Dịch vụ định vị sử dụng thiết bị đầu cuối di động

Đồ án tốt nghiệp đại học Mục lục
MỤC LỤC
MỤC LỤC i
DANH MỤC HÌNH VẼ v
DANH MỤC BẢNG BIỂU vii
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT viii
LỜI NÓI ĐẦU a
CHƯƠNG I: b
TỔNG QUÁT VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG VÀ KHẢ NĂNG
PHÁT TRIỂN CỦA DỊCH VỤ ĐỊNH VỊ DI ĐỘNG b
1.1. Tổng quan về hệ thống thông tin di động b
1.2. Tầm quan trọng của dịch vụ định vị di động c
1.3. Khả năng phát triển của dịch vụ định vị di động tại Việt Nam d
CHƯƠNG II: e
CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH VỊ e
2.1. Sử dụng Cell ID đơn e
2.1.1. CGI+TA e
2.1.2. Cell ID + AOA f
2.1.3. ECGI f
2.2. Sử dụng sự chênh lệch về thời gian f
2.2.1. U-TDOA f
2.2.2. E-OTD g
2.2.2.1.E-OTD hyperbol h
2.2.2.2.E-OTD đường tròn j
2.2.3. Phương pháp dựa trên vùng phủ sóng k
2.2.4. OTDoA-IPDL l
2.2.4.1.Tính toán thời gian tại kênh vô tuyến (RIT) trong UMTS l
2.2.4.2.Tính toán thời gian sai khác đo được (OTD) trong UMTS m
2.3. GPS và A-GPS m
2.4. Các phương pháp hỗ trợ tăng độ chính xác p
Trần Huy Hoàng – D04VT2

i
Đồ án tốt nghiệp đại học Mục lục
2.4.1. Phương pháp cơ bản p
2.4.2. Phương pháp dùng thông tin địa lý p
2.4.3. Phương pháp lặp p
2.5. Kết luận q
CHƯƠNG III: 18
MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TỔNG QUÁT TRONG MẠNG GSM 18
3.1. Mô hình hệ thống 18
3.2. Chức năng các thành phần trong mô hình hệ thống 19
3.2.1. Các thành phần cơ bản trong mạng GSM 19
3.2.1.1.Trạm gốc (BTS) 19
3.2.1.2.Bộ điều khiển trạm gốc (BSC) 19
3.2.1.3.Trung tâm chuyển mạch di động (MSC) 20
3.2.1.4.GMSC 20
3.2.1.5.Bộ ghi định vị thường trú (HLR) 21
3.2.1.6.Bộ ghi định vị tạm trú (VLR) 21
3.2.1.7.Bộ ghi nhận thực thiết bị (EIR) 21
3.2.1.8.Trung tâm nhận thực (AuC) 22
3.2.2. Các thành phần hỗ trợ cho dịch vụ định vị di động 22
3.2.2.1.LMU 22
3.2.2.2.SMLC 24
3.2.2.3.GMLC 27
3.2.3. Các thành phần khác trong hệ thống định vị 30
3.2.3.1.Location Engine 30
3.2.3.2.Phần mềm tầng trung gian hỗ trợ kết nối dịch vụ định vị 31
3.2.3.3.Máy chủ ứng dụng dịch vụ bản đồ số 33
3.2.3.4.Cơ sở dữ liệu bản đồ tế bào mạng di động 35
3.2.3.5.Máy chủ ứng dụng 36
3.2.3.6.Đầu cuối di động 39

3.3. Các giao thức truyền tải giữa các thành phần trong hệ thống 39
3.3.1. Giao thức truyền tải siêu văn bản (HTTP) 39
Trần Huy Hoàng – D04VT2
ii
Đồ án tốt nghiệp đại học Mục lục
3.3.1.1.Tổng quan về giao thức 39
3.3.1.2.Các dạng bản tin HTTP 40
3.3.2. Giao thức định vị di động (MLP) 43
3.3.3. Giao thức quản lý mạng đơn giản (SNMP) 47
3.3.4. Giao thức truyền tập tin (FTP) 48
3.3.4.1.Khái quát 49
3.3.4.2.Mục đích của giao thức FTP 49
3.3.4.3.Hạn chế trong giao thức FTP 50
3.3.4.4.Những vấn đề bảo mật khi dùng FTP 51
3.3.4.5.Các mã hồi âm của FTP 51
3.3.5. Giao thức truyền ảnh vô tuyến (WBMP) 52
3.3.6. Các giao thức truyền tải bản tin ngắn 53
3.3.6.1.SMPP 53
3.3.6.2.CIMD2 55
3.3.6.3.UCP/EMI 58
3.4. Mô hình hệ thống định vị sử dụng trong 3G UMTS 61
3.4.1. Mô hình hệ thống 61
3.4.2. Mô tả các chức năng trong LCS 62
3.4.3. Các chức năng LCS đối với từng phần tử mạng 63
3.5. Kết luận 65
CHƯƠNG IV: 66
TỔNG QUÁT MÔ HÌNH HỆ THỐNG LBS CHO CÔNG TÁC AN NINH
CỦA MĨ (HỆ THỐNG 911) 66
4.1. Hệ thống 911 trước đây 66
4.2. Hệ thống 911 nâng cao 68

4.3. 911 không dây - Pha I 70
4.4. 911 không dây - Pha II 71
4.4.1. Thu thập ALI 72
4.4.1.1.Các giải pháp mạng 72
4.4.1.2.Các giải pháp đặt trên đầu cuối 75
Trần Huy Hoàng – D04VT2
iii
Đồ án tốt nghiệp đại học Mục lục
4.4.2. Gửi thông tin định vị tới PSAP 77
4.5. Kết luận 77
KẾT LUẬN 78
TÀI LIỆU THAM KHẢO 79
Trần Huy Hoàng – D04VT2
iv
Đồ án tốt nghiệp đại học Danh mục hình vẽ
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 2.1. Phương pháp CGI + TA e
Hình 2.2. Phương pháp AOA f
Hình 2.3. Phương pháp U-TDOA g
Hình 2.4. Phương pháp E-OTD h
Hình 2.5. E-OTD Hyperbol i
Hình 2.6. Tính toán sai khác thời gian trong E-OTD i
Hình 2.7. Các phương pháp trên Cell của UMTS l
Hình 2.8. Phương pháp GPS n
Hình 2.9. Phương pháp A-GPS o
Hình 3.1. Kiến trúc logic của LCS tổng quát 18
Hình 3.2. Kiến trúc LMU kiểu B 24
Hình 3.3. LBS Middleware 32
Hình 3.4. Sơ đồ kiến trúc hệ thống GIS 34
Hình 3.5. Mô hinh BTS đơn giản 35

Hình 3.6. Monitor Server 37
Hình 3.7. Mô hình Request-Line 40
Hình 3.8. Bản tin Response 42
Hình 3.9. Mô hình status line 42
Hình 3.10. Cấu trúc MLP 44
Hình 3.11. Trao đổi bản tin MLP 45
Hình 3.12. Mô hình truyền tải bản tin ngắn thông thường 58
Hình 3.13. Các giao thức được cung cấp 59
Hình 3.14. Phiên kết nối 61
Hình 3.15. Kiến trúc tổng quan LCS 62
Hình 3.16. Kiến trúc logic tổng quan của LCS 64
Hình 4.1. Mô hình hệ thống 911 trước đây 68
Hình 4.2. Mô hình hệ thống 911 nâng cao 69
Trần Huy Hoàng – D04VT2
v
Đồ án tốt nghiệp đại học Danh mục hình vẽ
Hình 4.3. Mô hình hệ thống 911 không dây pha I 71
Hình 4.4. Pha II sử dụng TDOA 73
Hình 4.5. Pha II sử dụng AOA 74
Hình 4.6. Pha II sử dụng EOTD 75
Hình 4.7. Hệ thống PGS thông thường 76
Hình 4.8. Pha II sử dụng WAG 77
Trần Huy Hoàng – D04VT2
vi
Đồ án tốt nghiệp đại học Danh mục bảng biểu
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1. Bảng dữ liệu cố định cho BTS 26
Bảng 3.2. Dữ liệu cho LMU 27
Bảng 3.3. Trình bày các thông tin cố định được quản lí cho mỗi LCS client 28
Bảng 3.4. Phân loại HTTP Status Code 43

Bảng 3.5. Đặc tính của SNMP 48
Bảng 3.6. Các loại dữ liệu trong tiêu đề WBMP 53
Bảng 3.7. Các hoạt động tới trung tâm SMSC 57
Bảng 3.8. Các hoạt động từ SMSC tới các ứng dụng 57
Bảng 3.9. Các hoạt động được cung cấp 58
Bảng 3.10. Các tập lệnh cho EMI 60
Bảng 3.11. Tóm tắt các nhóm và khối chức năng của dịch vụ định vị 65
Trần Huy Hoàng – D04VT2
vii
Đồ án tốt nghiệp đại học Thuật ngữ viết tắt
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
3GPP 3rd Generation Partnership Project Dự án hợp tác thế hệ 3
A
A-GPS Assisted GPS GPS tích hợp
ALI Automatic Location Identifier Nhận dạng vị trí tự động
AMPS Advanced Mobile Phone System Hệ thống điện thoại di động tiên
tiến
ANI Automatic Number Identification Nhận dạng số tự động
AOA Angle of Arrival Góc đến tín hiệu
AUC Authentication Unit Center Trung tâm nhận thực
B
BCCH Broadcast Common Channel Kênh quảng bá chung
BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc
BSIC Base Station Identification Code Mã nhận dạng trạm gốc
BSS Base Station Subsystem Phân hệ trạm gốc
BTS Base Station Trạm thu phát gốc
C
CBC Cell Broadcasting Center Trung tâm quảng bá cell
CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã
CIMD Computer Interface to Message

Distribution
Giao diện máy tính phân phối bản
tin
CPICH Common Pilot Channel Kênh điều khiển chung
D
DTD Document Type Definition Định nghĩa loại tài liệu
DTMF Dual Tone Multi-Frequency Báo hiệu đa tần
E
ECGI Enhanced CGI Phương pháp CGI nâng cao
EDGE Enhanced Data Rates for GSM
Evolution
Hệ thống tốc độ cao hỗ trợ GSM
EIR Equipment Identity Register Bộ ghi nhận thực thiết bị
ELIR Emergency Location Immediate
Request
Yêu cầu tức thời vị trí khẩn
ELRS Emergency Location Report
Service
Dịch vụ báo cáo vị trí khẩn cấp
EMI External Machine Interface Giao diện máy ngoại
EOTD Enhanced Observed Time
Difference
Phương pháp Sai khác thời gian
quan sát được nâng cao
ERMES European Radio Messaging
System
Hệ thống nhắn tin ở châu Âu
Trần Huy Hoàng – D04VT2
viii
Đồ án tốt nghiệp đại học Thuật ngữ viết tắt

ESME External Short Message Entity Thực thể bàn tin ngắn mở rộng
ETSI European Telecommunications
Standards Institute
Viện tiêu chuẩn viễn thông châu Âu
F
FDD Frequency Division Duplex Song công phân chia theo tần số
FTP File Transfer Protocol Giao thức truyền tập tin
FTPS File Transfer Protocol over SSL Giao thức truyền tập tin qua SSL
G
GERAN GSM/EDGE Radio Access
Network
Mạng truy nhập vô tuyến cho
SGM/Edge
GIS Geographic Information System Hệ thống thông tin địa lý
GMLC Gateway Mobile Location Centre Trung tâm định vị di động cổng
GMSC Gateway Mobile Switching Centre Cổng Trung tâm chuyển mạch di
động
GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu
GSM Global System for Mobile Hệ thống di động toàn cầu
gsmSCF GSM System Control Function Chức năng điều khiển hệ thống
GSM
GTD Geometric Time Difference Thời gian sai khác địa lý
H
HLR Home Location Register Bộ ghi định vị thường trú
HTML Hyper Text Markup Language Ngôn ngữ đánh dấu siêu văn bản
HTTP Hyper Text Transfer Protocol Giao thức truyền tải siêu văn bản
I
ICMP Internet Control Message Protocol Giao thức bản tin điều khiển
Internet
IMEI International Mobile Equipment

Identity
Số nhận dạng thiết bị di động quốc
tế
IMSI International Mobile Subscriber
Identity
Số nhận dạng thuê bao quốc tế
IPDL Idle Period Downlink Giai đoạn rỗi đường xuống
IWF InterWorking Function Chức năng liên kết
L
LAI Location Area Identity Mã vùng vị trí
LAN Local Area Network Mạng cục bộ
LBS Location Based Services Dịch vụ định vị
LCAF Location Client Authorization
Function
Chức năng cấp quyền client định vị
LCCF Location Client Control Function Chức năng điều khiển client định vị
LCF (External) Location Client
Function
Chức năng định vị client ngoại
LCF
internal
Internal Location Client Function Chức năng định vị client nội
Trần Huy Hoàng – D04VT2
ix
Đồ án tốt nghiệp đại học Thuật ngữ viết tắt
LCS Location services Dịch vụ di động
LCZTF Location Client Zone
Transformation Function
Chức năng chuyển vùng client định
vị

LECs Local Exchange Carriers Trung tâm chuyển đổi nội vùng
LMU Location Measurement Unit Đơn vị đo lường định vị
LSAF Location Subscriber Authorization
Function
Chức năng cấp quyền thuê bao định
vị
LSBF Location System Billing Function Chức năng thanh toán hệ thống
định vị
LSCF Location System Control Function Chức năng điều khiển hệ thống
định vị
LSOF Location System Opretions
Function
Chức năng vận hành hệ thống định
vị
LSPF Location Subscriber Privacy
Function
Chức năng riêng tư của thuê bao
định vị
M
MC Message Center Trung tâm bản tin
MCC Mobile Country Code Mã quốc gia
MLC Mobile Location Centre Trung tâm định vị di dộng
MLP Mobile Location Protocol Giao thức định vị di động
MMS Multimedia Message Service Dịch vụ bản tin đa phương tiện
MNC Mobile Network Code Mã mạng
MS Mobile Station Trạm di động
MSC Mobile Switching Centre Trung tâm chuyển mạch di động
MSISDN Mobile Station International ISDN
Number
Số ISDN quốc tế cho trạm di động

MT-LR Mobile Terminating Location
Request
Yêu cầu vị trí cho đầu cuối di động
N
NPD Number Planning Digit Chữ số trong Kế hoạch đánh số
NSS Network and Switching
Subsystem
Phân hệ mạng và chuyển mạch
NTDS NT Directory Service Dịch vụ thư mục trong hệ điều hành
NT
O
OSA Open Services Architecture Kiến trúc dịch vụ mở
OTD Observed Time Difference Thời gian sai khác quan sát được
OTDOA Observed Time Difference of
Arrival
Sai khác thời gian đến quan sát
được
P
PANI Pseudo Automatic Number
Identification
Giả nhận dạng số tự động
PCF Positioning Calculation Function Chức năng tính toán định vị
Trần Huy Hoàng – D04VT2
x
Đồ án tốt nghiệp đại học Thuật ngữ viết tắt
PDA Personal Data Assistant Thiết bị hỗ trợ dữ liệu cá nhân
PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động công cộng mặt đất
PRCF Positioning Radio Control
Function
Chức năng điều khiển vô tuyến

định vị
PRRM Positioning Radio Resource
Management
Quản lý tài nguyền vô tuyến định vị
PSAP Public Safety Answering Point Điểm trả lời an ninh công cộng
PSMF Positioning Signal Measurement
Function
Chức năng đo lường tín hiệu định
vị
R
RE Routing Entity Thực thể định tuyến
RFC Request For Comments Đề nghị duyệt thảo và bình luận
RIT Radio Interface Timing Tính toán thời gian vô tuyến
RMON Remote Monitoring Giám sát từ xa
RNC Radio Network Controller Điều khiển mạng vô tuyến
RTD Real Time Difference Thời gian sai khác thực tế
RTT Round Trip Time Thời gian chu trình tín hiệu
S
SCS Service Capability Server Máy chủ năng lực dịch vụ
SFN System Frame Number Sai khác thời gian theo số khung hệ
thống
SFTP Secure Shell File Transfer
Protocol
Giao thức truyền tập tin an toàn
SGSN Serving GPRS Support Node Nốt hỗ trợ GPRS phục vụ
SLIR Standard Location Immediate
Request
Yêu cầu tức thời định vị chuẩn
SLRS Standard Location Report Service Dịch vụ báo cáo vị trí chuẩn
SME Short Message Entity Thực thể bản tin ngắn

SMLC Serving Mobile Location Centre Trung tâm phục vụ định vị di động
SMPP Short Message Peer to Peer Bản tin ngắn điểm - điểm
SMS Short Message Service Dịch vụ bản tin ngắn
SMSC Short Message Service Center Trung tâm dịch vụ bản tin ngắn
SMTP Simple Mail Transfer Protocol Giao thức truyền thư đơn giản
SNMP Simple Network Management
Protocol
Giao thức quản lý mạng đơn giản
SOAP Simple Object Access Protocol Giao thức truy nhập đối tượng đơn
giản
SS Switching Subsystem Phân hệ chuyển mạch
SSL Secure Sockets Layer Lớp cổng bảo mật
T
TA Timing Advance Thời gian nâng cao
TCP/IP Transmission Control Protocol /
Internet Protocol
Giao thức điều khiển truyền
dẫn/Giao thức Internet
Trần Huy Hoàng – D04VT2
xi
Đồ án tốt nghiệp đại học Thuật ngữ viết tắt
TDD Time Division Duplex Song công phân chia theo thời gian
TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời
gian
TDOA Time Difference Of Arrival Sai khác thời gian đến
TFTP Trivial File Transfer Protocol Giao thức truyền tập tin thông
thường
TLRS Trigged Location Report Service Dịch vụ báo cáo vị trí bắt buộc
TLS Transport Layer Security Bảo mật lớp truyền tải
TMN Telecommunications Management

Network
Mạng quản lý viễn thông
TRAU Transcode/ Rate Adapter Unit Khối chuyển đổi mã và thích ứng
tốc độ
TTFF Time To First Fix Thời gian ấn định đầu tiên
U
UCP Universal Computer Protocol Giao thức máy tính vạn năng
UE User Equipment Thiết bị người dùng
UMTS Universal Mobile
Telecommunications System
Hệ thống viễn thông di động mặt
đất
URI Uniform Resource Identifier Địa chỉ định danh tài nguyên
URL Uniform Resource Locator Bộ định vị tài nguyên thống nhất
USSD Unstructured Supplementary
Services Data
Dữ liệu dịch vụ bổ sung không cấu
trúc
UTDOA Uplink Time Difference Of
Arrival
Sai khác thời gian đến đường lên
UTRAN UMTS Terrestrial Radio Access
Network
Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất
UMTS
V
VLR Visitor Location Register Bộ ghi định vị tạm trú
VMSC Visitor Mobile Switching Centre Trung tâm chuyển mạch di động
khách
VPS Voice Processing System Hệ thống xử lý thoại

W
WAG Wireless Assisted GPS GPS kết hợp vô tuyến
WAP Wireless Access Protocol Giao thức truy nhập vô tuyến
WASANI
WBMP Wireless Application Protocol
Bitmap Format
Giao thức ảnh cho các ứng dụng vô
tuyến
WCDMA Wideband CDMA CDMA băng rộng
WDP Wireless Datagram Protocol Giao thức gói dữ liệu vô tuyến
WML Wireless Markup Language Ngôn ngữ đánh dấu không dây
WMS Web Map Server Server bản đồ web
WS ANI
WSP Wireless Session Protocol Giao thức phiên không dây
Trần Huy Hoàng – D04VT2
xii
Đồ án tốt nghiệp đại học Thuật ngữ viết tắt
XML Extensible Markup Language Ngôn ngữ đánh dấu mở rộng
Trần Huy Hoàng – D04VT2
xiii
Đồ án tốt nghiệp đại học Lời nói
đầu
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, với sự phát triển vượt bậc của khoa học công nghệ, thông tin di động
đã trở thành một phần không thể thiếu của cuộc sống. Dịch vụ định vị sử dụng thiết bị
đầu cuối di động là một trong những tiện ích đó.
Trên thế giới, dịch vụ định vị sử dụng thiết bị đầu cuối di động đã trở nên khá
phổ biến với những tính năng ưu việt của nó. Chỉ với một chiếc điện thoại di động, bạn
có thể tìm thấy vị trí của mình trên bản đồ, tìm thấy các quán ăn ưa thích, các máy
ATM cũng như các siêu thị gần nhất… Tại Việt Nam, dịch vụ này hứa hẹn sẽ trở

thành một dịch vụ ứng dụng rộng rãi, đáp ứng được nhu cầu của đông đảo của người
dân.
Bố cục của đồ án gồm 4 chương:
•Chương I: Tổng quát về hệ thống thông tin di động và khả năng phát triển của
dịch vụ định vị di động
•Chương II: Các phương pháp định vị
•Chương III: Mô hình hệ thống định vị tổng quát trong mạng GSM
•Chương IV: Mô hình hệ thống LBS cho công tác an ninh của Mĩ
Việc nghiên cứu các phương pháp định vụ cũng như về các hệ thống định vị đòi
hỏi một kiến thức sâu rộng và sự đầu tư thoả đáng về thời gian. Vì vậy trong khuôn
khổ đồ án chắc chắn không tránh khỏi những sai sót cũng như còn nhiều vấn đề chưa
được giải quyết thoả đáng. Rất mong nhận được sự chỉ bảo của các thầy cô giáo, sự
góp ý và phê bình của các bạn.
Xin gửi lời biết ơn trân trọng nhất tới TS. Nguyễn Quý Sỹ đã tạo mọi điều kiện
và tận tình hướng dẫn tôi trong suốt thời gian thực hiện đồ án này. Đồng thời chân
thành cảm ơn các thầy cô trong khoa Viễn Thông I, Học viện Công nghệ Bưu Chính
Viễn Thông I đã giúp đỡ tôi trong thời gian qua.
Hà Nội ngày / /2008
Sinh viên
Trần Huy Hoàng
Trần Huy Hoàng – D04VT2
Đồ án tốt nghiệp đại học Lời nói
đầu
CHƯƠNG I:
TỔNG QUÁT VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG VÀ KHẢ NĂNG
PHÁT TRIỂN CỦA DỊCH VỤ ĐỊNH VỊ DI ĐỘNG
1.1. Tổng quan về hệ thống thông tin di động
Công nghệ thông tin di động được khởi nguồn từ những kỹ thuật truyền dẫn
không dây. Lúc đầu truyền thông vô tuyến được sử dụng khá rộng rãi nhờ ưu điểm
không cần đường truyền cáp nhưng các thiết bị sử dụng hầu hết đều được đặt cố định.

Năm 1947, Douglas H. Ring và W. Rae Young hai kỹ sư của Bell Labs đã đề
xuất cấu trúc ô lục giác cho mạng di động. Trong khi đó Philip T. Porter, cũng thuộc
Bell Labs đề xuất sử dụng anten định hướng theo 3 hướng. Tuy nhiên những đề xuất
này bị đi vào quên lãng cho đến tận những năm của thập kỷ 60 khi Richard H. Frenkiel
và Joel S. Engel của Bell Labs phát triển các cấu trúc điện tử.
Tại châu Âu, điện thoại không dây lần đầu tiên được sử dụng cho các hành khách
hạng nhất trên các chuyến tàu giữa Berlin và Hamburg năm 1926. Cùng lúc đó, điện
thoại vô tuyến được sử dụng trên các chuyến bay để hỗ trợ an toàn trên đường bay.
Sau đó điện thoại vô tuyến được sử dụng rộng rãi tại Đức trong thế chiến lần thứ II.
Hệ thống điện thoại di động đầu tiên được gọi là MTA (Mobile Telephone
system A) được phát triển bởi Ericsson và được triển khai tại Thụy Điển năm 1956.
Với hệ thống này các điện thoại có trọng lượng khá lớn, khoảng 49kg. MTB, được
nâng cấp từ MTA được sử dụng năm 1965 và sử dụng báo hiệu DTMF.
Năm 1967, mỗi chiếc điện thoại di động được nằm trong vùng phủ sóng của một
trạm gốc duy nhất trong suốt quá trình gọi. Đến năm 1970 hệ thống “call handoff” cho
phép các máy điện thoại có thể di chuyển giữa các vùng trong suốt thời gian đàm
thoại.
Sau đó AT&T gửi đề xuất về dịch vụ di động theo cấu trúc tổ ong lên hiệp hội
viễn thông liên bang và được chấp nhận, hệ thống AMPS ra đời và được cấp dải tần
824-894 MHz. Hệ thống AMPS tương tự sau đó được thay thế bởi AMPS số vào năm
1990. Đây có thể coi là một trong những thế hệ đầu tiên của thông tin di động.
Trần Huy Hoàng – D04VT2
Đồ án tốt nghiệp đại học Lời nói
đầu
Vào những năm của thập kỷ 90 các hệ thống như GSM, IS-136 ("TDMA"),
iDEN và IS-95 ("CDMA") bắt đầu được triển khai và được coi như thế hệ thông tin di
động thứ hai. Mạng GSM đầu tiên mở tại Phần Lan. Công nghệ sử dụng trong GSM là
đa truy nhập ghép kênh theo thời gian trong khi mạng CDMA sử dụng công nghệ đa
truy nhập ghép kênh phân chia theo mã. Với GSM mỗi kênh thông tin được phát trên
một khe thời gian, do đó hệ thống phải áp dụng cơ chế tái sử dụng tần số để tăng số

lượng thuê bao. Tuy nhiên khả năng đáp ứng thuê bao trong GSM vẫn bị giới hạn
trong khi đó hệ thống IS-95 sử dụng cơ chế phân chia theo mã, mỗi người dùng được
phát một mã giả ngẫu nhiên để điều chế tín hiệu và cùng sử dụng chung một dải tần số
như vậy khả năng đáp ứng số lượng lớn thuê bao của IS-95 cao hơn GSM. Trong các
hệ thống này báo hiệu SS7 được sử dụng để tăng hiệu quả liên lạc trong mạng.
Sau khi hệ thống thông tin di động 2G ra đời và đạt được những thành công to
lớn. Người ta nghĩ ngay đến một thế hệ thông tin di động 3G với những dịch vụ tiên
tiến hơn. Các dự án nghiên cứu về 3G được thành lập. Trong khi chuẩn 3G nhanh
chóng được thông qua trong hệ thống IMT-2000 thì quá trình nghiên cứu thực thi và
triển khai thử nghiệm đã phải trải qua một thời gian khá lâu. Trong khi GSM giới thiệu
các công nghệ GPRS và EDGE cho quá trình tiến lên 3G thì các công nghệ này vẫn
chỉ được chấp nhận một cách không chính thức là chuẩn 2.5 và 2.75G. Chỉ khi 3GPP
đưa ra các tiêu chí kỹ thuật cho UMTS với tốc tốc độ 2Mbps và khả năng kết hợp với
giao diện vô tuyến GERAN của GSM/EDGE thì lúc này thế giới mới công nhận chuẩn
3G GSM/UMTS. UMTS sử dụng cả hai giao diện vô tuyến UTRAN và GERAN, với
UTRAN công nghệ WCDMA được sử dụng kết hợp với cơ chế song công phân chia
theo thời gian hoặc song công phân chia theo tần số. Giao diện GERAN là giao diện
cũ mạng GSM, điều này cho phép các thuê bao GSM cũ có thể sử dụng hệ thống
UMTS mà không cần phải thay đổi thuê bao.
Với CDMA, quá trình đi lên 3G gắn liền với sự phát triển của hệ thống CDMA
2001x được triển khai hiệu quả tại Hàn Quốc.
1.2. Tầm quan trọng của dịch vụ định vị di động
Tại các nước phát triển, dịch vụ định vị di động là dịch vụ thiết yếu đối với từng
người dân, kể các trong các hoạt động dân sự cũng như các hoạt động an ninh.
Với dịch vụ định vị di động, người sử dụng có thể tìm đường (thoát khỏi tình
trạng bị lạc, xem xét những nơi bị tắc đường, tìm ra con đường ngắn nhất để tới địa
Trần Huy Hoàng – D04VT2
Đồ án tốt nghiệp đại học Lời nói
đầu
điểm mong muốn…). Đồng thời, người sử dụng cũng có thể tìm thấy các địa điểm vui

chơi giải trí, các trung tâm thương mại, các trạm đặt máy ATM… chỉ nhờ một chiếc
điện thoại di động.
Với nhà cung cấp dịch vụ, họ có thể đưa ra các dịch vụ mới dựa trên dịch vụ định
vị di động như theo dõi xe chở tiền của nhà băng, quản lý xe taxi, xe bus… Đồng thời,
với dịch vụ định vị di động, nhà cung cấp dịch vụ cũng có thể đưa ra dịch vụ an ninh
cho người sử dụng như hệ thống khẩn cấp 911 của Mĩ, nhờ có dịch vụ định vị di động
mà nhà cung cấp dịch vụ có thể xác định vị trí của người sử dụng trong những tình
huống khẩn cấp để đưa ra các giải pháp an ninh kịp thời, nhanh chóng.
Như vậy, tại các nước phát triển, dịch vụ định vị di động đã trở thành một dịch vụ
phát triển rộng rãi, trở thành một phần không thể thiếu đối với cuộc sống.
1.3. Khả năng phát triển của dịch vụ định vị di động tại Việt Nam
Những năm đầu của thế kỉ 21 là giai đoạn phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế, xã
hội và văn hóa của toàn nhân loại nói chung cũng như Việt Nam nói riêng. Với việc
phát triển này, Việt Nam dần khẳng định vị thế của mình trên trường quốc tế và dần
dần hội nhập được với sự phát triển chung của thế giới.
Với sự phát triển về kinh tế xã hội văn hóa như vậy, đời sống tinh thần cũng như
vật chất của nhân dân cũng không ngừng được nâng cao. Vì vậy các dịch vụ như định
vị di động cũng có thời cơ thuận lợi cho việc phát triển của mình.
Ở Việt Nam hiện nay, dịch vụ định vị di động cũng đã được triển khai ở một số
lĩnh vực nhất định. Với dịch vụ này, ngành du lịch có thể phát triển dễ dàng hơn.
Khách du lịch có thể tìm kiếm các địa điểm du lịch, các nhà hàng, khách sạn… bằng
các thiết bị PDA. Đồng thời, dịch vụ định vị di động cũng được sử dụng trong việc
quản lý xe bus, xe taxi, tàu thuyền ra khơi…
Tóm lại, tuy dịch vụ định vị di động là một dịch vụ tương đối mới mẻ tại Việt
Nam, nhưng đây là một dịch vụ hứa hẹn, đầy tiềm năng trong tương lai.
Trần Huy Hoàng – D04VT2
Đồ án tốt nghiệp đại học Lời nói
đầu
CHƯƠNG II:
CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH VỊ

2.1. Sử dụng Cell ID đơn
2.1.1. CGI+TA
Như đã biết, hệ thống quản lý di động của mạng GSM cho phép tìm kiếm vị trí
logic của một thuê bao thông qua truy vấn HLR về LAI mà VLR đang quản lý thuê
bao và truy vấn VLR về Cell ID mà thuê bao đang nằm trong đó.
CGI = Cell ID + LAI
Quá trình cập nhật thông tin vị trí của thuê bao được thực hiện thông qua thủ tục
“Location Update” được thực hiện khi thuê bao chuyển ô hoặc chuyển vùng. Đối với
các ô được phân nhỏ thành các sector thì số nhận dạng sector sẽ được dùng để xác
định CGI.
Hình 2.1. Phương pháp CGI + TA
Trong GSM, Timing Advance là thời gian mà tín hiệu từ thiết bị di động cần để
đi đến trạm gốc. Giá trị TA rất quan trọng trong hệ thống TDMA của GSM, nó hỗ trợ
cho quá trình đồng bộ khe thời gian giữa MS và BTS. Mỗi MS chiếm một khe thời
gian trong khung dữ liệu TDMA, trên đường xuống MS có thể sử dụng số khe để xác
định dữ liệu dành cho mình còn ở đường lên BTS cũng cần nhận dữ liệu mà MS gửi
tới tại đúng thời điểm của khe thời gian dành cho MS đó. Do khoảng cách từ mỗi MS
đến BTS là khác nhau và MS luôn di chuyển vì vậy TA được dùng để hỗ trợ MS quyết
định khi nào sẽ gửi dữ liệu của mình đi. Giá trị TA được tính toán liên tục đối với mỗi
MS thông qua các đoạn mã tuần tự gửi từ MS lên BTS. Mã tuần tự này là bắt buộc
trong tất cả các khung dữ liệu đường lên.
Trần Huy Hoàng – D04VT2
Đồ án tốt nghiệp đại học Lời nói
đầu
Như vậy thông qua giá trị TA khoảng cách từ MS đến BTS được xác định. Do đó
xác suất vị trí của MS sẽ nằm trong đường tròn với bán kính là khoảng cách tính được
từ TA đến BTS. Với các ô được sector hóa thì độ chính xác của vị trí càng nhỏ đi.
2.1.2. Cell ID + AOA
Với các phương pháp trên, vị trí của MS luôn được xác định thông qua khoảng
cách từ nó đến BTS (hoặc nhiều BTS) nhưng với phương pháp AoA vị trí của MS

được xác định thông qua góc của tín hiệu đến. Thủ tục tính góc của tín hiệu đến được
thực hiện ở MS thông qua các cơ chế tính toán của anten truyền sóng.
Hình 2.2. Phương pháp AOA
2.1.3. ECGI
E-CGI cũng dựa trên số nhận dạng ô để tìm ra vị trí của thuê bao. Bên cạnh đó,
để tăng độ chính xác nhiều ô sẽ tham gia vào quá trình xác định vị trí. Ít nhất ba BTS
được sử dụng và khoảng cách từ MS đến các BTS đó cần xác định. Có thể xác định
thông qua TA, RTT hay RxLevel.
2.2. Sử dụng sự chênh lệch về thời gian
2.2.1. U-TDOA
U-TDOA sử dụng phương pháp xác định vị trí qua hyperbol bằng cách xác định
thời gian khác biệt của tín hiện đường lên. Khác với E-OTD, U-TDOA không yêu cầu
cài đặt hay tích hợp thêm bộ phận để xác định vị trí của nó.
Trần Huy Hoàng – D04VT2
Đồ án tốt nghiệp đại học Lời nói
đầu
Phương pháp U-TDOA tính toán vị trí dựa vào các BTS từ nhiều phía, ở các cell
khác nhau, nên nó phủ hợp với môi trường trong nhà, ngoại ô và thành thị, không phù
hợp với môi trường nông thôn (nơi các BTS đặt xa nhau, mật độ các BTS không lớn).
Mô hình cấu trúc của U-TDOA:
Hình 2.3. Phương pháp U-TDOA
Đầu tiên yêu cầu định vị được gửi tới SMLC, SMLC quản lý các LMU và liên
kết với hệ thống GSM. SMLC nhận được yêu cầu và gửi thông tin thời các LMU để
lắng nghe tín hiệu tới.
Thiết bị được nhận yêu cầu gửi tín hiệu trong khi các LMU lắng nghe và ghi lại
thời gian đến. LMU sau đó gửi thời gian ghi lại được đến SMLC. SMLC kết hợp sự
khác biệt của thời gian đến và vị trí của LMU để đưa ra vị trí của thiết bị.
Vì U-TDOA tính toán vị trí dựa vào việc lắng nghe thời gian tín hiệu tới từ các
MS thông thường nên không cần cài đặt phần mềm tại các đầu cuối di động.
Có thể kết hợp phương pháp U-TDOA với AOA (dựa vào góc đến của tín hiệu từ

MS tới ít nhât 2 BTS) để tăng độ chính xác.
2.2.2. E-OTD
Sai khác thời gian quan sát được (E-OTD: Enhanced Observed Time Difference)
là một trong nhiều phương pháp định vị trong mạng di động. Phương pháp này dựa
trên việc quan sát sự sai khác của tín hiệu đường xuống từ các trạm gốc đến thuê bao.
Về mặt hình học, như đã biết tập hợp các điểm có hiệu khoảng cách tới hai điểm
cố định bằng hằng số là một đường hyperbol (một hyperbol có hai đường tương ứng
với hiệu số dương và âm) và giao điểm của ít nhất 3 đường hyperbol khác nhau sẽ xác
Trần Huy Hoàng – D04VT2
Đồ án tốt nghiệp đại học Lời nói
đầu
định được duy nhất được một điểm. Tương tự như vậy, tập hợp tất cả các điểm trong
mặt phẳng có khoảng cách tới một điểm không đổi sẽ là một đường tròn. Với 3 đường
tròn cắt nhau ta cũng sẽ xác định được một vị trí duy nhất. Dựa trên hai phương pháp
hình học nói trên E-OTD đưa ra hai cách thực hiện, các cách này là khác nhau. Với
phương pháp hyperbol thời gian khác biệt được quan sát ở trạm gốc và một thiết bị
tính toán vị trí LMU trong khi đó phương pháp đường tròn được thực thi trong E-OTD
thông qua việc ghi lại thời gian đến của tín hiệu.
2.2.2.1. E-OTD hyperbol
Mô hình họat động
Hình 2.4. Phương pháp E-OTD
Ở đây:
Thiết bị di động có chức năng tính toán thời gian khác biệt quan sát được từ các BTS.
Đơn vị đo vị trí có chức năng tính toán thời gian trên kênh vô tuyến.
Xác định vị trí thông qua sai khác thời gian
Trần Huy Hoàng – D04VT2
Đồ án tốt nghiệp đại học Lời nói
đầu
Hình 2.5. E-OTD Hyperbol
Trong phương pháp này, thay vì xác định trực tiếp khoảng cách đến từng BTS,

thiết bị sẽ xác định hiệu khoảng cách của từng cặp hai trạm đến nó thông qua hiệu thời
gian qua đó xác định được một hyperbol chạy qua. Như ta đã biết tốc độ của sóng điện
từ bằng tốc độ ánh sáng do đó:
r
1
-r
2
=c*(ta
1
-ta
2
)
Trong đó: r
1
là khoảng cách từ MS đến BTS1, r
2
là khoảng cách từ MS đến
BTS2, ta
1
là thời gian tín hiệu từ BTS1 đến MS, ta
2
là thời gian từ BTS2 tới MS.
Hình 2.6. Tính toán sai khác thời gian trong E-OTD
Ở đây:
GTD: Thời gian sai khác địa lý (Geometric Time Difference) tương ứng với sai
khác về khoảng cách từ các BTS đến MS. Đây là thời gian cần biết.
RTD: Thời gian sai khác thực tế (Real Time Difference) là sai lênh thời gian giữa
hai BTS khi truyền tín hiệu đi.
Trần Huy Hoàng – D04VT2
Đồ án tốt nghiệp đại học Lời nói

đầu
OTD: Thời gian sai khác quan sát được (Observed Time Difference) là thời gian
sai khác mà thiết bị có thể nhận biết thông qua việc ghi lại thời gian đến của các tín
hiệu từ BTS.
Ta có: GTD = OTD-RTD.
Vậy để tìm ra hiệu khoảng cách từ hai BTS đến MS, ta cần tìm hai tham số: OTD
được đo ở thiết bị và RTD được đo từ LMU. Để RTD được đo chính xác, vị trí của
LMU nên được xác định.
2.2.2.2. E-OTD đường tròn
Trong phương pháp này khoảng cách thực tế đến 3 BTS cần được biết chính xác
thông qua quá trình di chuyển của tín hiệu từ BTS đến đầu cuối. Tuy nhiên thời gian
gửi tín hiệu không được ghi lại tại BTS và thời gian ở BTS và đầu cuối không đồng bộ
với nhau.
Giả sử:
• t
i,MS
là thời điểm đến của dữ liệu từ trạm gốc i đến đầu cuối được đo bởi
xung đồng hồ của đầu cuối (đo được).
• t
i-,MS
là thời điểm đi của dữ liệu từ trạm gốc i đến đầu cuối theo xung đồng
hồ của đầu cuối (chưa biết).
• t
i,LMU
là thời điểm đến của dữ liệu từ trạm gốc i đến LMU được đo bởi xung
đồng hồ của LMU (đo được).
• t
i-,LMU
là thời điểm đi của dữ liệu từ trạm gốc i đến LMU theo xung đồng hồ
của LMU (chưa biết)

• r
i
là khoảng cách từ MS đến trạm gốc thứ i (cần tìm)
• r
i, LMU
là khoảng cách từ LMU đến trạm gốc thứ i (đo được)
Ta có phương trình sau:
r
i
- r
i,LMU
= c*(t
i,MS
- t
i-,MS
) - c*(t
i,LMU
- t
i-,LMU
))
r
i
- r
i,LMU
= c*(t
i,MS
- t
i,LMU
+ µ)
Ở đây µ là sai số giữ xung đồng hồ của MS và LMU.

Như vậy r
i
= c*(t
i,MS
- t
i,LMU
+ µ) + r
i,LMU
Các tham số đều đo được kể cả µ như vậy ta có thể tính được r
i
.
Trần Huy Hoàng – D04VT2
Đồ án tốt nghiệp đại học Lời nói
đầu
Các tính toán thời gian ở LMU được gọi là tình toán thời gian kênh vô tuyến
RIT.
2.2.3. Phương pháp dựa trên vùng phủ sóng
Giống như phương pháp Cell-Id trong GSM, phương pháp này dựa trên vị trí tọa
độ của trạm gốc đang phục vụ thiết bị. Vị trí của thiết bị người dùng được xác định
thông qua tham chiếu số nhận dạng vùng phủ sóng với tọa độ của trạm gốc. Để tăng
độ chính xác các phương pháp dựa trên sự sai khác về khoảng cách từ các trạm gốc
đến thiết bị hoặc góc đến của tín hiệu từ nhiều trạm khác nhau.
Như đã biết trong giao tiếp vô tuyến UTRAN có hai dạng là W-CDMA-TDD và
W-CDMA-FDD. Trong TDD khoảng cách được tính từ sai khác thời gian đến của tín
hiệu (được nói đến tại 3GPP TS 25.255). Ở đây:
•
t
RXdev
= t
TS

-t
RXpath
•
t
RXdev
: Độ lệch thời gian nhận
•
t
TS
: Thời gian của tín hiệu gửi lên tính theo khe (slot) với nhịp xung ở trạm gốc
•
t
RXpath
: Thời gian thực sự đến của tín hiệu từ UE tới trạm gốc.
Trong FDD, thời gian quay vòng RTT được đo đạc nhiều lần cho tất cả các thiết
bị đầu cuối ở trạng thái kết nối. RTT được tính theo công thức sau:
RTT = t
RX
- t
TX
- e
Ở đây t
TX
là thời điểm truyền khung, t
TX
là thời điểm nhận lại được khung dữ liệu,
e là thời gian trễ trong quá trình truyền và trong quá trình xử lý gửi lại.
Sự khác nhau về phương pháp xác định giữa UTRAN-FDD và UTRAN-TDD là
do với UTRAN-FDD thiết bị đầu cuối và trạm gốc có hai kênh riêng biệt để trao đổi
dữ liệu và mỗi người dùng chiếm toàn bộ các khe thời gian trong một kênh, do đó tín

hiệu khi gửi đi và nhận lại được đánh dấu thời gian để tìm được thời gian quay vòng
tín hiệu qua đó xác định được khoảng cách. Đối với UTRAN-TDD sử dụng song công
phân chia theo thời gian do đó các khe thời gian trên kênh truyền được chia làm hai
dạng là lên và xuống và các khe này được đánh dấu thời gian bởi cả trạm gốc lẫn thiết
bị đầu cuối, như vậy thông qua việc so sánh các khe thời gian trong khung dữ liệu (ví
dụ dữ liệu nhận được ở thời gian thứ x của kênh đường lên trong khi xung đồng hồ bên
trong khi nhận được dữ liệu đó lại ở thời gian y, vậy thời gian truyền tín hiệu sẽ là độ
sai khác giữa y và x).
Trần Huy Hoàng – D04VT2
Đồ án tốt nghiệp đại học Lời nói
đầu
Xác định góc đến của tín hiệu cũng là một cách để tăng độ chính xác của phương
pháp định vị theo vùng phủ sóng. Phương pháp này có thể dùng đầu cuối để xác định
tín hiệu từ một vài trạm gốc tham chiếu hoặc có thể xác định góc tại trạm gốc đến thiết
bị khi thiết bị thay đổi. Cách xác định tương tự như trong hệ thống GSM đã trình bày ở
trên.
Hình 2.7. Các phương pháp trên Cell của UMTS
2.2.4. OTDoA-IPDL
OTDoA-IPDL trong UMTS và E-OTD có cùng một số nguyên tắc chung dựa
vào tín hiệu đường xuống. Cũng giống như E-OTD, OTDoA-IPDL có thể sử dụng định
vị qua hyperbol hoặc đường tròn. Điều khác biệt giữa OTDoA-IPDL và E-OTD là
cách thức đo và tính thời gian truyền vô tuyến (RIT) và khác biệt thời gian quan sát
được (OTD).
2.2.4.1. Tính toán thời gian tại kênh vô tuyến (RIT) trong UMTS
Như đã trình bày ở trên, do hệ thống GSM không có cơ chế đồng bộ giữ thiết bị
đầu cuối và trạm gốc nên cần sử dụng các LMU như các thiết bị đánh giá trung gian
dựa vào vị trí đã xác định của nó. Trong hệ thống UMTS chỉ có cơ chế UTRAN-FDD
Trần Huy Hoàng – D04VT2