Советы по выбору усилителя сигнала сотовой связи 2G/3G/4G/5G
Статья о вариантах усиления сигнала сотовой связи на различных объектах: дача, офис, склад. так же краткий обзор популярных предложений на рынке.
Существует два основных варианта усиления сотовой связи:
Первый вариант для усиления интернета 3G/4G/5G, не усиливает голосовую связь в обычном для нас формате (но можно пользоваться звонками через мессенджеры: WhatsApp, Viber, Skype, Telegram).
Второй вариант универсальный – усиливает интернет и голосовую связь, но имеет ряд ограничений (о ограничениях ниже).
Усиление 3G/4G-интернета с помощью антенны, модема и Wi-Fi-роутера
Система состоит из двух узлов: антенна на улице и модем + Wi-Fi-роутер внутри помещения.
Внешняя антенна для 3G/4G модема/роутера
4G-модем, подключенный переходниками к уличной антенне и вставленный в Wi-Fi-роутер
Как это работает? Антенна направлена в сторону предполагаемой базовой станции сотового оператора. Дальше сигнал попадает на 4G-модем с роутером, который раздает интернет путем распространения Wi-Fi сигнала. Вариант популярен среди частных мастеров по установке дачного интернета. Дешево и работает!
Wi-Fi-роутер со встроенным 3G/4G-модемом
Если брать модем и роутер отдельно, то кабель, идущий от уличной антенны, попадает на модем через переходники с тонким кабелем и очень маленькие СВЧ-разъемы TS-9 или CRC-9. Во-первых, это достаточно ощутимые потери уровня и качества сигнала, во-вторых, механически не надежно. Например, протирая пыль, вы легко можете повредить разъем на модеме, и, как следствие, придется покупать новое устройство.
Решается это просто – достаточно изначально купить роутер с уже встроенным 4G-модемом. Например, на нашем рынке продается несколько моделей роутеров компании Huawei. Без рекламы: работают отлично и разъем у них надежней – SMA.
Huawei-роутер со встроенным 4G-модемом
Почему частные мастера предлагают модем и роутер по отдельности? Ответ простой: ценовая маржа больше.
Что такое MIMO-антенна и для чего она нужна
MIMO-антенна для интернета 3G/4G
MIMO-антенна – устройство, имеющее два параллельных коаксиальных кабеля, идущих до модема/роутера. Из практики это означает, что прирост скорости интернета на прием будет от 0 до 20%, а на отдачу – 50-100%. Нужно тем, кто пользуется видеосвязью или удаленным видеонаблюдением, т.е. активно использует исходящий канал интернета. В других случаях практической пользы нет.
Параболическая антенна и антенны с высоким коэффициентом усиления
Параболическая антенна имеет высокий коэффициент усиления – обычно от 25 дБ и более. Многие потребители при выборе антенны смотрят именно на этот параметр. Однако это ошибочно, объясню почему…
Параболическая 4G-антенна с высоким КУ
Во-первых, антенна с таким высоким КУ имеет крайне узкую диаграмму направленности, и отклонение направления на 1-2 градуса уже уменьшает КУ до значений 0-3 дБ! То есть о самостоятельной установке на крыше и тем более на мачте речь уже не идет.
Диаграмма антенны с КУ=16 дБ:
Диаграмма направленности панельной антенны с КУ=16 дБ
Видно, что при отклонении в 5-10 градусов КУ сильно не меняется, а при отклонении, например, в 25 градусов КУ антенны равен почти 2 дБ.
Диаграмма антенны с КУ=27 дБ:
Диаграмма направленности параболической антенны
Видно, что при отклонении в 2-3 градуса КУ равен практически нулю.
Во-вторых, антенны с узкой диаграммой направленности (т.е. с высоким КУ) плохо ловят отраженный и рассеянный сигнал, что ощутимо уменьшает такой параметр, как качество сигнала (отношение сигнал/шум). Например, лес достаточно сильно рассеивает сигнал.
Распространение сотового сигнала в пространстве
В роутерах и модемах качество сигнала обозначается как RSRQ и SINR. А интернет в первую очередь зависит именно от качества сигнала, а не от его мощности (RSRP или RSSI).
Усилитель интернет-сигнала: принцип работы и технологии, за счет которых сигнал передается на большое расстояние
Рассказ о технологиях, за счет которых работает усилитель интернет-связи на примере конкретно выбранного усилителя.
Мне был нужен усилитель сигнала сотовой связи, который работает на расстояние не менее 15 км от «вышки». Поискал в сети. Нашел несколько вариантов. Сравнил. Будучи мало подкованным в области сотовой связи юзером, решил разобраться, что к чему. Зачем? Интересно.
Итак, что нашел, о том, что выбрал, как разбирался в технологии того, что, как и почему работает на такое большое расстояние.
Да, я не радиотехник и не инженер-радиофизик. Просто, мне хотелось докопаться в силу своих возможностей до сути, которая прячется за многообещающими лозунгами о превосходности предлагаемых устройств и цифрами, которыми пестрят сайты, за счет чего достигается усиление сигнала.
Содержание
Как работают усилители сигнала мобильной связи
Как усилить сигнал мобильной связи на расстояние 10 км и боле
Сравнение выбранных типов усилителей
Главные критерии выбора антенны
Где узнавал про технологию
Принципы работы антенны
Модем Huawei E3372h
Какие проблемы может решать алгоритм «формирование прямого луча» (explicit beamforming)
Распределение мощности передатчиков
Огибание препятствий, и работа с отражениями
Устранение замирания каналов
Прошивка HILINK как возможность находить интернет там, где его нет
Увеличение покрытия и дальность передачи
Что дает усилитель на технологии MiMO
Как работает обеспечение стабильности
Усилитель сигнала сотовой связи представляет собой устройство, которое работает по технологии MiMO, то есть использование в одном устройстве принимающей и передающей антенны.
Как работает усилитель сигнала
Устройство принимает сигналы от базовой станции и транспортирует их на серверную установку. Потом сигнал идет к телефону абонента или на модем. Обратный ответ принимает сервисная станция, которая усиливает сигнал и транспортирует его обратно к базовой станции.
Как усилить сигнал мобильной связи на расстояние 10 км и более
Для усиления интернет-сигнала нужны либо усиливающие сигнал антенны, либо усилители сигнала. Для города применяют всенаправленные антенны с усилением 9-15 Дб, эффективные на расстоянии от базовой станции до 5 км.
Менее требовательны к направлению и к расстоянию MiMO-антенны с усилением от 17 Дб до 24 Дб. В корпусе конструкции антенны находится 2 антенны, которые работают и на приём, и на отдачу сигнала. Благодаря этому связь становится более стабильной, скорость передачи данных увеличивается. Панельная антенна усилением 24 Дб показывает увеличение скорости передачи данных более чем в 2 раза на расстоянии около 23 км до передающей станции, а на меньших расстояниях увеличение скорости составило 3-5 раз.
Однако сложный рельеф местности, наличие преград, место расположения потребителя сигнала диктуют наличие репитеров или усилителей сигнала. С помощью усилителя можно вытянуть практически отсутствующий сигнал.
Существуют одно-, двух- и трех- диапазонные усилители:
● GSM 900 (для голосовой связи);
● GSM 1800 (для голосовой связи);
● GSM 900/1800 (для голосовой связи);
● GSM/UMTS 900/1800/2100 (для голосовой связи и мобильного интернета 3G);
● GSM/DCS/LTE 900/1800 (для голосовой связи и мобильного интернета 4G);
● GSM/UMTS/LTE 900/1800/2100 (для голосовой связи и мобильного интернета 3G и 4G).
Сравнение выбранных типов усилителей
Читал, что усилители производителей MIKROTIK, ZyXELL одни из самых крутых. Для интереса подобрал еще пару, один из них усилитель российского производства.
Приведу для сравнения характеристики нескольких устройств от разных брендов, схожих по параметрам в, примерно, одинаковой ценовой категории.
Мне было интересно устройство с самой большой зоной приемистости, то есть пригодное для больших расстояний от базовой станции. Еще устройство или как его еще называют репитер с симкой должно быть надежным и отличаться простым монтажом.
Почитал различные отзывы. Получилась такая картина.
Модем Zyxel LTE неплохой. Особенно последние модификации, но все равно встречаются нарекания по поводу глючности. Заявленная дальность всего 5 км, в то время как цена составляет 30 тыс. руб.
Микротик – хороший, позиционирует стандарт Cat.6, но смысла в нем мало, потому что не везде работает агрегация. И дальность до базовой станции всего около 8 км. Отсутствует возможность подключить напрямую в сеть. Питание исключительно PoE, что не всегда это удобно. Еще, нужно постоянно перезагружать. Вообще, как прочитал, антенна надежная, хотя, очень сложная в настройке. Для настройки надо вызывать специалистов.
Усилитель HiTE PRO UNO, по характеристикам вроде бы не так уж и плох. Настороженность вызвало полное отсутствие отзывов. Может быть не там искал.
Остановился на антенне-усилителе сигнала STREET 2 PRO. На чем-то же надо останавливаться.
Сделано в России. Корпус жесткий поликарбонат. Начинка – роутер и модем от лучших брендов. Технология MiMO. Было интересно узнать про технологию, что это такое.
Главные критерии выбора антенны
Основное, что характерно для антенн:
Технология MiMO, то есть работа в обоих направлениях: как на прием, так и на передачу данных.
Надежный литой корпус, который не рассыпается через пару-тройку лет от воздействия солнечного ультрафиолета.
У компании производителя достаточно разных обзоров с описанием, какая антенна хорошая. Плюсов, конечно, множество. Но хотелось узнать суть.
Посмотрел некоторые обзоры, часть интересные, Гоблина прослушал с удовольствием. Но, главное про технологию MiMO.
Где узнавал про технологию
Нашел видео, раскрывающее суть технологии. Толково и без воды рассказывают о том, как развивалась технология сотовой связи. Смотрите видеоролик с описанием основ WiFi, SISO, MIMO…
Прочитал статью, здесь же на Хабре: «Глубокое погружение в принципы работы Wi-Fi 6: OFDMA и MU-MIMO».
Еще одна особенность усилителя – спрятанная внутри корпуса направленная антенна с коэффициентом усиления 15 dBi и технология, по которой она работает – MIMO.
Технология MIMO
MIMO – это система связи, в которой используются принципы действия двух систем связи:
1. SIMO (одна передающая и несколько приемных антенн);
2. MISO (несколько передающих и одна приемная антенна).
То есть MIMO (Multiple-Input-Multiple-Output, что означает множественные входы и множественные выходы) – это система, где используются несколько передающих и несколько приемных антенн. В нашем случае создатели антенны засунули в корпус STREET 2 PRO один модем и один роутер. Но об этом дальше.
Таким образом, система MIMO работает с пространственным разнесением на приеме и передаче. Технология используется для беспроводных сетей Wi-Fi, работает в 3G/LTE, (кто не знает, LTE – один из первых стандартов 4G).
Система увеличивает пропускную способность и позволяет эффективно использовать частотную полосу. Пропускная способность канала MIMO определяет возможную скорость передачи информации, приведенную к единице полосы канала. Увеличивается количество передаваемых данных, а соответственно, и скорость. Это означает, что антенна позволяет ловить как 3G, так и LTE-сигнал на большом удалении от базовых станций.
Технология появилась благодаря протоколу 802.11n. Прежний протокол 802.11abg, по которому работала связь, основанная на технологии SISO, уже не устраивала привередливого пользователя.
Принцип работы антенны
MiMO означает использование сразу нескольких передатчиков и приемников. Это два сигнала: один вертикально поляризован (3G, GSM, LTE), другой – горизонтально (LTE).
Это основные элементы антенны. Если сравнить антенные элементы телефона и усилителя, то в мобильном телефоне элементы со спичечную головку. В усилителе квадрат разбросан на 40 см.
Внутренняя начинка антенны Street 2 PRO на печатных платах. Одни дипольные отражатели горизонтально поляризованые, другие – вертикально поляризованные. Четыре полуволновых диполя составляют антенную решетку. От них идут пигтейлы в модем, на переходник, модемные входы
Встроенная в усилитель антенна работает по принципу роутера, который имеет несколько антенн и поддерживает стандарты 2,4 ГГц.
Немного теории на схеме: составляющие умной антенны
Перейдем к самой антенне и технологии MiMO.
Это усилитель сотовой связи, который работает в режиме 4G. Сейчас я говорю об усилителе интернет-сигнала STREET 2 PRO. Производитель – Россия, компания YS-system. Как утверждает производитель, усилитель предназначен для подключения к сети Интернет там, где полностью или частично отсутствует покрытие сети мобильного провайдера.
Она отличается от более дорогого варианта направленным действием до 15-17 км.
Второй вариант – STREET ULTRA PRO. Она всенаправленная, ее отличие в радиусе действия, то есть она собирает весь шум. Кстати, в городских условиях ULTRA только ухудшает сигнал. В условиях города более полезна точка доступа или комплект антенн для усиления связи. STREET ULTRA PRO хорошо работает на открытой местности, например, в низине, в тайге, то есть везде, где нет городских помех.
Оба варианта используют модем Huawei в связке с роутером Mikrotik. Насколько я узнал, производители работают над платами российского производителя. Отличие антенн – в размере корпуса. От корпуса зависит размер антенных элементов, которые находятся внутри и обеспечивают обход препятствий, устраняют зависание сигнала и прочее.
Теперь о конструкции усилителя
На YouTube у производителя есть свой канал. Одна из главных фишек антенны, важных для пользователя, в том, что для ее подключения не нужно разбирать корпус, он полностью герметичен. Присоединяется очень просто. Провод вставляется в специальный плотный зажим, зажим – в разъем, который встроен в усилитель, для герметичности закручиваем заглушку. Провод служит как для интернета, так и для питания. Рядом с кабельным разъемом – гнездо для симки. Она может быть любого оператора.
Теперь о том, что внутри, и за счет чего антенна работает на большие расстояния
По утверждению производителя, антенна расширяет зону действия базовых операторов связи, повышает качество и стабильность соединений в условиях затрудненного приема сигнала связи.
Устройство может устанавливаться на удалении от базовой станции оператора – минимум 15 км. Скорость передачи данных при этом достигает 150 Мбит/с. Усилитель работает с любыми операторами связи. Но не это главное. Хочу разобраться с устройством и подвести некоторую базу под утверждения производителя, за счет чего антенна обеспечивает скорость передачи, ведь, по сути, это прерогатива оператора связи.
Технические характеристики STREET 2 PRO:
сеть: GSM (850/900/1800/1900 МГц), UMTS (Band 900/2100 МГц), FDD-LTE (Band 1, 3, 7, 8, 20), TDD-LTE (Band 38, 40
Проблемы с сотовой связью: как усилить сигнал и правильно настроить смартфон
Содержание
Содержание
Стабильность и качество мобильной связи зависит от зоны покрытия, обеспечиваемой базовыми станциями оператора и нагрузкой на них. Соответственно, есть несколько причин ухудшения качества связи. Вы можете заметить это по таким признакам, как: невозможно позвонить, ничего не понятно во время разговора, скорость передачи данных оставляет желать лучшего — интернет не грузится. Это может быть связано с перегрузкой базовой станции из-за подключения большого количества абонентов. Но чаще причина плохой связи заключается в проблемах и физике процесса прохождения радиоволн. Связь может портиться из-за плотной застройки, рельефа местности, большого расстояния до базовой станции.
Перегрузки базовых станций — вещь достаточно редкая. Столкнуться с ней можно на массовых мероприятиях или в те моменты, когда всем вдруг становится срочно нужно позвонить. Например, на Новый Год, как только пробили куранты. И эта проблема решается относительно просто — через небольшой интервал времени все заработает.
А вот проблема с тем, что ваш загородный дом находится в «мертвой зоне» или глухой деревне, до которой еле добивает сигнал от ближайшей вышки — это реально сложная задача, которая не рассосется через несколько минут и вообще не решится без дополнительного оборудования. Также аналогичные сложности возникают, например, в тех случаях, когда ваш офис/магазин находится в полуподвальном/подвальном помещении или внутри большого железобетонного здания. В этом случае проблему с сотовой связью приходится решать установкой дополнительного оборудования или изменением настроек смартфона. С тем, что и как делать в этом случае, мы сейчас и разберемся.
Как работает сотовая связь: стандарты и частоты
Если коротко описывать принцип работы сотовой связи, то он заключается в следующем.
Существует комплекс приемопередающих базовых станций «сот», обеспечивающих связь на определенной территории. Приемопередающее устройство абонента — смартфон или мобильный телефон — работает в этой сети, связываясь с той базовой станцией, сигнал от которой качественнее.
При этом связь с базовыми станциями выполняется в разных стандартах:
Аппаратная платформа смартфонов построена таким образом, что мобильное устройство всегда подключается к сети самого технологичного стандарта даже в том случае, если уровень его сигнала ниже. Это один из моментов, которые приводят к проблемам со связью. Сейчас разберемся, как это можно решить.
Решение проблем со связью с помощью настроек смартфона
Исходя из особенностей работы сотовых сетей, первое решение заключается в изменении настроек подключения к сети или смене оператора.
Самое простое — поменять SIM-карту и посмотреть, что получится при использовании сети другого оператора. Возможно, в вашей местности плохо работает или вообще отсутствует сеть одного из операторов, но зато другой обеспечивает связь на «пять баллов».
Если смена сети не дает результата, можно попробовать поменять настройки подключения к сети, выбрав более старый стандарт.
В настройках вашего смартфона надо найти пункт, определяющий, к сети какого стандарта смартфон подключается. Обычно он установлен в автоматическом режиме, и устройство последовательно присоединяется сначала к сети 4G, потом 3G и только затем 2G. Если вы находитесь в месте, где сигнал 4G неустойчив, смартфон все равно зацепится за эту сеть и будет героически пытаться передать и принять данные, несмотря на некачественную связь, небольшую скорость, постоянные обрывы и сгорающий заряд аккумулятора.
Чтобы устранить проблему, следует попробовать установить подключение к сети 3G или даже 2G. Зоны покрытия этих сетей обычно больше, и связь в них работает стабильнее. Конечно, скорость передачи данных снизится, но они хотя бы начнут передаваться, или появится голосовая связь, если в первую очередь нужна именно она.
Но таким образом проблема решается далеко не всегда. В низинах, на большом удалении от базовых станций, в «мертвой зоне» за значительными препятствиями менять настройки смартфона в большинстве случаев бесполезно. Уровень сигнала просто недостаточен для его работы. В таких случаях нужна установка дополнительных устройств.
Что делать, если необходим мобильный интернет
Давайте рассмотрим способ решения следующей задачи: вы находитесь за городом и хотите получить стабильный, скоростной мобильный интернет. В этом случае, если уровень сигнала оставляет желать лучшего, вам потребуется внешняя антенна.
Антенна комбинируется с модемом, роутером или с тем и с другим. Получается готовое устройство, в котором сразу объединены антенна, модем и роутер — то есть, комплекс «все в одном». Это удобно, но и стоит дороже.
При выборе конкретного устройства надо знать, в каком стандарте и на какой частоте вы будете работать в том месте, для которого покупается антенна, а также каков уровень сигнала. Дело в том, что оператор может передавать сигнал на следующих частотах: 800 МГц (LTE800), 900 МГц (GSM-900, UMTS900), 1800 МГц (GSM-1800, LTE1800), 2100 МГц (UMTS2100) и 2600 МГц (LTE2600).
Частоту базовой станции в вашей местности можно узнать только экспериментальным путем, проверив, например, с помощью приложения «Информация сигнала сети» и в настройках смартфона.
Кроме того, необходимо знать, каков уровень принимаемого сигнала. Так, исходя из этого, вы поймете, нужна вам антенна с большим коэффициентом усиления или можно обойтись недорогим решением.
Усиление сигнала для мобильного интернета можно делать как для 3G, так и для 4G. Но ориентироваться следует в первую очередь на 4G, даже если уровень сигнала этого стандарта слабее. В любом случае за счет MIMO и агрегации частот скорость в 4G выше (конечно, при условии, что у антенны поддержка MIMO есть).
По коэффициенту усиления — чем слабее сигнал, тем больше должен быть коэффициент усиления. В относительно простых случаях, когда требуется небольшое усиление сигнала, можно обойтись например:
В более сложных случаях, когда сигнал слабый, антенну «для интернета» надо поднимать как можно выше. Желательно — на мачте. В зависимости от исполнения она может быть со встроенным усилителем или даже со встроенным модемом, как например, усилитель интернет-сигнала Триколор DS-4G-5kit.
Что нужно для разговоров и СМС
На даче далеко не всегда нужен только мобильный интернет. Голосовая связь или возможность отправки SMS нужны тоже. В этом случае решение будет другим. Внешнюю антенну подключить к современному смартфону не получится, разъемов на корпусе нет. А вот усилить сигнал с помощью репитера — вполне.
Репитер обеспечит прием и передачу сигнала всех сотовых операторов на определенной частоте.
Обычно для небольших частных владений приобретают готовые комплекты, не требующие покупки дополнительных роутеров и прочего оборудования. Репитер принимает сигнал, усиливает его, раздает на смартфоны через комнатные антенны и отдает сигнал со смартфона в обратном направлении через внешнюю антенну. Пример такого устройства: усилитель сигнала сотовой связи Locus Mobi-900 Country.
Для правильного выбора репитера надо знать, сигнал какой частоты предстоит усиливать и насколько большую площадь покрытия он должен обеспечить — чем больше площадь, тем мощнее должно быть усиление. Хорошим решением будет выбор репитера, работающего в нескольких диапазонах.
Важный момент: если требуется усилить сигнал для одновременного использования голосовой связи и интернета, надо знать, реализована ли на базовой станции, с которой обеспечивается связь, технология VoLTE. Если да — можно и нужно усиливать сигнал 4G, если нет — 3G, чтобы обеспечить голосовую связь.
