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(lián)網(wǎng)系統(tǒng)組(SNSG)Sachin Katti教授使用用LabVIEW和NI USRP，在創(chuàng)建聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)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(chuàng)建完整的通信系統(tǒng)

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(chuàng)建整個通信系統(tǒng)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(shù)生成等現(xiàn)代數(shù)字通信系統(tǒng)中常見的功能模塊。最后，作為結課項目，學生在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(tǒng)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(fā)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(fā)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(fā)射站，甚至實現(xiàn)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(shù)據(jù)包收發(fā)機。收發(fā)機能夠成功接收并解碼一個數(shù)據(jù)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(xiàn)通信系統(tǒng)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(xiàn)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(fā)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(fā)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(fā)的代碼整合起來用于創(chuàng)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。”