Rádio definido por software capacita, motiva e atrai os estudantes de comunicações sem fio

Dr. Predrag Spasojevic, Rutgers University

"Com o sucesso do curso, dos projetos de conclusão de curso e dos projetos de pesquisa, planejo expandir o uso das plataformas de USRP e LabVIEW da NI, incluindo estudantes de graduação e pós-graduação nos próximos semestres para melhor preparar e interessar os estudantes no trabalho de pesquisa em processamento de sinais, comunicações e teoria da informação."

Dr. Predrag Spasojevic, Rutgers University

O desafio:

Motivar e capacitar estudantes de graduação e pós-graduação para as carreiras técnicas de comunicações sem fio no governo, indústria e academia.

A solução:

Fornecer ambientes estruturados de laboratório e utilizar transceptores USRP (Universal Software Radio Peripheral) da NI em cursos abertos, baseados em projetos, que dão aos estudantes uma experiência prática voltada à indústria.

Pesquisa de sistemas de comunicação digitais e sem fio

 

O Departamento de Engenharia Elétrica e da Computação (ECE) da Rutgers University tem um longo histórico de pesquisa em comunicações sem fio. Em 1989, a escola de engenharia criou um laboratório, o Wireless Information Network Laboratory (WINLAB), voltado ao avanço do desenvolvimento da tecnologia de networking wireless, com recursos conjuntos do governo, indústria e academia. O Dr. Predrag Spasojevic foi um dos responsáveis pela missão educacional desse centro de treinar a próxima geração de pesquisadores de comunicações sem fio da indústria, atualizando seus cursos de pós-graduação de comunicações digitais para incorporar laboratórios práticos e cursos baseados em projetos.

 

 

Ferramentas que incentivam os estudantes e criam interesse na pesquisa

Os professores da Rutgers University observaram que para muitos dos estudantes não era fácil perceber como as teorias aprendidas nas aulas teóricas poderiam ser utilizadas em aplicações do mundo real. Por muitos anos, os cursos de engenharia utilizaram simulações para ajudar os estudantes a aplicarem e terem uma melhor compreensão da teoria. Eu descobri que experimentos baseados em projetos com sinais do mundo real proporcionam uma maior compreensão e dão aos estudantes as ferramentas de que eles precisam para ir mais fundo e entender por que os resultados do mundo real nem sempre fornecem os mesmos resultados que os obtidos em simulações.

 

Comecei ministrando o curso ECE 545 aos meus estudantes de pós-graduação com o transceptor USRP-2920 da NI pela primeira vez no primeiro semestre de 2012. Incluí os estudantes de graduação no segundo semestre de 2012. Com o auxílio de um professor assistente, comecei utilizando as aulas de laboratório "Digital Wireless Communication: Physical Layer Exploration Lab Using the NI USRP”, desenvolvidas pelo Dr. Robert W. Heath Jr. da Universidade do Texas, em Austin. Além de utilizarem na prática as técnicas de modulação e filtragem, os estudantes se defrontaram com desafios de sincronização que ocorrem na vida real, como estimativa de canais e recuperação de portadora. A cada passo do caminho, nós os incentivamos a desenvolver o pensamento crítico, a compreensão e a intuição de como os sistemas de comunicação trabalham no mundo real e como eles podem ser melhorados através da pesquisa. Eu pessoalmente modifiquei uma experiência de laboratório para reforçar os conceitos ensinados nas aulas teóricas, usando projetos práticos para ensinar técnicas mais avançadas de comunicações, como o uso de códigos Reed-Salomon (RS) e campos de Galois durante a codificação e decodificação de canais de um sinal sem fio.

 

Meus estudantes passaram a entender melhor a teoria, podendo experimentar alterações nos algoritmos e parâmetros e ver instantaneamente os resultados dessas alterações, de maneira interativa. Todos ficaram entusiasmados com o curso; alguns estudantes ficaram até mesmo bastante motivados.  Apresentando desafios aos estudantes logo no início, ensinamos a eles a lidarem com os próximos desafios e proporcionamos o conhecimento prático necessário para que eles possam resolver esses desafios em suas pesquisas.

 

 

Resultados após dois semestres

A nota média dos estudantes no curso alcançou 4,6 em 5, o que é considerado excelente pelos padrões da Rutgers, com alto índice de avaliações bastante positivas:

 

"Fiquei bastante interessado na área de comunicações. Esse é um curso de alto nível, que nos incentivou a refletir sobre a teoria e foi bem complementado pelas aulas de laboratório."

 

"Nas atividades de laboratório, podemos realmente testar a teoria e obter uma maior compreensão do funcionamento dos sistemas de comunicações."

 

O sucesso inicial do uso de equipamentos práticos foi além de meu curso ECE 545. Um grupo de estudantes veteranos da graduação aprendeu a usar o NI USRP-2920 e quis utilizá-lo em seu projeto de conclusão de curso. Eles conseguiram concluir o projeto final usando vários transceptores NI USRP para formar uma rede sem fio de nós independentes, utilizados em conjunto para a criação de uma orquestra sem fio. Os estudantes de pesquisa de graduação também usaram o NI USRP-2920 em um projeto para conhecerem mais amplamente e verificarem a utilidade da codificação RS. Usando o NI USRP-2920 para criarem um canal sem fio real, os estudantes puderam ver os efeitos do ruído Gaussiano branco aditivo na interferência de burst e entender como as diferentes técnicas de codificação operam sob diversas condições de interferência.

 

Nós conseguimos uma produtividade impressionante em um tempo muito curto. Devido ao sucesso do curso, dos projetos de conclusão de curso e projetos de pesquisa, planejo expandir o uso das plataformas de USRP e LabVIEW da NI, incluindo estudantes de graduação e pós-graduação nos próximos semestres para melhor preparar e interessar os estudantes no trabalho de pesquisa em processamento de sinais, comunicações e teoria da informação. A plataforma USRP da NI acompanha as necessidades dos estudantes à medida que eles avançam em seus estudos e passam às aplicações da indústria ou de pesquisa; dessa forma, o conhecimento que obtêm agora irá acompanhá-los no sucesso de suas carreiras.

 

Informações sobre o autor:

Dr. Predrag Spasojevic
Rutgers University
spasojev@winlab.rutgers.edu

Figura 1. Estudantes desenvolvem seu projeto em grupo no laboratório de ECE
Figura 2. Estudantes utilizando o código fonte fornecido no manual do curso “Digital Wireless Communication: Physical Layer Exploration Lab Using the NI USRP”.