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1、NI为无线通讯实验室设计动手理论课程gengwt导语：使用NIUSRP和LabVIEW软件无线电教学平台，使学生有时机在实验室运用学习到的无线通讯理论构建“真实的通讯系统，并作为斯坦福大学电子工程系二年级本科生课程EE49搭建联网通讯系统的重要内容。图1:NIUSRP结合LabVIEW和NIUSRP的软硬件上风，学生可以创立整个通讯系统信号链路中的各个功能模块，并观察各点的信号特征。-Dr.SachinKatti,StanfordUniversity挑战:除了理论授课和软件仿真之外，在尽可能低的年级就引入动手理论教学环节，在通讯理论的入门课程中就为学生提供与真实射频信号的交互实验时机，激发学生
2、的学习兴趣。解决方案:使用NIUSRP和LabVIEW软件无线电教学平台，使学生有时机在实验室运用学习到的无线通讯理论构建“真实的通讯系统，并作为斯坦福大学电子工程系二年级本科生课程EE49搭建联网通讯系统的重要内容。作者:Dr.SachinKatti-StanfordUniversity射频和通讯课程的传统教学方法通常是理论学习和数学公式的推导。学生着重推导公式和软件仿真。越来越多的讲师已经意识到，假如可以提供一种实验设备，学生就可以应用学到的理论知识基于各种真实信号试验，加深对理论的理解。但是，价格公道、操纵简便并且针对教学的实验设备实在少而又少。斯坦福大学联网系统组(SNSG)Sachi
3、nKatti教授使用用LabVIEW和NIUSRP，在创立联网通讯系统EE49课程中试验了全新的动手理论教学方法。Katti教授使用该教学方法向大学二年级学生介绍真实的通讯信号。创立完好的通讯系统Katti教授首先在2020春季学期的EE49课程中试验了动手理论的教学方法。通过LabVIEW和NIUSRP的软硬件结合，学生可以创立整个通讯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、随机数生成等当代数字通讯系统中常见的功能模块。最后，作为结课工程，学生在USRP射频发射机和射频接收机之间创立完成了一个无线通讯链接。学生们仅在学习了
4、射频和通讯入门级课程之后，就可以独立地完成构建通讯系统的工程，实属不易。动手实验使学生可以亲手操纵NIUSRP射频收发机，频率范围从50MHz到2.2GHz，实时带宽达20MHz。借助NIUSRP和LabVIEW，学生可实时看到标准汽车平安钥匙发送的简单射频开关信号，以及850MHz的GSM挪动手机信号。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播送。在结课工程中，每个学生都设计了一个数据包收发机。收发机可以成功接收并解码一个数据包，并通过ACK信号完成通讯握手。每个实验都鼓励学生们动手实现通讯系统的一个功能模块。例如，在第四个试验中，学生学习理解调理论，并在两
5、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NIUSRP上开发接收机解调信号。在两个星期的实验室课程中，学生共承受到信道校正、BPSK符号解映射、报头检测方法、包解码、CRC检测、错误排除等动手理论训练。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立一个实际的无线链接，作为课程的结课工程。该试验课程得到了学生的一致认可，学生MichaelDuarte对课程的反应如下： “把课堂上学到的知识应用到实验中真是太不可思议了，Duarte讲。“学习之前我对USRP硬件
6、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。总的来讲，我在斯坦福两年，这是我最喜欢的一门课程。LabVIEW和NIUSRP使斯坦福学生学得更轻易，更有兴趣。LabVIEW软件是信号处理以及与NIUSRP硬件无缝交互的理想之选。学生可使用LabVIEW和NIUSRP开发生成和处理射频信号的通讯算法。教学和学习的新选择 “我们的试验课程是改革通讯理论教学方法的一次全新尝试，Katti讲。“全美学校的电子工程和计算机系的招生都生源缺乏。这个现象的原因之一就是我们没能为学生提供相关的动手理论体验，激发学生的学习兴趣。NI
7、的解决方案恰好是对症的一剂。课程评价系统收到的学生反应证实了学生在EE49课程上都充分的投入，收获很多。“这次课程收到的评价太棒了，Katti讲。“学生们给出的分数是4.94/5.0，这大概是斯坦福大学工程学院最受欢送的一门课了。学生们对该课程的反响很好，评价摘选如下： “这是我上过最好的电子工程课。 “很好的新课程实验室动手课程有助于理解理论和增强动手才能。我会向我所有的电子工程系的朋友推荐这门课。 “太棒了！我很喜欢这门课，而且还可以使用实验室超酷的硬件设备。由于课程试验获得了成功，Katti教授方案在秋季学期将NIUSRP和LabVIEW平台的使用扩展到40名学生，20个实验台的规模。Katti以为这类课程为学生以后学习信号处理和通讯理论课程打下一个良好的根底。该教学方案也适用于其他入门类信号处理课程，例如，信息理论、信号和系统。另外，该平台可根据学生的学习进度和关心的研究方向进展调节和扩展。LabVIEW和NIUSRP为通讯实验教学提供了理念的软件无线电教学平台，可有效地进步学生在通讯职业领域的竞争力。Katti博士愿意将课件和其他大学共享，帮助更多的学生通过动手实验学习无线通讯的理论知识，激发学习兴趣。0