Как выбрать усилитель сотовой связи

Как поделены частотные диапазоны у российских операторов

Чтобы улучшить связь 3G и 4G, абоненты применяют разные решения: от металлических банок до технически сложных комплектов усиления стоимостью в десятки и сотни тысяч рублей. Что характерно, не всегда дорогостоящий усилитель оказывается достаточно эффективным, особенно если его неправильно выбрать.

Многих покупателей пугают многочисленные обозначения стандартов и радиочастот, а некоторые думают, что чем выше указано значение, тем больше стандартов и операторов поддерживает усилитель.

Это далеко не так — вот список стандартов связи и частот, на которых они работают в России:

• 2G (900/1800 МГц). На нём реализованы голосовые вызовы и обмен данными GPRS.
• 3G (900/ 2100 МГц). Также предназначен для голосовых вызовов и скоростного интернета.
• 4G (450/800/1800/2600 МГц). Обеспечивает широкополосный доступ в сеть (LTE) и, с некоторыми ограничениями и не везде, — голосовую связь VoLTE. LTE в России доступно на частоте 900 МГц, также у операторов связи уже есть лицензия на диапазон 2100 МГц, а 4G-инфраструктура в стране усиленно развивается.

За пределами городской черты и в малонаселённых пунктах с небольшой абонентской нагрузкой операторы обычно используют частоту 900 МГц, учитывая её «дальнобойность». В городах обычно активны частоты, выделенные для стандартов GSM900/1800, 3G и 4G.

При выборе параметров усилителя нужно руководствоваться следующим:

• Поскольку за городом ретрансляторы настроены обычно на 900 МГц, то и усилители нужны, поддерживающие стандарт GSM900.
• В городской черте лучшим выбором станут усилители для диапазонов 2100 и 1800 МГц.

Мобильные абонентские устройства всегда стремятся выбирать наивысшую частоту из доступных. Например, если в выбранной области присутствует связь 3G на 900 и 2100 МГц, то он подключится к 3G-2100. Выбирая усилители, обязательно ориентируйтесь на значения верхних рабочих частот нужного стандарта связи.

Важно! Бюджетные усилители улучшают качество приёма не всего стандарта связи, а только отдельной частоты, которую они поддерживают. Если необходимо качественное усиление связи в нескольких диапазонах, то потребуются многодиапазонные усилители. Чтобы не ошибиться при выборе, необходимо провести замеры изначального сигнала «на месте».

Что означает шкала связи на экране телефона

Пользователи мобильных гаджетов часто ошибочно думают, что столбик в углу экрана показывает силу сигнала, получаемого от вышки оператора. Это не совсем так — шкала отображает два параметра:

• Силу сигнала — уровень радиосигнала, принимаемого антенной устройства от близлежащей вышки, измеряемый в дБм.
• Качество сигнала — соотношение «чистого» радиосигнала к эфирным шумам и радиопомехам, принимаемым антенной вместе с основным радиосигналом и измеряемым в дБ.

Даже при сильном сигнале, но его низком качестве, шкала будет неполной. Это важно учитывать, так как в дальнейшем это понадобится для правильного выбора и установки усилителя.

Стандарт 4G LTE, используемый в России для широкополосного интернет-подключения и голосовой связи, имеет собственное определение силы и качества принимаемого радиосигнала — «RSRP» и «SINR»:

• Когда значение RSRP составляет от -70 дБм и выше, его относят к сильным. Когда он находится на уровне -100 дБм и ниже, то к слабым.
• При SINR, превышающем 10 дБ, сигнал относят к хорошему, так как соотношение «сигнал/шум» высокое. Если SINR меньше 5 дБ, то такой сигнал с помехами, в результате неизбежны обрывы связи и низкая скорость интернета.

Перед выбором и монтажом комплекта для усиления нужно знать, по каким именно причинам радиосигнал с вышки нестабильный, чтобы принять эффективное решение по их нивелированию.

Что влияет на силу и качество сигнала операторов

Можно выделить четыре главных причины, почему мобильный сигнал бывает слабым, либо пропадает совсем:

• Помехи и наводки от близкорасположенных радиовышек (Inter-cell Interference или межсотовая интерференция). В современных мобильных сетях и стандартах, например, 4G LTE, используется одна частота полос на всех мачтах-ретрансляторах. Это упрощает задачу переключения абонентских устройств между разными вышками, но вызывает другую проблему: если телефон находится в зоне покрытия двух и более мачт с приблизительно равной силой сигнала, то подключится он только к одной вышке. Радиосигнал от остальных мачт будет считать за шум, что снизит коэффициент «сигнал-шум» до предельной низких значений. В результате связь будет нестабильной и часто обрываться. Межсотовые интерференции часто наблюдаются в городах, когда абоненты находятся в точках пересечения областей покрытия от разных вышек.
• Большая удалённость от вышки сотовой связи. Радиоволнам свойственно затухать по мере увеличения расстояния до источника сигнала. Именно поэтому по мере удаления от вышки-ретранслятора сигнал заметно слабеет, а качество связи падает.
• Снижение радиопроницаемости. Здания, строительные конструкции и даже автотранспорт могут послужить барьерами на пути радиосигнала. Бетон, дерево, металл, гипсокартонные, гипсоволоконные плиты и низкоэмиссионное энергосберегающее стекло блокируют радиосигнал, снижая его качество.
• Особенности ландшафта и городской архитектуры. Высотные строения, деревья и густая растительность блокируют прохождение любого радиосигнала. Также важно учитывать, что от вышек операторов сигнал распространяется линейно в горизонтальной плоскости, поэтому находящиеся в низинах или на большой высоте здания могут быть без мобильной связи.

Обычно причинами недостаточно мощного или прерывистого сигнала становится сразу совокупность нескольких факторов.

Как работают усилители-репитеры

Репитер — это прибор, усиливающий как входящий сигнал от ретранслятора, так и передаваемый на вышку радиосигнал от мобильных устройств.

Он создаёт локальную область улучшенного мобильного покрытия, делая связь в её пределах стабильной и гораздо качественнее. В состав усилителя входит целый комплект оборудования:

• Внешняя (уличная) антенна. Она нужна для соединения центрального блока усилителя с радиовышкой оператора.
• Усилитель-репитер. Это центральный блок, который принимает, обрабатывает, усиливает сигнал, а также возвращает его на базу от гаджетов.
• Внутренняя (комнатная) антенна. Служит для связи репитера с абонентскими устройствами — именно она создаёт локальную зону улучшенного мобильного покрытия.

Уличные антенны обычно устанавливаются направленные, а ориентируются они в сторону сотовой вышки. Комнатные антенны традиционно всенаправленные, причём с помощью делителей сигнала к одному репитеру подключают несколько внутренних антенн, поставив их в разных помещениях.

Виды и классификация усилителей-репитеров

В России контролем и выдачей операторам частот занимается госучреждение — ГКРЧ (Государственная комиссия по радиочастотам). В соответствии с используемым стандартом связи выдаётся определённый частотный диапазон, состоящий из более узких частотных отрезков — их называют полосами каналов. Отдельно взятый стандарт связи имеет свой набор полос, и именно с ними в первую очередь приходится работать усилителю-репитеру. Поэтому усилители бывают нескольких видов:

• Широкополосные репитеры. Усиливают сигнал во всех полосах в пределах поддерживаемого частотного диапазона. Например, репитер для 900 МГц обеспечивает усиление радиочастот в спектре 880–915 МГц на передачу и 925–960 МГц на приём сигнала в сетях любых мобильных операторов. Такое оборудование наиболее популярно среди пользователей и максимально распространено.
• Однополосные репитеры. Они усиливают всего одну полосу и работают лишь с одним оператором связи. Другими словами, установленный для усиления мобильной связи МТС усилитель не сможет улучшить связь оператора Мегафон или Билайн. Устройства такого типа не пользуются популярностью, поэтому встречаются редко.
• Мультидапазонные репитеры. Они обеспечивают усиление сразу нескольких стандартов связей. Очень популярны среди абонентов двухдиапазонные усилители 2G+3G или 3G+4G, а также трёхдиапазонные модели, одновременно усиливающие мобильный сигнал стандартов 2G, 3G и 4G. Фактически в одном устройстве собрали несколько репитеров для разных стандартов.
• Селективные репитеры. Это более эффективные и технологичные, но и дорогие версии широкополосных репитеров, в которых управление полосами пропускания осуществляется программно. В них пользователи могут вручную настраивать рабочую полосу пропускания. Благодаря возможности отсечения лишних сигналов при калибровке такие устройства применяют, чтобы усилить сигнал только от одного оператора.

Советы по монтажу и настройке комплекта усиления связи

Каждый комплект усиления сотовой связи сопровождается инструкцией, где детально описано, как его установить и настроить. Мы дополнительно даём ряд рекомендаций, которым нужно следовать помимо официальной инструкции:

• Найдите оптимальное место для установки уличной антенны. Это может быть крыша или подготовленная специально мачта — одним словом, наиболее высокая точка на данном участке. Также важно исключить риск осцилляции (самовозбуждения) уличной и комнатной антенны, который возникает, когда они находятся в одной плоскости и близко друг к другу. Репитер тогда становится своеобразным генератором «белого шума», перекрывая сигнал от базовой станции. Разносить антенны нужно как по вертикали, так и по горизонтали, а направлять их так, чтобы они смотрели в противоположные стороны, то есть на 180°. Также можно повернуть внутреннюю антенну на 90° вокруг своей оси — это дополнительно разведёт сигналы на 10–20 дБ.
• Проведите юстировку уличной антенны. Для этого определите местонахождение вышки с помощью программы для смартфона и сориентируйте антенну строго на неё.
• Если длина фидера превышает 15 метров, используйте более толстый кабель. Это снизит потери на затухании сигнала.

Расчёт мощности репитера и площади покрытия

Одним из рабочих параметров усилителя является его выходная мощность, благодаря которой он и создаёт область уверенного покрытия сотовой связью.

Устройство мощностью 100 мВт обеспечит устойчивую мобильную сеть на площади около 200–300 м2, что более чем достаточно для квартир или офисов.

Репитер мощностью 250–300 мВт обеспечивает зону уверенного приёма площадью 500-1000 м2. Он станет отличным решением для загородных домов и коттеджей, ТЦ и офисных зданий.

При выборе комплекта для усиления рекомендуется учитывать небольшой запас мощности, чтобы гарантированно обеспечить покрытие на всей площади.

Одновременно с этим не стоит покупать слишком мощное устройство — оно может вызвать помехи и навести их на вышку оператора. Это сделает связь ещё хуже, а абонентом заинтересуются соответствующие надзорные службы.

Ещё важен коэффициент усиления (КУ) репитера. Чтобы его правильно рассчитать, нужно учесть:

• КУ внешней и внутренней антенны;
• значение потери сигнала на фидере (нужно знать длину и сечение кабеля);
• качество изначального сигнала от вышки оператора.

Для расчёта эффективного КУ репитера складываем значения КУ обеих антенн, затем вычитаем из полученной суммы потери радиосигнала на фидере и значение качества исходной мобильной сети.

Есть способы, которые гораздо проще: нужно замерить уровень сигнала в точке монтажа уличной антенны, а затем там, где репитером будет обеспечена локальная область улучшенной связи, то есть внутри и снаружи здания. Если внутри качество связи низкое, а на улице телефон показывает все деления на антенне, то нужен репитер с КУ 65 дБ. Если между точками разница в силе сигнала небольшая, то потребуется устройство с КУ от 75 дБ и больше.

Коэффициент усиления репитера (КУ)

КУ означает разницу сигнала между входным и выходным каскадом, измеряемую в дБ.

Рассмотрим это на примере репитера с КУ 60 дБ и выходным сигналом 19 дБм:

• В идеальных условиях устройство принимает только один сигнал с одной мачты оператора и усиливает его с КИ 60 дБ. В реальности этих сигналов несколько, а к ним ещё добавляются помехи радиошумы.
• Если к одному устройству подключено несколько абонентов, а они одновременно начинают активно пользоваться мобильной сетью, то выходная мощность падает, что приводит к сужению локальной зоны покрытия и даже её отсутствию на некоторых участках.
• Каждый абонент с активным подключением к сети снижает КУ на 10Lg(N/2). Это значит, что 4 подключённых устройства снизят его на 3дБ, а 16 — на 9дБ. Следовательно, и выходной уровень составит уже не 19, а всего 10 дБм.

Важно! КУ репитера снижается обратно пропорционально количеству каналов связи (подключённых абонентов). Это обязательно нужно учитывать при установке оборудования в местах массового скопления людей: торгово-развлекательных центрах, офисах, кафе. В таких случаях в вечерние и ночные часы КУ будет приближено к максимуму, тогда как в часы пик усиление будет настолько низким, что ненамного улучшит изначальный сигнал оператора. Также нужно учитывать помехи от другого оборудования.

Репитеры с КУ до 60 дБ подходят лишь для квартир, расположенных неподалёку от мачт операторов. Если КУ составляет 60–75 дБ, то такие устройства уже подходят для офисов, кафе и магазинов. Для коттеджей и дач наилучшим решением станут усилители с КУ 75–80 дБ.

Антенны и кабели

Комплект усиления поставляется вместе с антеннами, радиочастотным кабелем и всеми необходимыми разъёмами. Как было написано выше, в базовый минимум входят две антенны одной из следующих конструкций:

• Направленные типа Яги (волновой канал). Их нужно строго ориентировать на вышку оператора, поскольку угол приёма у них крайне мал. Зато они очень чувствительные и обеспечат устойчивое соединение с базой даже на большом расстоянии. Такие антенны бывают однородные и неоднородные. Первые оснащены установленными через равные промежутки директорами, оснащены большим боковыми и задними лепестками, за счёт чего обеспечивают максимальное усиление до 16 дБи. Вторые оснащены не столь выраженными лепестками, но умеют усиление до 18 дБи, хотя и стоят дороже.
• Всенаправленные. Они выполнены в форме вертикально устанавливаемого штыря с равномерной круговой диаграммой приёма/распространения сигнала, но с отсутствующим усилением.
• Панельные. Это нечто среднее между всенаправленными и направленными антеннами: такие модели имеют широкоугольную диаграмму и небольшое усиление.
• Логопериодические. Это широкополосные антенны с большой диаграммой направленности, зависящей от рабочей частоты. Их КУ составляет в среднем 9 дБи.

Устанавливая антенны, помните, что пересекаться они не должны. Поэтому:

• Ставьте их как можно дальше друг от друга.
• Подключайте с противоположной поляризацией.
• Репитер ставьте как можно ближе к уличной антенне.

Также не игнорируйте качество радиокабеля: с увеличением его сечения снижается затухание, что позволяет использовать более длинный фидер.

Как мне выбрать комплект для усиления связи и интернета?

Репитер подбирается для каждого объекта индивидуально. Инженерами учитывается сила изначального сигнала, тип местности, схема монтажа антенн и усилителя, стандарт связи, требуемая зона покрытия.

Можно ли одним репитером усилить сигнал в нескольких помещениях?

Можно локально улучшить мобильную связь в разных комнатах и даже этажах одним устройством, подключив к нему несколько комнатных антенн. Для этого понадобятся сплиттеры (делители сигнала), а также дополнительный кабель с коннекторами.

Что входит в базовую стоимость монтажа?

В типовые работы по установке усилителя входит выезд на объект заказчика, проведение необходимых замеров и расчётов, подбор нужного комплекта, комплексный монтаж. Также в стоимость услуг включена пусконаладка и настройка оборудования, первичное обучение пользователя.