Практические советы по выбору и установке ретранслятора сигналов сотовой связи (репитера).
С проблемами сотовой связи периодически сталкивается каждый. Это может происходить на работе, дома или за городом. Причины могут быть следующими:
· Прохождению сигнала от базовой станции мешают многочисленные препятствия на его пути.
· Уровень сигнала слишком мал из-за особенностей ландшафта или большой удаленности базовой станции от точки приема сигнала.
· Конструктивные особенности помещения (подвальные помещения, в здании с железо-бетонными перекрытиями, внешняя отделка стен металлическим сайдингом и т.п.)
Решить эти проблемы помогут специальные устройства – ретрансляторы сигнала сотовой связи.
Из чего состоят эти устройства и как они работают?
Минимальный комплект оборудования для усиления сотовой связи состоит из следующих компонентов:
внешняя антенна, внутренняя антенна, блок ретранслятора, блок питания, высокочастотный кабель с разъёмами, соединяющий все составляющие в единую систему.
Внешняя антенна принимает сигнал базовой станции, затем он поступает на ретранслятор, а оттуда передается к внутренней антенне, с которой приходит на оконечное мобильное устройство(телефон, планшет или модем). Сигнал от пользовательского устройства передается от внутренней антенны к базовой станции в обратном направлении.
Обмен между мобильным устройством и базовой станцией посредством репитера происходит одновременно в прямом и обратном направлении. При этом задействованы два канала связи на разных частотах. То есть система работает в дуплексном режиме.
Помимо того, что репитер обеспечивает стабильную и качественную мобильную связь, у него есть еще одно достоинство. Чем качественнее сигнал сотовой связи, тем меньше мощность сигнала сотового телефона, передаваемого в направлении базовой станции. В результате телефон тратит меньше энергии и дольше работает без подзарядки, также снижается уровень облучения от мобильного устройства.
Для подбора оптимального комплекта оборудования усиления сигнала сотовой связи необходимо определить уровни сигналов интересующего оператора связи, приходящих в точку предполагаемого размещения внешней антенны в разных стандартах связи. Чем выше будет располагаться внешняя антенна над уровнем земли, тем качественнее она сможет принять сигналы базовых станций. Поэтому оптимальные места расположения внешних антенн - кровли зданий, фронтоны жилых домов, коттеджей. Для повышения качества принимаемого сигнала применяются выносные кронштейны и дополнительные мачты. Исключением являются высотные здания в районах плотной городской застройки, там высота размещения внешней антенны определяется параметрами качества принимаемого сигнала, но это тема для отдельной статьи.
Все операторы сотовой связи применяют одинаковые технологии передачи сигнала - 4G, 3G, EDGE, GSM.
GSM стандарт разработан для осуществления голосовой связи и использует частоты 900 и 1800 МГц;
EDGE это голосовая связь и низкоскоростной интернет, использует частоты 900 и 1800 МГц;
3G - голосовая связь и скоростной интернет, на частоте 2100 и реже 900 МГц;
4G или LTE - высокоскоростной интернет и голос по технологии VOX-LTE на частотах 2600 МГц, 1800 МГц, реже на 800МГц.
Частотный план сотовых операторов представлен на следующей схеме:
Для самостоятельного монтажа лучше использовать репитер с одним диапазоном частот. Это, в том числе, будет и наиболее предпочтительный вариант с точки зрения финансов. Но как узнать какой диапазон частот нужно усилить в данном конкретном случае?
Возможны 3 способа определения частотного диапазона оператора :
Первый способ (простой, но не особо точный) - просто посмотреть на свой телефон: большинство смартфонов рядом со шкалой сигнала (антенки) отображают тип связи английскими буквами :
G или E - голосовая связь на частотах 900 или 1800 МГц. В зависимости от оператора частота может быть разной. МТС , Мегафон, Билайн чаще всего используют 900 МГц для загородных трасс, деревень и райцентров. Практически всегда 1800 МГц используют в городах.
3G, H, H+, HSDPA все эти символы обозначают технологии передачи данных 3-го поколения. В этом стандарте можно разговаривать и пользоваться высокоскоростным интернетом. Частота связи в подавляющем большинстве 2100 МГц для всех операторов, но может быть и 900 МГц
4G это высокоскоростной интернет, для голосовой связи в этом стандарте используют технологию VoLTE (Voice over LTE) . Если вам нужно стабильно разговаривать по телефону, попробуйте совершить вызов, во время звонка смартфон автоматически переключится на тот стандарт, в котором возможно совершение голосовых вызовов, его то и нужно усиливать. Частоты 4G LTE связи могут быть 800, 1800, 2600 МГц.
Второй способ (более точный) - установка на смартфон специальной программы из Google PlayMarket или Apple App Store. Таких программ очень много, мы в качестве примера используем программу Network Cell Info для платформы Android, но вы можете поискать и любую другую.
После установки и запуска на экране будет отображаться уровень сигнала а также диапазон (Band) в котором работает смартфон, список Band'ов представлен ниже в этой статье. На скриншоте выше видим, что стандарт связи 4G LTE. Остальные характеристики сигнала:
RSRP (Reference Signal Received Power) — среднее значение мощности принятых пилотных сигналов (Reference Signal) с Базовой Станции сотовой сети. Грубо говоря — это абсолютный уровень сигнала передатчика с сотовой станции так, как его слышит наш репитер. Значение RSRP измеряется в дБм (dBm). При значениях RSRP = -120 dBm и ниже LTE-подключение может быть нестабильным или вообще не устанавливаться. В нашем примере RSRP = -104 dBm.
RSSNR (Reference Signal Noise Ratio)/SINR(Signal Interference Noise Ratio) — соотношение сигнал-шум в приемном канале. Если значение этого параметра 0 dB — уровень сигнала равен уровню шума, если положительное — сигнал выше шума; при отрицательном значении — сигнал ниже шума (даже в такой ситуации репитер может что-то принимать, просто качество приема будет плохим, ).Эти два параметра — говорят о существенно разном. Модем может хорошо слышать сотовую станцию, RSRP высокий — но уровень зашумленности помехами в точке приема будет такой, что SINR близок к нулю и связь еле теплится. И наоборот — сигнал может быть не очень сильным, но помех мало, и прием нормальный.В целом, в городских условиях, где много помех — параметр SINR важнее, чем RSRP. Следует стараться отстроиться от помех даже ценой некоторого снижения слышимости станции. А вот вне зоны уверенного приема, где-нибудь за городом, где помех мало — максимизация RSRP может выйти на первый план. Итак, на какие же значения эти параметров следует ориентироваться:SINR > 20 — идеальный сигнал, такого почти никогда не бывает.
SINR от 0 до 13 — удовлетворительно. Чем больше — тем лучше.
SINR < 0 - плохо. RSRP -75 и менее - отличная слышимость соты, такого почти никогда не бывает. RSRP от -90 до -95 - средняя слышимость RSRP от -95 и более - плохо. Из этого ясно, что приведенный выше пример (12 dB / -80 dBm) это весьма приличная связь. Сота где-то недалеко, сигнал высокий, но и зашумленность немаленькая, поэтому только 12 db соотношения сигнал/шум.В нашем примере RSSNR = 15 dB, что также является очень хорошим показателем.
RSRQ (Reference Signal Received Quality) – характеризует качество принятых пилотных сигналов. Значение RSRQ измеряется в дБ (dB).
В следующей таблице показаны различные значения этих параметров, которые соответствуют очень плохому, плохому, хорошему и очень хорошему
качеству сигнала LTE:
Третий способ (наиболее точный) - воспользоваться инженерным меню своего смартфона. Для отображения диагностической информации о сети нужно ввести на клавиатуре специальную команду. Ниже приведены команды входа в инженерное меню наиболее популярных смартфонов.
*#0011# - для телефонов Samsung;
*3001#12345#* - если у Вас Apple iPhone.
Другие популярные модели смартфонов приведены в таблице ниже.
Если набрать на клавиатуре эту комбинацию и нажать клавишу вызова, Вы войдете в инженерное меню своего смартфона.
В сервисном разделе меню смартфона содержится большое количество информации, но нам потребуется только та, что касается информации о телефоне и статистике сети. Нас интересует приоритетный стандарт, уровень сигнала, качество сигнала.. Исследуемый стандарт сигнала (2G/3G/4G) можно назначить в меню настроек. Если предварительно не назначить стандарт, то измерение будет происходить в приоритетном диапазоне, то есть более скоростном.
2. Вариант, когда в результате измерения на крыше проявляется сигнал UMTS 900, UMTS 2100(3G) интересующего нас оператора. Эти сигналы являются более приоритетными по сравнению с 2G и все современные смартфоны работают с ними несмотря на наличие более сильных сигналов 2G. В случае принудительного перевода телефона в стандарт 2G может улучшиться качество голосовой связи, но для использования сети Интернет нужно усиливать именно 3G. В этом случае выбираем репитеры диапазона 900 или 2100 в зависимости от результата измерений. Усиление репитера выбираем в зависимости от площади здания, количества комнат, материала перекрытий и т.д. Стандарт 3G позволяет обеспечить голосовую связь и в большинстве случаев приемлемую скорость передачи данных.
3. В этом случае измерение показывает сигнал 4G (LTE). Нужно обязательно уточнить поддиапазон LTE. Это как правило Band 3 (1800), Band 7 (2600), Band 20 (800МГц) . Поддиапазон высвечивается на экране служебного меню. Band 20 используется как правило в дальнем Подмосковье и скорость передачи данных в этом поддиапазоне не высока. Репитеры для этого диапазона не получили распространения. Band 7 используетсв в районах плотной застройки, обеспечивает высокую скорость передачи данных, сейчас операторы всё чаще используют технологию VOX-LTE для передачи голоса и репитеры в этом диапазоне стремительно набирают популярность в крупных городах, офисах.
Band 3 часто применяется в городе и области, имеет большое распространение. Репитеры , работающие в диапазоне 1800 усиливают также диапазон 2G 1800.
Измерение уровня сигнала и определения частоты с помощью IPhone.
Рассматриваются модели IPhone, изготовленные в 2019 году и более новые. Измерение уровня сигнала и определение частоты 2G, GSM, DSC.
Измерение уровня сигнала и определение частоты 3G, UMTS, WCDMA, 4G, LTE выполняется также как и в случае с 2G.
А теперь по значению ARFCN/UARFCN/EARFCN можем определить частотный диапазон из следующей таблицы:
Когда измерения проведены и выбрана подходящая модель репитера сотовой связи можно приступать к монтажу и настройке оборудования. Для настройки внешней антенны репитера без специальных приборов нам понадобится минимум один помощник.
На рисунке приведена типовая схема установки комплекта усиления сотовой связи в коттедже.
Настройка внешней антенны не требует дополнительного оборудования. После чернового монтажа оборудования, включаем репитер, располагаем телефон с сим-картой нужного оператора рядом с внутренней антенной. Далее помощник грубо ориентирует внешнюю антенну на вышку сотовой связи по заранее установленному азимуту и начинает медленно поворачивать её вокруг вертикальной оси по или против часовой стрелки следуя Вашим указаниям и добиваясь максимального уровня сигнала.
Репитер сотовой связи-устройство с высоким коэффициентом усиления. Для его адекватной работы необходимо максимально разносить внешнюю и внутреннюю антенны. Если разнос будет недостаточным , может возникнуть эффект самовозбуждения, когда часть сигнала с выхода репитера попадает на его вход и процесс носит неуправляемый характер, что может привести к повреждению репитера и зашумлению ближайших базовых станций операторов сотовой связи, что грозит штрафами и конфискацией оборудования. При монтаже системы усиления сотовой связи обязательно нужно учитывать диаграммы направленности внешней и внутренних антенн, избегать их пересечения, а также максимально разносить антенны по высоте.
Как только эта цель достигнута можно закреплять внешнюю антенну в оптимальном положении и завершать монтажные работы.