CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.2. Các công nghệ định vị
1.2.3. Các cách thức định vị khác ngoài GPS
Tương ứng với số lượng khá lớn các hệ thống có thể phục vụ cho việc định vị hiện nay là một loạt giải pháp định vị. Các giải pháp này có thể chia thành ba nhóm: định vị trên thiết bị di động, định vị trên hệ thống mạng lưới và kết hợp cả hai. Các nhóm này có các ưu / khuyết khác nhau trên nhiều mặt như độ chính xác hay tốc độ.
Định vị trên hệ thống mạng lưới là kết hợp với việc định vị các thiết bị của mạng để chỉ ra vị trí của thiết bị di động,ví dụ cho giải pháp này là AOA, TOA, TDOA, Cell ID [3]
Định vị trên thiết bị di động vì chính thiết bị di động sẽ chỉ ra vị trí của người sử dụng, các thiết bị di động được cung cấp các tính năng định vị sẽ đo lượng dữ liệu và sử dụng các thuật toán để xác định ví trí, ví dụ cho giải pháp này là EOTD.
Ứng dụng tìm kiếm dựa theo vị trí có thể không cần thông tin vị trí chính xác tuyệt đối của người dùng để có thể đưa ra các kết quả tương ứng ở chung quanh. Chẳng hạn như tìm một nhà hàng thì chỉ cần biết người dùng đang ở quận nào.
Ngược lại, để xác định vị trí của một trường hợp khẩn cấp trong một thành phố lớn lại cần độ chính xác cao vì có thể đối tượng ở trong một ngõ hẻm độc đạo, việc xác định đường đi đến đối tượng cần phải chính xác để có
thể lên kế hoạch điều phối một cách nhanh nhất.
Hiểu biết về cách thức hoạt động của từng cách thức định vị sẽ giúp người phát triển đưa ra lựa chọn thích hợp cho ứng dụng của mình.
1.2.3.1. Cell ID
Cell-ID được sử dụng trong mạng GSM, GPRS và WCDMA, đây là
cách xác định vị trí thuê bao đơn giản nhất. Phương pháp này yêu cầu mạng xác định vị trí của BTS mà MS đang trực thuộc, nếu có được thông tin này thì
vị trí của MS cũng chính là vị trí của BTS đó. Tuy nhiên, do MS có thể ở mọi vị trí bất kỳ trong cell nên độ chính xác của phương pháp này phụ thuộc vào kích cỡ cell. Nếu MS thuộc vùng đô thị, mật độ đông thì kích cỡ cỡ cell bé nên độ chính xác cao hơn, vùng ngoại ô kích cỡ cell lớn hơn nhiều nên sai lệch về vị trí có thể lên tới chục kilômét.
Hình 1.11: Cell ID
Để tăng độ chính xác người ta dùng sector-ID hoặc có thể kết hợp với một hay cả hai kỹ thuật TA (Timing Advance) và dựa vào độ mạnh của tín hiệu. Cả hai kỹ thuật này ban đầu được dành cho các mục đích khác do đó khi dùng để xác định vị trí thì có thể sử dụng các thiết bị đã tồn tại trong mạng GSM/GPRS. Kỹ thuật TA sử dụng thông tin về sai lệch thời gian được gửi từ BTS tới hiệu chỉnh thời gian phát của MS sao cho tín hiệu từ MS tới BTS đúng với khe thời gian dành cho MS để tính ra khoảng cách từ MS tới BTS.
Tuy nhiên, kỹ thuật TA chỉ cho biết MS trong vùng địa lý của BTS đang phục vụ nó với bán kính xác định được nhờ TA. Ngoài ra, trong mạng thông tin di động MS thường đo độ mạnh của tín hiệu từ một số BTS và gửi thông tin này đến BTS đang phục vụ nó, vì vậy có thể dựa vào thông tin độ mạnh tín hiệu này để tính ra được vị trí MS với độ chính xác cao hơn TA. Tuy nhiên, có rất nhiều yếu tố làm hạn chế hiệu quả của phương pháp này như địa hình, suyhao ở môi trường trong nhà (các vật liệu xây dựng, hình dạng, kích cỡ toà nhà
Như vậy, cell-ID và các kỹ thuật tăng cường hỗ trợ nó mặc dù có một số ưu điểm như ít phải thay đổi phần cứng của mạng, ít tốn kém thì độ kém chính xác, tính phụ thuộc vào mật độ cell ..làm cho phương pháp xác định này
chỉ có khả năng hỗ trợ cho một số ít các dịch vụ. Vì chỉ sử dụng tín hiệu từ một trạm nên CellID được xếp vào nhóm định vì từ một phía (unilateration) 1.2.3.2. Phương pháp định vị từ nhiều phía (Multilateration)
Phương pháp này có thể xác định vị trí của một vật phát sóng bằng cách kết hợp thông tin thu được hoặc phát đi từ các trạm thu phát (base station) [10].
1.2.3.2.1. Time difference of arrival (TDOA)
Phương pháp này lấy ý tưởng của việc xác định vị trí tương đối của một máy phát mục tiêu bằng việc sử dụng sự khác biệt về thời gian đến của tín hiệu được phát ra bởi mục tiêu đến nhiều vị trí xác định. Phương pháp này cần tối thiểu 4 trạm thu để xác định vị trí trong không gian 3 chiều. Tuy nhiên khi một chiều đã được biết bằng phương pháp khác (chẳng hạn như cao độ
của máy bay với các thiết bị có sẵn trên máy bay) thì có thể chỉ cần 3 trạm.
Hình 1.12: TDOA
1.2.3.2.2. Time of Arrival (TOA)
Khoảng cách giữa điểm tham chiếu và mục tiêu tỷ lệ thuận với thời gian truyền các tín hiệu. Hệ thống dựa trên TOA cần ít nhất 3 điểm đo khác nhau để xác định để xác định một vị trí 2D. Tuy nhiên nó cũng cần tất cả các
máy phát và nhận phải được đồng bộ, tín hiệu truyền phải có nhãn thời gian để tính toán chính xác khoảng cách.
Hình 1.13: TOA 1.2.3.2.3. Angle of arrival (AOA)
Phương pháp này xác định vị trí nhờ tính toán góc truyền tới ở các trạm khác nhau. Cần ít nhất 2 góc độ của anten để xác định vị trí 2D của mục tiêu.
Phương pháp này đòi hỏi các thiết bị khá phức tạp và đắt tiền.
Hình 1.14: AOA
1.2.3.2.4. Enhanced Observed Time Difference (EOTD)
E-OTD hoạt động giống như TDOA nhưng được ứng dụng trên thiết bị di động. Người ta chỉ dùng E-OTD trong mạng GSM/ GPRS. Trong mạng này MS giám sát các cụm truyền từ các BTS lân cận và đo độ lệch thời gian
chính xác của phương pháp E-OTD phụ thuộc vào độ phân giải của phép đo độ lệch thời gian, vị trí địa lý đặt các BTS lân cận và môi trường truyền sóng.
MS phải đo thời gian chênh lệch từ ít nhất ba BTS để hỗ trợ xác định được vị trí của MS.
Với phương pháp E-OTD, thời gian chính xác là tham số hết sức quan trọng để xác định vị trí của MS, vì vậy trong mạng GSM/GPRS yêu cầu có
thêm các phần tử LMU (Location Measurement Unit) với tỷ lệ 1,5 BTS cần có 1 LMU. Như vậy, việc đưa thêm phần tử mới LMU vào mạng làm cấu trúc mạng thay đổi đáng kể. Để cung cấp dịch vụ này ở diện rộng cần lắp đặt rất nhiều LMU cho các BTS của mạng, điều này yêu cầu các kỹ sư phải định cỡ mạng, đánh giá ảnh hưởng tới phần vô tuyến khi lắp thêm các phần tử này.
Ngoài ra, MS cũng cần nâng cấp về phần mềm để hỗ trợ cho E-OTD và khách hàng phải mang máy của mình đến các trung tâm để cập nhật phần mềm này.
Hơn nữa, MS sẽ gặp phải vấn đề khi họ roaming sang mạng của nhà khai thác khác mà mạng này không cài đặt các phần tử LMU.