KỸ THUẬT ĐỊNH VỊ THUÊ BAO TRONG HỆ THỐNG UMTS

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
BÁO CÁO LUẬN VĂN CAO HỌC
KỸ THUẬT ĐỊNH VỊ THUÊ BAO TRONG
HỆ THỐNG UMTS
CBHD: TS. TRỊNH QUANG KHẢI
HVTH: TRẦN VĂN KHANH
LỚP : KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ K19
Tp.HỒ CHÍ MINH - 06/2013
1
•
Do nhu cầu thông tin liên lạc của con người phát triển với tốc
độ nhanh và đặc biệt thông tin liên lạc không dây đã trở thành
nhu cầu không thể thiếu trong cuộc sống hàng ngày.
•
Sự phát triển nhanh của thông tin di động cùng với sự đa dạng
về dịch vụ được cung cấp.
•
Với tính chất di động của người sử dụng truyền thông không
dây, việc xác định vị trí đầu cuối không dây trở thành một yêu
cầu quan trọng và cần được quan tâm.
•
Khi số lượng thuê bao sử dụng dịch vụ định vị thuê bao tăng
thì các kỹ thuật định vị có độ chính xác cao sẽ được xem xét,
trong đó có kỹ thuật TOA và TDOA

2
Ưu điểm:
- Tăng độ chính xác trong định vị thuê bao.
- Không lệ thuộc vào thiết bị đầu cuối
- Thời gian định vị nhanh

- Ít tốn năng lượng cho thiết bị đầu cuối
- Họat động tốt trong môi trường indoor.
Nhược điểm:
- Đầu tư, nâng cấp hệ thống mạng với chi phí tương đối
lớn.
- Tranh cãi về quyền riêng tư

3
Chương I: Tổng quan về hệ thống thông tin di động.
Chương II: Kỹ thuật định vị TOA và TDOA.
Chương III: Ứng dụng của kỹ thuật định vị thuê bao trong
hệ thống UMTS.
Kết luận và hướng phát triển của đề tài.
4
Chương I
Chương I
Lộ trình phát triển các công nghệ thông tin di động lên 4G
6
Mô hình hệ thống GSM
7
Mô hình hệ thống 3G WCDMA UMTS
Phân loại định vị phổ biến:
* Standalone: Tiêu chuẩn nhất là phương pháp định vị Cell-ID
* Radio-based: Đây là kỹ thuật dựa trên các trạm phát sóng,
tín hiệu được truyền từ thuê bao di động đến các trạm gốc để
xác định vị trí của thuê bao đó ( Kỹ thuật tiêu biểu: AOA,
TOA…).
* Satellite-based: GPS là hệ thống định vị độc lập và không
cung cấp bất kỳ tính năng truyền thông nào.
Chương II

Chương II
8
9
* Kỹ thuật dựa trên AOA xác định góc bằng cách so sánh hướng
truyền sóng và một hướng tham khảo.
* Hướng tham khảo thường được chọn là hướng Bắc. Góc hợp
bởi hướng truyền sóng và hướng Bắc gọi là góc tuyệt đối, còn góc
hợp bởi 2 hướng truyền sóng gọi là góc tương đối.
* Sự định hướng là sự xác định được hướng của đối tượng cần
xác định vị trí so với hướng Bắc.
10
Mô hình kỹ thuật định vị AOA
11
- Trong đó, u là đối tượng cần xác định vị trí, b
1
, b
2
là trạm đã biết
vị trí. ▲θ là góc định hướng của đối tượng.
- Khi đó, góc tới tuyệt đối của trạm b
1
là (θ
1
+▲θ), do đó vị trí của
đối tượng sẽ nằm trên tia xuất phát từ trạm 1 hợp với hướng Bắc
1 góc bằng (θ
1
+▲θ).
- Tương tự, từ trạm thứ hai chúng ta có vị trí đối tượng nằm trên
tia hợp với hướng Bắc góc (θ

2
+▲θ). Giao của 2 hướng này sẽ
giúp xác định vị trí đối tượng.

12
- Trong hình trên, những góc b
1
ub
2
, b
1
ub
3
, b
2
ub
3
là những AOA
tương đối. Kiến thức hình học cơ bản cho thấy những góc trên
đường tròn căng cùng 1 dây cung thì chúng sẽ bằng nhau.
- Trong hình trên, góc b
1
ub
2
căng dây cung b
1
b
2
nên vị trí đối
tượng u sẽ nằm trên cung b

1
b
2
, tương tự, vị trí đối tượng u cũng
nằm trên cung b
2
b
3
và cung b
1
b
3
. Giao của 3 cung này sẽ xác định
được vị trí đố tượng u.

13
Tham chiếu
đường tròn 1
Tham chiếu
đường tròn 3
Tham chiếu
đường tròn 2
Tham chiếu 3
Tham chiếu 1 Tham chiếu 2
14
Kỹ thuật dựa trên TOA: là việc xác định vị trí đối tượng dựa
trên thời gian tới của tín hiệu. Để thực hiện kỹ thuật này đòi hỏi
phải đồng bộ về thời gian giữa các trạm và đầu cuối di động
Trong ví dụ minh họa dưới đây sử dụng thời gian tới của tín
hiệu tại 3 trạm khác nhau. Bởi vì tín hiệu truyền với vận tốc ánh

sáng (c=300.000 km/s) nên khoảng cách giữa đối tượng và 1
trạm là :
r
i
=(t
i
-t
0
)*c , i=1,2,3
Trong đó, t
0
là thời gian bắt đầu truyền sóng và t
i
là thời gian
nhận được sóng tại trạm hay gọi là thời gian tới (TOA).
15
Các khoảng cách r
1
, r
2
, r
3
được sử dụng để tính tọa độ đối
tượng u (x
m
,y
m
) bằng cách giải hệ sau :
r
1

2
=x
m
2
+ y
m
2
r
2
2
=(x
2
-x
m
)
2
+(y
2
-y
m
)
2
r
3
2
=(x
3
-x
m
)

2
+(y
3
-y
m
)
2
Dễ dàng thấy được các phương trình trên là những phương
trình đường tròn nên nghiệm của chúng là giao của 3 đường
tròn đó. Từ đó vị trí của đối tượng sẽ được ước tính.
16
•
Một biến thể khác trong phép đo TOA là phép đo TDOA,
phép đo này sử dụng sự chênh lệch trong các phép đo TOA
để định vị thiết bị di động.

•
Phép đo TDOA liên quan đến phần giao nhau giữa các
hypebol so với phần giao nhau giữa các đường tròn trong kỹ
thuật TOA.
•
Điểm lợi chính của phép đo TDOA dựa trên phương pháp
TOA đó là không cần phải nắm rõ về mặt thời gian tại tại đầu
cuối (thời gian t
0
), nhưng cần thiết phải có sự đồng bộ hóa
giữa các hệ số tham chiếu trên mặt đất
17
Do có nhiều tranh cãi về tính riêng tư nên:
•

Trên thế giới, các nước chỉ sử dụng cho dịch vụ gọi khẩn cấp.
•
Quản lý thuê bao của các nhà mạng.
Khai thác ở Viêt Nam: dưới dạng SMS
•
Dịch vụ FamilyCare của Vinaphone và VDC.
•
Mobifone khai thác dịch vụ định vị thuê bao Q-kids.
•
Viettel cung cấp gói cước 7Colors.

18
Chương III
Chương III
19
•
Với tính đơn giản và chi phí thấp, Cell-ID sẽ là sự lựa chọn
tốt nhất để bắt đầu đưa dịch vụ định vị (LBS - Location-
based Service) vào mạng mặc dù độ chính xác vị trí và tính
ổn định không cao và chỉ hỗ trợ số lượng dịch vụ rất hạn chế
•
Mặc dù kỹ thuật định vị TOA và TDOA được nghiên cứu
có độ chính xác cao hơn nhưng kỹ thuật này cần một khoản
chi phí đầu tư ban đầu rất lớn vào khối đo đạc vị trí (LMU -
Location Measurement Unit)
•
Ngày nay, định vị GPS được sử dụng nhiều cho hệ thống
giao thông công cộng, cụ thể như gắn trên xe khách, tải….
Tuy nhiên không phải lúc nào tín hiệu GPS cũng tốt khi vào
đường hầm, toà nhà… Khi đó, định vị thuê bao sẽ đóng vai

trò quan trọng kết nối với các trạm BTS gần nhất xác định vị
trí thiết bị thông qua Simcard gởi tín hiệu về trạm.
20
Do thời gian làm luận văn có hạn và những hạn chế không
tránh khỏi của việc hiểu biết các vấn đề chủ yếu dựa trên lý
thuyết là chính nên luận văn tốt nghiệp của em chắc chắn
không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong có được những
ý kiến đánh giá, góp ý của quý thầy và các bạn để luận văn
thêm hoàn thiện.
Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến quý thầy cô
trong khoa Điện – Điện tử Trường Đại học Giao thông vận tải,
đặc biệt là Thầy TS. Trịnh Quang Khải đã hướng dẫn nhiệt
tình, chỉ bảo giúp đỡ em hoàn thành luận văn này.
Em xin chân thành cảm ơn!
21