使用NI USRP和LabVIEW为无线通信实验室设计动手实践课程

斯坦福大学联网系统组(SNSG)Sachin Katti教授使用用LabVIEW和NI USRP，在创建联网通信系统EE 49课程中试验了全新的动手实践教学方法。Katti教授使用该教学方法向大学二年级学生介绍真实的通信信号。

创建完整的通信系统

Katti教授首先在2011春季学期的EE 49课程中试验了动手实践的教学方法。 通过LabVIEW和NI USRP的软硬件结合，学生可以创建整个通信系统信号链路中的各个功能模块，并观察各点的信号特征。通过该方法，学生亲身体验并构建了信道编码、调制、定时恢复、随机数生成等现代数字通信系统中常见的功能模块。最后，作为结课项目，学生在USRP射频发射机和射频接收机之间创建完成了一个无线通信链接。学生们仅在学习了射频和通信入门级课程之后，就能够独立地完成构建通信系统的项目，实属不易。

动手实验使学生能够亲手操作NI USRP射频收发机，频率范围从50 MHz 到2.2 GHz，实时带宽达20 MHz。借助NI USRP和LabVIEW，学生可实时看到标准汽车安全钥匙发送的简单射频 开关信号，以及850 MHz 的GSM移动手机信号。学生们还可通过实时分析频谱找到FM发射站，甚至实现一个FM解调器来收听FM广播。在结课项目中，每个学生都设计了一个数据包收发机。收发机能够成功接收并解码一个数据包，并通过ACK信号完成通信握手。

每个实验都鼓励学生们动手实现通信系统的一个功能模块。 例如，在第四个试验中，学生学习了解调理论，并在两个USRP构建的空中无线链接上实现了基于BPSK（二进移相键控）调制方式的射频接收机。 射频收射机重复发送BPSK信息包，由学生负责解码。每位学生在自己的计算机和NI USRP上开发接收机解调信号。在两个星期的实验室课程中，学生共接受到信道校正、BPSK符号解映射、报头检测方法、包解码、CRC检测、错误排除等动手实践训练。 实验室课程的安排使学生最终还可以将之前课程中开发的代码整合起来用于创建一个实际的无线链接，作为课程的结课项目。

该试验课程得到了学生的一致认可，学生Michael Duarte对课程的反馈如下：

“把课堂上学到的知识应用到实验中真是太不可思议了，”Duarte说。 “学习之前我对USRP硬件并不熟悉，但是通过LabVIEW，我对仪器编程了如指掌。 LabVIEW本身很好用。 使用LabVIEW编程和调试程序都非常简单。 总的来说，我在斯坦福两年，这是我最喜欢的一门课程。”