PHÂN LOẠI CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH VỊ
Nếu phương pháp định vị GPS đang là phương pháp định vị có những ưu điểm vượt trội, được triển khai trong các mạng di động thế hệ 2G thì nay trong thế hệ 3G có thêm nhiều tùy chọn hỗ trợ cho các dịch vụ định vị với những ưu điểm như giảm độ trễ, đơn giản hóa hệ thống, giảm giá thành và tăng độ chính xác…
Các phương pháp định vị trong thế hệ 3G:
- Các phương pháp dựa trên tế bào (cell):
Theo một cách đơn giản nhất, vị trí của mục tiêu tương ứng với tọa độ của một trạm gốc gần đó. Nếu được yêu cầu, dữ liệu định vị được tinh chỉnh bằng cách thực hiện tính toán khoảng cách giữa đầu cuối và trạm gốc, có thể được lấy từ tham số độ lệch thời gian khứ hồi (RTT- Round Trip Time), góc tín hiệu đến (AoA-Angle of Arrival) từ đầu cuối tại trạm gốc, hoặc cả hai.
- Chênh lệch thời gian quan sát được của tín hiệu đến với chu kỳ rỗi đường xuống:
(OTDoA-IPD- Observed Time Difference of Arrival with Idle Period Downlink). Về cơ bản, phương pháp này dựa trên UTRAN, và là phương pháp đo khoảng cách dựa trên đầu cuối.
- Hỗ trợ từ GPS (A-GPS - Assisted GPS):
Các đầu cuối phải được trang bị một bộ thu GPS và được cung cấp các dữ liệu hỗ trợ từ mạng, cho phép giảm thời gian bắt và tăng độ chính xác của vị trí được xác định.
1. CÁC PHƯƠNG PHÁP DỰA TRÊN TẾ BÀO
Tương tự như phương pháp nhận dạng tế bào (Cell-ID) trong GSM, phương pháp này đưa ra vị trí của một đầu cuối từ tọa độ của trạm gốc đang phục vụ. Vị trí được ánh xạ số định danh cell sang các tọa độ của trạm gốc đang phục vụ. Hình 1 minh họa tổng quan các lựa chọn khác nhau cho phương pháp định vị dựa trên cell.
Hình 1: Các phương pháp định vị dựa trên cell [1]
Như Hình 1, đầu cuối có thể có nhiều nhánh tín hiệu tới một vài sector của một trạm gốc hoặc tới một vài trạm gốc đồng thời. Kết quả là, cần lựa chọn một trạm gốc tham chiếu phù hợp nhất với vị trí hiện tại của đầu cuối. Các tiêu chuẩn lựa chọn:
- Các tham số mô tả chất lượng tín hiệu nhận được tại trạm gốc, ví dụ như, cường độ tín hiệu, tốc độ lỗi, …
- Trạm gốc đã được sử dụng trong quá trình thiết lập kết nối với đầu cuối, trạm gốc mà đầu cuối được kết hợp tại thời điểm gần nhất, trạm gốc với khoảng cách ngắn nhất tới đầu cuối, và trạm gốc mà đầu cuối có một kết nối tại thời điểm yêu cầu định vị tới RNC phục vụ (SRNC).
2. CHÊNH LỆC THỜI GIAN QUAN SÁT ĐƯỢC CỦA TÍN HIỆU ĐẾN VỚI CHU KỲ RỖI CỦA TÍN HIỆU ĐẾN VỚI CHU KỲ RỖI ĐƯỜNG XUỐNG (OTDOA-IPDL)
OTDoA-IPDL là một trong số các phương pháp định vị dựa trên kỹ thuật sử dụng sự chênh lệch thời gian đường xuống. Đối với kỹ thuật này, các đầu cuối quan sát chênh lệch thời gian của tín hiệu từ một vài trạm gốc. Các tín hiệu này thường là các tín hiệu kênh điều khiển và vì vậy, các đầu cuối có thể thực hiện các đo đạc ở chế độ rỗi cũng như ở các chế độ dành riêng. Các chênh lệch đồng hồ của các trạm gốc có thể được giải quyết thông qua một bộ thu tham chiếu được đặt tại vị trí xác định, liên tục đo các chênh lệch thời gian quan sát được. Điều này thực hiện đơn giản và kinh tế hơn so với việc đồng bộ truyền dẫn các trạm gốc.
Độ chính xác của các kỹ thuật dựa trên chênh lệch thời gian phụ thuộc vào một số nhân tố. Độ chính xác của đo chênh lệch thời gian riêng biệt phụ thuộc băng thông tín hiệu và kênh đa đường.
3. A-GPS
Với khả năng định vị chính xác cao và phủ sóng toàn cầu, GPS là lựa chọn tốt nhất so với các phương pháp định vị di động. Tuy nhiên, GPS cũng có một số hạn chế như tiêu tốn nhiều năng lượng của bộ thu GPS, thời gian thực hiện định vị hay thời gian tới vị trí đầu tiên cần định vị (TTFF- Time To First Fix) lớn, và khả năng phục vụ trong nhà kém. Hơn nữa, GPS là một hệ thống định vị độc lập và không cung cấp bất kỳ tính năng truyền thông nào, vì vậy việc sử dụng nó ngày nay hầu hết bị giới hạn tới các ứng dụng được cài đặt cục bộ tại bộ thu GPS. Để giải quyết các vấn đề này, cần tích hợp GPS vào mạng di động. Vì vậy, định vị GPS hỗ trợ các trạm tham chiếu (DGPS- Differential GPS), bổ sung như một phần trọn vẹn của hạ tầng mạng di động và bởi các thủ tục báo hiệu bổ sung giữa mạng và đầu cuối. Kết quả là, có phương pháp định vị được hỗ trợ từ GPS gọi là A-GPS và được sử dụng cho hầu hết các hệ thống di động. So với phương pháp GPS, A-GPS cung cấp các cải thiện độ chính xác, giảm thời gian bắt vị trí, tiêu tốn năng lượng ít hơn bộ thu, và tăng độ nhạy của bộ thu.
Để sử dụng được A-GPS, đầu cuối phải được trang bị module GPS để thu các tín hiệu hoa tiêu và dữ liệu hỗ trợ từ vệ tinh. Module này được hỗ trợ thông tin điều khiển và dữ liệu hỗ trợ bổ sung từ mạng di động. Bên cạnh đó phải có các trạm tham chiếu bên trong hạ tầng mạng di động, cho việc tính toán dữ liệu và dịch dữ liệu thô thành dữ liệu hỗ trợ. Trạm tham chiếu được kết nối tới một trung tâm phục vụ định vị thuê bao di động (SMLC- Serving Mobile Location Center) (độc lập hoặc kết hợp với một BSC/RNC). Hình 3 mô tả khái quát kiến trúc A-GPS và báo hiệu giữa các thành phần.
Hình 3: Cơ sở hạ tầng A-GPS [2]
Như Hình 3, báo hiệu bổ sung được yêu cầu giữa trạm tham chiếu với SMLC, và giữa SMLC với đầu cuối mục tiêu.
Bảng 1 đưa ra một cách tổng quan về độ chính xác, tính nhất quán và tính phổ dụng của các phương pháp định vị hiện tại.
Bảng 1: Các đặc tính hiệu năng của các phương pháp định vị di động [4]
Bảng 2 đưa ra một số đặc tính khác của các phương pháp định vị mạng di động như TTFF, tác động đến đầu cuối, lượng mào đầu và các chi phí cần thiết.
Bảng 2: Một số đặc tính khác của các phương pháp định vị di động [4]
KẾT LUẬN
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. Khi số lượng thuê bao sử dụng dịch vụ tăng, đồng thời yêu cầu cung cấp nhiều dịch vụ hơn thì các kỹ thuật định vị có độ chính xác cao sẽ được xem xét (OTDoA hoặc A-GPS). OTDoA cần một khoản chi phí đầu tư ban đầu rất lớn vào khối đo đạc vị trí (LMU - Location Measurement Unit), thậm chí sau khi đầu tư lớn như vậy vẫn cần triển khai bổ sung A-GPS ở những nơi mà chất lượng của OTDoA kém để hỗ trợ cho các dịch vụ tiên tiến hơn. Với A-GPS thì nhà khai thác cần ít chi phí hơn cũng như việc triển khai cũng đơn giản hơn so với OTDoA. Ngoài ra, A-GPS cho các chỉ tiêu tốt hơn với chi phí thấp hơn so với triển khai diện rộng OTDoA.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Septier, Location based services – Comprehensive Solution, Septier Communication Ltd, 2006.
[2] Gidon Lissai, Assisted GPS Solution in Cellular Networks, Ph. D. Thesis, Rochester Institute of Technology College of Applied Science & Technology, 2006
[3] Heikki Kaarnenm, Ari Ahtiainen, Lauri Laitinen, Siamak Naghian, Valtteri Niemi, UMTS Networks : Architecture, Mobility and Services, 2nd Edition, John Wiley & Sons Ltd, 2005
[4] http://septier.com/
Nếu phương pháp định vị GPS đang là phương pháp định vị có những ưu điểm vượt trội, được triển khai trong các mạng di động thế hệ 2G thì nay trong thế hệ 3G có thêm nhiều tùy chọn hỗ trợ cho các dịch vụ định vị với những ưu điểm như giảm độ trễ, đơn giản hóa hệ thống, giảm giá thành và tăng độ chính xác…
Các phương pháp định vị trong thế hệ 3G:
- Các phương pháp dựa trên tế bào (cell):
Theo một cách đơn giản nhất, vị trí của mục tiêu tương ứng với tọa độ của một trạm gốc gần đó. Nếu được yêu cầu, dữ liệu định vị được tinh chỉnh bằng cách thực hiện tính toán khoảng cách giữa đầu cuối và trạm gốc, có thể được lấy từ tham số độ lệch thời gian khứ hồi (RTT- Round Trip Time), góc tín hiệu đến (AoA-Angle of Arrival) từ đầu cuối tại trạm gốc, hoặc cả hai.
- Chênh lệch thời gian quan sát được của tín hiệu đến với chu kỳ rỗi đường xuống:
(OTDoA-IPD- Observed Time Difference of Arrival with Idle Period Downlink). Về cơ bản, phương pháp này dựa trên UTRAN, và là phương pháp đo khoảng cách dựa trên đầu cuối.
- Hỗ trợ từ GPS (A-GPS - Assisted GPS):
Các đầu cuối phải được trang bị một bộ thu GPS và được cung cấp các dữ liệu hỗ trợ từ mạng, cho phép giảm thời gian bắt và tăng độ chính xác của vị trí được xác định.
1. CÁC PHƯƠNG PHÁP DỰA TRÊN TẾ BÀO
Tương tự như phương pháp nhận dạng tế bào (Cell-ID) trong GSM, phương pháp này đưa ra vị trí của một đầu cuối từ tọa độ của trạm gốc đang phục vụ. Vị trí được ánh xạ số định danh cell sang các tọa độ của trạm gốc đang phục vụ. Hình 1 minh họa tổng quan các lựa chọn khác nhau cho phương pháp định vị dựa trên cell.
Hình 1: Các phương pháp định vị dựa trên cell [1]
Như Hình 1, đầu cuối có thể có nhiều nhánh tín hiệu tới một vài sector của một trạm gốc hoặc tới một vài trạm gốc đồng thời. Kết quả là, cần lựa chọn một trạm gốc tham chiếu phù hợp nhất với vị trí hiện tại của đầu cuối. Các tiêu chuẩn lựa chọn:
- Các tham số mô tả chất lượng tín hiệu nhận được tại trạm gốc, ví dụ như, cường độ tín hiệu, tốc độ lỗi, …
- Trạm gốc đã được sử dụng trong quá trình thiết lập kết nối với đầu cuối, trạm gốc mà đầu cuối được kết hợp tại thời điểm gần nhất, trạm gốc với khoảng cách ngắn nhất tới đầu cuối, và trạm gốc mà đầu cuối có một kết nối tại thời điểm yêu cầu định vị tới RNC phục vụ (SRNC).
2. CHÊNH LỆC THỜI GIAN QUAN SÁT ĐƯỢC CỦA TÍN HIỆU ĐẾN VỚI CHU KỲ RỖI CỦA TÍN HIỆU ĐẾN VỚI CHU KỲ RỖI ĐƯỜNG XUỐNG (OTDOA-IPDL)
OTDoA-IPDL là một trong số các phương pháp định vị dựa trên kỹ thuật sử dụng sự chênh lệch thời gian đường xuống. Đối với kỹ thuật này, các đầu cuối quan sát chênh lệch thời gian của tín hiệu từ một vài trạm gốc. Các tín hiệu này thường là các tín hiệu kênh điều khiển và vì vậy, các đầu cuối có thể thực hiện các đo đạc ở chế độ rỗi cũng như ở các chế độ dành riêng. Các chênh lệch đồng hồ của các trạm gốc có thể được giải quyết thông qua một bộ thu tham chiếu được đặt tại vị trí xác định, liên tục đo các chênh lệch thời gian quan sát được. Điều này thực hiện đơn giản và kinh tế hơn so với việc đồng bộ truyền dẫn các trạm gốc.
Hình 2: Phương pháp đo OTDoA- IPDL [2]
Độ chính xác của các kỹ thuật dựa trên chênh lệch thời gian phụ thuộc vào một số nhân tố. Độ chính xác của đo chênh lệch thời gian riêng biệt phụ thuộc băng thông tín hiệu và kênh đa đường.
3. A-GPS
Với khả năng định vị chính xác cao và phủ sóng toàn cầu, GPS là lựa chọn tốt nhất so với các phương pháp định vị di động. Tuy nhiên, GPS cũng có một số hạn chế như tiêu tốn nhiều năng lượng của bộ thu GPS, thời gian thực hiện định vị hay thời gian tới vị trí đầu tiên cần định vị (TTFF- Time To First Fix) lớn, và khả năng phục vụ trong nhà kém. Hơn nữa, GPS là một hệ thống định vị độc lập và không cung cấp bất kỳ tính năng truyền thông nào, vì vậy việc sử dụng nó ngày nay hầu hết bị giới hạn tới các ứng dụng được cài đặt cục bộ tại bộ thu GPS. Để giải quyết các vấn đề này, cần tích hợp GPS vào mạng di động. Vì vậy, định vị GPS hỗ trợ các trạm tham chiếu (DGPS- Differential GPS), bổ sung như một phần trọn vẹn của hạ tầng mạng di động và bởi các thủ tục báo hiệu bổ sung giữa mạng và đầu cuối. Kết quả là, có phương pháp định vị được hỗ trợ từ GPS gọi là A-GPS và được sử dụng cho hầu hết các hệ thống di động. So với phương pháp GPS, A-GPS cung cấp các cải thiện độ chính xác, giảm thời gian bắt vị trí, tiêu tốn năng lượng ít hơn bộ thu, và tăng độ nhạy của bộ thu.
Để sử dụng được A-GPS, đầu cuối phải được trang bị module GPS để thu các tín hiệu hoa tiêu và dữ liệu hỗ trợ từ vệ tinh. Module này được hỗ trợ thông tin điều khiển và dữ liệu hỗ trợ bổ sung từ mạng di động. Bên cạnh đó phải có các trạm tham chiếu bên trong hạ tầng mạng di động, cho việc tính toán dữ liệu và dịch dữ liệu thô thành dữ liệu hỗ trợ. Trạm tham chiếu được kết nối tới một trung tâm phục vụ định vị thuê bao di động (SMLC- Serving Mobile Location Center) (độc lập hoặc kết hợp với một BSC/RNC). Hình 3 mô tả khái quát kiến trúc A-GPS và báo hiệu giữa các thành phần.
Hình 3: Cơ sở hạ tầng A-GPS [2]
Như Hình 3, báo hiệu bổ sung được yêu cầu giữa trạm tham chiếu với SMLC, và giữa SMLC với đầu cuối mục tiêu.
Bảng 1 đưa ra một cách tổng quan về độ chính xác, tính nhất quán và tính phổ dụng của các phương pháp định vị hiện tại.
Bảng 1: Các đặc tính hiệu năng của các phương pháp định vị di động [4]
Độ chính xác | Tính nhất quán | Tính phổ dụng | |||
Nông thôn | Ngoại ô | Nội thị | |||
| Cell-ID | >10 km | 2-10 km | 50-1000 m | Kém | Tốt |
| OTDoA | 50-120 m | 50-250 m | 50-300 m | Trung bình | Trung bình |
| A-GPS | 10-40 m | 20-100 m | 30-150 m | Tốt | Tốt |
Bảng 2 đưa ra một số đặc tính khác của các phương pháp định vị mạng di động như TTFF, tác động đến đầu cuối, lượng mào đầu và các chi phí cần thiết.
Bảng 2: Một số đặc tính khác của các phương pháp định vị di động [4]
| TTFF | Đầu cuối | Mào đầu | Các chi phí | |
| Cell-ID | ~ 1 s | Không thay đổi | Rất nhỏ | Rất thấp |
| OTDoA | 5-10 s | Thay đổi phần mềm | Trung bình/Lớn | Cao |
| A-GPS | 5-10 s | Thay đổi cả phần mềm và phần cứng | Trung bình/Lớn | Thấp tới trung bình |
KẾT LUẬN
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. Khi số lượng thuê bao sử dụng dịch vụ tăng, đồng thời yêu cầu cung cấp nhiều dịch vụ hơn thì các kỹ thuật định vị có độ chính xác cao sẽ được xem xét (OTDoA hoặc A-GPS). OTDoA cần một khoản chi phí đầu tư ban đầu rất lớn vào khối đo đạc vị trí (LMU - Location Measurement Unit), thậm chí sau khi đầu tư lớn như vậy vẫn cần triển khai bổ sung A-GPS ở những nơi mà chất lượng của OTDoA kém để hỗ trợ cho các dịch vụ tiên tiến hơn. Với A-GPS thì nhà khai thác cần ít chi phí hơn cũng như việc triển khai cũng đơn giản hơn so với OTDoA. Ngoài ra, A-GPS cho các chỉ tiêu tốt hơn với chi phí thấp hơn so với triển khai diện rộng OTDoA.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Septier, Location based services – Comprehensive Solution, Septier Communication Ltd, 2006.
[2] Gidon Lissai, Assisted GPS Solution in Cellular Networks, Ph. D. Thesis, Rochester Institute of Technology College of Applied Science & Technology, 2006
[3] Heikki Kaarnenm, Ari Ahtiainen, Lauri Laitinen, Siamak Naghian, Valtteri Niemi, UMTS Networks : Architecture, Mobility and Services, 2nd Edition, John Wiley & Sons Ltd, 2005
[4] http://septier.com/
إرسال تعليق