“数字信号处理”实践课题与考评方法

迟 楠，燕 方，李洁慧

(复旦大学信息科学与工程学院，上海200433)

“数字信号处理”课程涉及多种复杂变换，学生接受起来相对困难。为了提高学生的学习兴趣，更好地传授知识，配合我校教学团队建设，我们进行了该课程的教学改革探索［1-3]。

1 实践研究课题的设置

“数字信号处理”课程内容较多，涉及Z变换、离散傅里叶变换、快速傅里叶变换和多种滤波器设计等，而课时只有54学时。因此，课堂授课仍然以基本原理和基本概念为主。

我们采取的教改措施是给学生开设短期的研究课题，并专设一名指导教师。研究课题针对课程内容，给出几篇关键文献，让学生自主做一些基本研究，既可以基于通用的程序设计语言，也可以基于现有的仿真软件完成。在欧洲的大学称之为“special course”或者“short-term project”，为时短则1个月，长则3个月。课题结束时需要提交一份研究报告，有时候还需要组织小规模答辩。我们在参考丹麦技术大学和英国布里斯托尔大学教学经验的基础上，提出了设立实践研究课题的方案。由于我院主要关注光通信和无线通信方面的教研工作，研究课题的选择有意识地强化通信背景，希望能够通过课题的开展，使学生对科研工作有初步的了解，为学生大四学年的毕业设计做铺垫。该教学实践已分别在2010年秋季学期和2012年秋季学期试点了两年。

2010年研究课题的题目有:高阶MSK-OFDM、发射机段频域均衡FDE、接收机电色散补偿、相干接收机载波恢复、相位分集OFDM系统、各种调制码型传输性能分析、基于FIR的IQ不平衡补偿、多边带产生及其在ROF中应用、基于Matlab的GMSK调制、DSP在OFDM系统中的应用和微波光子学时频变换。

2010年课题中有些研究项目较为专业，学生需要花较多时间了解专业背景知识。因此，在2012年我们设立课题时更倾向于较为宽泛的背景，强调具体的关键技术。2012年课题的题目有:基于编码技术降低OFDM峰均比的分析和实现、低通滤波器的时、频域设计、准循环LDPC编码及译码、QPSKOFDM信号的生成、FIR滤波器在可见光通信中的应用、三角波驱动的多波长技术研究、预均衡技术的研究与仿真、MIMO信号恢复研究和16QAM信号的生成。

我们每学期授课人数一般在50人左右。学生按照自愿的原则被分成若干小组，每组4-5人。学生自由选择课题，我们为每个课题提供预期目标和参考文献(不少于3篇)。课题一般在第一堂课布置到12-14周验收。

2 研究环节的掌控

学生的研究环节直接关系到最终课题验收的效果，该环节分为三个阶段。第一阶段为1-2周，学生主要的任务是课题调研，阅读布置的文献并将所有文献翻译成中文。值得指出的是，翻译是非常关键的入门功课。很多学生读文献走马观花，似是而非。实际上文献翻译过程需要逐字逐句的挖掘内涵，可以锻炼学生的综合理解能力，也会暴露知识点的问题和混淆偏差。第二阶段是2-11周，学生进入理论分析和数值建模工作，根据课题要求建立理论模型，基于通用语言形成源代码，针对数据进行数值仿真，并将得出的结果绘制成各种曲线或表格。第三阶段安排在最后一周进行撰写报告。

我校“数字信号处理”课程一般设置在大学三年级。此时由于学生独立进行科研尚有困难。这门课的每个研究小组均需配备一名指导教师。由于一名教师很难在短时间内同时指导10个组左右的课题，我们让本系高年级硕士生或博士生来担任辅导教师。他们每周会给学生留出答疑时间，在课题完成过程中学生遇到问题，也可以通过电子邮件的方式与辅导教师联系进行讨论。

实践表明，由于辅导教师是本系的研究生学长，非常熟悉情况，对大三学生各方面都起到表率作用。一部分学生对科研产生了浓厚的兴趣，从而提前进入各个实验室，有些学生本科阶段便已经发表了学术论文。

3 课题报告的把关

课题报告主要应分为以下几个部分。

(1)背景介绍—系统介绍研究的领域方向和国际国内研究动态，也可以说明在整个通信系统中处于哪个位置。

(2)原理部分—这部分主要是公式推导、理论建模和程序实现。学生对课题的研究内容有基础的理论推导，得到部分定性的结论，然后通过数值建模，建立仿真模型，详细描述仿真模型的结构和各个参量的含义设置，对于程序源代码给出代码流程图，也节选关键源代码，分步骤描述具体实现功能。

(3)仿真结果部分—根据仿真模型和源代码，研究参量变化对系统的影响，给出工作区域和最佳工作点。验证系统的完整性和可行性。

(4)结论部分—整个研究工作总结、体会和讨论，给出不足之处和今后的改进之处。

现以“DSP在OFDM系统中的应用”这一课题为例进行介绍。学生首先描述OFDM的由来，引述最早的文献及后续的一些发展，说明在3G无线通信以及光通信中的应用。学生在原理部分，推导了OFDM时域频域表示式，画出OFDM系统的结构框图，重点阐述FFT和IFFT变换。学生在仿真结果部分，研究了不同点数的FFT对OFDM的峰均比的影响，研究了不同阶数高阶调制OFDM信号的调制与解调，画出了星座图。在加性高斯白噪声的情况下，基于OFDM的通信系统的传输损伤。学生在结论与展望部分说明峰均比是OFDM的关键问题，可以通过引入附加变换，乘概率矩阵或者编码等方式提高系统性能。

4 课题答辩的考评

我们通常安排一次大课(共3节课)进行课题答辩。学生需要准备PPT做汇报，汇报一般每组15分钟，其中讲12分钟，提问3分钟。每组学生共同参与，选出1位代表来做汇报，也可分工介绍，互相配合，在讲台上介绍可以活跃气氛，效果很好［4]。

答辩结束后，发给每组学生一个打分表，根据每组学生的答辩结果，组与组之间交叉打分。为了体现分数的排序分布，规定获分最高的组可以达100分，最低的组必须低于70分。然后将所有打分结果取平均，作为学生期中考试的成绩。这种交叉打分方法可以增强学生主人翁态度，也体现了公平公正的原则。两个学期的教学改革试点表明，学生的学习积极性得到了普遍提高。2012年度学生的“数字信号处理”成绩最低分由61分提高到73分，平均分比2010年提高了2个百分点。

［1] http://ocw.mit.edu/resources/res-6-008-digital-signal-processing-spring-2011/introduction/

［2] 汪源源，郭翌，吴晓峰.信号类课程的教学团队建设［J] .南京:电气电子教学学报，2013(1)

［3] 周小林.信息论课程教学方法改革研究［J] .南京:电气电子教学学报，2013(2)

［4] http://www.englishclub.com/speaking/presentations－pres.htm