無線頻譜資源協作感知虛擬仿真實驗是山東師範大學建設的虛擬仿真實驗課程。
基本介紹
- 中文名：無線頻譜資源協作感知虛擬仿真實驗
- 課程負責人：翟臨博
- 建設院校：山東師範大學
- 授課教師：楊峰、劉培玉、宋信敏、王春靜
課程性質,教學目標,
課程性質
課程背景
隨著信息技術的高速發展，無線頻譜資源日益稀缺。對無線頻譜資源進行感知，發現空閒頻譜併合理利用，成為了物聯網工程師關心的重要問題。本團隊自主研發了無線頻譜資源協作感知虛擬仿真實驗，以多用戶對無線頻譜的感知與協作判斷為切入點，堅持“學生中心、問題導向、學科融合、創新實踐”的實驗教學理念，形象呈現信號感知與數據互動過程，彌補了實體實驗儀器設備匱乏、難以組織實施的短板，實現了科研成果反哺實驗教學。
教學目標
（1）掌握感知信號並將模擬信號數位化的過程
由於隨機噪聲對信號感知過程產生影響，因此，學生需要掌握設定帶通濾波器過濾隨機噪聲的方法，尤其是濾波器的上邊帶與下邊帶頻率取值。過濾後的模擬信號數位化過程要經過抽樣、量化和編碼階段。首先，對模擬信號抽樣時，要滿足採樣頻率大於模擬信號中最高頻率分量的兩倍時，抽樣值才能不失真的反映原始模擬信號。其次，對抽樣信號進行量化，得到取值離散的量化信號，即數位訊號。最後，對量化信號編碼，通過脈衝編碼調製等方式將量化信號轉成二進制碼元。
（2）掌握數據幀的封裝原理與退避機制
將二進制碼元封裝到數據幀中，除了碼元信息之外，需要學生掌握添加源地址、目的地址和校驗碼的方法。封裝後，為了避免傳送數據時產生衝突，採用監聽信道的二進制指數退避機制，即監聽到信道空閒時，隨機等待一段時間再傳送數據，等待時間從當前的退避視窗中等機率選擇，初次退避視窗選取最小值。如果傳送失敗導致重傳，每重傳一次退避視窗的大小加倍。
（3）掌握數據幀互動過程的回響方式
目的端接收到數據幀後，學生要掌握對數據幀的處理方式。先通過數據幀中包含的目的地址與自身地址進行比對，判斷是否發給自身。如果不是發給自身，則直接丟棄；如果是發給自身，再通過校驗碼判斷該幀在傳輸過程是否出錯。如果傳輸過程沒有出錯，目的端向源端回應數據正確的回響幀，表示傳送成功；如果傳輸過程出錯，目的端向源端回應數據錯誤的回響幀，要求對方啟動重傳機制。
（4）掌握計算信號能量並判斷頻譜狀態的方法
離散的數位訊號需要先轉換為連續信號，才能計算信號能量，學生要掌握設定低通濾波器將離散信號轉為連續信號的方法，尤其是低通濾波器的頻寬設定。對連續時域信號，掌握通過傅立葉變換將其變化到頻域，再從頻域上計算截止頻率以內的信號能量，得到該信號能量。當信號能量超過閾值時，判斷頻譜為繁忙；當信號能量低於閾值時，判斷頻譜為空閒。
（5）掌握最大後驗機率準則在頻譜狀態判斷中的套用方法
在判斷頻譜狀態的過程中，學生掌握假設檢驗方法的套用。即先提出檢驗假設，再用適當的統計方法，利用小機率原理，確定假設是否成立。為了檢驗一個假設（比如頻譜空閒）是否正確，首先假定該假設正確，然後根據多個用戶的能量計算結果對該假設做出接受或拒絕的決策。如果多個用戶的能量計算結果導致了“小機率事件”發生，就應拒絕該假設，否則應接受該假設。
（6）培養解決複雜問題的綜合能力和團隊意識
通過綜合實驗訓練，提升學生分析並解決複雜問題的綜合能力，培養科研思維通過探究式思維，提高學生從事新時代物聯網工程領域的科學研究、通信架構、技術開發、套用、管理及維護等工作的能力，注重培養學生的社會責任、職業道德、工程倫理、團隊意識等方面的修養，觸發學生對大國工匠精神的理解。
