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).
Main aux как подключить
Всем привет! Как обещал, сейчас расскажу, как подключить самодельную антенну к ноутбуку для усиления Wi-Fi сигнала. Причем таким способом можно подключать не только самодельную, но и заводскую антенну практически любого производства. Все разъёмы для кабелей и антенн имеют различные модификации, переходники и коннекторы, благодаря этому в наше время можно подключить что угодно к чему угодно, главное знать как. Вот тут нужно проявить смекалку и некоторые навыки в изобретательности. Но даже это в нашем случае не понадобится, все давно придумано и продаётся в магазине.
Как обычно в своих статьях я подробно все описываю с помощью фото, и в этот раз будет так. Главное что нам понадобится, это специальный кабель переходник с мини разъёма на радиокарте ноутбука, на антенный разъём роутера. Такие переходники продаются в любом радиомагазине, я приобрел такую штуку на радиорынке.
Для начала нужно разобрать ноутбук найти в нем радиокарту (wi-fi модуль) и извлечь её. Разбирать ноутбук полностью не надо, достаточно просто открутить крышку на дне, и мы сразу же сможем добраться до самого модуля. Модуль в моём нетбуке «Acer Aspire One 722» крепится одним винтиком.
Не вооруженным глазом видно, что к wi-fi модулю подключены два провода, это две штатные антенны, которые находятся обычно в крышке ноутбука (в районе веб камеры). Антенны «A» и «B», основная и второстепенная, они подключены соответственно к разъёмам «MAIN» и «AUX». Один из этих разъёмов мы и будем использовать для подключения внешней антенны, можно подключить две внешние антенны и использовать оба разъёма. Я обычно использую один разъём второстепенной антенны «AUX».
Адаптер PR-SMA
Таким способом можно подключать практически любую антенну, от всенаправленных, до мощных направленных, такая система всегда будет согласованна, что выравнивает сопротивление на генераторе и потребителе. Волновое сопротивление такой линии всегда должно быть максимально приближенно к 50 Ом.
Любая самодельная Wi-Fi антенна легко подключается данным способом, я например, подключал самодельную фрактальную антенну для Wi-Fi и «Helix», на фото видно подключенную самодельную баночную Wi-Fi антенну, собранную на коннекторе «N-типа».
На этом пожалуй всё. Если есть вопросы или какие-либо предложения по доработке или другом способе усиления wi-fi сигнала на ноутбуке, с удовольствием отвечу на все в комментариях к статье. Так же хочу обратить ваше внимание на небольшое нововведение, на блоге появился форум, который пока находится на стадии запуска, но скоро полноценно начнёт функционировать, там можно будет обсудить все темы сайта. Спасибо за внимание, стабильной вам связи.
Когда заказывал на AliExpress дешевые Wi-Fi адаптеры для ПК, о которых писал в предыдущих статьях, увидел большое количество разных Wi-Fi модулей для ноутбуков. Решил заказать один WLAN модуль и заменить в своем ноутбуке. Не скажу, что меня не устраивал заводской модуль установленный в ноутбуке, или он как-то плохо работал. Основная задача была написать статью для сайта. Как это обычно у меня бывает 🙂 Но перед этим, конечно же, я решил все проверить.
Для начала, давайте выясним, что такое Wi-Fi модуль. Если объяснять простым языком, то это небольшая плата, которая подключается к материнской плате ноутбука (через порт Mini PCI Express) и добавляет поддержку Wi-Fi и как правило еще и Bluetooth. То есть, один этот модуль позволяет подключать ноутбук к Wi-Fi сетям, и подключать к ноутбуку другие устройства по Bluetooth. Не могу утверждать, что прям на всех ноутбуках (их очень много) Wi-Fi и Bluetooth работают через один адаптер, но в большинстве случаев это так.
Зачем менять Wi-Fi модуль? Я выделил две основные причины:
У меня нет большого опыта в разборке ноутбуков, но как я понял, в ноутбуках, неттопах и моноблоках, WLAN модуль всегда (или почти всегда) подключается через разъем Mini PCI Express. Поэтому при выборе Wi-Fi модуля для ноутбука необходимо ориентироваться в первую очередь на интерфейс подключения. Ну и на поддерживаемые стандарты беспроводной связи. Режим работы Wi-Fi сети и версию Bluetooth. Если не уверены, что в вашем ноутбуке подключение через Mini PCI-E, то можете разобрать его и посмотреть.
Важно! При выборе Wi-Fi модуля в том же интернет-магазине AliExpress всегда внимательно читайте писание. Обычно продавцы пишут, для каких ноутбуков подходит данный модуль, а для каких не подходит. Например, в описании Mini PCIe адаптера который покупал я, было написано, что он подходит практически для всех ноутбуков кроме Lenovo, HP, ThinkPad и IBM. Вряд ли вам сможет кто-то конкретно ответить, подойдет ли какой-то конкретный модуль к конкретной модели ноутбука.
Бывают ноутбуки, в которых вообще никак не заменить WLAN карту. Там прописана какая-то привязка в BIOS, и ноутбук работает только с картой установленной на заводе. Это очень часто бывает в устройствах от компании HP.
Как вы уже наверное поняли, в вопросах выбора и совместимости очень много нюансов. Здесь вам никто не станет советовать конкретный модуль. Ищите, смотрите, читайте описание. Честно скажу, что я особо не выбирал. Заказал практически первый адаптер, который мне попался на глаза. Единственным условием для меня была поддержка стандарта 802.11ac. Мне повезло, и все заработало.
Замена встроенного в ноутбуке Wi-Fi и Bluetooth модуля
Я буду показывать на примере ноутбука от ASUS. Но инструкция подойдет и для других производителей: Lenovo, Acer, Samsung, Hewlett-Packard, DELL и т. д. Разумеется, что процесс разборки, расположение самого беспроводного модуля внутри ноутбука, внешний вид и другие детали будут отличатся.
Нам понадобится только маленькая крестовая отвертка, которая подойдет для разборки конкретно вашего ноутбука.
Переверните ноутбук и посмотрите, есть ли там отдельная крышка. Практически на каждом ноутбуке снизу есть небольшая крышка, открутив которую, можно получить доступ к жесткому диску, оперативной памяти, и если нам повезет, то к Wi-Fi модулю.
Но чаще всего, WLAN модуль спрятан мод основной крышкой. Как и в моем случае. Значит нужно полностью разбирать ноутбук.
Откручиваем все болтики и полностью снимаем нижнюю крышку ноутбука. Будьте аккуратны, не спешите. Если крышка не снимается, то возможно, вы открутили не все болты. Так же обратите внимание, что к крышке могут идти провода. В моем случае нужно было отключить небольшой коннектор, который шел к переключателю, который блокирует батарею.
Видим Wi-Fi модуль, который подключен в порт Mini PCI Express на материнской плате ноутбука.
К самому модулю подключено два проводка. Обычно там один белый, а второй черный. Это Wi-Fi антенны. Нам нужно их отсоединить.
Снимаются они очень просто. Достаточно потянуть их вверх. Можно отверткой аккуратно их снять.
Дальше откручиваем болтик которым зафиксирован Wi-Fi модуль и извлекаем его.
Под самим модулем видим надпись «WLAN» на материнской плате. Чтобы при установке нового не промахнуться 🙂
Вставляем в порт Mini PCIe наш новый беспроводной модуль. Прикручиваем его.
Дальше нужно подключить антенны. Как видите, разъемы под антенны обозначены номерами 1 и 2, треугольниками (один зарисованный, другой нет) и надписями MAIN и AUX. Необходимо подключить антенны так, как они были подключены изначально.
Там такая каша с этими проводами от антенн, обозначениями, вариантами подключения и т. д., что вы себе даже не представляете. Ниже в этой статье я расскажу об это подробнее. По крайней мере постараюсь рассказать 🙂
Я подключил так: черный провод – AUX, белый провод – MAIN. Проблем с сигналом нет. Проверьте, чтобы коннекторы на проводах хорошо зафиксировались. А том могут быть проблемы с сигналом. Не редко ноутбук очень плохо ловит Wi-Fi, или вообще не видит беспроводные сети. Особенно часто это бывает после чистки ноутбука от пыли. Когда плохо, ли неправильно подключают антенны. Или когда перетирается кабель, который идет к антенне. Антенны, как правило, расположены под крышкой экрана.
Все, замена Wi-Fi модуля завершена. Собираем ноутбук в обратном порядке. Проверяйте, все ли подключено и прикручено. Будьте внимательны.
Возможно, после замены модуля понадобится установить драйвера. Об этом я расскажу в конце этой статьи. А сейчас еще раз об антеннах.
Как подключить антенны: AUX и MAIN, черный и белый провод
Решил сделать отделенный раздел, и попробовать разобраться в вопросе подключения Wi-Fi антенн.
Сразу могу дать очень хороший совет. Подключайте так, как было изначально. Если прием будет плохой, или ноутбук вообще не будет видеть Wi-Fi сети, то попробуйте подключить наоборот.
Я подключил провода так же, как это было на заводском адаптере. Но мой ноутбук уже был в ремонте, и не исключено, что провода не были перепутаны местами. После замены модуля у меня значительно увеличился уровень приема Wi-Fi сети. Не знаю с чем это связано. Может раньше был плохой контакт.
Практически всегда в ноутбуке идет два провода к Wi-Fi антеннам. Белый и черный. Бывает, правда, что оба провода одинакового цвета. В таком случае, на них могут быть наклейки.
На самом модуле должна быть маркировка:
Я когда начал в этом разбираться, читать информацию на форумах, других сайтах и на YouTube, то просто был в шоке. Очень много разной информации. Обо всем, но ни о чем конкретно 🙂
Кто-то подключает белый кабель к MAIN, а черный к AUX. Кто-то наоборот. У Васи вообще все работает при любом подключении и хороший прием, а у Пети ноутбук не ловит Wi-Fi, если провода поменять местами. Или скорость плохая. И самое главное, что я нигде не нашел конкретной информации. Даже поддержка компании ASUS не может дать точный ответ, что куда подключать.
Есть мнение, что вторая антенна для Bluetooth, но это не так. Скорее всего две антенны используются для Wi-Fi на скорости 300 Мбит/с и выше. Или для работы теологии MU-MIMO.
Впрочем, нас не должно это волновать. Если уровень сигнала хороший (не хуже чем до замены модуля) и скорость подключения не хуже чем на других устройствах, то вы все подключили правильно. Если после замены показатели сигнала и скорости упали, то разберите ноутбук еще раз и поменяйте провода местами. Мне уже лень было снова разбирать ноутбук, чтобы проверить, на что все таки влияет (и влияет ли вообще) порядок подключения Wi-Fi антенн. Возможно, я все таки это проверю и дополню статью.
Возможные проблемы после установки нового модуля
Как правило, проблема только одна – отсутствие драйверов. В моем случае, Windows 10 сама установила драйвера. На Wi-Fi и на Bluetooth.
Я их потом только обновил, так как на сайте Intel (у меня модуль производства компании Intel) была новая версия драйвера.
А вот в Windows 7 (установлена на этом же ноутбуке, как вторая система) автоматически был установлен только драйвер на Bluetooth. Wi-Fi адаптер отображался как неизвестное устройство «Сетевой контроллер».
Нужно просто скачать и установить необходимый драйвер. Тут два варианта:
В комментариях вы всегда можете задать мне вопрос, или дополнить статью полезной информацией.
Всем привет! Как обещал, сейчас расскажу, как подключить самодельную антенну к ноутбуку для усиления Wi-Fi сигнала. Причем таким способом можно подключать не только самодельную, но и заводскую антенну практически любого производства. Все разъёмы для кабелей и антенн имеют различные модификации, переходники и коннекторы, благодаря этому в наше время можно подключить что угодно к чему угодно, главное знать как. Вот тут нужно проявить смекалку и некоторые навыки в изобретательности. Но даже это в нашем случае не понадобится, все давно придумано и продаётся в магазине.
Как обычно в своих статьях я подробно все описываю с помощью фото, и в этот раз будет так. Главное что нам понадобится, это специальный кабель переходник с мини разъёма на радиокарте ноутбука, на антенный разъём роутера. Такие переходники продаются в любом радиомагазине, я приобрел такую штуку на радиорынке.
Для начала нужно разобрать ноутбук найти в нем радиокарту (wi-fi модуль) и извлечь её. Разбирать ноутбук полностью не надо, достаточно просто открутить крышку на дне, и мы сразу же сможем добраться до самого модуля. Модуль в моём нетбуке «Acer Aspire One 722» крепится одним винтиком.
Не вооруженным глазом видно, что к wi-fi модулю подключены два провода, это две штатные антенны, которые находятся обычно в крышке ноутбука (в районе веб камеры). Антенны «A» и «B», основная и второстепенная, они подключены соответственно к разъёмам «MAIN» и «AUX». Один из этих разъёмов мы и будем использовать для подключения внешней антенны, можно подключить две внешние антенны и использовать оба разъёма. Я обычно использую один разъём второстепенной антенны «AUX».
Адаптер PR-SMA
Таким способом можно подключать практически любую антенну, от всенаправленных, до мощных направленных, такая система всегда будет согласованна, что выравнивает сопротивление на генераторе и потребителе. Волновое сопротивление такой линии всегда должно быть максимально приближенно к 50 Ом.
Любая самодельная Wi-Fi антенна легко подключается данным способом, я например, подключал самодельную фрактальную антенну для Wi-Fi и «Helix», на фото видно подключенную самодельную баночную Wi-Fi антенну, собранную на коннекторе «N-типа».
На этом пожалуй всё. Если есть вопросы или какие-либо предложения по доработке или другом способе усиления wi-fi сигнала на ноутбуке, с удовольствием отвечу на все в комментариях к статье. Так же хочу обратить ваше внимание на небольшое нововведение, на блоге появился форум, который пока находится на стадии запуска, но скоро полноценно начнёт функционировать, там можно будет обсудить все темы сайта. Спасибо за внимание, стабильной вам связи.
Одна антенна – хорошо, а две – лучше
Технология разнесенных в пространстве антенн – лучший способ повышения достоверности передачи сигналов в беспроводных сетях систем безопасности и контроля. Примеры разработок компании Texas Instruments помогут реализовать эту технологию при построении таких сетей на базе беспроводных микроконтроллеров CC13xx/CC26xx.
В системах безопасности, контроля и охраны объектов особое значение имеет надежность и достоверность передачи сигналов тревоги с удаленных датчиков. Беспроводные системы зачастую вынуждены работать в условиях, затрудняющих прием радиосигналов. Охранные датчики иногда приходится размещать в неудачных с точки зрения приема радиосигналов местах, что вызывает особые проблемы при доставке тревожных сообщений.
При передаче радиосигнала от источника к приемнику могут возникать множественные отражения электромагнитных волн от встречающихся на пути их распространения препятствий, будь то стены, потолок, пол внутри помещений или деревья и проходящие по улице люди. В результате на антенну приемника приходят запаздывающие по фазе дополнительные сигналы, которые, складываясь с основным сигналом, могут вызывать его затухание, вплоть до полного пропадания.
Для борьбы с этим явлением используется технология с пространственно разнесенными антеннами (Antenna Diversity). Она позволяет в условиях нестабильного радиоприема повысить надежность радиосвязи и максимизировать для конкретной точки вероятность доставки пакетов данных.
Антенны, разнесенные в пространстве
Для реализации разнесенного приема компания Texas Instruments (TI) предлагает использовать дополнение (патч) к программному обеспечению для беспроводных МК CC13xx/CC26xx. Этот патч обеспечивает поочередное переключение двух антенн в процессе приема и передачи радиосигналов.
Программный алгоритм управления приемом от двух внешних антенн использует внутренний сигнал радиочастотного ядра (RFC_SMI_CL_OUT), который может быть направлен внутри чипа CC13xx на любой доступный цифровой вход/выход (DIO). Этот сигнал управляет внешней микросхемой высокочастного коммутатора, который поочередно подключает одну или другую антенну.
Алгоритм действий основан на оценке качества принимаемого сигнала в сравнении с заданным уровнем – порогом качества преамбулы (Preamble Quality Threshold – PQT). Под преамбулой понимается заголовок пакета в виде последовательности нулей и единиц, Преамбула передается перед полезными данными пакета и имеет длительность от одного до нескольких десятков байт.
Переключение приемных антенн работает следующим образом: если преамбула не обнаружена с помощью первой антенны, происходит переключение внешнего коммутатора и повторный старт процедуры приема с помощью второй антенны. При обнаружении заголовка алгоритм переключает коммутатор и проверяет прием заголовка другой антенной. Если заголовки принимаются обеими антеннами, то выбирается антенна с более высоким уровнем сигнала (RSSI) и затем начинается поиск слова синхронизации. Если окажется, что преамбула принимается лишь с одной антенны – коммутатор переключается на нее и начинается процесс синхронизации. На рисунке 1 показана диаграмма последовательности состояний в этом процессе.
Рис. 1. Блок-схема работы разнесенных антенн
Для повышения надежности обнаружения преамбулы может быть использован опциональный дополнительный контроль уровня несущей. Эта функция может быть включена или выключена программно.
Если питание радиоядра не отключалось, то последняя используемая антенна будет автоматически использоваться при переходе в режим передачи. Это условие гарантирует передачу подтверждения с той же самой антенны, с помощью которой был принят последний пакет.
Автоматическая регулировка усиления
Алгоритм разнесенных антенн использует отдельную автоматическую регулировку усиления (АРУ) (Automatic Gain Control – AGC) (ANT_DIV AGC). Эта АРУ не используется при поиске заголовка. АРУ выполняет регулировку усиления тракта ВЧ только в процессе синхронизации (рисунок 1), а затем использует индикатор мощности принятого сигнала (RSSI) от выбранной антенны для расчета оптимального коэффициента усиления по ВЧ.
Изменить уровень сигнала, с которого АРУ начинает уменьшать усиление, можно путем программирования опорного уровня АРУ RSSI (AgcRssiRef) (таблица 1).
Таблица 1. Регистры конфигурации
| Регистр | Биты | Обозначение | Описание | По умолчанию |
| 0x4004 52B0 | 15…8 | PreTimeout | PreTimeout_bits = PreTimeout + 8 | 0x02 |
| 7…0 | SyncTimeout | SyncTimeout_bits = SyncBits + PreamBits + SyncTimeout – 31 | 0x18 | |
| 0x4004 52B4 | 15 | NA | Не используется | 0x00 |
| 14 | CsQual | Контроль уровня несущей заголовка | 0x01 | |
| 13…12 | NA | Не используется | 0x00 | |
| 11…8 | PreLen | Количество бит заголовка для корреляции: PreLen_bits = PreLen + 1 | 0x07 | |
| 7…0 | PreThr | Порог корреляции заголовка | 0x0B | |
| 0x4004 6088 | 15…0 | AgcRssiRef | Опорный уровень АРУ RSSI для регулировки усиления: AgcRssiRef_dBm = AgcRssiRef – 216 [dBm] | 0xFFA6 |
| 0x4004 6090 | 15…8 | Reserved | Резерв | 0x0A |
| 7…0 | CS_THR | Порог контроля несущей: CS_THR_dBm = CS_THR – 256 [dBm] | 0x91 |
Система АРУ использует уровни измеренного и запрограммированного опорного RSSI для вычисления AGC_ERROR и оптимального уровня усиления, как показано в уравнении 1.
Ограничения на формат пакета
Алгоритм разнесенных антенн обеспечивает расширенные возможности в отношении скорости передачи данных, но имеет ограничение, связанное с минимальной длиной заголовка. Уравнение 2 показывает расчет минимальной длины заголовка.
В наихудшем случае уровень принимаемого сигнала находится вблизи порога чувствительности.
Например, если первая антенна пропускает ожидаемую преамбулу, и уровень сигнала оказывается слишком низким для приема на вторую антенну, то на это уходит два временных интервала. Затем приемник обнаруживает преамбулу, после чего необходимо опять проверить прием со второй антенны. Данный случай с потерей четырех временных слотов является наихудшим вариантом. Кроме того, необходимо учесть и внутреннюю аппаратную задержку на обработку и переключение режимов в самом чипе.
Таким образом, для установки по умолчанию с PreTimeout = 10 символов, минимальная длина заголовка составит 6 байт.
Настройка регистров
Для настройки регистров используется программа SmartRF Studio. Однако при использовании патча (antenna diversity patch) необходимо удалить из Studio Code Export три регистра и один добавить. Удаляются регистры HW_REG_OVERRIDE(0x6084, 0xXXXX), HW_REG_OVERRIDE(0x6088, 0xXXXX) и HW_REG_OVERRIDE(0x608C, 0xXXXX). Добавляется регистр MCE_RFE_OVERRIDE (1, 0, 0, 1, 0, 0).
Регистры конфигурации
В патче для разнесенных антенн доступны следующие регистры конфигурации (таблица 1).
Содержимое регистров можно изменить с помощью специальной функции By static overrides в следующем формате: HW_REG_OVERRIDE(0xXXXX, 0xYYYY),
Регистры статуса
В патче для разнесенных антенн доступны перечисленные в таблице 2 регистры статуса.
Таблица 2. Регистры статуса
| Регистр | Биты | Обозначение | Описание | По умолчанию |
| 0x4004 5178 | 15…0 | AntSelect | Выбор антенны TX и RX: 0 – Антенна 0;1 – Антенна 1 | 0x00 |
| 0x4004 517C | 15…8 | RSSI1 | RSSI антенны 1 | 0x00 |
| 7…0 | RSSI0 | RSSI антенны 0 | 0x00 | |
| 0x4004 51C8 | 11…0 | AntSelect0Cnt | Счетчик выбранной антенны 0 | 0x00 |
| 0x4004 51CC | 11…0 | AntSelect1Cnt | Счетчик выбранной антенны 1 | 0x00 |
В режиме TX AntSelect выбирает антенну, которая использована для передачи. Регистры конфигурации не запоминаются, поэтому после отключения и повторного включения питания РЧ-ядра необходимо обновлять регистр AntSelect. Процессор ARM Cortex-M3 должен прочитать и запомнить значение регистра перед выключением питания РЧ-ядра для того чтобы записать его снова перед переходом в режим TX.
Регистры могут быть прочитаны посредством команды CMD_READ_RFREG и переопределены с помощью команды CMD_PROP_RADIO_DIV_SETUP.
Пример программы
Использование патча прозрачно для пользовательского приложения при корректных настройках и применении для управления антенным ключом сигнала RFC_SMI_CL_OUT на одном из цифровых выводов процессора.
Пример простого приложения приема пакетов rfPacketRX доступен после загрузки операционной системы TI-RTOS для CC13xx и CC26xx. После загрузки и установки TI-RTOS в папку по умолчанию C:\ti\tirtos_cc13xx_cc26xx_x_xx_xx_xx\docs вы найдете там, собственно, примеры приложений для разных сред разработки и руководство Getting_Started_Guide_cc13xx_cc26xx. Чтобы использовать пример rfPacketRX в режиме работы с разнесенными антеннами, необходимо выполнить следующие шаги.
Патчи rf_patch_mce_genfsk_ant_div_pqt.h и rf_patch_rfe_genfsk_ant_div.h должны быть сохранены в той же самой папке, где находится smartrf_settings.c.
#define IOC_PORT_RFC_SMI_CL_OUT 0x37
#define ANTENNA_SELECT IOID_X//Added if the switch requires two control signals
#define ANTENNA_SELECT_INV IOID_Y
PINCC26XX_setMux(pinHandle, PIN_ID(ANTENNA_SELECT), PINCC26XX_MUX_RFC_SMI_CL_OUT);
PINCC26XX_setMux(pinHandle, PIN_ID(ANTENNA_SELECT_INV), PINCC26XX_MUX_RFC_SMI_CL_OUT);
Они позволяют вывести сигнал RFC_SMI_CL_OUT на предусмотренные цифровые выводы контроллера (ANTENNA_SELECT и ANTENNA_SELECT_INV).
Использованный для передачи экран SmartRF Studio с настройкой 50 кбит/c и длиной заголовка в 6 байт представлен на рисунке 2.
Рис. 2. Настройка SmartRF Studio для передачи
При тестировании разнесенных антенн использовались следующие параметры:
Чувствительность
Частота пакетных ошибок (PER) в зависимости от уровня входной мощности
На рисунке 3 представлена зависимость PER от входного уровня при 6-битном заголовке и с аттенюатором в 6 дБ на антенне.
На рисунке 4 представлена зависимость PER от входного уровня при 8-битном заголовке и с аттенюатором в 6 дБ на антенне.
 |  |
| Рис. 3. Зависимость PER от уровня входного сигнала при 6-битном заголовке | Рис. 4. Зависимость PER от уровня входного сигнала при 8-битном заголовке |
Результаты тестирования антенн
Использованный комплект оборудования позволил оценить надежность приема от двух разнесенных антенн в сравнении с одиночными антеннами в одно и то же время в аналогичных условиях затухания сигнала.
В процессе тестирования использовались:
Все три приемника находились в режиме приема в одно и то же время. На рисунке 5 представлена блок-схема комплекта тестового оборудования.
Рис. 5. Блок-схема комплекта для тестирования разнесенных антенн
Одно устройство СС1310ЕМ используется в качестве передатчика. Два приемника СС1310ЕМ подключены к ANT1 и ANT2 напрямую, через соответствующий сплиттер, а третий – к обеим антеннам через коммутатор и сплиттеры. Он использует в работе патч разнесенных антенн (DIV).
Штыревые антенны были размещены под прямым углом друг к другу. Точки подключения антенн размещены на расстоянии в четверть волны друг от друга (рисунок 6).
Рис. 6. Комплект разнесенных антенн
Для выбора соотвествующей антенны через коммутатор используются сигналы, формируемые на двух цифровых выходах CC1310.
Настройка ПО
Для работы патча разнесенных антенн в составе тестового комплекта нужно модифицировать пример rfPacketRx как описано выше. Кроме того, нужно сделать проверку в функции обратного вызова после процедуры приема,, чтобы определить, от какой именно антенны был получен пакет. Эта проверка происходит при чтении AntSelect из регистра 0x4004 5178 (таблица 2).
Для чтения регистра и отслеживания количества пакетов, принятых от каждой антенны, был использован следующий код:
RF_Stat status = RF_runImmediateCmd(rfHandle, (uint32_t*)&RF_cmdReadRfRegAntenna); if (((uint8_t)(RF_cmdReadRfRegAntenna.value)) & 0x01)
//RF_cmdReadRfRegAntenna was configured as follows: rfc_CMD_READ_RFREG_t RF_cmdReadRfRegAntenna =
Antselect читается вместо Antselect0Cnt и Antselect1Cnt, потому что во время тестирования мы заинтересованы только в выбранной антенне для принятых пакетов (AntSelect0Cnt и AntSelect1Cnt будет включать выбор антенны в тех случаях, когда пакеты отбрасываются из-за ошибок CRC).
Тест 1
В таблице 3 представлены пакетные ошибки приемников при использовании разных антенн в тесте 1.
Таблица 3. PER для использующих разные антенны приемников в тесте 1
| Антенна | Принятые пакеты | Переданные пакеты | PER, % |
| ANT1 | 2647 | 3000 | 11,8 |
| ANT2 | 2078 | 3000 | 30,7 |
| DIV | 2672 | 3000 | 10,9 |
Использующий две антенны (DIV) и подключенный к ANT1 приемники имели примерно одинаковую частоту ошибочно принятых пакетов. У подключенного к ANT2 приемника параметр PER был выше.
Тест 2
Условия в тесте 2 отличались лишь тем, что плата с антеннами была повернута на 90°. Cоотвествующий этому случаю параметр PER представлен в таблице 4.
Таблица 4. PER для использующих разные антенны приемников в тесте 2
| Антенна | Принятые пакеты | Переданные пакеты | PER, % |
| ANT1 | 632 | 3000 | 78,9 |
| ANT2 | 2696 | 3000 | 10,1 |
| DIV | 2751 | 3000 | 8,3 |
Использующий технологию разнесенных антенн приемник, а также подключенный ко 2-й антенне приемник имели почти одинаковые значения PER. Тогда как у подключенного к 1-й антенне приемника PER значительно вырос.
Тест 3
В тесте 3 использованы условия предыдущего теста, но передатчик работает с тремя разными уровнями выходной мощности. С увеличением излучаемой антенной мощности PER приемников с одиночными антеннами приближается к величине PER приемника, использующего технологию двух разнесенных антенн. В таблице 5 представлены PER для теста 3.
Таблица 5. PER для использующих разные антенны приемников в тесте 3
| Антенна | Выходная мощность, дБм | Принятые пакеты | Переданные пакеты | PER, % |
| ANT1 | -46 | 632 | 3000 | 78,9 |
| -42 | 1551 | 2000 | 22,5 | |
| -38 | 1971 | 2000 | 1,5 | |
| ANT2 | -46 | 2696 | 3000 | 10,1 |
| -42 | 1900 | 2000 | 5 | |
| -38 | 1983 | 2000 | 0,8 | |
| DIV | -46 | 2751 | 3000 | 8,3 |
| -42 | 1944 | 2000 | 2,8 | |
| -38 | 1999 | 2000 | 0 |
Тест 4
В 4-м тесте плата приемников была жестко закреплена, а плата передатчика перемещалась в пределах офиса. В таблице 6 представлены PER для теста 4.
Таблица 6. PER для использующих разные антенны приемников в тесте 4
| Антенна | Принятые пакеты | Переданные пакеты | PER, % |
| ANT1 | 2055 | 3000 | 31,5 |
| ANT2 | 2114 | 3000 | 29,5 |
| DIV | 2403 | 3000 | 19,9 |
Использующий две антенны приемник (DIV) и в этом случае имеет меньшую PER в сравненеии с приемниками, испольющими одиночные антенны.
Антенны CC-Antenna-DK2
Упростить выбор подходящей антенны и оценить ее эффективность позволяет выпускаемый компанией TI комплект CC-Antenna-DK2 (рисунок 7). Печатная плата размером с лист формата A4 содержит 16 отдельных плат, 13 антенн и 3 платы для калибровки. Антенны распределены по рабочим частотам 169, 433, 868 МГц и 2,44 ГГц и настроены индивидуально.
Рис. 7. Плата CC-Antenna-DK2
Плата №5: разнесенные антенны на 2,4 ГГц
Плата №8: разнесенные антенны на 868/915/920 МГц
 |  |
| Рис. 8. Плата №5: разнесенные антенны 2,4 ГГц | Рис. 9. Плата №8: разнесенные антенны 868/915/920 МГц |
Разнесенные антенны №5 и №8 имеют главное преимущество для приема электромагнитного сигнала в среде с многолучевым распространением, где возможен провал до 15 дБ в пределах квадратного метра площади. Предел чувствительности, указанный в технических характеристиках, будет уменьшен на величину, определяемую размером затухания при многолучевом распространении сигнала.
Разнесенные антенны не приведут к повышению абсолютного уровня чувствительности радиоприема, но повысят чувствительность при попадании устройства в зону замирания радиосигнала при многолучевом распространении.
Беспроводные МК CC13XX/CC26XX
Компания Texas Instruments выпускает беспроводные МК CC13xx/CC26xx на базе платформы SimpleLink (рисунок 10). Они включают вычислительное ядро Cortex-M3, универсальный приемопередатчик для диапазонов 433/868/2400 МГц и энергоэкономичный контроллер для работы с датчиками.
Рис. 10. Блок-схема CC26xx и CC13xx
Мощный процессор и программно-конфигурируемый радиомодуль впервые позволили создать универсальную микросхему с поддержкой ZigBee, Bluetooth Low Energy, 6LoWPAN, RF4CE и других сетевых протоколов. В то же время приемопередатчик в составе CC13xx/CC26xx способен обмениваться пакетами данных в режиме “Proprietary” как с другими трансиверами TI (CC110L, CC1120, CC430, CC25xx и другими), так и с радиочастотными микросхемами других производителей.
МК CC13XX/CC26XX позволяют создавать беспроводные устройства с чрезвычайно низким потреблением тока – 6,2 мА в режиме приема, 0,95 мА в режиме Sniff, и 6,1 мА в режиме передачи при выходной мощности 0 дБм.
Основные преимущества беспроводных МК CC13xx/CC26xx:
Отличающиеся сверхмалым потреблением энергии беспроводные МК семейств CC26xx и CC13xx на базе платформы SimpleLink наилучшим образом подходят для использования в системах безопасности также благодаря универсальности и поддержке целого ряда стандартов и протоколов беспроводной связи. Они легко найдут применение в домашней электронике, аксессуарах для мобильной связи, устройствах для спорта и фитнеса, в медицинских приборах и многих других приложениях.
Заключение
В обширном ассортименте продукции компании TI предусмотрены все аппаратные и программные компоненты, необходимые для создания высоконадежных сетей. В условиях, затрудняющих распространение радиоволн, технология разнесенных антенн позволяет повысить достоверность принимаемых пакетов данных.
Результаты измерений, выполненных с использованием приемников на базе CC13xxEM, свидетельствуют об эффективности использования методики разнесенных антенн.
