Новая статья Реле времени РВ-123 — универсальное реле задержки для задач автоматизации
Новое видео Мошенники на Почте! Как Почта России обманывает продавцов.
Новое видео Автоматическое проветривание теплицы. Схема подключение актуатора
Сотовая связь стандартов GSM, 3G и 4G (LTE) уже давно стала необходимостью для голосового общения на расстоянии, а также обмена текстовыми сообщениями. И мобильные операторы прикладывают большие усилия с целью поддерживать и увеличивать доступность своих сетей, а также улучшать их качественно, внедряя новые стандарты связи.
Тем не менее, все еще несложно отыскать много мест, где покрытие сотовой сети плохое или отсутствует вовсе. Обычно это связано с тем, что ближайшая вышка сотовой связи (базовой станции, БС) расположена слишком далеко, или тем, что прохождению радио-сигнала от базовой станции мешают рельеф местности или искусственные преграды.
Не во всех, но во многих случаях решить проблему можно с помощью репитеров сигнала сотовой связи (повторителей, усилителей).
Основные случаи, когда применение репитера дает положительные результаты:
Общим признаком применимости репитера является условие, когда на расстоянии 5–20 метров расположены две точки: одна с удовлетворительным (чем выше, тем лучше) уровнем сигнала сотовой сети, другая с низким уровнем (чем ниже, тем лучше) или отсутствующим сигналом.
То есть нужно, чтобы было место, где «взять» хороший сигнал, и другое место, куда его передать (где в нем есть потребность), усилив по дороге. И расстояние между этими точками должно быть достаточно небольшим, чтобы не потерять сигнал в кабеле.
Типичное распределение уровней сигнала в загородном доме
Классический пример подобной ситуации: Загородный дом. В цоколе сигнал отсутствует, и на первом этаже прием плохой, на втором этаже у окна уже «можно разговаривать», на металлической кровле сигнал устойчивый.
Усилитель сотовой связи не поможет в следующих случаях:
Для реализации усиления сотовой помимо репитера всегда необходима «обвязка» состоящая из трех пассивных устройств:
Это самый простой список. Также в комплект могут входить дополнительные внутренние антенны и кабельные сборки, делители сигнала, и даже дополнительные внешние антенны с сопутствующими диплексерами сигнала. Но этого упоминания о них достаточно для данной статьи...
Уровни сигнала с правильно установленной системой усиления сотовой связи
Важно упомянуть, что технически повторитель сотовой связи состоит из двух высокочастотных аналоговых усилителей, один из которых усиливает сигнал от оператора к абоненту, а второй усиливает сигнал в обратном направлении. Его работа возможна благодаря тому, что нисходящий (приходящий от оператора, downlink, DL) и восходящий (излучаемый телефоном, uplink, UL) радиосигналы существенно различаются по частоте, и могут быть разделены специальными полосовыми фильтрами (дуплексерами), а затем усиленны. Двунаправленная связь с разделением по частотам обозначается аббревиатурой FDD (frequency division duplex).
Принципиальная схема работы повторителя сотовой связи стандарта GSM900
Из принципа работы следует второе важное условие применимости – качественная радиоизоляция внешней и внутренней антенн. Если это условие нарушено, и передаваемый сигнал с внутренней антенны попадает на внешнюю (и наоборот), повторитель начинает усиливать собственные шумы в которых «тонет» полезный сигнал, автоматически снижается мощность усиления, ухудшается качество приема и уменьшается зона покрытия внутри помещения.
Главным критерием выбора повторителя служит рабочая частота, а точнее рабочий диапазон, который необходимо усилить. В России для сотовой голосовой связи, SMS и связи с Интернет широко используются следующие диапазоны радиочастот:
Важно отметит, что сети четвертого поколения – 4G (LTE) на момент написания статьи поддерживают голосовую связь не везде и только в тестовом режиме (технология voLTE) и разговаривать по телефону при таком подключении можно только через сторонние voIP сервисы – WhatsApp, Viber и пр.
Чтобы определиться с частотой репитера нужно выяснить:
Репитер усиливает все стандарты в заданном диапазоне, если связь на них предоставляется операторами в вашей местности. То есть, повторитель стандарта GSM900 будет усиливать и связь по стандарту UMTS900, а повторитель стандарта DCS (как указывается производителем) так же усилит LTE1800, если ваша ближайшая БС поддерживает этот стандарт 4G-связи.
Для определения диапазонов частот операторов в вашей местности можно воспользоваться современным смартфоном. Для этого предлагаю обратиться к замечательным статьям (первой и второй) на сайте нашего партнера, компании Антэкс. Также можно обратиться в поддержку оператора.
Для простоты можно посмотреть на значок подключения рядом со шкалой уровня сигнала в строке уведомлений:
Жителям УрФО при рассмотрении вопроса установки репитера полезно помнить: если «ловится» оператор «Мотив», который использует исключительно диапазон 1800 МГц, то скорее всего другие операторы также доступны в этом диапазоне.
Если помимо голосовой связи нужен удовлетворительный по современным меркам уровень связи с сетью Интернет, то обычно выбор стоит между диапазоном 1800 МГц с традиционной голосовой связью по стандарту DCS1800 (GSM1800) и доступом в Сеть по стандарту LTE1800, и диапазоном 2100 МГц – связью 3-го поколения с поддержкой голоса, SMS и вполне удовлетворительным доступом в Сеть.
Широко распространены более универсальные в плане поддержки операторами и абонентскими устройствами двухдиапазонные репитеры: 900 + 1800 (GSM900 + GSM1800 + LTE1800) и 900 + 2100 (GSM900 + 3G). Эти устройства стоят дороже, но не вдвое, так что их приобретение может быть вполне оправданным, если требуется широкая поддержка операторов или абонентских устройств.
Другие сочетания к сожалению распространены реже, так для города наиболее универсальным являются сочетания 1800 + 2100 (GSM1800, LTE1800, 3G) и 1800 + 2600 (GSM1800, LTE1800 и LTE2600). Существуют и трехдиапазонные повторители сотовой связи, но на данный момент это пока профессиональные и полупрофессиональные модели, которые стоят в разы дороже.
Остальные параметры бытового репитера играют меньшую роль:
При выборе внешней антенны следует руководствоваться следующими тремя критериями:
Для одно-диапазонных репитеров можно использовать узкополосные направленные антенны типа «волновой канал» (также известны как Яги-Уда). Они отличаются относительно низкой стоимостью при достаточно высоком усилении (9–17 дБи).
Антенна типа "волновой канал" на примере AX-2014Y, частота 2100 МГц (3G)
Лог-периодические антенны по конструкции похожи на антенны «волновой канал», но отличаются широким диапазоном и меньшим усилением (9–11 дБи). Антенны такого типа имеют характерную форму треугольного флага.
Лог-периодический тип на примере популярной китайской антенны
Более современные панельные (патч) антенны обычно немного дороже, но могут иметь очень широкий рабочий диапазон или два диапазона. Усиление в целом аналогично «волновым каналам» соответствующих частот (9–20 дБи). Установка широкополосной панельной антенны в труднодоступном месте может быть оправдано – ее не нужно менять при замене репитера на устройство другой рабочей частоты.
Широкодиапазонная панельная антенна Nitsa-2 (вид сзади)
Штыревые антенны круговой направленности имеют широкий диапазон и низкое усиление (3 дБи), либо наоборот работают только в одном диапазоне при приличном уровне усиления (8-11дБи).
Широкодиапазонная антенна круговой направленности Nitsa-7 имеет характерное небольшое усиление 2.5 дБи
Китайский ширпотреб внешних антенн для репитеров представлен в основном антеннами типа «волновой канал» (типа такой) и лог-периодическими антеннами приемлемого качества (например, такой).
Мы в качестве внешних антенн обычно предлагаем использовать антенны марки Антэкс отечественного производителя из-за их гарантированного качества изготовления и функционирования при небольшой стоимости, а также уникальных характеристик в плане сочетания ширины рабочего диапазона и уровня усиления сигнала панельных GSM-серии Nitsa.
Так панельная антенна Nitsa-5 при высоком уровне усиления (до 14.5 дБи) и всенаправленная антенна Nitsa-7 работают во всех диапазонах сотовой связи от LTE800 до LTE2600. А для большинства случаев будут достаточны антенны Nitsa-2 и Nitsa-6 (если нужно высокое усиление – 16 дБи).
Выбор внутренней антенны достаточно прост, поскольку на рынке преобладают всего три варианта:
Все эти антенны имеют небольшое усиление, которое в прочем не играет никакой значительной роли, поскольку расстояния, на которых они действуют незначительные, наоборот, требуется «покрыть» помещение связью наиболее полным образом. Кроме того, значительная часть радиоволн, излучаемых внутренними антеннами отражается от стен и перекрытий, способствуя лучшему покрытию.
Рабочий диапазон также не является критерием выбора – все эти антенны за исключением некоторых штыревых являются широкополосными.
Общее правило – внутренняя антенна должна находится в зоне или быть направлена в область с самым плохим покрытием.
Для большинства небольших домов и гаражей подойдет самая недорогая штыревая антенна, если репитер на который она установлена можно установить рядом с центром помещения, где требуется усиление.
Штырьевая антенна, устанавливаемая прямо на устройство (разъем N-male)
Настенную антенну можно повесить на внешнюю, желательно капитальную стену большого помещения, желательно вдали от окон, тыльной поверхностью позади внешней антенны. Такие антенны обычно имеют короткий кабель, которого достаточно, чтобы подключить ее прямо в репитер через переходник.
Настенная комнатная антенна Nitsa-4
Потолочная антенна всегда подключается кабельной сборкой. Ее плюс в том, что если она устанавливается под внешней антенной, то ее направленность вниз создает дополнительную развязку между антеннами усилительной системы. Это может быть полезным, если перекрытия или кровля не достаточно капитальны, чтобы обеспечить эту развязку.
Потолочная антенна "капля" производства КНР Распространенная потолочная антенна "капля" производства КНР
На рынке распространены китайские «капелька» и настенная антенны. В ассортименте компании Антэкс тоже имеются подобные антенны – Nitsa-1 и Nitsa-4, имеющие по моему мнению более привлекательный внешний вид.
Нередко, когда требуется обеспечить усиление сотовой связи на большой площади или в нескольких изолированных помещениях используются несколько внутренних антенн, подключенных через делитель ВЧ-сигнала. Но такая потребность возникает достаточно редко, чтобы обсуждать ее тут подробнее.
Самый простой и очевидный способ обеспечения изоляции между внешней и внутренней антеннами – их пространственное разнесение. Именно по этой причине одна кабельная сборка всегда входит в комплект усиления сотовой связи – она подключает внешнюю антенну к репитеру.
Внутренняя антенна также может быть подключена своей кабельной сборкой, особенно это касается потолочной антенны.
Кабельная сборка (КС) это коаксиальный (антенный) кабель с установленными на него высокочастотными разъемами. Обычно для систем усиления используются сборки с длинами 5–20 метров.
Общее правила для выбора кабеля:
Отсюда следует, что более длинная кабельная сборка требует более дорогого кабеля, поэтому она становится еще дороже. Так что следует делать кабельные сборки как можно короче, но не пренебрегая условием пространственной развязки внешней и внутренней антенн.
Для большинства простых случаев используется кабельные сборки кабель типа RG-58 или более толстый 5D-FB. На эти кабеля можно непосредственно смонтировать стандартные для репитеров разъемы типов N и SMA.
Если конструктивно требуется применить длинную кабельную сборку, имеет смысл использовать внешнюю антенну большего усиления, чтобы компенсировать потери сигнала в кабеле.
Также может иметь смысл вместо одной длинной КС использовать две сборки суммарно такой же длины, чтобы разместить репитер ближе к внешней антенне (в середине ВЧ тракта системы). В определенных режимах работы (при слабом внешнем сигнале) это улучшит соотношение сигнал/шум и увеличит излучаемую в направлении БС мощность.
Для низких частот и низкоскоростных (старых) стандартов связи, например, GSM900, будет достаточен более тонкий и дешевый кабель, чем для высокочастотных широкополосных стандартов типа LTE2600.
Кабельные сборки с разъемами N-male, SMA-male и F-male (справа на лево)
Традиционно для приемопередающего радиооборудования (коими являются усилители сотовой связи) используются антенны и КС согласованные на волновое сопротивление 50 Ом, а для приема используется согласование на волновое сопротивление 75 Ом.
В силу рыночных причин качественный кабель с сопротивлением 75 Ом типа RG-6 (SAT-50, SAT-703) найти гораздо проще и стоит он значительно дешевле. Кроме того популярные накручивающиеся и самообжимные разъемы F-типа для этого кабеля стоят буквально на порядок дешевле 50-омных разъемов N и SMA, для монтажа которых требуется специальный инструмент.
Поэтому при установке системы усиления возникает желание использовать именно такие 75-омные кабельные сборки, тем более в продаже имеются недорогие переходники на те же N и SMA коннекторы репитера.
Более того теоретические потери высокочастотного сигнала при прохождении одного такого рассогласования в тракте 50–75 Ом составляют 4%. Поэтому такое техническое решение допустимо.
Но если Вы задумались над этим вариантом, нужно помнить, что соединения на F-разъемах значительно менее механически надежное, оно существенно подвержено окислению атмосферной влагой. Качественный монтаж F-разъемов выполняется специальным обжимным инструментом, качественную накрутку разъема произвести значительно сложнее. Даже произведенная опытным монтажником, она уступает обжимке по механической надежности. Плохие соединения часто становятся причиной «плавающих» проблем работы системы усиления, а в конечном счете могут привести к выходу репитера из строя.
А для тех, кто выполняет подключение 75-омным кабелем в каталоге компании Антэкс имеются версии всех популярных антенн с F-разъемами, согласованные на сопротивление 75 Ом, что позволяет минимизировать потери и повысить надежность за счет отсутствия лишних переходников. Такие антенны обозначены индексом F в названии, например, модель Nitsa-2F.
Система усиления сотовой связи может сильно упростить «жизнь» магазина, офисного помещения или мастерской или склада. Во всех этих типах помещений может присутствовать несколько или много мобильных телефонов, и всем абонентам нужна связь.
Различные банковские терминалы и прочие GSM-устройства зачастую не имеют разъемов для подключения внешних антенн и возможности «выбежать поговорить».
В частном доме сотовый телефон есть у всех или почти всех жильцов и многие в силу необходимости быть на связи носят телефон с собой всюду. Если это не дача – возможность отдохнуть от телефона, который полежит «на подоконнике второго этажа», система усиления сотовой связи может оказаться очень полезной, ведь она помимо прочего экономит заряд телефона, нервы и здоровье того, кто постоянно носит его рядом с телом.
Чувствительность (способность распознать полезный сигнал) оконечных абонентских устройств (телефонов, модемов, сигнализаций и пр.) приблизительно на 30 дБм (на три порядка!) выше минимальной входной мощности сигнала для репитера, необходимой для нормального усиления.
Кроме того, не смотря на кратное снижение стоимости на повторители сотовой связи в последние годы, а также упрощение процедуры их монтажа и настройки, качественная система усиления по прежнему стоит достаточно дорого.
Поэтому, когда сигнала не хватает одному такому устройству, во всех смыслах лучшим решением является прямое подключение внешней антенны:
О широкополосном доступе в сеть Интернет нужно сказать отдельно следующее. Подключение внешней антенны непосредственно к модему гарантирует максимально возможное соотношение сигнал/шум на его антенном входе.
Также прямое подключение антенны позволяет реализовать технологию MIMO, когда используется подключение антенны (или двух антенн) двумя кабелями в два антенных входа, и уже широко внедряемую технологию агрегации частот (4G+, LTE-Advanced, LTE-A), когда связь между БС и мобильным устройством происходит в нескольких диапазонах одновременно. Это в конечном счете обеспечит значительно более высокую скорость и надежность подключения.
Возможно Вам нужно именно это решение, о том как его реализовать, читайте в замечательном цикле статей (две из которых я уже упомянул) на сайте НПП Антэкс. Начините с первой статьи «Шаги к мобильному интернету».
В этой статье намеренно нет инструкции по монтажу системы усиления. Если Вы намерены сделать монтаж самостоятельно, пожалуйста, обратитесь к инструкции, поставляемой с репитером. Принципы установки аналогичны для всех систем.
Смотрите видеообзор о том как может помочь репитер на 900 МГц от нашего покупателя Станислава Звягинцева.
Если у Вас есть сомнения в собственных силах, наши партнеры сделают или помогут сделать Вам все правильно.
Ваши вопросы, поправки и комментарии приветствуются!