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[经验] #电赛《名师访谈》文字精华内容#第二期——西安电子科技大学陈南教授

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发表于 5 天前 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 木犯001号 于 2019-4-15 14:58 编辑

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陈南 - 西安电子科技大学教授

    陈南教授,1965年11月12日出生,籍贯福建省。1987年毕业于西北电讯工程学院通信工程专业,1993年获得通信与电子系统硕士学位。2004年任西安电子科技大学教授,通信工程学院电子技术系主任。2007年获陕西省第三届教学名师奖。
目前从事网络、现代无线通信和通信抗干扰等领域的科研与教学工作。教学上主讲工程设计、电源原理、低频电子线路、高频电子线路实验等7门课程。承担了教育部、省多项教改项目。
    承担的科研项目有:自然科学基金重点项目“基于网络探测的IP网络拓扑发现和性能分析的研究”;国家部委项目“大功率宽频带干扰抵消技术”、“宽带高增益智能天线技术”、“自适应滤波和干扰抑制技术”以及“单兵便携式跳频电台”、“短波跳频干扰抵消器”等科研项目。发表论文十余篇。承担了多项教育部、省教改项目。
    教学、科研领域获国家优秀教学成果奖一、二等奖以及省部级多项奖励。

访谈文字整理



1.我们主要访谈就是跟大家交流一下关于大学生电子设计竞赛大家比较感兴趣的一些问题,因为大家平时可能比较难有机会接触到一些出题专家。全国大学生电子设计竞赛面向的学科和专业非常广泛,从历年的比赛来看,每届的赛题都会有相对固定的方向划分,例如电源、通信、控制这一块,在之前的比赛命题中,您主要是参与哪一类题型的出题?
Q1:在电源、通信、控制等赛题方向中,陈楠老师主要参与哪一类题型?   


陈楠:我在大学生电子设计竞赛中主要负责通信类的出题,通信在竞赛的文件中已经明确地规定为一类重要的出题方向。在这么多年的竞赛中,13届竞赛一共出了16道通信题,也就是说一届甚至有两道通信方面的题。
A1:13届竞赛中共有16道通信类题目!


    通信方面的题,从竞赛的总体要求来看,竞赛有一句俗话叫做竞赛姓“教”,就是竞赛属于教学服务的。竞赛为教学服务体现在竞赛的命题要结合我们的课程体系和课程改革,要把课程体系和课程改革的需求来引入到课程中,我们通信类的出题也是沿着这个方向和这个要求来出的。
    从我们通信的学科发展来看,目前的通信基本上沿着多媒体化、普及化和全球化的这么一个发展,同时通信又在向各个行业进行渗透和融合,因此在这两个大趋势的影响下,通信类题目也要力图把教学改革和教学课程体系的改进内容加进去。
从目前来看,通信类的教学改革可以看到有这么几个方向:一是已经从点对点的通信原理课程发展到通信网的课程,我们也从过去的随机性,例如我们学的信号分析逐渐向随机信号过渡,更加真实地反映了通信信号的情况。二是可以看到智能通信在很多学校已经成为选修课,课程体系初见端倪。同时,我们也注意到类似于硬件的通信硬件,比如传统的射频、通信电路等等,也逐渐的发展到软件无线电这样一些课程,并且加入到通信的课程,因此,通信应该能够要涵盖新的课程改革方向。
传统的射频、通信电路等逐渐发展到软件无线电课程
同时,在上一届2017年,王越院士提出了“互联网+”要作为我们竞赛一个主要的出题方向。 “互联网+”可以加到各个方面,加到通信这一块,我们知道“互联网+”的核心内容是数据,从互联网的内容上来讲,首先是数据的获取会有很多题目,另外数据的挖掘,当然这块可能因为涉及到深度计算数据挖掘这样的内容,可能不是我们竞赛的题目,但是接下来数据的传输又是我们通信的主要战场。同时还有一个数据的应用,可能会是出题的方向。因此我说我们通信类的题目可能就在围绕这个方向上再来深入的思考一下。

2:在历年赛题当中,能否举一个比较具体一个例子,比如这道题的命题思路怎么样的。从您的角度来出发,期望学生从什么角度去解答这个题目,比如我们要出考题,有考点,看看学生有没有领悟到考点什么的,就类似于从这个角度给大家分享一下。
Q2: 通信类题命题思路是什么?主要希望从哪些方案考察参赛学生?


陈楠:我举两个例子。
    一个例子,就是2015年短距视频信号无线通信网络这道题。这道题它就是一个典型的通信网络题目,这道题我们当时设计了三个节点,一个收节点,两个发节点,分别叫做A、B、C。那么这三个节点实现项目的传输,在基本部分,我们出了由B、C节点到A节点的单向传输,一开始分别传输,最后做到同时传输。到了发挥部分,我们就把这道题目定义为同时、而且是协作通信的一种终极转发这种结构。
    这个题目,从同学们初看这个题目的话,甚至同学们会想到家里的电子门铃都是这个样子,带视频的电子门铃都是这样的。包括汽车上的一些视频传感器也是这样一个模式,当然我们是无线的一种模式,大家觉得这道题很简单,但实际上这道题是有一定的难度。
    这道题目几乎涉及到无线组网的全部的复杂工程问题,比如说频点的选取、信道的复用、终极的转发、收发的间隔、抗干扰,还有视频传输、视频处理、信噪比、功耗,几乎涵盖了一个典型的通信网的所有的要求,因此它是一个非常典型通信网络的一个组网,包括从软件到硬件的一个题目。我们在出这道题目的时候,大家可以看到,通信题目已经把我们的器件完全放开了,以往在通信题目中,我们会限制比如用在哪个频段或者哪个波段,那么大家会说我们在这个地区可能买不着,在这里我们完全放开了频率,包括使用的无线模块,只要符合国家的法律规定。在我们这个题目中,我们第一次上传了一个国家的标准,国家无线管理委员会的一个标准,对短距低功耗设备的一个要求。 在这种前提下,你做任何东西都可以,用任何设备、用任何的模块都没有问题,也就是说大家的发挥更自由,你手上有什么用什么。但是我们也要强调一个问题,我们也不希望你仅仅靠网上买的模块就能够拿到高分,我们需要体现同学们的创新和工程的动手能力。我们在出这道题的时候,实际上查阅了大量的网上文献资料,基本上同学们后来在试题开始以后提出的一些问题,比如这个模块怎么样、那个模块怎么样,其实这些模块后来我看到的时候,其实我心里想,这些模块我全部查到了,基本上不能够直接去使用的,都会需要加以改造,因为我们最后有功耗的要求,要么是功耗太大,要么是距离不行,要么是功耗需要调整等等这些因素,实际上大家都需要最后对现有的模块加以改造和评级去做这个题。
    这道题目最后做出来的结果,题目做完以后,全国评测完以后,我们也做了一些调查和数据的分析,我们发现有这么一个问题,这也是我们通信题目的一个老问题,就是很多非通信专业的同学去选了这道题目。在选这道题目时,它可能是看中了我们可以用任意的模块去做它,因为我买了模块就可以去搭建,可是当些模块点对点传输没有问题,当它组网的时候就遇到极大的问题,而这些同学又恰恰缺少通信的基本理论知识。 所以这道题整体来讲,很多情况下反映了同学们通信里面一个欠缺,这是我们一个短距无线通信的题目。
    刚刚举办过的2017届的这道题目是自适应滤波器。很多同学说这道题跟通信无关,实际上自适应滤波器恰恰是在通信领域和雷达领域应用最多、最广泛的一种滤波器。这道题目首先要求同学们制作一个自适应的滤波器,它的参数能够根据信号的特征实时地改变,最终能够把有用的信号通过滤波器,把这些干扰信号抵消掉,在我们通信中的通信抗干扰、雷达抗干扰等等领域广泛的使用滤波器。可是这道题大家可能已经注意到它的背景是维那滤波,可是维那滤波理论上来讲,已经超过了我们本科教学的大纲。
    对于这样一个超纲内容我们怎么处理呢?我们把它的随机信号部分降到一个周期性信号的分析,同学们信号分析就是有基础的,因此我们把这个题目信号的特征一改变以后,就非常适合本科生同学去做这个题目。可是这道题目说出来还是需要同学们自主的去学习一点自适应滤波器的一些基本知识,这是需要一点自学内容。
    这道题目后期最后的制作上,所需要的一些零部件,比如说加法器、乘法器、滤波器、移相器、检波器,这些都是我们电子线路课程中所需要的一些基本器件,把这些基本器件进行组合就可以形成一个滤波器。这道题目我们还想在指标上提出了抵销比是40db,很多同学在这里就迷茫了,说我们数字滤波器是容易实现的,而且可能网上有现成代码,我们去用数字滤波器去做,可是恰恰同学没有注意到这道题的工程背景,当它要抵消40db的时候,它的AD,引入数字系统引入的噪声可能就在数量级上。 因此我们这道题最后实测的结果可能会出乎大家的意料,模拟系统做的比数字系统好。大家如果用纯模拟系统来去做这道滤波器的题目的话,比用数字系统性能要好。这说明什么问题?说明模拟电路它还没有过时。因此我也希望同学们不要过分的,当然数字系统是近代电子线路的一个特征,很多数字化,但是模拟系统也不是一无是处,尤其在这种场合下,低噪的、响应速度很快的这种情况下,它比数字系统确实还有优势。这道题也恰恰能够说明这一点,希望同学们重视模拟电子线路的学习

3.谢谢陈老师给我们分享了两道比较经典的往届赛题和一些简单的分析,希望大家后续有时间的话,在训练的时候把这两道题拿出来,然后再重新做一下。
    刚刚陈老师也提到,一些工程应用的知识,比如说有些知识点,学生可能是需要自己去掌握的。我们注意到这几年比赛中,有越来越多的学生,以前可能都是大三的比较多,最近几年可能大二的、有些时候大一的就已经参加比赛了。对于这些学生来说,比如说现在想要做通信类的这种题目,他可能要哪些具备哪些基础知识?一些公共的原理,然后可能是一些比较共有的课程,他可能还没学,他们可能要时间要学,相对这一块,您建议他们要事先准备哪一些知识或者给些什么建议呢?
Q3:低年级参赛学生面对通信类题目是应该具备哪些基础知识?对于参赛有何建议?

   陈楠:我记得你就是大三参加的吧?
    对于电子竞赛来讲,的确原则上来讲高年级学生参加确实有优势,但是,近年因为高年级学生保研、找工作各方面因素,相对来讲,他在后两年,尤其在大三时候,可能精力上各方面会受到限制。而且现在由于竞赛的本身不限年级,那么低年级同学通过自学,在前期课程不是很紧张情况下,他们也非常踊跃,这个现象可能各个学校都存在,我们也看到有一年级学生去参赛。
    但是对于电子设计竞赛来讲,它必须需要积累,我们可以发现低年级学生在前期包括技能培训这一块进度非常快,包括焊接、组装电路板和测试一些东西,只要经过简单培训就能够实现。但是到了后期尤其到了快接近比赛的时候,这个时候他的薄弱环节,由于他的知识面不够,会影响他竞赛题目中的表现,一个是知识点融合,一个是创新,最终会影响他的竞赛成绩。 因此低年级参赛除了技能培养之外,我还是希望能够通过自学,或者通过竞赛的培训来把理论这部分知识把它补足。不然真的会影响竞赛的成绩,因为我们基本上会考虑到三年级的课程。

4.因为之前先西安电子科技大学在竞赛中的成绩也是比较好的,比如在学生培训这一块,你有没有什么经验可以分享一下?
Q4:西安电子科技大学在竞赛培训方面有什么经验可以分享?


    陈楠:关于学生培训这块我现在的确不是负责人,因为我从01年进到国家出题之后,由于身份的问题我就没有再培训了。各个学校尤其成绩好的学校,应该说每个学校都有自己很好的培训方式,感兴趣的可以去借鉴。
    但是我想提出一点关于培训的问题。这几年竞赛也发现了一个比较突出的一个问题,很多学校尤其是越小的学校,它往往会进行一种搭积木式的培训,因为现在大家可能在淘宝上或者在互联网上可以买到各种各样的小模块,包括TI也会有各种器件都被做成了各种各样的小模块,那么大家就把这个模块进行拼接去训练。大家拼接这一块没有问题,可是他的基础能力没有做到很好,比如说由元器件到小模块这块是很多学校把它忽略掉了。 可是这一块,实际上当我这个模块功能不满足要求,我需要改造模块的这个能力是需要的。实际上很多模块如果拿来直接用,一般来讲,我们在出题过程中都会避免这种情况,我们都希望这个模块不能够被直接用,你要经过改造或者经过调试才能够用。因此在这一块我们可能会感觉到这些同学会欠缺。
    竞赛后来也附加了一个环节叫做综合测试,我们已经进行了几年。综合测试的题目,它是一个全封闭的环境,那么其实做的内容倒不是真难。我们就是用一个比如55、747这样一些运算放大器或者是这么一个简单的器件,然后由学生现场用焊接板把它焊接成一个简单的电路,其实这个电路老实说要比我们竞赛题目要简单得多。 可是,因为参加综合测试是一等奖获奖队的候选队,那么应该是我们最好的学生,很多学生在这个环节上会出大问题,综合测评会出大问题,很多同学在这个能力上,从元器件到电路这么一个构造级别,他的能力不足。因此,我还是希望大家在培训的时候这个能力是必须有的,不能只是买应用的模块,当你做一个产品的时候,你一定要从元器件过渡到电路,这个过程一定要把它补上去。这是我的一个建议。

5.好,谢谢陈老师的建议,然后还有一个对于通信类题目,因为现在有些新的科技、新的技术,后续的题目,比如说一些出题方向有什么看法,或者有什么建议?
Q5:通信类题目未来的出题方向和建议是什么?


    陈楠:关于通信类题目,我想按照王越院士的这么一个指示,“互联网+”一定要在通信题目中要有所体现,那么“互联网+”会是我们一个比较大的出题点。   
    我初步想到的,现在还没有去思考今年的题目,一是我们可能考虑到信道多样化,比如,无线信道、有线信道、甚至光信道。二是通信的频率,我们上一届通信频率已经最高做到5.8个G,我们说通信的频率一定能够跟我们业内的使用频率基本上对等。当然因为有仪器限制,可能更高的频率在竞赛中不会去使用它,但是我们业界的频率已经进入了新阶段。所以,频率的使用,尤其频率的提高,可能是我们通信题目出题中还会继续坚持的一个方向。
    另外我觉得点对点通信和无线网络,网络的通信可能是通信的一个大方向,网络通信,以网络的形式来考通信题目(字幕),可能是今后的一个重要的考点,但是构成一个网络,在短时期内,三天四夜短时间构成一个网络,任务量还是蛮大。
    还有一块是关于一些通信的软件,包括通信的一些协议、界面控制软件、无线电这样一些内容也都是我们思考的一些范围。同时还有通信的一些专用设备,其实通信专用设备很多,你说网仪考过了、普仪我们也考过了,我们的眼图,特殊的信号源,可能这都会列入我们考题的范围之内。那么还有就是一些通信系统和应用器,其实现在也蛮有用,比如说互联网的一些应用,短距通信的一些短距模块,包括TI生产的这种短距的无线通信系列模块和应用,我们如果让他去做这个模块可能不太现实,但是去用它,用它去组网,确实也曾经在我们的模拟邀请赛时有过这样的内容,包括蓝牙、WI-FI等等这些模块的使用,也不一定以通信类型,因为我们讲通信是跟其他学科融合,我们也可能把通信题目融合到其他题目中,比如上年出的扫平,我们就把通信网络的内容加到了扫平里。
    关于通信硬件,比如高频的射频电路、数字信号处理电路、高效的调制解调,这些技术都可能是我们一些考点。还有就是低功耗。我们现在讲的绿色通信,尤其在物联网的通信中是非常重要的一个内容,恰恰电源的题目也是我们通信题目,那么能不能把这个题目进行融合都去考一考关于低功耗的问题。再一个就是关于电子兼容的一些考点,比如说收发的间隔,D/C变换,通信抗干扰、电子对抗等等,这些都是我们可能考虑到的一些出题方向。

6.好,谢谢陈老师,刚才陈老师也给我们分享了后续出题的方向,我整体听下来,考点还挺多的。最后就想您能不能简单分享,比如说现在电赛,整个出题过程是什么样的,对这块大家也比较感兴趣。
Q6:全国大学生电子设计竞赛的命题过程是怎样的?

    陈楠:对电子竞赛的出题,应该说它是一个集体智慧的结晶,因为它是我们专家组成员集体付出的最后的一个结果,它的过程其实时间非常长,差不多要大半年的时间来进行出题工作。大致上一般就是当我们竞赛文件发布之后,一般3月到5月,发布之后,我们会有一个面向全国的征题的阶段。
    社会各界对我们竞赛,尤其对我们竞赛关注的同学,经常会说你们出的题目,现在我们换一个思路让你来出替我们来出题,实际上这些出题对我们是很有启发的。竞赛年的3到5月份会启动这么一个面向社会征题的工作,也欢迎社会各界、包括产业界、带队教师,甚至学生,我们也以这种形式提交到组委会来。同时,我们的专家组的老师也启动起来,大家也要思考一下我们要出什么题。 随后我们在5月份的时候,大概会专家组开会,在会上,专家组长会把这个题目归类,然后分成几个大组,在大组内进行同类项合并之后再进行出题。那么大组出题完之后,分成小组出题,再一次会议上我们就会大组去讨论。那么这个时候讨论的争论是非常激烈,会把题目各种各样的问题,比如说出通信的老师也会对其他题目提出问题,其他老师也会对通信提出问题,试图使我们的题目能够更适应我们这个出题的总体要求。
    最后我们会形成十几道题目,这十几道题目都有可能出,最后是靠什么?是靠我们专家组最后会议结束的时候,有一个无记名投票来投出今年的题目是什么。当然也有些题目没有被投中,会作为保留题目留到下一年,可能会继续使用,继续的去打造,去锤炼它。
    出完题之后我们其实工作还没有完成,紧接着我们会面临着开赛。其实开赛大家都非常紧张,我们的组长是最紧张,那么各种题目的问题会汇集到组长那去,有些问题也会汇集到出题专家这里来,我们会给予适当的解释,会给适当的补充说明。这样还没有够,接下来就是竞赛的测试,测试完之后我们还要亲自参加测试,来看看我们这道题目出的怎么样,最后我们还会形成一个总结,为我们后续题目来做出一个准备。总而言之,这个过程基本上是要从3月份开始要延续到11月份。 大概就这么一个过程。


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