前言：2015年12月18日，由Altera公司、西安电子科技大学、友晶科技联合主办，华为、英特尔、展讯等公司赞助的，面向全国所有大专院校电子、通信、计算机及相关专业学生的亚洲创新设计大赛5G专题竞赛在西安圆满落下帷幕。
 

大赛概况

5G算法创新大赛历时半年多，自5月份开赛以来，吸引了来自全国31个城市76所大学的184支队伍，共462名学生参赛。竞赛要求参赛者基于Altera的FPGA开发板，从SCMA（稀疏码多址接入）、F-OFDM（可变子载波带宽的非正交波形）和Polar Code（极化码）三种5G在研的新空口核心算法中任选一种完成。竞赛分为两个阶段进行：完成算法设计与仿真；完成算法在FPGA上的开发实现与优化。共有30+19支队伍进入复赛，香港科技大学等3所高校的参赛队伍获得一等奖，北京邮电大学等6所高校的参赛队伍获得二等奖，华南理工大学等11所高校的参赛队伍获得三等奖；另有13支队伍分获“优秀算法仿真设计奖”和“优秀FPGA实现奖”；作为本届大赛主办方之一的西安电子科技大学荣获“最佳主办奖”。
 

第一届5G算法创新大赛是亚洲创新设计大赛（Innovative Asia）的一部分。亚洲创新设计大赛由Altera大学计划和友晶科技共同主办，是覆盖全球的全方位工程设计竞赛，主要面向工程专业的本科生和研究生。华为创新研究计划（Huawei Innovation Research Program，简称HIRP）为此次大赛提供了赛题和赞助， 展现华为作为一家行业领先的通信公司对创新及发展未来技术的资助和支持。
 

何为5G

在颁奖大会上，本届大赛评审组组长、工信部电信研究院通信标准研究所所长王志勤女士向与会观众介绍了5G愿景：“5G一方面对现有的4G进一步提升，满足移动互联网的需求，另外5G向各行各业拓展，因此说5G是未来社会生活的基础设施。我们国家提出来的5G之花，其中六片花瓣代表了5G的性能指标，下面三个叶子是它的能效指标。从它的关键性能来看，和4G相比，也能够体现对移动互联网和物联网的支持。一方面在互联网领域提出了用户体验速率，另外针对物联网提出来每平方公里达到百万级的链接密度、毫秒级的时延。可以简单地将5G的主要场景划分为两大类：一个是移动互联网场景，一个是移动物联网场景。” 谈到5G技术的挑战，王志勤表示，对于物联网多样化的场景，如何通过一个无线接口实现，对我们是非常大的挑战。现在国内首先提出来5G软空口或叫做灵活空口。空口是统一框架，能够满足移动互联网各种场景的需要，同时又是灵活可配置的，它包括很多关键参数，比如帧结构、调制方式、信道编码等等，针对不同的应用场景可以做不同的参数，我们可以形成一个最优的解决方案满足这个场景。
 

图1 工信部电信研究院通信标准研究所所长王志勤女士讲话
 

 

王志勤女士：此次竞赛最大的感受就是惊喜

王志勤女士表示：本次大赛在全球共识性的5G关键技术中选了三种，包括新型多址SCMA技术、新型多载波F-OFDM技术、先进的调制编码PolarCode技术，在最后30个复赛队伍参加了20强的决赛。作为评审组，我们认为此次竞赛最大的感受就是惊喜。整个大赛获得的成绩和同学们的付出分不开，也和大赛的技术导入分不开，应该是远远超出了各位评委的预期。总结一下各组取得的创新成绩：
 

SCMA组，这个技术在以物联网为代表的海量连接环境下，可以引入更多用户接入和对频谱性能的提升。本次大赛中，在低复杂度的译码方面，提出了一些国际性创新型的技术方案，包括树剪枝、输入门限、概率计算等算法，这些算法有效降低了译码的复杂度。在实施层面通过了很好呈现，团队已经达到了700Mbps的吞吐率（成倍大于同等资源下LTE的吞吐率），很多方面取得了超出预期的成果。
 

F-OFDM这个组更集中于滤波器的设计方面和实施方面的创新。在滤波器设计方面通过一些算法优化设计，使得整个F-OFDM，一方面在滤波器性能，第二个在于滤波操作的复杂度简化，以及在最优保护带设计方面，都取得了很好的效果。在实现方面，我们感到挑战是非常巨大的，赛题要求实现的LTE下行链路是非常完整和复杂的，所有团队在非常短的时间内能够实现实属不易，并有很多团队采用了各种方法实现了低复杂的高阶滤波，很好地验证了f-OFDM的抗异步干扰的性能，展示了f-OFDM可以很好的支持5G灵活空口的能力。

 

对于Polar码的纠错性能业界已有共识，但是在实现复杂度方面一直是比较令业内专家担心的。在本次大赛的实验和验证过程中，同学们设计了一些新型硬件架构实现polar译码器，使得实际测试得到的纠错性能优于LTE采用的turbo码；在具体低时延方面，提出了一些创新的算法，包括分布式排序以及选择拓展等等，使得编译码时延小于0.1毫秒；在吞吐率方面，有参赛团队采用了深度流水架构在单片FPGA上实现完整的Polar码编译码链路，现场演示吞吐率能够高达300Gbps，这个速率刷新了业界原有纪录。

 

这是全球第一次5G算法大赛，也刚好为2016年即将开启的5G标准研究奠定了很好的基础，所以我希望这次大赛能够以始为终，在开始的时候就对目标有所设定，能够继续支持5G后续技术创新和产业发展，同时我们也希望产业界更多地资助高校的创新活动，特别是原创性创新，使得高校真正发挥创新原动力角色！

另外，我想在此也表达祝贺和祝愿。能够参加复赛的，都是本次大赛的佼佼者，也是成功者。首先，我们对参赛团队表示祝贺。其次，对三位老师，也是我们三个组的组长表示衷心的感谢。他们都是我们业界非常资深的教授，他们作为教师培养了一代一代非常有建树的学生。参赛的团队能够有出色的表现，他们也感到很欣慰。最后，对大赛成功举办表示祝贺，这次竞赛是高校和产业界合作的典范。

 

Altera高度赞扬竞赛 将持续推进“大学计划”

Altera公司副总裁兼通信业务总经理Francis Chow表示，Altera联合西安电子科技大学、友晶举办首次5G大赛的初衷是要充分挖掘莘莘学子们的天赋和潜力，让他们与半导体产业和系统产业一同为应对5G技术上的挑战而努力。“我们对今年5G大赛的结果非常满意，进入决赛的30支队伍用不到7个月的时间，基于Altera的FPGA平台完成了整个系统的部署，结果非常出色。我相信很多同学有很大的潜力，能够为未来5G网络的发展做出很好的贡献”，Francis说。
 

在演讲中，Francis还介绍了Altera大学计划的现状和未来规划：目前Altera已经在中国的110所大学里建立了137个联合实验室，并且出版了50多本基于Altera FPGA和开发工具的图书。OpenCL教科书也于今年首次在全世界范围内出版了。“我们希望我们的大学计划项目继续能够让同学们更容易接触到最前沿的技术”，Francis说。
 

 

Altera公司副总裁兼通信业务总经理Francis Chow讲话
 

另外，华为无线网络产品线首席战略官余泉、英特尔公司数据中心事业部副总裁兼网络平台事业部总经理 Sandra Rivera 、Altera公司大学计划经理陈卫中先生、友晶科技总经理彭显恩先生、展讯通信5G研发部高级总监潘振岗先生都作了精彩发言，对本次大赛给予高度评价。
 

莘莘学子成果喜人 大大超过预期

相对于其他面向电子、计算机专业学生的竞赛，5G算法创新大赛有其鲜明的特色，“这次5G算法创新大赛和其他的大赛相比，特点非常鲜明，5G大赛是跟业界最新技术结合最紧密的比赛。很多的参赛队伍在参赛之前没有真正接触到这些前沿技术，而是在参赛过程中慢慢了解学习，做出很高的水平，这是跟其他比赛很不相同、很了不起的地方。”浙江大学张朝阳教授说。张教授表示这次比赛他收获了非常多的惊喜，“因为是新技术，我所在的组对通信基本理论的要求很高。这些领域比较难，是通信领域比较基础、比较困难的部分。但参赛者们最后提出的算法创新程度，以及最后实现的结果，基本上跟我们当前在这个领域研究实现水平已经相当了，甚至还有所超出，这个很令人惊讶。
西南交通大学的范平志教授也表示这次大赛是非常有挑战性的，他对学生们取得的成果感到惊喜。“这次比赛比较重要的一点是面向未来5G的，而这个5G竞赛的三大点（F-FODM，SCMA，PolarCode）都是关于5G无线新空口的，是5G关键技术，是在国际上多个公司和各个国家占比最核心的部分，而这么一个前沿的东西放给这些学生做，这确实是一个挑战。获奖的作品，在座的公司拿去就可以用，让我感触很深，和其他的电子大赛、数字建模不一样。”

  “20年前，在我们做学生的时候，接触的技术都是国外公司、国外产业主导的。在5G通信技术到来之前，我们中国的优秀学生，通过5G算法大赛就能够接触到5G的研究和技术，这个意义非常重大。我个人能够见证这个事，感觉非常荣幸。
 

这一次算法大赛完全超出预期。这是一个专业赛事，报名队伍大超预期；有个学生自己一个人主导完成所有赛事；有队伍同时完成了两大赛题，绝大多数进入复赛的队伍都成功完成了三大算法链路功能，包括信道加噪等，并涌现出不少创新方法，作品性能得到很好的呈现。我觉得中国通讯产业实力在这些年来有很多提升，这次学生能够在5G还没有做标准的时候参与其中，这在我们那个时代是不可想象的。”华为无线网络产品线首席战略官余泉说。
 

同时，华为正作为通信行业的领导厂商，抱着开放的心态领航5G：“5G有一个非常美好的万物互联的愿景，相比以前的技术会有很大的差异。我们从第一代模拟移动通信技术到现在正在使用的4G通信技术，主要解决的就是人的通信问题和联接需求问题。5G将会把物的需求也纳入进来，这里面肯定会有很多技术、网络、商业方面的改变。现在的移动通信是由移动运营商主导的，未来5G产业有很多垂直行业的参与者，我们的消费者，也就是移动通信的使用者都会参与到5G产业当中去。有人说，移动通信发展到现在，是一个传统行业，而5G，有可能又将移动通信产业重新变成一个朝阳产业。
 

万物互联的世界对每个人都是激动人心的事情。面向这样的一个时代，华为公司认为一个很重要的改变，就是要更加开放。5G时代需要一个更加开放，更加创新的环境。所以华为公司从投入5G第一天开始，就抱着开放的心态，开放创新，共赢5G。”
 

对今后创新大赛的愿景

Altera表示，希望将来可以将这样的创新大赛国际化，不但中国选手可以来比赛，也让其他国家的人跟中国进行交流。并且目前针对算法层面、基础层面出题，待将来技术逐渐成熟后，竞赛主题会逐渐涉及到各种应用层面。