用NI USRP和LabVIEW為實驗室設計實踐課程

　　射頻和通信課程的傳統(tǒng)教學方法通常是理論學習和數學公式的推導。學生著重推導公式和軟件仿真。越來越多的講師已經意識到，如果能夠提供一種實驗設備，學生就可以應用學到的理論知識基于各種真實信號試驗，加深對理論的理解。但是，價格合理、操作簡便并且針對教學的實驗設備實在少而又少。

　　斯坦福大學聯網系統(tǒng)組(SNSG) Sachin Katti教授使用用LabVIEW和NI USRP，在創(chuàng)建聯網通信系統(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、隨機數生成等現代數字通信系統(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(fā)機。收發(fā)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(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?？偟膩碚f，我在斯坦福兩年，這是我最喜歡的一門課程”。

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

　　教學和學習的新選擇

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