"結合LabVIEW和NI USRP的軟硬件優勢，學生可以創建整個通信係統信號鏈路中的各個功能模塊，並觀察各點的信號特征。"

                                                                       - Dr. Sachin Katti, Stanford University

 

挑戰:
    chulelilunshoukeheruanjianfangzhenzhiwai，zaijinkenengdidenianjijiuyinrudongshoushijianjiaoxuehuanjie
，zaitongxinlilunderumenkechengzhongjiuweixueshengtigongyuzhenshishepinxinhaodejiaohushiyanjihui，jifaxueshengdexuexixingqu。

 

解決方案:
    使用NI USRP和LabVIEW軟件無線電教學平台，使學生有機會在實驗室運用學習到的無線通信理論構建“真實”的通信係統
，並作為斯坦福大學電子工程係二年級本科生課程EE 49搭建聯網通信係統的重要內容。

 

作者:
    Dr. Sachin Katti - Stanford University

    shepinhetongxinkechengdechuantongjiaoxuefangfatongchangshililunxuexiheshuxuegongshidetuidao。xueshengzhezhongtuidaogongshiheruanjianfangzhen。yuelaiyueduodejiangshiyijingyishidao，ruguonenggoutigongyizhongshiyanshebei，xueshengjiukeyiyingyongxuedaodelilunzhishijiyugezhongzhenshixinhaoshiyan
，jiashenduililundelijie。danshi
，jiageheli
、操作簡便並且針對教學的實驗設備實在少而又少。

    斯坦福大學聯網係統組(SNSG)Sachin Katti教授使用用LabVIEW和NI USRP
，在創建聯網通信係統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。

 

    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(de)軟(ruan)硬(ying)件(jian)結(jie)合(he)
，學(xue)生(sheng)可(ke)以(yi)創(chuang)建(jian)整(zheng)個(ge)通(tong)信(xin)係(xi)統(tong)信(xin)號(hao)鏈(lian)路(lu)中(zhong)的(de)各(ge)個(ge)功(gong)能(neng)模(mo)塊(kuai)，並(bing)觀(guan)察(cha)各(ge)點(dian)的(de)信(xin)號(hao)特(te)征(zheng)。通(tong)過(guo)該(gai)方(fang)法(fa)
，學(xue)生(sheng)親(qin)身(shen)體(ti)驗(yan)並(bing)構(gou)建(jian)了(le)信(xin)道(dao)編(bian)碼(ma)、調製、定時恢複、隨機數生成等現代數字通信係統中常見的功能模塊。最後，作為結課項目，學生在USRP射she頻pin發fa射she機ji和he射she頻pin接jie收shou機ji之zhi間jian創chuang建jian完wan成cheng了le一yi個ge無wu線xian通tong信xin鏈lian接jie。學xue生sheng們men僅jin在zai學xue習xi了le射she頻pin和he通tong信xin入ru門men級ji課ke程cheng之zhi後hou
，就jiu能neng夠gou獨du立li地di完wan成cheng構gou建jian通tong信xin係xi統tong的de項xiang目mu

，實shi屬shu不bu易yi。

    動手實驗使學生能夠親手操作NI USRP射頻收發機，頻率範圍從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並解碼一個數據包，並通過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係統的一個功能模塊。 例如，在第四個試驗中，學生學習了解調理論
，並在兩個USRP構建的空中無線鏈接上實現了基於BPSK（二進移相鍵控）調製方式的射頻接收機。 射頻收射機重複發送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於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硬件並不熟悉，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。”

    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開發生成和處理射頻信號的通信算法。

 

    “我們的試驗課程是改革通信理論教學方法的一次全新嚐試，”Katti說。 “quanmeixuexiaodedianzigongchenghejisuanjixidezhaoshengdoushengyuanbuzu。zhegexianxiangdeyuanyinzhiyijiushiwomenmeinengweixueshengtigongxiangguandedongshoushijiantiyan，jifaxueshengdexuexixingqu。NI的解決方案恰好是對症的一劑。”

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

    學生們對該課程的反響很好

，評價摘選如下：

“這是我上過最好的電子工程課。”

“很好的新課程……實驗室動手課程有助於理解理論和增強動手能力。 我會向我所有的電子工程係的朋友推薦這門課。”

“太棒了！ 我很喜歡這門課，而且還可以使用實驗室超酷的硬件設備。”

    因為課程試驗取得了成功
，Katti教授計劃在秋季學期將NI USRP和LabVIEW平台的使用擴展到40名學生，20個實驗台的規模。 Katti認為這類課程為學生以後學習信號處理和通信理論課程打下一個良好的基礎。 該教學方案也適用於其他入門類信號處理課程
，例如，信息理論、信號和係統。另外，該平台可根據學生的學習進度和關心的研究方向進行調節和擴展。

    LabVIEW和NI USRP為通信實驗教學提供了理念的軟件無線電教學平台，可有效地提高學生在通信職業領域的競爭力。Katti博士願意將課件和其他大學分享，幫助更多的學生通過動手實驗學習無線通信的理論知識，激發學習興趣。