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[经验] #电赛《名师访谈》文字精华内容#第三期——电子科技大学李玉柏教授

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发表于 2019-4-15 15:07 | 显示全部楼层 |阅读模式
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李玉柏 - 教授


    李玉柏,男,教授,于1985、1988年在电子科技大学分别获得工学学士学位、工学硕士学位。毕业后留校工作,主要从事数字信号处理与实时实现技术方面的科研与教学工作。
    主持完成国家重大专项1项,国家自然科学基金1项,国防预研项目3项,产学研重点项目1项、粤港关键领域重点突破项目1项,承担和参与与企业合作项目十余项。获得省部级科技进步奖3次,获得国家教学成果二等奖3次,省部级教学成果奖8次。共发表论文近百篇,主编和参编教材、译著19本;申请专利34项,获得国家发明专利授权15项。
    主要研究方向:
    长期从事数字信号处理与实时实现技术方面的科研与教学工作,主要研究方向包括:1)雷达信号处理,包括一次雷达和二次雷达信号处理与信息融合技术,2)多核并行处理技术,以及片上网络设计技术,3)移动通信与宽带通信技术;4)卫星导航与定位技术。




访谈文字整理


1.李老师您好!我们大家都知道,电赛每年都有比较多的题目,而且电赛至今已经举办了13届,在题目这一块会有一个大致的方向划分,李老师您在电赛中主要参与哪块方向,比如命题?
Q1:根据全国大学生电子设计竞赛的题型划分,李玉柏老师主要参与哪方面的命题工作?

    李老师:全国大学生电子设计竞赛从1994年开始到现在已经二十多年了,我应该是在1997年还是1999年时带过队,所以那个时候还是很有感觉,而且非常有压力。从2005年开始我就作为全国大学生电子设计竞赛专家组成员,作为命题专家参与命题。
    在整个过程中,实际上命题的方向也有一些细微的调整。如果一定要归类的话,总体来讲应该是在通信电路这一方向。在整个过程中实际上得到了很多老教师的指导,在这个过程中也可以学很多东西。
    因为命题这个工作非常锻炼人,命题的要求也是比较严格。命题强调一定要有工程背景,要有应用价值,要求整个命题非常严谨,不能有歧义。同时,要求整个题目学生可以测试,这个概念要区分一下,不是专家可测试,也不是专家来评测,而是学生要在整个设计过程中可测试。
    特别重要的一点,命题要体现组委会主任王越院士提出的姓“教”,可能大家不太有体会,就是要姓“教育”,那就是要体现三电,电分、数电、模电这三门课的课程改革,要引领整个教学内容的改革。所以实际上有很多边界,大家不要觉得命题好像就是大家有一个创意,我们就来把指标制定出来,它实际上是有非常细致的要求。 在这个过程中,我跟这些专家们一起学习了很多。所以,要说方向的话,应该是比较偏向于通信电路这个部分。我从2005年到现在,应该是出过好几道题,大部分也都是偏通信电路部分。

2.作为命题专家组的专家,比如说在您出过的题目这一块,或者在您参与这些题目当中,能不能举几个例子给大家分享一下,比如当时出这个题目的本意,比如想考学生的哪些知识点,从学生的最终答题、最终作品来看,有没有说领悟到专家出题要掌握的这些知识点,能不能在这个方面给大家做一些简单的分享。
Q2:以往届的题目为例,通信电路类的题目主要考察学生的哪些知识点?

    李老师:举两个例子。
一是2017年,也就是上一届的有一个道叫调幅信号处理实验电路的题目,我现在记不清楚编号了。
字幕:2017年调幅信号处理实验电路
    这个题实际上当时要体现很重要的一个原则,就是引领课程改革。因为我们无论是模电还是数电,一个很重要的技术发展方向是往频率、带宽走得越来越高,越来越宽。所以实际上给命题专家有一个命题要求,就是要引领整个课程往频段越来越高的方向走。 但是大家都知道,如果频率越高的话,我们相关的测试设备、测试条件不是每一个学校、每一个学生都具备的。就像我前面讲的,它有一些边界约束。
    所以,在出这道题的时候,大家就需要斟酌。第一,要突出这样一个概念。第二,又能使大部分学生能够来参与这道题,能够把这个题的作品制作出来,并且在制作过程中还可以进行测量,有相应的测量平台。所以我们就把凡是与高频有关的测量部分弱化,因为高频在通信里面呈现的往往是一个载波的概念,我们更多的偏向于承载的信息,就是替代信号的测量,所以才出了这样一个题。这个题后来我们在窄带要求到了250到300兆,然后我们的基带处理,就是基带调制这部分是从语音部分就到了5K,然后灵敏度是从1微伏到0.1个微伏,一个毫伏到多少个微伏这样一个概念。
    实际上它不仅仅是引领了高频电路的课程内容和教学内容改革,同时也让学生有一个概念,就是我们现在的一般通信,一般的电子产品,它的频段就是会到几百兆,甚至多少个G或者更高的那种频段。
    整个竞赛完了以后,最后发现这个题学生做的效果还很好。因为这里面我们强化了好几个概念,举几个例子,一个是我们强化了AGC,也就是自动增益控制。实际上,这在我们整个无论是通信系统,还是很多系统里面,电子系统里都会涉及到,要保证不同的动态范围下,基带最后解调出来的信号幅度稳定,这里面会涉及到在视频上的处理和基带上的这种处理。所以最后发现大家都做得很好,我相信在课堂里面还没有学到这个部分的学生,也能在我们竞赛过程中通过自学,通过理解我们相关的这种资料,然后能够迅速的掌握这个技术。 所以这个是体现的比较好的“姓教”这样一个特点。
第二个例子,2015年我出的一道基于可见光的语音信息传输实验装置的题目
    这个题纲是基于一个概念,因为我们现在的通信,可能大家经常想到的就是只有电磁波这样一个载体,但实际上有很多新的技术,基于可见光的通信,从2003年以来,实际上在国际上发展得很快,它有非常好的应用基础。比如,现在在很多大型的商场,很多办公场景里面都在使用这种技术,并且它有很多优势,因为它的容量可以做得很大。 但是学生不一定能反应过来,就是因为他学通信,一定是学的基于电磁波,所以我们相当于要引入这种新的概念,这个也是我们比较强调的,它的方式是传统方式,但是它的技术可能是用一种新的技术。这个提议实际上后来我们经过测试发现效果很好,因为这里面我们刚开始只是一个简单的一路语音传输作为基本要求,发挥部分是两路复用的一种技术,最后效果都很好。
2017年的时候,我们又用可见光出了一道可见光室内定位装置的题。
    但最后这个就和我们的预期有一些区别,我们本来是希望利用在一个室内,通过LED灯里面加载一些我们可以用于定位的信息,完成整个室内的传感器定位。最后发现绝大部分学生是用什么方式来做的呢,是用那个摄像头。所以这也是我们命题的一个原则,就是专家,我们并不限定学生的发挥,专家也特别强调一点,即使是以你心目中想的一种方式来设定整个题目的测定,学生总是有很多智慧。尽管在专家心目中,我们不排斥各种方法,但实际上学生在做的过程中他会体会。因为评测以后的结果,基于摄像头的和基于LED灯加载一些定位信息,例如一些过滤码,然后通过多点定位的方式等,做出来都有取得很好的效果。但是基于摄像头的它会带来风险,比如有一个测试条件,外面那个地方特别亮,你到北方去了,太阳特别好,然后到南方可能阴雨,所以那个条件不一样,它就会影响测试结果。但是如果我们是基于多点定位的,它就不会受到影响。所以,学生在这个过程中还是可以有些感悟。
    并且不是说老师定义一种解决方案,就作为我们整个题目的解决方案,老师希望的、命题专家希望的这种考点也未见得一定会被学生接受或采纳,但是我们都欢迎,因为在整个电子设计过程中,学生的各种创意,你会发现有很多是非常有趣的。

3.李老师和我们分享了两个例子。您作为这个行业里面多年的教师,能不能跟我们分享一下,比如当前行业一些发展的方向有哪些?比如新的技术、新的行业发展动向,能不能给大家做一些简单的分享?
Q3:目前通信领域的发展方向如何?有哪些新的技术被应用?


    李老师:实际上因为电子技术发展得非常快,我还是以我的专业方向来说,因为我偏通信。
    大家都知道,通信技术现在发展的很快,并且通信跟每个人的日常生活关联特别深入,现在通信是完全深入到我们生活的方方面面。
    但是通信这个概念也是在发生一些变化,以往像传统通信,我们的基本载体就是电话、手机、基站、长途交换机。但现在通信发展最快的部分是行业通信,不仅仅是传统通信,而是由各种行业通信,尤其是现在互联网技术的发展,它推动的最主要的一个动因,能够得到广泛应用的一个动因,就是我们通信技术能够进入到各个行业,能够呈现各种不同的形态。
    现在涉及到的物理层、网络层等一些核心技术可能变化不大,但是它的各种应用形态已经发生很多变化。例如它的网络编程、泛载接入是一种非常扁平化的,或者是一个自组织的或者平等的。实际上这些从每个学生或者从每一个社会上的人,他的感受也就比较多了。你说现在我们任何一个人都会用蓝牙耳机等等,实际上这些都是一些通信技术,只不过它的形态变成和我们生活越来越紧密。
    在我们整个全国大学生电子设计竞赛里面,在命题里非常注重这一点,非常注重各种新技术在命题里来进行体现。所以刚参加全国命题的时候,有的老专家给我提醒的特别重要的一点,就是你在讲你那个题目前,你先讲讲它有什么应用价值,有什么工程背景,这样让人觉得你不是空中楼阁的想一个东西,这很有道理。由于通信现在有很多新的应用平台,实际上这些都对我们全国大学生电子设计竞赛的命题有一些指导作用。
    当然我们有个前提,我们一定是做电子设计的。那像一些新的技术,包括像软件无线电,就是SDR,包括像MIMO多输入多输出,大家听到这个是很高大上的。但实际上如果命题专家他设计的好,它就会变成一个很简单的电子技术,可以来进行实现。
    这不是说我今后一定会出这样的题,但我可以和大家分享这样一个想法。例如可见光通信,可见光通信很容易做成多输入多输出,实际上MIMO在手机那些日常的很多产品里面都使用。 所以像办公环境里,基于可见光的那种通信很容易使用MIMO技术,这对学生来做一个基础设计也不难。因为它每一个LED灯就可以变成一个发射源。然后接收也是,我们可以下面多摆几个关键传感器就可以进行接收。所以不是像大家想象的,软件无线电或者MIMO多么的高大上,不是,在我们电子设计竞赛里很多新技术都可以体现,当然它的形态会发生一些弱化,不是按这种商业的标准,我们目的是要引导学生在我们竞赛中尽量的使用一些非常先进的技术。
    另外就是现在物联网带来的一些新的应用形态。包括B2B那种设备之间的通信,或者像NFC近场通信,这些都可以和我们的电赛发生非常紧密的契合。
    我丝毫没有说这是我们的命题方向,但是它的确可以在我们的整个电赛里面有所体现,所以电赛里面很多题目你会发现,它最后实现的方法好像很简单,但是它实际上内在隐含的技术,很可能就是一个很高大上的技术,当你把这个技术发挥到极致的时候,发挥了商用的那种,你就会发现非常有用。

4.非常感谢李教授的分享,因为近几年的电赛的影响力也越来越大,越来越多学校、学生都参与到这个比赛当中来,以前可能都是大三为主力,近几年很多大二、甚至大一的学生可能都来参加了,您对这些学生参加比赛有什么建议?因为他们有可能一开始学科课程还没学到这么多。
Q4:对于准备参加全国大学生电子设计竞赛的低年级学生,李老师有什么看法和建议?   

    李老师:这是一个问题,但我觉得这不算一个什么大问题,至少我发现在电子科技大学过去的这两届里面,大一、大二参赛的学生已经很多了,他们的成绩依然非常的优秀,所以实际上给我们一个启示,与其说他学习一个课程,被动的在学习,掌握很多知识,还不如发挥他的主动性,让他能主动自己去学。所以我认为大一、大二的学生参与电子设计竞赛是正常的,也不是说他们就一定会有比那些高年级有多大的压力,这个倒不一定。
    回想一下,好像现在中学生都已经有各种竞赛,我看中学生的智能汽车的竞赛,成绩也很好,并且各种控制模式也很丰富,实际上是这样的,我们全国大学生电子设计竞赛,为什么在我们的高校、业界和广大师生中有那么好的影响,是因为这个过程真正可以把学生学习的主动性和他的兴趣能结合发挥出来,这个才是最关键的。在这个过程中,如果再有老师来进行引导,他学相关的一些技术是会非常快,非常容易的。
    当然每一个学校可能会做一些准备,但总体来讲大一、大二的学生,他需要的就是纯粹理学的基础,就是像数学、物理、建模等那些基础的知识应该是足够的。他可能缺的是电子技术方面的专业知识。而这个知识如果我们在引导学生、训练学生,以问题带入进去,然后他来学习,他会非常快的掌握。所以,应该说这个问题不是特别大的一个问题。
    当然我们也还是希望给大一、大二的学生提一些建议,如果是大一、大二就想参赛,我希望你是特别有兴趣的,同时也特别要有动力,因为我不希望大家在参赛过程中影响了你们的课程学习,这个特别重要。因为不管怎么样,在大学里面,整个课程体系,在构建你的整个知识体系方面是非常有用的。不是说你一定要掌握某某具体的知识,而是因为你把你的整个知识体系构架以后,便于你今后进一步的进修,进一步的深造,或者直接证明你具备比别人没有进入过大学本科的学生更快的学习能力,更好的功底,这个才是我们特别需要的,所以那些学习也很重要。如果是大一、大二参加,你就要做好准备,不要放弃你的理论课学习,同时把你的潜能发挥出来,把你的兴趣发挥出来。真的把兴趣结合在你的学习过程中,你会学起来非常快。
    大学总体来讲,前一段时间全国教育大会里面也在讲,我们大学生的负担不够,如果要来参赛,就把潜力发挥出来,你放心,没有问题。

5.现在在比赛当中,基本上在赛前各个学校其实都会进行一些培训、选拔,然后刚刚说到学校这边,大一、大二学生参加比赛成绩也比较好,在这一块,比如学校在比赛培训这一块有什么选拔机制,或者有什么训练的方式,给大家做个分享。
Q5:电子科技大学在全国大学生电子设计竞赛培训以及参赛学生选拔方面有何机制?    

    李老师:这个我愿意讲,并且我在全国的很多电子设计竞赛的交流会上我也讲过,电子科技大学很早就开始尝试把科技竞赛这部分课程化,这个我觉得是非常有意义的一件事情,而不是师傅带徒弟的这样一种方式。师傅带徒弟,我们在一个非常小的一个阶段里面会有,但是总体来讲是学生自己来打好竞赛的基础。
    在电子科技大学应该是有大概七、八门,甚至接近十门左右的竞赛类的课程,应该有十门,具体数据我不清楚,你们可以掐掉。然后其中关于全国大学生电子设计竞赛有三门,像最核心的就是我们从大一开始,第一学期就在开设,以往是第一学期、第二学期都有开设,叫电子设计基础。 这个课里面教的是什么?就是让学生来认识电子器件,然后认识一些基本仪器,例如万用表,怎么用这一些东西,还比如普通的示波器。然后教一些最基本的电路焊接技术、制板技术,与电子设计功能相关的、知识相关的内容基本上不讲,它就是培养一个兴趣,我们经常说是把他们带进电子世界里面来逛一圈,让他看一看。这样会把有一些学生的内在激发出来,另外让他形成一个比较严谨的概念,就是整个做电子设计,它需要的一些最基础的一些技能和最基础的关注点,尤其是对仪器类的使用。
    我们发现这除了对竞赛有好处,实际上对整个学生知识构架的构成也非常有好处。因为学生实际上在后面,紧接着学电路的第一门课是电路分析,电路分析那门课,是把学生从高中属于推理式、逻辑式的那种课程转换成电子,电子总是带有很多不确定性的东西,就是我们真正接触专业知识后发现,高中学的最大的问题是考严谨,答案是A绝不是B,但是到大学里面就会发现答案说不清楚,属于这种。
    电分是我们第一个建立的,以电子的方式来理解很多东西的这样一门课。 如果前面学过了电路设计基础的那部分学生来学这门课的时候,他的认识可以带有一点工程的概念,没有学过的学生进来以后,他会把电分学成什么,学成类似于数学应用课,然后他会记住一堆的公式,记住一堆的怎么来算某一个具体的数字值,和具体的什么波形,具体信号是什么,不发生关系。所以我就觉得,为什么这种还是很有好处。
    第二门是一个最小系统,告诉我们任何一个电子系统,它一定有一个控制器,这种控制器可能是比较简单的控制,也可能是带有智能的那种控制。 这个部分是一门课。后面才是关于一些电路功能的一门课。就这三门课来推进,我们相当于让一般学生去具备做电子设计的基本概念。当然他不关心各种电子功能的这种实现的知识。
    在电子科技大学一般是到了大三这一年,大概是四、五月份开始遴选,遴选就是参加全国竞赛的这种准备。遴选下来大概是100多不到200名学生,这部分到时候就可能会配一些导师,这些导师,就可能进行一些,他做各种功能性设计、指标性设计的时候,那些老师给他做指导,然后如果他有些知识欠缺,就会进行知识方面的补充或者辅导。所以真正我们集中训练的时间并不多,整个电赛这个过程受益的学生反而很多。由于基础比较扎实,总体来讲,我们还觉得那部分学生素质也比较好,所以效果也还不错。

6.近几年比赛的题目跟产业的热点结合越来越紧密了,之前在2017年在电赛当中,引入了单向电器分析监测当中一个学习的概念,然后在2018年TI联赛当中也引入了简易手势识别,也有机器学习的概念,就像在人工智能这一块,您觉得后期电赛在哪些方面有可能做一些结合?
Q6:未来的大学生电子设计竞赛是否会与人工智能相结合?


    李老师:2018年那个题是我出的,实际上人工智能的定义,我刚才前面讲有一些技术,软件无线电、MIMO技术等,它本身是很高大上的,但它只要和我们的生活结合起来,你就会发现它实际上也很接地气。所以在我们电赛里面体现和应用AI技术,这是很正常的。
    人工智能技术发展到现在,它本身也是越来越接地气。我们说人工智能是经历了几个阶段,前期像五、六十年代完全是从理论层面,到90年代以来,就是进入新世纪以后,那个时候的人工智能得到了非常快速的发展,是因为我们有大量的数据,有大量的网络支撑。 现在一般大家说到人工智能,马上就会想到像微软、谷歌、亚马逊等,他们提供了很多叫做认知的这种服务,很多企业也是基于这种来进行的。但说句实在话,这个可能大家就觉得和电赛很远,好像更多偏计算机、更多偏软件的这种东西。
    但进入到后来,应该从2012年以后,实际上人工智能进入到第三个阶段,所谓第三个阶段就是人工智能有两批人,一部分就是基于云的这部分,在做语音识别、图像识别,然后做机器学习的各种模型。 但另外还有一批,尤其在中国,像深圳、上海等这些地方,包括成都,那部分在做智能系统,就是要把人工智能的东西嵌入到我的系统里面,这就变成电子系统的一个特点。所以,人工智能既然是电子系统的一个特点,电赛肯定会涉及。所以,像2018年手势识别中,机器学习比较简单,它只是需要进行学习,所以比较简单。但实际上学生就有这样一个概念。真正在我们日常生活中,像电子系统的智能化一定会引入很多人工智能的东西。
过去可能还会受到一些我们约定的最小系统的这种限定,因为过去电赛对最小系统约定的比较严苛,一定只是单片机,或者一定是一个功能比较简化的那种ARM系统等。但现在由于人工智能的很多算法,它有很多加速器,可以插一个简单的USB,它就可以作为加速器,所以让我们很多东西就能够引入在一个智能系统里面,这是一个电子系统。所以人工智能技术和电赛契合,这个是肯定的,然后命题方向会往上面走,这也是我们愿意做的。 至于是一个什么样的启迪,那是需要智慧。
    尽管像我们在前面做一些尝试,比如我们电力线检测以后来判定我们的负载类型等。但它一定会引起我们后面在很多设计里面的这种智能化的要求,一定会引入很多人工智能这种技术。
    另外,人工智能还有一个方面的体现,我们可能在整个的电赛这方面都还没有高度关注,哪一个方面呢?就是交互式,就是人机交互的层面。这个层面,因为在我们电赛里面,交互这部分指标化比较困难,但实际上这是非常有趣的,因为像语音识别、图像识别等这些人工智能技术引入以后变得越来越方便,现在像语音识别、语音合成,我已经可以跟特朗普直接交流了,对吧?当然没有真正的特朗普。但是它这种智能式的、交互式的部分是我们电子系统一种存在的形态。这个部分也可能会是今后要关注的一个点。
    以前我们经常说电赛的作品展示性不太好,因为要看出性能好坏,要借助示波器、频谱仪,那一定是专业人士。但如果在我们今后作品里面引入更多的这种智能交互的东西,它存在的形态就会更多。所以电赛今后一定会引入更多的人工智能技术。但是不会本身就是我来做很多人工智能的那种算法,更多的是一种应用的,你来策划怎么把人工智能已经成熟的技术应用在电子系统里面,使得电子系统具有更好的那种智慧,这个可能是我们的转折方向。


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