使用NI USRP和LabVIEW為無線通信實驗室設計動手實踐課程

斯坦福大學聯網系統組(SNSG)Sachin Katti教授使用用LabVIEW和NI USRP，在創建聯網通信系統EE 49課程中試驗了全新的動手實踐教學方法。Katti教授使用該教學方法向大學二年級學生介紹真實的通信信號。

創建完整的通信系統

Katti教授首先在2011春季學期的EE 49課程中試驗了動手實踐的教學方法。 通過LabVIEW和NI USRP的軟硬件結合，學生可以創建整個通信系統信號鏈路中的各個功能模塊，并觀察各點的信號特征。通過該方法，學生親身體驗并構建了信道編碼、調制、定時恢復、隨機數生成等現代數字通信系統中常見的功能模塊。最后，作為結課項目，學生在USRP射頻發射機和射頻接收機之間創建完成了一個無線通信鏈接。學生們僅在學習了射頻和通信入門級課程之后，就能夠獨立地完成構建通信系統的項目，實屬不易。

動手實驗使學生能夠親手操作NI USRP射頻收發機，頻率范圍從50 MHz 到2.2 GHz，實時帶寬達20 MHz。借助NI USRP和LabVIEW，學生可實時看到標準汽車安全鑰匙發送的簡單射頻 開關信號，以及850 MHz 的GSM移動手機信號。學生們還可通過實時分析頻譜找到FM發射站，甚至實現一個FM解調器來收聽FM廣播。在結課項目中，每個學生都設計了一個數據包收發機。收發機能夠成功接收并解碼一個數據包，并通過ACK信號完成通信握手。

每個實驗都鼓勵學生們動手實現通信系統的一個功能模塊。 例如，在第四個試驗中，學生學習了解調理論，并在兩個USRP構建的空中無線鏈接上實現了基于BPSK（二進移相鍵控）調制方式的射頻接收機。 射頻收射機重復發送BPSK信息包，由學生負責解碼。每位學生在自己的計算機和NI USRP上開發接收機解調信號。在兩個星期的實驗室課程中，學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、錯誤排除等動手實踐訓練。 實驗室課程的安排使學生最終還可以將之前課程中開發的代碼整合起來用于創建一個實際的無線鏈接，作為課程的結課項目。

該試驗課程得到了學生的一致認可，學生Michael Duarte對課程的反饋如下：

“把課堂上學到的知識應用到實驗中真是太不可思議了，”Duarte說。 “學習之前我對USRP硬件并不熟悉，但是通過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單。 總的來說，我在斯坦福兩年，這是我最喜歡的一門課程。”