Thiết kế thiết bị tích hợp thông tin định vị qua mạng thông tin di động

- Lịch sử phát triển hệ thống thông tin di động và khái niệm 3G .
- Kỹ thuật trải phổ trong thông tin di động thế hệ Chương II: Công nghệ GPS trong mạng WCDMA.
- Hệ thống định vị toàn cầu GPS .
- Sơ lược về hệ thống GPS .
- Các kiểu định vị GPS .
- Tín hiệu định vị .
- Các phương pháp định vị trong mạng 3G (UMTS/WCDMA .
- A-GPS Chương III: Truyền dữ liệu trong mạng di động thế hệ .
- Quá trình truyền dữ liệu Chương IV: Thiết kế và chế tạo thử nghiệm bộ tích hợp truyền dữ liệu và ảnh tĩnh qua mạng di động thế hệ ba Sơ đồ khối hệ thống Lựa chọn linh kiện và thiết bị .
- Hình 1.8: Cấu trúc dịch vụ Hình 1.9: Tín hiệu trải phổ.
- Mặc dù vậy, các nhà mạng vẫn chỉ sử dụng 2 công nghệ chính là GSM (Vinaphone, Mobifone, Viettel) và CDMA (EVNTelecom, S-fone, HanoiTelecom).
- Có thể nói, nhu cầu về tăng tốc độ truyền dữ liệu (thoại, dữ liệu, ảnh…) của người sử dụng qua mạng di động đang trở nên ngày càng bức thiết.
- Xuất phát từ thực tế triển khai mạng thông tin di động dựa trên công nghệ WCDMA tại Việt Nam và nhu cầu về truyền dữ liệu, tăng tốc độ truyền dữ liệu (thoại, dữ liệu, ảnh) của người sử dụng qua mạng di động, tôi xin trình bày luận văn tốt nghiệp với đề tài “Thiết kế thiết bị tích hợp thông tin-định vị qua mạng thông tin di động”.
- Chương I: Tổng quan về mạng di động thế hệ thứ 3.
- Chương III: Truyền dữ liệu trong mạng di động thế hệ thứ 3.
- Chương IV: Thiết kế và chế tạo thiết bị tích hợp thông tin-định vị qua mạng thông tin di động cho hệ thống WCDMA.
- Thông tin di động thế hệ 2 (2G-second generation) mặc dù sử dụng công nghệ số nhưng là hệ thống băng hẹp và được xây dựng trên cơ chế chuyển mạch kênh nên không thể đáp ứng được yêu cầu ngày càng cao của người dùng.
- GPRS (General Packet Radio Service) GPRS (Dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp) là một dịch vụ dữ liệu di động dạng gói dành cho những người dùng hệ thống thông tin di động toàn cầu (GSM) và điện thoại di động IS-136.
- Nó cung cấp tốc độ truyền tải dữ liệu vừa phải, bằng cách sử dụng các kênh đa truy cập theo phân chia thời gian (TDMA) đang còn trống, ví dụ, hệ thống GSM.
- Nhiều thiết bị như trạm thu phát gốc (BTS), bộ điều khiển trạm thu phát gốc (BSC) vẫn được sử dụng.
- Khi thiết bị đang sử dụng dịch vụ GPRS di chuyển, từ ô tế bào này sang ô tế bào khác, SGSN có nhiệm vụ đảm bảo kết nối của thiết bị di động tới mạng không bị ngắt.
- d) HLR – Home Location Register 17 Bộ đăng ký vị trí trung tâm (HLR) là một cơ sở dữ liệu chứa các thông tin thuê bao, khi một thiết bị di động kết nối tới mạng sử dụng số nhận dạng MSISDN, trạng thái của thuê bao, hay đôi khi là địa chỉ IP.
- Khi thiết bị GPRS liên lạc với trạm thu phát gốc, chúng có thể sử dụng 1 trong 4 sơ đồ.
- 19 c) Các lớp dịch vụ GPRS Các thiết bị di động có thể yêu cầu các loại truyền tải khác nhau được ưu tiên, trong nỗ lực mang đến cho người sử dụng mức độ kết nối mong muốn.
- GPRS cho phép tăng hiệu quả sử dụng đường truyền và tốc độ truyền dữ liệu.
- Lịch sử phát triển hệ thống thông tin di động và khái niệm 3G 3G là thuật ngữ dùng để chỉ các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3.
- Để hiểu thế nào là công nghệ 3G, chúng ta hãy xét qua đôi nét về lịch sử phát triển của các hệ thống điện thoại di động.
- Các hệ thống điện thoại thế hệ đầu sử dụng công nghệ tương tự và người ta gọi các hệ thống điện thoại kể trên là các hệ thống 1G.
- Hệ thống FDMA điển hình là hệ thống điện thoại di động tiên tiến AMPS.
- Hệ thống di động thế hệ 1 sử dụng phương pháp đa truy cập đơn giản, do đó không thể thỏa mãn nhu cầu ngày càng tăng của người dùng về cả dung lượng và tốc độ.
- Những hạn chế của hệ thống thông tin di động thế hệ 1.
- Không tương thích giữa các hệ thống khác nhau, đặc biệt ở châu Âu, làm cho thuê bao không thể sử dụng được máy di động của mình ở các nước khác.
- Giải pháp duy nhất để loại bỏ các hạn chế trên là phải chuyển sang sử dụng kỹ thuật thông tin số cho thông tin di động cùng với kỹ thuật đa truy nhập mới ưu điểm hơn về cả dung lượng và các dịch vụ được cung cấp.
- Vì vậy đã xuất hiện hệ thống thông tin di động thế hệ 2.
- Lúc này thuật ngữ GSM có một ý nghĩa mới đó là hệ thống thông tin di động toàn cầu (Global System Mobile).
- Hệ thống 3G của châu Âu được gọi là UMTS (Universal Mobile Telecommunications System).
- Là hệ thống thông tin di động toàn cầu cho các loại hình thông tin vô tuyến.
- Có thể hỗ trợ các dịch vụ như.
- Chuẩn IMT-TC còn gọi là CDMA TDD, hay UTRA TDD, nghĩa là hệ thống UTRA sử dụng phương pháp song công phân chia theo thời gian (Time-division duplex).
- 25 - Mạng phải có khả năng sử dụng toàn cầu, nghĩa là bao gồm cả thông tin vệ tinh.
- Công nghệ WCDMA được nghiên cứu để đưa ra đề xuất cho hệ thống thông tin di động thế hệ 3 có các tính năng cơ sở sau.
- Hệ số tái sử dụng tần số bằng 1.
- Như vậy, WCDMA (Wideband CDMA) là công nghệ thông tin di động thế hệ ba giúp tăng tốc độ truyền nhận dữ liệu cho hệ thống GSM bằng cách dùng kỹ thuật CDMA hoạt động ở băng tần rộng thay thế cho TDMA.
- Hiệu quả sử dụng phổ tần cao.
- FDD: là phương pháp ghép song công trong đó truyền dẫn đường lên và đường xuống sử dụng hai tần số riêng biệt.
- Ngoài ra để hoàn thiện hệ thống, trong WCDMA còn có thiết bị người sử dụng (UE) thực hiện giao diện người sử dụng với hệ thống.
- Hình 1.5: Mô hình cấu trúc hệ thống 3G.
- WCDMA là một giao diện vô tuyến phức tạp và tiên tiến trong lĩnh vực thông tin di động, nó sẽ là công nghệ xây dựng cơ sở hạ tầng và kiến trúc mạng tế bào của hầu hết mạng 3G trên thế giới, hình thành kết nối giữa thiết bị di động của người sử dụng cùng với mạng lõi.
- Thiết bị người sử dụng thực hiện chức năng giao tiếp người sử dụng với hệ thống.
- Thiết bị di động (ME: Mobile Equipment): Là đầu cuối vô tuyến được sử dụng cho thông tin vô tuyến trên giao diện Uu.
- GMSC (Gateway MSC): Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động cổng kết nối với mạng ngoài.
- Điều khiển di động: duy trì điều khiển cập nhật vị trí và bảo mật.
- Trong các hệ thống thông tin thông thường, độ rộng băng tần là vấn đề quan tâm chính và các hệ thống này được thiết kế để sử dụng càng ít độ rộng băng tần càng tốt.
- Tuy nhiên, ở hệ thống thông tin trải phổ (SS: Spread Spectrum), độ rộng băng tần của tín hiệu được mở rộng, thông thường hàng trăm lần trước khi được phát.
- Một hệ thống thông tin số được coi là trải phổ nếu.
- Có ba kiểu hệ thống trải phổ cơ bản.
- Ngoài ra cũng có thể tổng hợp các hệ thống trên thành hệ thống lai ghép.
- Trong hệ thống DS/SS tất cả các người sử dụng cùng dùng chung một băng tần và phát tín hiệu của họ đồng thời.
- Máy thu sử dụng tín hiệu giả ngẫu nhiên chính xác để lấy ra tín hiệu mong muốn bằng cách nén phổ.
- Các kĩ thuật định vị cơ bản a) Cảm biến tiệm cận Cảm biến xấp xỉ là các kĩ thuật không sử dụng khoảng cách và góc của đường đi tín hiệu.
- Kĩ thuật này cũng được sử dụng rộng rãi trong hệ thống tổ ong.
- b) Phương pháp đo đạc tam giác Trái ngược với các phương pháp nhận dạng trên, phương pháp này sử dụng các phép đo khoảng cách và góc để ước lượng vị trí MS.
- Định vị dựa vào đường tròn Giao đường tròn là là kĩ thuật thực hiện định vị sử dụng khoảng cách giữa các BS và MS.
- Hình 2.2: Phương pháp xác định vị trí dựa trên giao của ba đường Hyperbol Viết dưới dạng ma trận: Trong đó: Từ đó suy ra: c) Phương pháp xác định góc đến (Angulation) Định vị dựa vào góc là một kĩ thuật sử dụng phương pháp đo AOA.
- Ở trường hợp 3D thì có thể sử dụng đo góc Azimuth.
- Vì thực tế rằng, phương thức định vị dựa vào góc sử dụng AOA gặp phải vấn đề lỗi hệ thống được gây ra bởi hiệu ứng shadowing.
- Hệ thống định vị toàn cầu GPS 2.1.
- GPS có chức năng định vị vệ tinh trên toàn cầu, được cung cấp miễn phí, hiện được sử dụng rộng rãi trong dân dụng với mục đích dẫn đường.
- GPS sử dụng một hệ gồm 24 – 32 vệ tinh quay xung quanh Trái đất để truyền chính xác các tín hiệu siêu cao tần, cho phép các bộ thu GPS tính toán được vị trí hiện tại, thời gian và tốc độ của nó.
- Hình 2.4: Hệ thống vệ tinh GPS xung quanh Trái đất.
- Thu nhận và lưu trữ dữ liệu được truyền từ phần điều khiển 43 - Cung cấp thời gian chính xác bằng các chuẩn tần số nguyên tử đặt trên vệ tinh - Truyền thông tin và tín hiệu đến người sử dụng trên một hay hai tần số a) Vệ tinh GPS b) Vệ tinh Glonass c) Vệ tinh Galileo d) Vệ tinh Compass Hình 2.6: Các loại vệ tinh của các hệ thống định vị.
- Theo thiết kế ban đầu, hệ thống GPS có 24 vệ tinh.
- Hình 2.7: Các trạm điều khiển GPS c) Phần người sử dụng.
- Các bộ thu GPS của người sử dụng bao gồm ăng-ten, bộ xử lý và một đồng hồ có độ ổn định cao được đặt ở tần số truyền dẫn của các vệ tinh.
- Thiết bị của người sử dụng GPS là các máy thu bao gồm.
- Phần mềm (các thuật toán, giao diện người sử dụng.
- Thiết bị phần cứng phức tạp nên việc sử dụng khó khăn.
- Phép đo hình học ba cạnh tam giác được sử dụng để kết hợp các khoảng cách này cùng vị trí của các vệ tinh để xác định vị trí của bộ thu.
- Do vậy các bộ thu sử dụng thêm một vệ tinh để hiệu chỉnh 46 đồng hồ của chúng.
- a) Định vị tuyệt đối.
- b) Định vị tương đối.
- Tuy nhiên, khoảng cách từ vị trí ước lượng của bộ thu GPS tới bề mặt hình cầu ứng với vệ tinh thứ 4 có thể được sử dụng để hiệu chỉnh sai số đồng hồ.
- Phương pháp dựa trên chênh lệch 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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 56 BSC/RNC).
- 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).
- 58 Chương III: Truyền dữ liệu trong mạng di động thế hệ 3 1.
- Các loại kênh truyền dữ liệu Dữ liệu được truyền đi trong mạng thông tin di động thế hệ 3 nhờ các kênh.
- Một người sử dụng tích cực có thể sử dụng các PCH chung, riêng hoặc cả hai.
- Nói chung các kênh logic (LoCH: Logical Channel) được chia thành hai nhóm: Các kênh điều khiển (CCH: Control Channel) để truyền thông tin điều khiển và các kênh lưu lượng (TCH) để truyền thông tin của ngưởi sử dụng.
- Sau đây trình bày về việc gửi và nhận dữ liệu từ thiết bị đầu cuối di động 3G (UE – User Equipment) và hệ thống mạng (Node B - RNC – MSC.
- 61 Chương IV: Thiết kế và chế tạo thử nghiệm bộ tích hợp truyền dữ liệu và ảnh tĩnh qua mạng di động thế hệ ba.
- Sơ đồ khối hệ thống Thiết bị đáp ứng yêu cầu truyền dữ liệu và ảnh tĩnh qua mạng di động thế hệ ba phải có sơ đồ tổng quan hệ thống như sau.
- Hình 4.1: Sơ đồ tổng quan hệ thống 2.
- Vì vậy, vi điều khiển sử dụng trong bộ tích hợp này phải thỏa mãn các tiêu chí sau đây.
- Khi bit này được xóa thành “0”, thì chân PDI có thể được sử dụng cho thao tác I/O chung.
- Hình 4.12

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt