NI為無(wú)線(xiàn)通信實(shí)驗室設計動(dòng)手實(shí)踐課程

　　創(chuàng )建完整的通信系統

　　Katti教授首先在2011春季學(xué)期的EE 49課程中試驗了動(dòng)手實(shí)踐的教學(xué)方法。 通過(guò)LabVIEW和NI USRP的軟硬件結合，學(xué)生可以創(chuàng )建整個(gè)通信系統信號鏈路中的各個(gè)功能模塊，并觀(guān)察各點(diǎn)的信號特征。通過(guò)該方法，學(xué)生親身體驗并構建了信道編碼、調制、定時(shí)恢復、隨機數生成等現代數字通信系統中常見(jiàn)的功能模塊。最后，作為結課項目，學(xué)生在USRP射頻發(fā)射機和射頻接收機之間創(chuàng )建完成了一個(gè)無(wú)線(xiàn)通信鏈接。學(xué)生們僅在學(xué)習了射頻和通信入門(mén)級課程之后，就能夠獨立地完成構建通信系統的項目，實(shí)屬不易?！　?/p>

 

　　動(dòng)手實(shí)驗使學(xué)生能夠親手操作NI USRP射頻收發(fā)機，頻率范圍從50 MHz 到2.2 GHz，實(shí)時(shí)帶寬達20 MHz。借助NI USRP和LabVIEW，學(xué)生可實(shí)時(shí)看到標準汽車(chē)安全鑰匙發(fā)送的簡(jiǎn)單射頻 開(kāi)關(guān)信號，以及850 MHz 的GSM移動(dòng)手機信號。學(xué)生們還可通過(guò)實(shí)時(shí)分析頻譜找到FM發(fā)射站，甚至實(shí)現一個(gè)FM解調器來(lái)收聽(tīng)FM廣播。在結課項目中，每個(gè)學(xué)生都設計了一個(gè)數據包收發(fā)機。收發(fā)機能夠成功接收并解碼一個(gè)數據包，并通過(guò)ACK信號完成通信握手。

　　每個(gè)實(shí)驗都鼓勵學(xué)生們動(dòng)手實(shí)現通信系統的一個(gè)功能模塊。 例如，在第四個(gè)試驗中，學(xué)生學(xué)習了解調理論，并在兩個(gè)USRP構建的空中無(wú)線(xiàn)鏈接上實(shí)現了基于BPSK(二進(jìn)移相鍵控)調制方式的射頻接收機。 射頻收射機重復發(fā)送BPSK信息包，由學(xué)生負責解碼。每位學(xué)生在自己的計算機和NI USRP上開(kāi)發(fā)接收機解調信號。在兩個(gè)星期的實(shí)驗室課程中，學(xué)生共接受到信道校正、BPSK符號解映射、報頭檢測方法、包解碼、CRC檢測、錯誤排除等動(dòng)手實(shí)踐訓練。 實(shí)驗室課程的安排使學(xué)生最終還可以將之前課程中開(kāi)發(fā)的代碼整合起來(lái)用于創(chuàng )建一個(gè)實(shí)際的無(wú)線(xiàn)鏈接，作為課程的結課項目。

　　該試驗課程得到了學(xué)生的一致認可，學(xué)生Michael Duarte對課程的反饋如下：

　　“把課堂上學(xué)到的知識應用到實(shí)驗中真是太不可思議了，”Duarte說(shuō)。 “學(xué)習之前我對USRP硬件并不熟悉，但是通過(guò)LabVIEW，我對儀器編程了如指掌。 LabVIEW本身很好用。 使用LabVIEW編程和調試程序都非常簡(jiǎn)單。 總的來(lái)說(shuō)，我在斯坦福兩年，這是我最喜歡的一門(mén)課程。”

　　LabVIEW和NI USRP使斯坦福學(xué)生學(xué)得更容易，更有興趣。 LabVIEW軟件是信號處理以及與NI USRP硬件無(wú)縫交互的理想之選。學(xué)生可使用LabVIEW和NI USRP開(kāi)發(fā)生成和處理射頻信號的通信算法。

　　教學(xué)和學(xué)習的新選擇

　　“我們的試驗課程是改革通信理論教學(xué)方法的一次全新嘗試，”Katti說(shuō)。 “全美學(xué)校的電子工程和計算機系的招生都生源不足。這個(gè)現象的原因之一就是我們沒(méi)能為學(xué)生提供相關(guān)的動(dòng)手實(shí)踐體驗，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣。NI的解決方案恰好是對癥的一劑。”

　　課程評價(jià)系統收到的學(xué)生反饋證明了學(xué)生在EE 49課程上都充分的投入，收獲很多。 “這次課程收到的評價(jià)太棒了，”Katti說(shuō)。 “學(xué)生們給出的分數是4.94/5.0，這大概是斯坦福大學(xué)工程學(xué)院最受歡迎的一門(mén)課了。”

　　學(xué)生們對該課程的反響很好，評價(jià)摘選如下：

　　“這是我上過(guò)最好的電子工程課。”

　　“很好的新課程……實(shí)驗室動(dòng)手課程有助于理解理論和增強動(dòng)手能力。 我會(huì )向我所有的電子工程系的朋友推薦這門(mén)課。”

　　“太棒了! 我很喜歡這門(mén)課，而且還可以使用實(shí)驗室超酷的硬件設備。”

　　因為課程試驗取得了成功，Katti教授計劃在秋季學(xué)期將NI USRP和LabVIEW平臺的使用擴展到40名學(xué)生，20個(gè)實(shí)驗臺的規模。 Katti認為這類(lèi)課程為學(xué)生以后學(xué)習信號處理和通信理論課程打下一個(gè)良好的基礎。 該教學(xué)方案也適用于其他入門(mén)類(lèi)信號處理課程，例如，信息理論、信號和系統。 另外，該平臺可根據學(xué)生的學(xué)習進(jìn)度和關(guān)心的研究方向進(jìn)行調節和擴展。

　　LabVIEW和NI USRP為通信實(shí)驗教學(xué)提供了理念的軟件無(wú)線(xiàn)電教學(xué)平臺，可有效地提高學(xué)生在通信職業(yè)領(lǐng)域的競爭力。Katti博士愿意將課件和其他大學(xué)分享，幫助更多的學(xué)生通過(guò)動(dòng)手實(shí)驗學(xué)習無(wú)線(xiàn)通信的理論知識，激發(fā)學(xué)習興趣。