基站数据速率:1Tbps•CloudcomputingbladeMachineCentricCommunications:LOWPOWER,LOWLATENCY传感器应用:10~100Bytes•meters,telemetric,RFID,……….工业控制应用:10-4secondlatency•Could-drive-car,factorycontrol….Page1235pt:R153G0B0:LTMedium:Arial32pt:R153G0B0黑体22pt):18pt黑色:LTRegular:Arial20pt):18pt黑色细黑体PolarCodeinWirelessSystem无线通信发射机基带信号处理链路框图无线通信接收机基带信号处理链路框图Page1335pt:R153G0B0:LTMedium:Arial32pt:R153G0B0黑体22pt):18pt黑色:LTRegular:Arial20pt):18pt黑色细黑体PolarCodeinWirelessSystem无线通信发射机基带信号处理链路框图无线通信接收机基带信号处理链路框图Page1435pt:R153G0B0:LTMedium:Arial32pt:R153G0B0黑体22pt):18pt黑色:LTRegular:Arial20pt):18pt黑色细黑体PolarCodevsClassicalCode配置：码长1024，码率0.5信道：BPSK+AWGN相比Turbo/LDPC码有0.3~0.7dB的增益Page1535pt:R153G0B0:LTMedium:Arial32pt:R153G0B0黑体22pt):18pt黑色:LTRegular:Arial20pt):18pt黑色细黑体HOWDOESPOLARCODEWORK?Tohaveagutfeelinghowpolarcodewillbeimplementedinthe5GwirelesssystemsPage1635pt:R153G0B0:LTMedium:Arial32pt:R153G0B0黑体22pt):18pt黑色:LTRegular:Arial20pt):18p