使用NI USRP和LabVIEW為無線通信實驗室設(shè)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(jié)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(gòu)建了信道編碼、調(diào)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(jié)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(gòu)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(guān)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(diào)器來收聽FM廣播。在結(jié)課項目中,每個學生都設(shè)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(diào)理論,并在兩個USRP構(gòu)建的空中無線鏈接上實現(xiàn)了基于BPSK(二進移相鍵控)調(diào)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(diào)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(jié)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(yīng)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(diào)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?!?
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