Ts. VÕ TrưỜng sơn bộ môn Kỹ thuật Viễn thông



tải về 1.13 Mb.
trang1/4
Chuyển đổi dữ liệu26.12.2019
Kích1.13 Mb.
  1   2   3   4


CT 2

Công trình Khoa học


I
MỘT PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH VỊ

TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG TẾ BÀO CDMA

ÁP DỤNG CHO BÀI TOÁN QUẢN LÝ PHƯƠNG TIỆN VẬN TẢI

TS. VÕ TRƯỜNG SƠN

Bộ môn Kỹ thuật Viễn thông

ThS. PHAN VĂN XẾ

Bộ môn Đại số và Xác suất thống kê

Trường Đại học Giao thông Vận tải



Tóm tắt: Bài báo này giới thiệu một phương pháp xác định vị trí các thuê bao di động (MS) trong mạng tế bào CDMA. Phương pháp này kết hợp việc tính toán cường độ tín hiệu Pilot thu được tại các MS và bộ lọc Kalman để ước đoán vị trí của MS đó. Kết quả nghiên cứu này có thể áp dụng cho các bài toán định vị phương tiện vận tải trong điều kiện Việt Nam.

Summary: This paper introduces a method to locate mobile stations (MSs) in the CDMA cellular networks. This method combines the computation Pilot signal strength obtained at a MS and the Kalman filter to estimate the location of the MS. The results of this study can be applied to the vehicles positioning problems in Vietnam.
. PHẦN MỞ ĐẦU

Theo Nghị định số 91/2009/NĐ-CP thì bắt đầu từ ngày 1/7/2012, tất cả xe khách tuyến cố định, xe buýt, xe du lịch, xe vận tải khách theo hợp đồng, xe vận tải hàng hóa bằng container bắt buộc phải gắn thiết bị giám sát hành trình. Do đó, nhu cầu gắn thiết bị định vị cho các phương tiện vận tải ở Việt Nam hiện nay là rất lớn. Hệ thống định vị toàn cầu (GPS) là một công nghệ định vị được sử dụng phổ biến nhất hiện nay [1]. Tuy nhiên, GPS không phải luôn luôn là giải pháp tốt nhất cho định vị. Ở các môi trường bất lợi như vùng đồi núi, trong nhà, trong hầm v.v…, việc có được tín hiệu định vị GPS là rất khó khăn do bị ảnh hưởng bởi các hiện tượng như che khuất, đa đường và khó theo dõi liên tục ít nhất bốn vệ tinh [2, 3]. Các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ tư (4G) đã thúc đẩy sự ra đời của các giải pháp định vị mới nhằm khắc phục những hạn chế trên của các hệ thống định vị dựa trên GPS cũng như không dựa trên GPS [2, 4]. [2, 5] giới thiệu phương pháp định vị phối hợp dựa trên nền mạng WIMAX/4G. Tuy nhiên WIMAX chỉ mới được triển khai thử nghiệm tại một vài tỉnh và tương lai của công nghệ này ở Việt Nam còn chưa được xác định. Vì vậy, chưa thể tận dụng mạng này làm công cụ cho giải pháp định vị phương tiện vận tải một cách rộng rãi. Một giải pháp khác là dựa trên nền các mạng LAN không dây (WLAN) [4, 6]. Tuy nhiên, viêc triển khai rộng khắp các mạng Wi-fi để hỗ trợ định vị là một việc làm không khả thi đối với điều kiện Việt Nam hiện nay.

Hiện tại, ở Việt Nam, về lý thuyết có 5 nhà mạng cung cấp dịch vụ CDMA/3G là MobiFone, Vinaphone, Viettel, EVN Telecom và Vietnamobile. Về căn bản, thị trường 3G tại Việt Nam được xem là một thị trường mở với khoảng trên 10 triệu khách hàng tiềm năng đi kèm với hàng loạt các nhà cung cấp rất có tiềm lực [7]. Do đó, có thể tận dụng các cơ sở hạ tầng có sẵn của các nhà mạng di động CDMA/3G để cung cấp giải pháp định vị cho các phương tiện vận tải. Đã có một số nghiên cứu về giải pháp định vị trên nền mạng di động tế bào CDMA [8, 9, 10]. Tuy nhiên, phương pháp của [8] dựa trên kỹ thuật đo thời gian tới đích (TOA) hoặc đo độ sai lệch thời gian tới đích (TDOA). Hạn chế của TOA là đòi hỏi sự tham chiếu thời gian chính xác giữa các đồng hồ của MS và các trạm gốc (BS) trong khi TDOA lại yêu cầu MS thu được tín hiệu từ ít nhất bốn BS và tương đối phức tạp vì cần phải thay đổi phần mềm của hệ thống [5]. Phương pháp của [9] thực hiện trên nền mạng CDMA theo chuẩn IS95. Tuy nhiên chuẩn này hiện không còn được sử dụng tại Việt Nam [10] giới thiệu một phương pháp định vị bằng cách kết hợp một hệ suy diễn mờ với một thuật toán “làm trơn” (smoother) và dựa vào cường độ thu (RSS) các tín hiệu Pilot tại một MS để ước đoán vị trí của MS đó. Tuy nhiên, thuật toán làm trơn này chủ yếu dựa vào giá trị trung bình của các ước đoán trong quá khứ gần nên có độ chính xác thấp, đặc biệt là khi MS chuyển hướng di chuyển.

Bài báo này giới thiệu một phương pháp định vị MS bằng cách tính toán trực tiếp vị trí của một MS dựa vào cường độ các tín hiêu Pilot thu được tại MS đó, kết hợp với một bộ lọc Kalman để nâng cao tính chính xác của của vị trí được ước đoán. Một ưu điểm khác là MS vừa đóng vai trò thu thập dữ liệu vừa đóng vai trò truyền tin về trung tâm tính toán. Phần còn lại của bài báo gồm có các phần sau: phần 2 giới thiệu mô hình hệ thống, phần 3 mô tả ứng dụng của bộ lọc Kalman vào hệ thống, kết quả mô phỏng được cho ở phần 4 và cuối cùng, phần 5 là kết luận.



II. MÔ HÌNH HỆ THỐNG

Giả thiết một hệ thống thông tin di động CDMA với các tế bào lục giác có kích thước bằng nhau. Mỗi tế bào có một BS tại tâm của nó với một anten đẳng hướng và có tọa độ đã được xác định. Các MS kết nối với các BS phục vụ thông qua giao tiếp vô tuyến và các BS kết nối với một máy chủ tính toán định vị thông qua MSC.





Hình 1. Các tế bào trong hệ thống di động CDMA

Ở tuyến xuống, mỗi BS phát quảng bá một tín hiệu Pilot xuống các MS. Các tín hiệu Pilot của các BS khác nhau có mã khác nhau để phân biệt giữa chúng với nhau. MS có thể thu được tín hiệu Pilot từ một BS nào đó nếu cường độ của tín hiệu này tại MS lớn hơn một giá trị ngưỡng. Giả thiết rằng MS luôn tìm kiếm các tín hiệu Pilot mà nó thu được và lưu một danh sách ba tín hiệu Pilot có mức công suất thu được lớn nhất. Danh sách này cùng các mức công suất tương ứng được MS định kỳ gửi về máy chủ tính toán trên một kênh lưu lượng thông qua BS phục vụ. Máy chủ tính toán sử dụng những thông tin này để ước đoán vị trí của các MS tại từng thời điểm.



Hình 1 biểu diễn các tế bào lục giác trong hệ thống thông tin di động CDMA. Xét một MS được đặt tại điểm M(xM, yM). Giả thiết BSl, l = 1, 2, 3, là các BS có công suất tín hiệu Pilot tại điểm M là lớn nhất. Các BS nói trên đặt tại các điểm A(xa, ya), B(xb, yb) , C(xc, yc). Gọi d1(t), P1(t), l = 1, 2, 3, tương ứng là ký hiệu của khoảng cách từ MS đến BSl và công suất tín hiệu Pilot của BSl tại điểm M xét tại thời điểm t. Giả thiết các máy thu, phát được thiết kế tích hợp, tạp âm của kênh chủ yếu là do hiện tượng che khuất và suy hao đường truyền. Biểu thức (1) biểu diễn công suất tín hiệu Pilot từ BSl tại điểm M [11]:

(1)

Trong đó l là hằng số tỷ lệ với công suất tín hiệu được phát đi, r là số mũ của suy hao đường truyền, D0 là khoảng cách tham khảo, l(t) (dB) đặc trưng cho hiện tượng che khuất tại thời điểm t, là một biến ngẫu nhiên theo phân bố Gaussian với giá trị trung bình bằng 0 và độ lệch chuẩn bằng s. Với l ≠ k, l(t) và k(t) là các quá trình ngẫu nhiên độc lập. Nếu các mức công suất phát của các tín hiệu Pilot là giống nhau thì l =  với l = 1, 2, 3. Như vậy, giả sử thu được một tín hiệu Pilot , ta có thể tìm được khoảng cách gần đúng tương ứng trực tiếp từ biểu thức (2).

(2)

Hình 2 biểu diễn sơ đồ khối hệ thống ước đoán vị trí MS. Hệ thống này bao gồm hai khối cở bản là (1) tính toán tọa độ và (2) lọc Kalman. Khối tính toán tọa độ căn cứ vào các giá trị , l = 1,2,3, để tính ra khoảng cách từ ba BS đến điểm M, , l = 1,2,3. Sau đó, phương pháp xác định tọa độ điểm M của [10] được áp dụng để tìm ra giá trị gần đúng của tọa độ điểm M (). Cuối cùng, một bộ lọc Kalman được áp dụng để ước đoán tọa độ của điểm M ().



Hình 2. Sơ đồ khối hệ thống ước đoán vị trí MS



Поделитесь с Вашими друзьями:
  1   2   3   4


Cơ sở dữ liệu được bảo vệ bởi bản quyền ©tieuluan.info 2019
được sử dụng cho việc quản lý

    Quê hương