Ước lượng trễ truyền để định vị máy di động thông qua hệ thống thông tin di động mặt đất

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ





TRẦN CHÍ NAM





ƯỚC LƯỢNG TRỄ TRUYỀN ĐỂ ĐỊNH VỊ
MÁY DI ĐỘNG THÔNG QUA HỆ THỐNG
THÔNG TIN DI ĐỘNG MẶT ĐẤT











LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hà Nội - 2007



ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ








TRẦN CHÍ NAM

ƯỚC LƯỢNG TRỄ TRUYỀN ĐỂ ĐỊNH VỊ
MÁY DI ĐỘNG THÔNG QUA HỆ THỐNG
THÔNG TIN DI ĐỘNG MẶT ĐẤT



Ngành: Công nghệ Điện tử - Viễn thông
Chuyên ngành: Kỹ thuât vô tuyến điện tử và thông tin liên lạc
Mã số: 2.07.00




LUẬN VĂN THẠC SĨ




NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. TRỊNH ANH VŨ

Hà Nội – 2007


MỤC LỤC

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN

MỞ ĐẦU
1
CHƢƠNG 1: MỤC ĐÍCH XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ MÁY DI ĐỘNG
3
1.1. Ứng dụng trong các dịch vụ cứu hộ khẩn cấp
3
1.1.1 Trung tõm cứu hộ khẩn cấp
3
1.1.2 Vấn đề xác định vị trí
3
1.2. Những ứng dụng cho công cụ pháp luật
5
1.3. Những ứng dụng trong thương mại
5
1.3.1. Cung cấp thụng tin định vị
5
1.3.2 Những dịch vụ thụng tin định vị đặc biệt
6
1.3.3 Tìm các thông tin thống kê
6
1.3.4 So sỏnh với GPS

6
CHƢƠNG 2: HỆ THỐNG MẠNG GSM
7
2.1. Vài nét lịch sử
7
2.2. Tổng quan hệ thống GSM
8
2.2.1. C
8
2.2.2. M
9
2.2.3. 
9
2.2.4. 
10
2.2.5. 
10
2.2.6. 
10
2.2.7. 
11
2.3. Những dịch vụ
11
2.4. Tế bào và vùng định vị
12
2.5. Vấn đề về nhận dạng
13
2.5.1. 
14
2.5.2. Nhvùng

15
2.5.3. N
16


2.5.4. N
16
2.6. Giao diện Radio
16
2.7. Báo hiệu
18
2.7.1. -BSS-MSC
18
2.7.2. MAP and ISUP
19
2.7.3. 
19
2.7.4. 
23
2.8. Hệ thống quản lý vận hành và bảo dưỡng
25
2.8.1. GSM Q3 và những giao thức
25
2.8.2. Chức năng tìm gọi của O&M
26
CHƢƠNG 3: HỆ TỌA ĐỘ XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ
28
3.1. Hệ thống tọa độ địa lý
28
3.2. Hệ thống tọa độ UTM

29
3.3. Hệ thống WGS84
31
3.4. Những nguyên tắc của hệ thống định vị MSL
32
3.5. Hệ tọa độ cho định vị thiết bị di động
33
CHƢƠNG 4: KỸ THUẬT ĐỊNH VỊ THIẾT BỊ DI ĐỘNG
34
4.1. Thông tin loại tế bào
34
4.2. Đo khoảng cách sử dụng độ mạnh của tín hiệu
34
4.2.1 

 LOS
35
4.2.2 

HATA
35
4.2.3 Suy hao trong nhà
36
4.2.4 
37
4.2.5 
38
phép 
39
4.3 Đo khoảng cách sử dụng phương pháp Timing advance (TA).

39
4.4 Quá trình định vị dựa theo xác suất.
42
4.4.1 
42
4.4.2  
45


4.5 Tính toán vị trí và xác suất
46
4.5.1 S.
46
4.5.2 
47
4.5.3 
47
4.5.3.1 Tính toán vùng 
48
4.5.3.2 bán kính 
49
4.5.4 
50
CHƢƠNG 5: THỰC HIỆN XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ MÁY DI ĐỘNG TRONG GSM
51
5.1 Vị trí cài đặt dịch vụ
51
5.1.1 Đề xuất vị trí thực hiện MSL
51
5.1.2 Một bộ phận mới cho MSL

52
5.1.3 Các cơ sở có thể cho thực hiện MSLC.
53
5.2 Định vị dùng phƣơng pháp truyền sóng Radio
53
5.3 xác định vị trí sử dụng thời gian trƣớc (TA)
54
5.3.1 Tương quan giữa TA và các phép đo sóng Radio
54
5.3.2 Nhận được sự khác biệt thời gian
54
5.3.3 Nhận giá trị TA mới bằng chuyển giao bắt buộc
55
5.4 Định vị sử dụng bn đ đo
56
5.4.1 Định vị máy di động
56
5.4.2 Xây dựng bản đồ số
56
5.4.3 Đưa ra thông tin định vị
57
5.4.4 Các hệ thống bản đồ số
57
5.4.4.1 
57
4.4.4.2 
58
5.4.5 Biểu diễn vị trí
58
5.4.6 Nhận xét

63
KẾT LUẬN
64
TÀI LIỆU THAM KHẢO
67


CÁC TỪ VIẾT TẮT

BER
Bit Error Rate
Tỷ lệ lỗi bit
BPSK
Binary Phase Shift Keying
Điều chế khoá dịch pha nhị phân
BS
Base Station
Trạm gốc
C/I
Carrier/interference
Sóng mang/ tạp âm
CDMA
Code Division Multiple-Access
Truy nhập phân kênh theo mã
CELP
Conference of European Post and
Telecommunication
Tiêu chuẩn bưu chính và truyền
thông châu âu.
CRC

Cyclic Redundancy Check
Kiểm tra mã dư vòng
CCI
Co-channel Interfrence
Nhiễu cùng kênh
DECT
Digital European Corlless
Telephone
Tiêu chuẩn thông tin số châu âu
DSSS
Direct Sequence Spread Spectrum
Trải phổ dãy trực tiếp
DS-CDMA
Direct Sequence Code Division
Multiple Access
Đa truy cập phân chia theo mã
dãy trực tiếp
ESMR
Extended Specialized Mobile
radio
Dịch vụ vô tuyến di động chuyên
nghiệp hoá mở rộng
FDD
Frequency Division Duplex
Phân chia tần số kép
FPLMTS
Furture Public Land Mobile
Telephong System
Hệ thống thông tin di động mặt
đất tương lai

GPS
Global Positioning System
Hệ thống định vị toàn cầu
GSM
Global System of Mobile
Communication
Hệ thông thông tin di động toàn
cầu
IMTS
Improved Mobile Telephone
System
Hệ thống thông tin di động tiên
tiến
ISDN
Intergrated Services Digital
Network
Dịch vụ mạng tích hợp số
ITU-T
International Telecommunication
Union - Telecommunication
Hiệp hội Viễn thông Quốc tế


Sector
LAN
Local Area Network
Mạng cục bộ
LOS
Light of Sight
Điều kiện trực xạ

LPF
Low Pass Filter
Mạch lọc thông thấp
MS
Mobile Staton
Máy di động
MTS
Mobile Telephone System
Hệ thống thông tin di động
MSC
Mobile swicth centre
Trung tâm chuyển mạch di động
MUX
Multiplexer
Bộ ghép kênh
MCA
Multi-Channel Access
Hệ thống truy nhập đa kênh số
NLOS
Non Light of Sight
Điều kiện không trực xạ
PSH
Personal handy System
Hệ thống sử dụng cá nhân
PRN
Pseudo Random Noise
Mã giả ngẫu nhiên
PDC
Personal Digital Communication
Tế bào số cá nhân

RCR
Radio Crossing Rate
Hệ thống thông tin vô tuyến
SIR
Signal-to-interference Radio
Tỷ số tín trên nhiễu
TDMA
Time Division Multiplex Access
Truy nhập phân kênh theo thời
gian
TIA
Telecommunication Industry
Association
Hiệp hội công nghiệp viễn thông
TDM
Time Divition Multiplex
Ghép kênh theo thời gian
TSW
Time Switch
Chuyển mạch thời gian
TDOA
Time Diffrence of Arrival
Thời gian khác nhau của bộ đếm
TE
Terminal Equipment
Thiết bị đầu cuối
WAP
Wireless Access Part
Phần truy nhập vô tuyến
TMSI

Reallocation Command
Lệnh cấp phát lại TMSI
AR
Authentication Response
Trả lời nhận thực
LUR
Location Update Request
Yêu cầu cập nhật vị trí
LUA
Location Update Accepted
Chấp nhận cập nhật vị trí
CC
Call Control
Điều khiển cuộc gọi
API
Application Programming Interface
Chương trình ứng dụng tích hợp


BSC
Base Station Controller
Trạm điều khiển cơ sở
CGI
Cell Global Identity
Cell nhận dạng toàn cầu
CGI+TA
Cell Global Identity with Time
Advance
Cell nhận dạng toàn cầu với TA
CPU

Central Processing Unit
Khối xử lý trung tâm
GMPC
Gateway Mobile Positioning
Center
Trung tâm định vị Mobile quốc
tế
TA
Time Advance
Dịch pha thời gian (bổ sung thời
gian)
HTTP
HyperText Transfer Protocol
Thủ tục truyền tốc độ cao
IPM
IP Multicasting
Đa truy cập mạng thông minh
ISDN
Integrated Services Digital
Network
Dịch vụ mạng số tích hợp
MAP
Mobile Application Part Protocol
Giao thức ứng dụng mạng di
®éng
MPC
Ericsson Mobile position Center
Trung tâm định vị di động
Ericsson
MSC

Mobile service Switching Center
Trung tâm chuyển mạch di dộng
SS7
Signalling System 7
Hệ thống báo hiệu số 7
MSL
Mobile Station Location
Xác định vị trí trạm di dộng
VLR
Visitor Location Register
Bộ ghi xác định vị trí tạm trú
IMSI
International Mobile Subscriber
Identity
Mã nhận dạng thuê bao di dộng
quốc tế
SMC
Short Message Centre
Trung tâm bản tin ngắn
IMEI
International Mobile Equipment
Identification
Thiết bị nhận dạng di động quốc
tế
RR
Radio Resouce
Nguồn giao diện vô tuyến
MM
Mobility Management
Thủ tục quản lý di động

CC
Connection Call Protocol
Thủ tục kết nối cuộc gọi
BTSM
Basic Transtation Station
Manegermen
Giao thức quản lý BTS
DTAP
Directe Transfer Application
Protocol
Phần ứng dụng giao diện truyền
trực tiếp
HLR
Home Location Registor
Bộ ghi vị trí gốc


EIR
Equipment Identification Registor
Thiết bị nhận dạng thanh ghi


DANH MỤC BẢNG, HÌNH VẼ
Thứ tự
Tên hình vễ, bng biểu
Trang
Hình 2.1
Mô hình thực tế hệ thống mạng GSM
8
Hình 2.2

Cấu hình hợp lý của Cell
13
Bảng 2.1
Các loại Cell khác nhau
13
Hình 2.3
Cấu trúc của IMSI
14
Hình 2.4
Cấu trúc của MSISDN
14
Hình 2.5
Cấu trúc của LAI và CGI
15
Hình 2.6
Cấu trúc của BSIC
15
Hình 2.7
Cấu trúc của IMEI
16
Hình 2.8
Khung đồng bộ trong TDMA
17
Hình 2.9
Các giao thức báo hiệu từ MS qua BTS và BSC đến
MSC
18
Hình 2.10
Báo hiệu mạng ISDN, GSM trong thiết lập kết thúc kết
nối di động.

20
Hình 2.11
Báo hiệu giữa MSC và MS
22
Hình 2.12
Chuyển giao trong cùng tế bào.
24
Hình 2.13
Báo hiệu trong việc kích hoạt tìm gọi.

27
Hình 3.1
Các vùng nhỏ trong hệ UTM
29
Hình 3.2
Khu vực vùng 32V
30
Hình 3.3
Hệ thống tọa độ WGS84
31
Bảng 4.1
Ảnh hưởng trong các môi trường cấu trúc khác nhau
37
Hình 4.1
Ảnh hưởng của các tầng khác nhau trong tòa nhà.
37


Hình 4.2
Ví dụ về bản đồ kết quả đo cường độ tín hiệu

38
Hình 4.3
Sự phân bố mức tín hiệu thu được
39
Hình 4.4
Sự phân bố nỗi thời gian truyền TA
40
Hình 4.5
Sự phân bố MS-BTS cho vùng nông thôn
41
Hình 4.6
Sự phân bố giữa MS-BTS trong vùng dân cư đông đúc.
41
Hình 4.7
Sự phân bố giữa MS-BTS trong vùng thành phố
42
Hình 4.8
Mô tả sự phân bố xác suất rời rạc
43
Hình 4.9
Xác suất vị trí trong một BTS
43
Hình 4.10
Xác xuất vùng định vị với 2 trạm BTS.
44
Hình 4.11
Xác xuất định vị trong trường hợp nhiều trạm BTS
45
Hình 4.12
Tìm tọa độ sử dụng phép đo tam giác.

48
Hình 5.1
Xác định máy di động MSLC trong một mạng GSM
52
Hình 5.2
Các vị trí MS có khả năng trong trung tâm Bergen với
một BTS
59
Hình 5.3
Các vị trí MS có khả năng trong trung tâm Bergen với
hai BTS
60
Hình 5.4
Các vị trí MS có khả năng trong trung tâm Bergen với
ba BTS
61
Hình 5.5
Vị trí MS có khả năng với hai BTS biểu diễn đến bộ
phận trực tổng đài
62
Hình 5.6
Vị trí MS có khả năng với ba BTS được biểu diễn đến
bộ phận trực tổng đài
63

Lun vn cao hc 1
Trn Chí Nam 12/2007
M U







bao.
 (MSL) 


ng       
   

các 
            


Jean-
              

o,


 . L 
d 

Lun vn cao hc 2
Trn Chí Nam 12/2007
 





  


















 . 





 trong 
















(Mobile). 












 . 




 


















 .


. 
.

 GSM.
. Trong c


. T



trong GSM.





Lun vn cao hc 3
Trn Chí Nam 12/2007
CHNG 1
MC ÍCH XÁC NH V TRÍ MÁY DI NG
1.1   
     
h 

sau.
1.1.1. 








.

 
 

trung tâm 



h.  
là 110, clà 
113. 

1.1.2.











.
Các 








  là marking of origin''.



ay 

Lun vn cao hc 4
Trn Chí Nam 12/2007
 

-
-
Khi n, 




              


  máy 
 

n
không


là
            

.
t



- 
-  
Lun vn cao hc 5
Trn Chí Nam 12/2007
- 

- 
-  
lý thông tin 
.
1.2 





.
        khác    
MSL. 
i nó














 





 .
1.3 








1.3.1 




trí.
MSL  
 mình và
óa 

trí .
k-

N
trên Internet xem 
 .
Lun vn cao hc 6
Trn Chí Nam 12/2007
1.3.2 







trí 




 
 khác 

  
 
Ngày nay 


        
 .
1.3.3 T
ùng 




1.3.4 


- 
- 





Lun vn cao hc 7
Trn Chí Nam 12/2007
CHNG 2
H THNG MNG GSM
2.1 Vài nét 

Â

ép roaming) 
     



            




 



1984  .
 



1985  .
 

1981  











 
t


Lun vn cao hc 8
Trn Chí Nam 12/2007


2.2 





 GSM
             
 



g .
2.2.1 





Hình 2.1


hình 2.1 



Lun vn cao hc 9
Trn Chí Nam 12/2007
2.2.2 .

MS là t

        Trên các




thông tin.
Các MS trong GSM hoàn 
cài trong
            


, 

 



2.2.3  (BTS).


             -level

-


Lun vn cao hc 10
Trn Chí Nam 12/2007


2.2.4  (BSC).





c MS
            


2.2.5 





 (MSC).


             

 
              


 


2.2.6    (VLR).




Lun vn cao hc 11
Trn Chí Nam 12/2007



ông tin. Khi



 VLR, 
  7 (Signalling System 7).
 
2.2.7 








i (EIR)



 

2.3 





.



















 2 
:
 





 .
 





 

.
 thông báo (bearer services) 
-
transparent data-transmission services).  
nên 
tele services) 
,  các 

Lun vn cao hc 12
Trn Chí Nam 12/2007
             
 
     mã hóa 

         
qua trung tâm



by-
             
 

     


2.4 .
Trong G


ell này sang cell khác.

 - 



            
Lun vn cao hc 13

Trn Chí Nam 12/2007




Hình 2.2: .
 2.2  



 

: C




 Cell (km)
Large microcell

3-30
Small microcell
Trên mái nhà
1-3
Microcell

0.1-1
Picocell
à
0.01-0.1

Nanocell

0.001-0.01
2.5 









.

















  xem 
 nào 



 .  
n  
Lun vn cao hc 14
Trn Chí Nam 12/2007
2.5.1 Nhâ
̣
n da
̣
ng ca
́
c thuê bao.

Hình 2.3: .
  
  dành cho mã
 

c gia. 
 
.

Hình 2.4: 


-

vùng 
Lun vn cao hc 15
Trn Chí Nam 12/2007
 
vùng              


ký.
2.5.2 N  vùng


Hình 2.5: .


2.5

ng 



Hình 2.6