【正文】 I存儲在內存中，當接收到不同的LAI時，系統(tǒng)會進行位置更新。（2）公共控制信道（CCCH）包括尋呼信道、隨機接入信道和允許接入信道三種。（3）專用控制信道（DCCH），包括獨立專用控制信道、慢速隨路控制信道和快速隨路控制信道由此可見，GSM通信系統(tǒng)為了傳輸所需的各種信令，設置了多種專用的控制信道。這樣做的目的是為提供數字傳輸設置多種邏輯信道，增強系統(tǒng)的控功能以及保證語音質量。4 虛擬實驗室實驗是教學過程中的一個重要環(huán)節(jié),尤其對于理工科類院校,教育水平的高低與實驗開展的好壞有直接的關系。近年來,隨著學校規(guī)模的擴大,學生數量不斷增加,傳統(tǒng)的實驗模式已經不能滿足要求,主要表現(xiàn)在:學校實驗經費不足,實驗設備嚴重缺乏；學校實驗場地空間有限,不能滿足所有學生在實驗室進行實驗；遠程教育不斷發(fā)展,隨之而來的遠程教育中的實驗已經成為我們面臨的一個難題。改變傳統(tǒng)實驗教學模式已迫在眉睫,采用計算機技術構建的各種虛擬實驗室,為實驗教學提供了一種新的解決方法。本章主要就虛擬實驗室的概念、結構組成及其分類做了歸納總結,論述了國內外虛擬實驗室的研究現(xiàn)狀,并對其今后的發(fā)展趨勢作了簡要的概括。 虛擬實驗室的概念合作實驗室(collaboratory)是虛擬實驗室(virtual laboratory)的最初提法,它最早在1989年由美國弗吉尼亞大學(University of Virginia)的威廉沃爾夫(William Wulf)教授提出,用來描述一個計算機網絡化的虛擬實驗室環(huán)境。虛擬實驗室的最初概念—“一個無墻的中心”。把虛擬實驗室看作是一個創(chuàng)造和引導模擬實驗的交互環(huán)境,即實驗場所。用戶可以通過增加新的物體、建立新的實驗并把它們轉化成超文本文件來擴充實驗室。1995年5月,聯(lián)合國教科文組織將虛擬實驗室定義為:利用分散的信息和通信技術以創(chuàng)造及獲取成果為目的,在科研與其他創(chuàng)造性活動中進行遠距離合作和實驗的一種電子協(xié)作組。綜上所述,虛擬實驗室的一個基本定義是:虛擬實驗室就是指由虛擬現(xiàn)實技術、虛擬儀器技術、網絡技術等多媒體技術組成的一類以實現(xiàn)數據采集、分析的遠程操作為目的的系統(tǒng),包括相應的實驗室環(huán)境、相關的實驗儀器設備、實驗對象以及實驗信息資源等。 虛擬實驗室的組成虛擬實驗室主要包括虛擬儀器系統(tǒng)、數據分析系統(tǒng)、計算機網絡系統(tǒng)、虛擬實驗室管理系統(tǒng)等部分。遠程客戶端計算機仿真物理儀器虛擬儀器虛擬實驗室數據分析圖 虛擬實驗室結構原理圖遠程實驗者通過PC機登陸計算機網絡, 利用Web服務器訪問虛擬實驗室。實驗者可以根據自己的需要選擇相應的實驗,繼而進入虛擬儀器控制臺,通過操作虛擬儀器控制面板發(fā)出實驗指令、輸入實驗參數,虛擬儀器將操作指令和實驗參數通過數據線傳輸給物理儀器。物理儀器接收到指令和參數后開始執(zhí)行操作,完成相應的實驗, 最后將實驗結果通過虛擬儀器和計算機網絡反饋給遠程實驗者。 虛擬實驗室的類型根據虛擬對象的不同,將虛擬實驗室分為虛擬儀器實驗室和虛擬現(xiàn)實實驗室兩類。 虛擬儀器實驗室分立虛擬儀器實驗室又稱單機虛擬儀器實驗室,根據實驗目的不同可以將其分為設計型虛擬實驗室和測試型虛擬實驗室。其中設計型實驗室可以為實驗者提供一個自由的設計平臺,實驗者可以根據自己的思路,完成實驗電路的搭建或其他結構的設計,最后得到實驗結果。測試型實驗室相對設計型實驗室有一定的局限性,在測試型實驗室中,實驗者只可以通過已搭建好的電路或其他結構,驗證一些結果和結論的正確性。它們的具體內容如下:① 設計型虛擬儀器實驗室。它通過電子設計自動化軟件EDA實現(xiàn),可以設計、測試和演示各種電子電路。EDA模擬軟件將儀器、儀表、模擬器件、數字器件等直觀地反映在計算機屏幕上,可靈活地改變電路結構和參數,反復觀察實驗的結果并動態(tài)顯示電路的波形,方便進行電路分析,還可以直接打印實驗數據以及測試曲線和電路原理圖等。② 測試型虛擬儀器實驗室。它是利用現(xiàn)成或自行開發(fā)的虛擬儀器(virtual instruments) ,完成對實際電子電路的測試和分析。虛擬儀器可以是現(xiàn)成的虛擬儀器,如通用的萬用表、示波器等,也可以是自行開發(fā)的有特殊功能的虛擬儀器。數據采購和控制卡虛擬儀器軟件結果顯示測控對象圖 　測試型虛擬儀器實驗室組成框圖,測控對象為實際所需測控的對象,它可以是真實的,也可以采用虛擬的信號。虛擬儀器硬件主要有兩大部分: 數據采集部分和數據分析顯示部分(其中,數據采集部分主要是指各種數據采集卡) 。根據與計算機的不同通信方式可以將虛擬實驗室分為GPIB(general purpose interface bus) 型、串口型、插卡型、VXI型以及PCI的擴展規(guī)范PXI型。作為虛擬實驗開發(fā)平臺的計算機虛擬儀器軟件,通常有通用軟件和專業(yè)軟件兩大類。常用的通用軟件如Visual C+ +、VB、Java等, 專用軟件如N I公司的LabView、LabWindows/CV I以及HP公司的VEE等。根據不同的網絡技術,虛擬儀器實驗室又分基于局域網的虛擬儀器實驗室和基于廣域網的虛擬儀器實驗室,其具體內容如下:① 基于局域網的虛擬儀器實驗室。它是測試型虛擬儀器實驗室的延伸,。這種實驗室的優(yōu)點是結構簡單,但由于虛擬儀器是生產廠家已經設計好的,所以對用戶來說其運用的靈活性不高。圖 　基于局域網虛擬儀器實驗室系統(tǒng)框圖計算機計算機計算機接口卡及驅動軟件接口卡及驅動軟件接口卡及驅動軟件PXT設備GPIB設備被測單元數據采集分析局域網② 基于廣域網的虛擬儀器實驗室。這種方式是利用數據采集和儀器控制技術組建虛擬實驗室,在專用軟件的環(huán)境下設計所需的虛擬儀器,并通過網絡技術,使虛擬實驗室加入Internet,。這種方式與基于虛擬儀器的網絡虛擬實驗室的區(qū)別在于訪問者不需安裝應用軟件,只要配置網絡瀏覽器即可。虛擬儀器實驗室自提出以來就受到了廣泛的關注, 繼而迅速擴散,滲透到了國內外的各個領域。作為首先提出虛擬實驗室概念的美國, 在1991年底,成立了一個“全國(科學)合作實驗室委員會”, 其任務是調查科學家對信息技術的需求、協(xié)調科研合作關系、組織并實施具體的信息技術開發(fā)。此后, 美國聯(lián)邦政府在海洋學、天體物理學和分子生物學三大領域投入資金建造了各自的虛擬實驗室作為示范工程, 開展了一系列探索性研究并取得了實質性進展。遠程用戶遠程用戶數據采集設備儀器控制服務器示波器萬用表遠程用戶信號發(fā)生器被測單元網絡　基于廣域網的虛擬實驗室系統(tǒng)框圖 虛擬現(xiàn)實實驗室虛擬現(xiàn)實實驗室是以虛擬現(xiàn)實(virtual reality)技術(或稱靈境技術)為基礎的一種實驗模式。虛擬現(xiàn)實技術,是一種利用計算機以及專用硬件和軟件去仿真各種現(xiàn)實境界。通過計算機和信息技術構造虛擬環(huán)境,將用戶和計算機結合成一個整體的高級人機交互技術。在傳統(tǒng)的人機界面系統(tǒng)中,用戶只是一個觀察者,而虛擬現(xiàn)實技術能夠生成實時的、具有三維信息的人工虛擬環(huán)境。用戶可以置身于模仿真實世界而創(chuàng)建的三維電子環(huán)境中,通過各種技術模擬直接進入到虛擬環(huán)境去,與虛擬環(huán)境的人及事物進行思想和行為的交流。用戶不再是被動地觀看,而是融合在其中,交互性地體驗和感覺虛擬現(xiàn)實世界中廣泛的三維多媒體內容。虛擬現(xiàn)實實驗室可以是某一現(xiàn)實實驗室的真實再現(xiàn),也可以是虛擬構想的實驗室。根據其表現(xiàn)形式可將其分為基于Internet的虛擬現(xiàn)實實驗室和全沉浸式實驗室。①基于Internet的虛擬現(xiàn)實實驗室就是建立三維互動網站,即三維、動態(tài)、交互性的網上虛擬世界,它的“網頁”是一幅幅立體的境界。在網上建立各種各樣活生生的現(xiàn)實世界場景的模型,或者構造現(xiàn)實生活中不存在的、人們想象的虛擬立體世界。建立網上立體世界,VRML(virtual reality model language)語言是其重要工具。VRML是一種用于建立真實世界的場景模型或人們虛構的三維世界的場景建模語言,也是目前Internet上三維互動網站制作的主流語言,它被廣泛應用于Internet上創(chuàng)建交互式虛擬三維空間,實現(xiàn)網上實驗。②全沉浸式虛擬現(xiàn)實實驗室與基于Internet的虛擬現(xiàn)實實驗室的區(qū)別是:基于Internet的虛擬現(xiàn)實實驗室是通過網絡瀏覽器進行實驗,將實驗過程和結果用三維場景和動態(tài)網頁展示出來,而全沉浸式虛擬現(xiàn)實實驗室則為實驗者提供一種沉浸感。所謂沉浸感,即用戶在計算機所創(chuàng)建的三維虛擬環(huán)境中處于一種全身心投入的狀態(tài),不但能全方位地眼觀六路、耳聽八方,而且有觸摸感、能有受力的感覺,甚至還能聞到氣味,用戶所做出的探詢,在仿真的情景中猶如在現(xiàn)實環(huán)境中一樣得到回應。全沉浸式虛擬現(xiàn)實實驗室的沉浸感主要依賴于三個方面: 首先是三維計算機圖形學技術,如圖形設備與系統(tǒng)、3D圖形生成算法、人機交互技術及科學技術可視化、真實感圖形顯示技術、圖像處理、窗口系統(tǒng)等。其次是采用多功能傳感器的交互式接口裝置,如識別定位裝置、行為建模技術、語音識別、文字識別技術以及數據手套、數據衣、立體頭盔、跟蹤設備等。最后是高清晰度的現(xiàn)實裝置。由于計算機功能日益強大,并且價格一再下降,一些主要的計算機公司也逐漸認識到虛擬現(xiàn)實的潛在價值。在國外,虛擬現(xiàn)實技術主要用在軍事教育與訓練和武器系統(tǒng)的研制與生產上,用來提高高技術局部戰(zhàn)爭的能力,提高武器系統(tǒng)設計、研制及生產的技術水平和生產效率。目前,亟待克服的障礙是商品化成本昂貴的問題,根據我國國情,國家自然科學基金會“九五”計劃項目等都把虛擬現(xiàn)實列入了研究范疇。在緊跟國際新技術的同時,國內一些重點院校,如清華大學、上海交通大學等已積極投入這一領域的研究,虛擬現(xiàn)實技術的應用將拓寬人類的現(xiàn)實世界,尤其是對未知的現(xiàn)實世界的感覺和認識,從而也將引起人的感知和認識的一次飛躍。 虛擬實驗系統(tǒng)的仿真設計系統(tǒng)仿真的關鍵是通過合適的技術手段使數學模型與實體模型二者融為一體, 構成一個協(xié)調工作的系統(tǒng)。虛擬場景與虛擬儀器對象通常由其整體圖片作為背景圖, 各動態(tài)部分作為其子對象嵌在背景圖相應的地方, 根據其動態(tài)模型響應各種事件動態(tài)刷新, 模擬操作、顯示等, 由此構成一個整體實體模型。以電子類仿真系統(tǒng)為例, 其仿真過程就是以數學模型表示電子器件或電路模塊, 并配合數值分析的方法實現(xiàn)電路的功能模擬及特性分析。如果采用的電路模型足夠精確, 則模擬結果將真實地反映電路特性, 實現(xiàn)電路結構及性能的優(yōu)化設計。其中虛擬實驗平臺包括虛擬實驗環(huán)境實體模型和計算仿真模塊數學模型。作為人機交互界面的虛擬實驗環(huán)境表現(xiàn)為一個電路圖形編輯器。在此環(huán)境下,提供了各種具有逼真外形的虛擬元件和虛擬儀器, 使用者用鼠標自由拖拽器件連接電路, 就像在真實電路板上搭接電路一樣方便快捷可視化映射是一個雙向系統(tǒng), 一方面將圖形在屏幕的表現(xiàn)形式映射成系統(tǒng)仿真所需的數據格式, 另一方面把系統(tǒng)仿真計算所產生的數字信息轉變?yōu)橹庇^的、以圖像或圖形信息表示的隨時間和空間變化的物理現(xiàn)象或物理量呈現(xiàn)在用戶面前。計算仿真模塊系統(tǒng)仿真器作為系統(tǒng)的核心模塊完成電路的科學計算。虛擬元件庫虛擬儀器庫虛擬試驗環(huán)境電路編輯器可視化映射技術計算機仿真模塊系統(tǒng)仿真器用戶虛擬仿真試驗平臺 虛擬實驗系統(tǒng)的仿真過程模型圖5 越區(qū)切換的仿真 研究越區(qū)切換的意義之所以要對移動通信系統(tǒng)中的越區(qū)切換部分進行仿真，是因為美國QUALCOMM通信技術開發(fā)公司的測試結果表明，大約有75%的通信業(yè)務需要越區(qū)切換。在GSM系統(tǒng)中，小區(qū)半徑相對較小，在一次通話過程中，移動用戶穿越一個小區(qū)的概率很高，因此切換頻繁發(fā)生。在市區(qū)，一次通話期間甚至可能會出現(xiàn)幾次切換?？梢姡絽^(qū)切換是呼叫期間最關鍵的處理過程之一，因為在無線信道頻率改變的時候，通話勢必會被中斷，為了保證通信的連續(xù)性必須靠越區(qū)切換來實現(xiàn)。因此。其中越區(qū)切換依據的準則是“相對信號強度準則”（第二章已對越區(qū)切換的概念、分類和何時進行切換即切換的準則進行過詳細的介紹），本文利用移動臺在移動過程中與各個基站收發(fā)信機（BTS）中心坐標點的距離大小來選擇何時何地發(fā)生越區(qū)切換，由于移動臺與各個BTS之間的距離長短正好與移動臺接收信號強度的大小成反比例關系，恰好可以實時的觀察到移動臺移動過程中接收到的各個基站的信號強度大小。這同時也是本文設計仿真時的一個關鍵算法。各個基站收發(fā)信機（BTS）的中心坐標點已在設計初期，通過繪制小區(qū)的方式，確定在了一個確切的位置點上。這里設計的蜂窩網是依據第二章中通信區(qū)域概念進行設計的，由于第二章中已經對蜂窩網的區(qū)域劃分（即小區(qū)、位置區(qū)、MSC區(qū)、PLMN區(qū)和服務區(qū)等）作了較為詳細的講述，這里不再累述。根據本文中需要研究的關鍵內容涉及越區(qū)切換的四種情形（小區(qū)內部切換；BSC內部切換；BSC之間進行的切換；MSC之間切換），具體設計如下：該蜂窩網有4個小區(qū)，各小區(qū)用正六邊形表示，目的是為了更加形象的描述GSM蜂窩移動通系統(tǒng)的實際運用現(xiàn)狀，分別用BTSBTSBTS3和BTS4充當各個基站來標識各個小區(qū)。再根據仿真研究的直觀化和可重復顯示各種切換情形，方便多次全面的觀察整個實驗流程，令MSC1管轄BTS1和BTS4兩個小區(qū)，MSC2管轄BTS2和BTS3兩個小區(qū)。此外在MSC2內添加了兩個基站控制器（BSCBSC3），是為了更好的模擬實際中同一MSC內部的越區(qū) 切換。本文的仿真基于以下環(huán)境進行的：基站設在小區(qū)的中 央，用全同天線形成圓形覆蓋區(qū)；信號衰減只與距離有關，而與其他干擾、噪聲無關；移動用戶在其整個通話過程中將保持其所屬的用戶類型不變。設計的通信系統(tǒng)的蜂窩結構如圖 51所示圖51移動臺越區(qū)切換的蜂窩結構 小區(qū)信道的頻率分配GSM系統(tǒng)數字蜂窩移動通信系統(tǒng)是在頻分多址下的時分多址，當它工作在調頻方式時，又引入了碼分多址。我們知道，在雙工移動電話系統(tǒng)中，一對移動用戶在通話時要占用一對頻率（或一條信道）。由于頻譜資源的限制，用戶數總是大于信道數。若給系統(tǒng)中的每一對用戶都獨立的分配信道，顯然這