Усилители для сотовой связи: классификация, выбор и установка

Усиление сотовой связи

В местах, где сигнал сотовой связи недостаточный можно использовать специальное усиливающее оборудование – репитер. Рассмотрим виды усилителей в зависимости от характеристик, особенности их выбора и монтажа.

Виды усилителей

По виду работы усилительное оборудование бывает активным и пассивным. Пассивным считается антенна (внутренняя или внешняя). С ее помощью можно усилить сигнал 3G/4G интернета. А обеспечить голосовую связь можно через специальное мобильное приложение, такое как Viber, Skype и так далее.

Перед выбором усилителя необходимо изучить радиообстановку местности. Сделать это можно как собственными силами, так и воспользовавшись услугами специалистов, которые приедут и определят частоту работы операторов связи. Самостоятельно определить частоту можно с помощью телефона.

После определения частоты работы сотовых операторов, необходимо определиться с площадь покрытия. То есть необходимо сравнить характеристики рассматриваемого усилителя с площадью, которую хотите покрыть стабильным сигналом. В основном усилительное оборудование по площади покрытия делится на категории до 100 кв. м., от 100 до 300 кв. м., от 300 до 1000 кв. м. и так далее. Естественно, стоимость устройства, покрывающего большую площадь, буде выше того, которое характеризуется небольшой зоной покрытия.

В зависимости от мощности, усилители делятся на такие модели: с мощностью 10, 100, 320 мВт, а также 1 Вт, 2 Вт и более. Этот показатель необходим для определения количества антенн, расположенных внутри помещения с целью обеспечения покрытия нужной площади. К примеру, с применением усилителя мощностью 10 мВт можно использовать лишь 1 антенну, а если устройство обладает мощностью 100 мВт, то количество внутренних антенн может быть увеличено до 5.

Разновидности схем подключения

Самой простой считается схема, состоящая из антенны и 4G модема, который подсоединяется к ПК или ноутбуку. Это идеальный вариант для тех, кто имеет одно рабочее место, где используется интернет.

Если добавить к этой схеме еще и Wi-Fi роутер, то интернетом можно пользоваться с любой точки помещения, так как нет привязки к модему по кабелю. С такой схемой подключения использовать интернет соединение может сразу несколько человек с разных устройств.

Но самым оптимальным вариантом считается устройство, являющееся одновременно 4G модемом и роутером. Работа такого оборудования отличается стабильностью сигнала. SMA разъёмы здесь прочные, чего нельзя сказать про обычные модемы.

Антенна, в которую встроен модем и роутер

Недостатком антенны со встроенным модемом является то, что рабочий диапазон таких устройств составляет от 0 до + 40 градусов Цельсия. Но в жаркую летнюю погоду температура внутри герметичного корпуса доходит до 70 градусов, из-за чего оборудование быстро выходит из строя.

Внешний роутер

Состоит из корпуса, внутри которого располагается роутер с LTE модулем. Может работать при температуре окружающей среды от – 40 до +70 градусов Цельсия, поэтому устройство идеально подходит для нашего климата.

Для подсоединения можно взять стандартный компьютерный кабель (витая пара). Но важно, чтобы его длина не была более 80 м. Устройство получает питание и раздает интернет по одному кабелю с помощью технологии PoE.

Весьма популярными являются роутеры RF-Link, R 850 и R832. Последний можно использовать на любом расстоянии от города.

Особенности выбора антенны

Внешняя антенна должна быть установлена на крыше здания или на его фасаде, она предназначается для приема сигнала из базовой вышки, с целью передачи его на усилитель для последующей обработки. Внешняя антенна должна поддерживать частоты выбранного оператора связи. Например, невозможно совместить репитер GSM сигнала на 900 МHz и антенну, поддерживающую частоту 1800 МHz. То же самое касается и внутренних антенн.

Виды внешних антенн:

  • однодиапазонная (это самая недорогая антенна, которая характеризуется узкой направленностью действия);
  • логопериоди ческая (обладает меньшими габаритами и меньшим КУ, но отличается широким диапазоном частот);
  • коллинеарная (имеет небольшой КУ, характеризуется круговой диаграммой направленности);
  • секторная (панельная) – самая дорогая из рассматриваемых, обладает компактными размерами и может иметь разные диаграммы направленности.

Место установки антенны оказывается самое важное влияние на качество сигнала. Например, если в помещении сигнала нет, а на улице он хороший, то внешнюю антенну следует расположить за окном или прикрепить ее на фасад дома. Если же сигнала нет как в помещении, так и на улице, то устанавливать антенну нужно на крыше дома или на специальной мачте. Видимость по отношению к вышке оператора сотовой связи должна быть максимальной.

Использование нескольких приёмников на устройстве абонента и вышки оператора – это MIMO технология, которая обеспечивает высокую скорость отдачи и скачивания (100% и 30% соответственно). Чтобы использовать эту технологию на основе роутера, расположенного внутри помещения, понадобится подсоединить к антенне 2 кабеля.

Практически это позволяет увеличить скорость скачивания на 1/3. Но это возможно не в каждом случае, так как скорость ограничивается пропускной способностью вышки сотового оператора. Более важным является увеличение скорости отдачи до 100%, которое почти гарантировано.

Применение MIMO технологии будет рациональным тогда, когда есть необходимость в загрузке большого количества данных. К примеру, если необходимо подключиться к системе удаленного видеонаблюдения, или если нужно проводить конференции по сети. Но для того чтобы просто посмотреть погоду, почитать новости или посетить социальную сеть, приобретать устройства, поддерживающие эту технологию связи, не стоит.

Рабочий диапазон частоты антенны

Сотовые операторы нашей страны сейчас работают на основе 5 диапазонов частот от 800 до 2600 МГц. Ранее 3G антенна эксплуатировалась по диапазону 2100 МГц, а 4G – по 2600МГц. Но на данный момент все сложнее, так как один диапазон частот может отвечать сразу за 2 стандарта связи. А новый стандарт 4G может быть во всех частотных диапазонах.

Практика показывает, часто хватает мультидиапазонной антенны, охватывающей от 3 до диапазонов. Но у нее КУ немного меньше, чем у антенны с одним диапазоном. Хотя это не проблема, так как:

  1. Уровень сигнала зависит в основном не от этого коэффициента, а от места расположения антенны, где сигнал более стабильный.
  2. На скорость интернета влияет качество сигнала, а не мощность оборудования. Качеством сигнала принято считать соотношение сигнала к шуму. То есть это показатель того, насколько точно антенна направлена на базовую станцию. Работа интернета также зависит от того, как высоко находится антенна. Чем антенна выше – тем интернет будет лучше.

Антенна, ориентированная на работу в нескольких диапазонах, имеет еще одно важное преимущество – она складывает частоты по стандарту 4G/LTE, то есть это значит, что скорости интернета складываются в одну. К примеру, оборудование, которое поддерживает LTE cat.6, может работать с частотой 800+1800 МГц или 1800+2600 МГц, поэтому скорость интернета возрастает. Большинство новых роутеров, относящихся к стационарному типу, поддерживают LTE cat.6.

Если необходимо обеспечить интернет связь на местности, сильно отдаленной от цивилизации, то с помощью мобильного телефона можно проверить уровень сигнала и сделать простые измерения для выбора антенны. Диапазон можно узнать с помощью телефона на ОС Android (если версия операционной системы не ниже 7.0) или IPhone. Измерять сигнал можно сети GSM, 3G или 4G. Рекомендуется делать измерения с крыши дома (там, где телефон отобразит наличие сигнала 3G, H, H+, 4G или LTE).

Правильное расположение антенны

Создана специальная диаграмма, с помощью которой отображено, как КУ зависит от направления антенны. Рассмотрим диаграмму направленности антенны на примере. Возьмем коэффициент усиления 16 дБ:

Диаграмма показывает, что в случае отклонения антенны от базовой станции оператора на 30%, коэффициент усиления уменьшается до 8 дБ. Значение коэффициента будет еще меньше, если угол отклонения от направления вышки будет 25 градусов (тогда он составит всего лишь 2 дБ).

Ширина диаграммы зависит от КУ: чем он больше, тем диаграмма уже. Поэтому при покупке антенны с КУ от 15 дБ, направить ее точно в сторону вышки очень трудно. Поэтому выбирать оборудование, отталкиваясь только от коэффициента усиления сигнала, не стоит, так как скорость зависит не от него, как и говорилось ранее.

Антенна, характеризующаяся широкой диаграммой, лучше будет принимать сигнал, который отражается от местного рельефа. Известно, что стоимость антенны с большим коэффициентом усиления выше, хоть он совсем не влияет на себестоимость оборудования, поэтому переплачивать не обязательно.

Как направить усилитель

Главная задача заключается в обеспечении оптимальной скорости интернета. Поэтому позиционировать антенную нужно так, чтобы мощность сигнала была наилучшей. Для настройки антенны можно воспользоваться сервисом www.speedtest.net. Крутить антенну необходимо поэтапно с шагом 20 градусов пока не попадется направление, дающее максимальную скорость интернета.

Важно: если вы приобрели антенну, обладающую высоким коэффициентом усиления, то при ее настройке следует выбрать меньший шаг.

Рассмотрим вариант неэффективного решения с антенной пассивного типа:

Вот так работать будет лучше:

Тем, кто хочет настроить скоростной интернет за городом, рекомендуется установить 4G роутер на втором этаже загородного дома или дачи, желательно на подоконнике. В таком случае есть вероятность, что усилитель вовсе не понадобится.

Самый лучший способ усиления 3G и 4G сигнала

Примеры неэффективной установки из интернета:

Если отсоединить модем от кабеля, то эффект будет лучше.
Если поставить роутер и 4G модем на подоконник, то антенна не понадобится.

Выводы:

  • лучше, когда антенна работает на всех диапазонах частот;
  • установка антенны должны быть на достаточной высоте (некоторые боятся попадания молнии в антенну, но статистика показывает, что в нашей стране она бьет 2 раза за год на территории 1 квадратного километра, поэтому опасаться не стоит);
  • если коаксиальная трасса будет 10 метров или больше, то понадобится кабель толщиной не менее 7 мм.

Активные усилители

Активные усилители по-другому называются репитерами или ретрансляторами. Эти устройства являются двусторонними, то есть они принимают сигнал и передают его. Репитер является самым важным звеном в системе усиления связи. Комплект усилительного оборудования включает в себя непосредственно репитер и 2 антенны. Также в комплект входят кабеля, разветвители и разъемы.

Внешнюю антенну еще называют донорной. Ее установка осуществляется снаружи здания на большой высоте (например, на крыше дома или дачи). Задача этой антенны заключается в приеме сигнала с вышки оператора.

Внутренняя антенна носит название абонентской, она располагается внутри помещения и в ее задачу входит раздача сигнала телефонам, планшетам, модемам и прочим устройствам.

Посмотреть схему подключения активного усилителя (репитера) можно на рисунке:

 

Сейчас рынок заполнен множеством моделей усилительного оборудования, предназначенного для улучшения связи и интернета на даче, расположенной практически на любом расстоянии от города.

Установка усилителя на даче

Сигнал был слабым, поэтому было принято решение установить внешнюю антенну как можно выше.

 

Здесь качество сигнала было хорошим, поэтому не было необходимости в расположении антенны на большой высоте.

 

 

Антенна, установленная внутри помещения.

 

Двухдиапазонный усилитель.

 

Дисплей усилителя.

 

Промышленный усилитель, характеризующийся повышенной надежностью.

 

Здесь с помощью кабеля внутренняя антенна была опущена через систему вентиляции.

 

Внутренняя антенна.

Применение усилителей за городом

Располагать внутреннюю антенну необходимо вдали от внешней, так как в случае их близкой установки будет происходить самовозбуждение усилителя. То есть внешняя антенна вместо сигнала, идущего от вышки оператора связи, будет принимать свой усиленный сигнал, который она же и раздает.

Установка усилителя в офисе

Если необходимо обеспечить качественный сигнал в офисе, то стоит знать, что принцип установки оборудования тот же, что и на даче, но только внешнюю антенну крепят на фасад офисного здания.

Рассмотрим несколько фотографий установки усилителей в различных условиях.


Усилитель для офиса площадью 600 кв.м.


Офисный усилитель сигнала 3G/4G, предназначенный для площади 450 кв.м.


Усилитель небольшой мощности 3G для обеспечения сигналом офиса, площадью 120 кв.м.


Внешняя антенна на офисном здании.
Обеспечение качественной голосовой мобильной связи и интернета в офисных помещениях
На рисунке ниже показаны варианты правильного и неправильного монтажа усилителей для офиса:

Очень важно соблюсти необходимое расстояние между антеннами. Например, если в одном помещении нужно улучшить сигнал и была установлена внутренняя антенна, то за окном этого помещения устанавливать внешний усилитель (антенну) уже нельзя. Придется установить внешнюю антенну с другой стороны здания или в любом другом месте, отдаленном от внутренней антенны.

В городских условиях при возникновении необходимости в улучшении сигнала не рекомендуется покупать бюджетные усилители, так как зачастую они характеризуются выдачей помех на станции сотовых операторов, расположенных поблизости. В таком случае оператор может даже оштрафовать владельца дома, который пользуется усилителем, создающим помехи при работе станции.

Если самостоятельная настройка и монтаж усилительного оборудования вызывает трудности, то лучше воспользоваться услугами специалистов, которые используют при настройке анализатор спектра, а также могут проконсультировать по возникшим вопросам.

Усилители сигнала беспроводного типа

Такие устройства понадобятся в случае, когда необходимо усилить сигнал связи, но уже сделан дорогой ремонт и нет возможности в прокладке кабелей. Главное преимущество такого усилителя в том, что он не имеет кабельного соединения. Но минусов у данного устройства больше:

  • усилитель может работать с сигналом только одного оператора (оператора можно выбрать);
  • не подходит для условий загородной местности, так как может обеспечить качественную сеть только в городе (и то если у окна квартиры или дома хороший сигнал);
  • площадь покрытия не более 1-2 комнат;
  • очень высокая стоимость (от 60 тысяч рублей, что является весьма дорогим решением для покрытия сетью одного небольшого помещения).

Усилительное оборудование, используемое в ТЦ и бизнес-центрах

Самостоятельная установка таких устройств невозможна, ее должны выполнять только специалисты.

Усилительные установки на больших объектах:

Усилитель для бизнес-центра площадью 63 000 кв. м.

Усилитель для офиса площадью 14 тыс. кв.м., работает с сетью связи GSM/3G/4G.

Усилители оптического типа

В оптическую систему зачастую входит пара блоков – главный и удаленный. Они соединены между собой с помощью оптического кабеля. Применение такого усилительного оборудования будет рациональным для передачи сигнала на большие расстояния (до 20 км). Иногда рекомендуется применять несколько блоков удаленного типа.

Фемтосота от оператора Мегафон

Фемтосотой называется Wi-Fi роутер, который раздает сигнал только своего оператора. Для питания устройства понадобится розетка на 220В и доступ к интернету. Площадь покрытия соответствует радиусу действия обычного Wi-Fi роутера.

Преимущество устройства в том, что оно может использоваться абсолютно на любой местности, главное, чтобы был доступ к интернету и электричество. Фемтосота отлично работает даже с помощью спутникового интернета.

Недостатки:

  • в условиях городской среды устройство работает плохо, так как ему мешает сигнал от базовых станций операторов (телефон будет постоянно переключаться на сигнал сторонних вышек, даже если он будет слабый);
  • небольшая площадь покрытия для офисов и коттеджей из-за наличия перегородок (зачастую не более 100-300 кв. м.)
  • высокая цена.

 

Коаксиальный кабель

В комплект усилительного оборудования кроме антенн и репитера также входит коаксиальный кабель. Он применяется при усилении сигнала в GSM системах. Не рекомендуется использовать обычный телевизионный кабель, так как он не может обеспечить минимальный показатель затухания сигнала в момент его прохождения по кабелю. Некоторые используют телевизионные кабели RG6 или RG11, обладающие сопротивлением 75 Ом, но этого делать не стоит, так как в данном случае волновое сопротивление соответствовать не будет. Необходимо использовать коаксиальный кабель, сопротивление которого составляет 50 Ом.

Делитель мощности

По-другому это устройство называют разветвителем (сплитером). Его главная задача заключается в том, что поделить сигнал в большом частотном диапазоне. Потребуется такое устройство при создании сложной системы усиления связи.

Разъемы

С первого взгляда это самый небольшой элемент в комплекте усилительного оборудования, но он также важен. Довольно часто после подключения системы усиления все может резко перестать работать из-за неправильно спаянных или собранных разъемов. Поэтому подбирать их стоит также тщательно.