Усиливаем сигнал сотовой связи 2G/3G/4G LTE

October 16, 2020

Мобильная связь и интернет - это то, без чего сегодня невозможно обойтись современному человеку. Базовые станции устанавливаются в самых удаленных регионах России, тем самым расширяя зону покрытия и увеличивая количество абонентов в сети. Зоны покрытия постоянно увеличиваются, расширяются, усовершенствуются, охватывают не только крупные города, но и небольшие населенные пункты, автомобильные дороги регионального и местного значения. Операторы проделывают колоссальную работу, стараясь обеспечить неразрывность сетей и дать возможность абонентам пользоваться сотовой связью практически в любом месте и в любое время.

Наибольшее покрытие - у сетей 2G (900 и 1800 МГц). Сеть достаточно слабая, но вполне актуальная для большинства регионов РФ, обеспечивает голосовую связь и выход в интернет на низкой частоте. Охват сетями 2G - практически вся территория России.

Следующая сеть по значимости и охвату - 3G UMTS/WCDMA/HSPA/HSPA+. Ее охват составляет около 2/3 всей территории страны.

Наименьшее покрытие (данные 2019 г.) - у сетей 4G LTE. Около 50% территории страны.

О действительно качественной мобильной связи и Интернете можно говорить только в крупных городах. Обусловлено это большим количеством БС мобильных операторов. В городах можно воспользоваться и качественной мобильной связью, и не менее качественным интернетом. Чего не скажешь о сельской местности, деревнях, коттеджных поселках. Даже в пригородах крупных городов по статистике связь хуже, чем в самом городе, что вынуждает абонентов прибегать к разнообразным уловкам для улучшения сигнала сотовой связи и мобильного интернета.

Почему в 21-м веке связь не может радовать своим качеством?

Вроде и вышек много, и мобильных операторов уже более пяти по всей стране, а пользователи вынуждены "ловить" сеть, залезая на возвышения за городом или определяя для себя "то самое" место в квартире, офисе, где "более-менее нормально ловит". Обвинять сотовых операторов в плохой связи нет смысла - компании делают все возможное, чтобы улучшить качество сигнала, расширяют зону охвата, устанавливают десятки вышек ежемесячно. Однако их работа перекрывается с лихвой сотнями новых Абонентов сети ежедневно. Концентрация пользователей растет в геометрической прогрессии, поэтому сеть просто не справляется с их наплывом.

В городских условиях добиться идеального сигнала не всегда представляется возможным. Высотные здания, железобетон, стеклянные конструкции являются основными преградами на пути движения радиоволн. В сельской местности - этими "глушителями" выступают лесополосы, возвышенности, низины и другие геологические особенности местности.

Даже наличие вблизи абонента любого военного объекта может влиять на качество сигнала мобильной связи.

"Болевыми точками" для любого мобильного оператора являются паркинги, офисные, производственные помещения, находящиеся ниже уровня земли. Даже наличие в непосредственной близости от такого объекта базовой станции не является гарантией стабильной связи и мобильного интернета.

Прогресс не стоит на месте: усиливаем сигнал мобильной связи

Чтобы добиться качественной связи, необязательно менять сотового оператора. Достаточно задуматься над приобретением специальной антенны или комплекта оборудования для усиления сигнала 2G/3G/4G LTE.

Определяем уровень сигнала

Для решения вопроса с качеством сотовой связи и мобильного интернета первоочередно необходимо определить актуальный для конкретной местности уровень сигнала. Говорить о 100% отсутствии сигнала даже в самых удаленных деревнях и населенных пунктах не приходится. Обычно сигнал есть, но очень слабый, не позволяющий полноценно пользоваться мобильной связью. Чтобы точно знать, в каком направлении двигаться дальше, следует определить уровень сигнала, провести мониторинг помещений и выяснить, где сигнал хуже, где лучше, установить типы сетей, актуальные для вашего объекта и имеющиеся частоты. Именно от полученных данных и имеющихся сведений будет полностью зависеть выбор оборудования, которое необходимо приобрести и установить для того, чтобы окончательно решить имеющуюся проблему, связанную или с улучшением уровня сигнала мобильной или интернета, либо того и другого.

Для определения уровня сотового сигнала предназначаются анализатор спектра и спецпрограммы, которые устанавливаются на смартфон либо планшет. Также можно установить аналогичную программу на компьютер.

Внимание!

Чтобы воспользоваться программой на ПК необходимо дополнительно подключить к компьютеру USB модем, куда предварительно должна быть вставлена сим-карта сотового оператора.

Через смартфон пользоваться подобными приложениями намного проще, чем через ПК. Установка занимает буквально несколько минут, после чего программой можно сразу же начинать пользоваться. Рассказывать о каком-то одном приложении нет смысла - их очень много, отличаются они друг от друга исключительно интерфейсами и какими-то своими "фишками", однако предназначение у них одно и тоже - измерить актуальный уровень сигнала конкретного мобильного оператора, а также определить параметры, оказывающие влияние на качество связи.

Большинство программ без труда можно найти в свободном доступе в Интернете, они доступны для бесплатного скачивания. Рассмотрим несколько показателей, на которые необходимо обращать первоочередное внимание, работая со спецпрограммами.

RSSI является индикатором мощности принимаемого сигнала, значения которого измеряются в dBm (впереди значения будет стоять знак минус). Чем меньше "минус" тем выше показатель мощности. К примеру, сигнал -50 dBm лучше, чем -90 dBm.

Качество сигнала RSSI

Отличное

от -30 dBm до -50 dBm

Хорошее

от -50 dBm до -70 dBm

Удовлетворительное

от -70 dBm до -85 dBm

Плохое

от -85 dBm до -110 dBm

Примечание: если показатель RSSI более -110 dBm - сигнал может полностью отсутствовать, прерываться, быть нестабильным.

RSRP – уровень сигнала, который принимается Абонентом с Базовой Станции. Этот показатель измеряется в dBm. При значении -120 dBm и ниже, говорить о стабильном подключении LTE не приходится, зачастую оно полностью отсутствует. Чем выше показатель RSRP, тем выше будет отмечен уровень сигнала и скорость передачи данных через Интернет. Оптимальными считаются показатели от -50 dBm до -95 dBm. Неудовлетворительными считаются показатели - от 110 dBm и ниже.

SINR (CINR) - это соотношение уровня сигнала к уровню шума. Измеряется в дБ (dB). О хорошем соотношении можно говорить в том случае, если данное значение будет высоким. При значениях SINR ниже нуля, будет отмечаться низкая скорость подключения либо подключение вообще будет отсутствовать. Иными словами, данный показатель будет означать, что в сигнале преобладает шум. В данном случае существует высокая вероятность полной потери LTE-соединения. На хороший сигнал будет указывать показатель SINR со знаком "плюс". Важно, чтобы плюсовой показатель был высоким, в таком случае и соединение будет качественным, шум практически отсутствовать, а интернет-соединение - стабильное.

Пример: SINR 20+ dB - очень хороший показатель, от 10 до 20 dB - хороший, от 0 dB до 5 dB - удовлетворительный, от -1 dB и ниже - плохой.

RSRQ - обозначает качество принятых пилотных сигналов (измеряется в дБ (dB)). Показатель демонстрирует уровень шума (в идеале - шума должно быть как можно меньше). При хорошем качестве сигнала показатель RSRQ должен быть равен либо нулю, либо иметь минимальное положительное значение.

CQI – индикатор качества сигнала, формируется индивидуально для каждой абонентской станции UE и каждого частотного блока. Значения данного параметра варьируются от 0 до 15. При высоких показателях можно говорить о хорошей скорости, выделяемой базовой станцией оператора LTE.

Способы усиления сигнала сотовой связи

Для того чтобы усилить сигнал сотовой связи (независимо от оператора, услугами которого пользуется Абонент) используются многочисленные антенны и специальные устройства - усилители сигнала.

Антенны

Внешние антенны широко применяются пользователями для усиления сигнала сотовой связи. Выбор в пользу этого оборудования во многом будет обусловлен условиями использования, актуальным расстоянием от Абонента сети до Базовой станции и иными параметрами. Основное отличие антенн не в их стоимости и конструктивных особенностях, а в коэффициенте усиления. Подбирать установку рекомендовано именно с учетом показателей уровня актуального сигнала, который отмечен без подключения каких-либо усиливающих систем. Если сигнал более менее хороший и стабильный, можно отдать предпочтение антеннам с коэффициентом усиления от 5 до 14 Дб. Если уровень сигнала средний по значению - выбирать необходимо среди моделей с усилением от 9 Дб до 19 Дб, при плохом сигнале потребуется установка антенн с коэффициентом усиления 17-30 Дб.

Выбор антенны для городских условий

Для городских условий есть несколько основных принципов выбора: можно приобрести всенаправленную антенну либо отдать предпочтение широкоугольной (MIMO). От чего зависит выбор? Обычно подобного типа антенны выбирают пользователи, которые не жалуются на плохую связь и некачественный мобильный интернет, но в то же время хотели бы добиться максимальных показателей сигнала. Немаловажное значение имеет расположение БС сотового оператора до объекта усиления. В каких случаях широкоугольные и всенаправленные антенны будут эффективными? Во-первых, если до БС небольшое расстояние, не превышающее 5 км, во-вторых, объект, где требуется усиление сотового сигнала и мобильного интернета окружен соседними высотными зданиями (подобные устройства отлично улавливают отражаемый соседними постройками сигнал).

Для нормализации уровня сигнала (при условии, что он изначально неплохой) достаточно антенны с коэффициентом усиления от 9 до 15 Дб.

Выбор антенны для автотранспортного средства

Автовладельцам, заинтересованным в постоянном наличии стабильной мобильной связи, рекомендуем рассмотреть вариант установки всенаправленной антенны. Покупать направленную модель не смысла - постоянное движение транспортного средства, разная удаленность от базовых станций, особенности ландшафта и другие факторы оказывают влияние на качество сигнала и делают покупку направленной антенны, которая больше считается стационарной, абсолютно нецелесообразной.

Так же следует понимать, что направленные антенны громоздкие и устанавливать их на автомобиль нелогично - возможностей хорошо закрепить систему и создать все условия для ее нормального использования нет.

Особенность и преимущества всенаправленных моделей в данном случае - это высокая чувствительность и возможность улавливать сигнал со всех вышек, находящихся в максимальной близости от автомобиля (даже во время его движения). Несмотря на то, что коэффициент усиления у всенаправленных автомобильных антенн небольшой и не превышает 12 дБ, этого будет вполне достаточно для того чтобы улучшить качество сигнала мобильной связи и повысить скорость передачи данных через мобильный интернет.

Антенны для сельской местности

К сельской местности можно отнести не только дачные поселки, деревни, но и склады, производственные объекты, находящиеся как в удаленности от города, так и в удалении от базовых станций сотовых операторов. Сельская местность является наиболее востребованным в усилении сотовой связи сегментов, где сконцентрирована большая часть населения страны, в той же степени заинтересованная в возможности использовать полноценную мобильную связь и интернет.

Аналогичная проблема возникает у жителей частных коттеджных поселков, а также у жителей пригорода, особенно вблизи крупных мегаполисов, где отмечается повышенная плотность абонентов, приходящаяся на одну базовую станцию.

При существенной удаленности от базовой станции (более десяти километров) хорошей эффективностью обладают направленные антенны (независимо от их типа). Самый главный критерий выбора - хороший коэффициент усиления (начиная от 15 Дб и выше). Выбор антенны зависит от рельефа местности, удаленности от БС, актуального уровня сигнала, наличия препятствий (лесополоса, здания и т.д.), оказывающих влияние на прохождение радиоволн.

Критерии выбора антенны

Направленные антенны.

Направленная антенна (к примеру, "Волновой канал") идеально подходит для равнинной местности. Модификации отличаются хорошим коэффициентом усиления (более 15 Дб), эффективным функционированием на расстоянии не более 20 км от базовой станции. Возможности направленных антенн: усиление сигнала и скорости передачи данных в полтора-два раза.

Панельные MIMO

Усиление данных моделей варьируется от 17 до 24 Дб. Их особенность в минимальных требованиях к точности направления, наличии двух антенн, работающих одновременно для приема и передачи поступившего сигнала. Благодаря такой специфике удается полностью стабилизировать связь, повысить скорость передачи данных. Панельные MIMO с усилением в 24 Дб могут увеличивать скорость мобильного интернета в два раза и более при расстоянии до базовой станции 20-23 км. Чем меньше расстояние до БС, тем больше будет увеличение скорости передачи.

Параболические MIMO

Данный тип антенны целесообразно применять в случае существенной удаленности Абонента до базовой станции сотового оператора, при расстоянии 25 км и более. В параболических антеннах MIMO коэффициент усиления составляет около 30 Дб.

При условии монтажа на кровле дома и направлении на базовую станцию антенна может усилить практически отсутствующий сигнал и увеличить скорость мобильной передачи данных.

Усилители сигнала

Усилить сигнал сотовой связи и мобильного интернета с помощью антенны - идеальный вариант для большинства абонентов. Однако, нередко пользователи сталкиваются с отсутствием сигнала даже при наличии установленной (с нормальным коэффициентом усиления) антенны. Причина кроется не в слабом оборудовании или неправильно выполненном монтаже, а в особенностях рельефа, многочисленных преградах на пути прохождения радиоволн и иных факторов. Уже установлено, что даже материал стен и стекла со специальной УФ-прослойкой внутри могут влиять на качество сигнала и степень его усиления антенной.

В сложившейся ситуации специалисты рекомендуют для усиления сигнала использовать специальные устройства - репитеры, работающие в "тандеме" с антеннами (одна внешняя и внутренние антенны, количество которых зависит от площади здания, его этажности и иных критериев).

Комплект "репитер+антенны", где коэффициент усиления составляет не менее 40 Дб, позволяет добиться стабильного сигнала мобильной связи и интернета. Площадь покрытия этих систем от 100 кв.м и более (максимальный охват 1500 кв.м). Благодаря комплекту оборудования удается "вытянуть" сигнал (даже при условии его фактического отсутствия), обеспечить стабильную, без сбоев и обрывов связь, а также качественный мобильный интернет. За прием сигнала отвечает внешняя антенна, за усиление - репитер, а за распределение по площади охвата - внутренние антенны.

Репитеры (усилители сигнала мобильной связи) представляют собой устройства, основным предназначением которых является усиление поступающего с базовой станции сотового оператора сигнала без преобразования величины сигнала до показателей, достаточных для обеспечения качественной связи.

Репитеры GSM получают сигнал с внешней антенны и усиливаю его, локально расширяя зону покрытия. Это сложно-техническое устройство, для полноценного функционирования которого необходим комплект антенн и кабелей.

ВАЖНО!

Репитеры - самостоятельные устройства, установку которых не требуется согласовывать с операторами мобильной связи.

Принцип работы репитеров

Сигнал с базовой станции улавливается внешней антенной, далее он передается по коаксиальному кабелю на репитер, который поступающий сигнал усиливает и передает далее по кабелю на внутренние антенны. Места установки внутренних антенн выбираются самим Абонентом перед непосредственным их монтажом. Количество антенн полностью зависит от площади здания и его этажности. Чем больше внутренних антенн - тем больше зон охвата усиленным сигналом будет обеспечено.

Комплекс оборудования рекомендуется приобретать в специализированных магазинах. Специалисты с учетом характеристик здания, имеющегося замера уровня действующего сигнала, а также геологических особенностей местности подберут наиболее оптимальное по технико-эксплуатационным характеристикам оборудование. Немаловажно, что специалисты смогут проконсультировать, предоставить подробную информацию об оборудовании, а также при необходимости - выполнить монтаж системы и ее настройку.

Обратите внимание

Специалисты прежде чем выбирать комплект усиления сигнала рекомендуют обратить внимание на следующие условия:

1. Определитесь, в каком стандарте связи работает ваш сотовый оператор. Это может быть GSM, CDMA, UMTS либо LTE. Установить стандарт несложно - достаточно воспользоваться специальными программами для смартфонов или ПК.

2. Отследите частоты, на которых работает оператор и необходимо усилить сигнал.

Правила выбора усилителя сигнала в зависимости от стандарта связи

Прежде чем выбирать усилитель, необходимо определиться, что именно требуется улучшить - голосовую связь, мобильный интернет или то и другое. Четкое понимание задач требуется в связи с тем, что голосовая связь и мобильный интернет работают на разных частотах.

Усилители бывают одно-, двух- и трех- диапазонные:

  • GSM 900, GSM 1800, GSM 900/1800 - рассчитаны только на усиление сигнала голосовой связи;
  • GSM/UMTS 900/1800/2100 - усиливают мобильную связь и мобильной интернет 3G ;
  • GSM/DCS/LTE 800/900/1800/2600 - предназначаются для усиления голосовой связи и мобильного интернета поколения 4G.
  • GSM/UMTS/LTE 900/1800/2100/2600 - используются для усиления голосовой связи и мобильного интернета 3-го и 4-го поколений.

Пример:

  • необходимо усиление только голосовой связи - для этих целей будет достаточным приобретение репитера, функционирующего на частотах 900/1800 МГц;
  • необходимо усиление голосовой связи и мобильного интернета 3G, в таком случае рекомендуется купить усилитель сигнала GSM/UMTS 900/1800/2100;
  • для улучшения качества голосовой связи и мобильного 4G интернета требуется приобретение усилителя, который поддерживает GSM/DCS/LTE 900/1800/2100/2600 МГц или GSM/UMTS/LTE 900/1800/2100/2600 МГц.

К сведению:

голосовая связь в городах работает преимущественно на частоте 1800/2100/2600 МГц, за городом, в сельской местности - на частоте 900/1800 МГц. Стандарт для 3G интернета - UMTS, с частотой 900/2100 МГц.

Новое поколение 4G LTE - работает на разных частотах: в крупных городах – 900/1800/2100/2600 МГц, за пределами городов - на частоте 800/1800 МГц.

После определения необходимой частоты работы и стандарта связи следует рассмотреть параметры выходной мощности и определиться уже с ними. Выходная мощность обеспечивает определенную площадь покрытия. Для стандартной квартиры либо небольшого офисного помещения показатель может варьироваться от 100 до 150 кв.м. Площадь покрытия частного дома, придомовой территории обычно варьируется от 200 до 400 кв.м, для больших помещений, к примеру, складов, производственных объектов, паркингов площадь охвата должна быть не менее 500 кв.м.

О главном критерии выбора репитера

Обязательным критерием выбора является мощность усилителя. В продаже можно найти варианты от 10 мВт до 2 Вт и более. От мощности репитера во многом зависит количество внутренних антенн, которые допускается использовать совместно с усилителем в соответствии с заявленной в параметрах площадью охвата.

Пример:

усилитель на 10 мВт может работать только в "тандеме" с одной внутренней антенной, а модель на 100 мВт без проблем "потянет" функционирование до пяти внутренних антенн. Варианты на 320 мВт справляются с нагрузкой до 15 антенн и т.д.

Правила выбора внешней антенны

Основная задача внешней антенны - улавливание и передача на репитер по кабелю сигнала сотового оператора, поступающего с базовой станции. Поэтому, выбирать внешнюю антенну следует исходя из диапазона частот, на которых работает репитер. Это принципиальное значение, т.к. в ином случае оборудование не будет работать. Для города можно использовать два варианта внешних антенн: направленные и всенаправленные с допустимым усилением 9-20 Дб. В пригороде и за городом, в условиях дачных поселков либо коттеджных застроек, которые расположены на удалении от базовых станций следует отдавать предпочтение направленным антеннам, усиление которых "стартует" от 10 Дб. Направленные модели отличаются от всенаправленных более высоким коэффициентом усиления.

Монтаж принимающей сигнал антенны следует проводить на максимально высокой точке и только снаружи здания. Это может быть кровля дома, мачта, специально установленный для монтажа антенны столб и т.д.

Почему установка внешней антенны должна быть проведена исключительно вне здания?

Во-первых, на улице удается "словить" максимально сильный по мощности сигнал, идущий от базовой станции сотового оператора.

Во-вторых, если бы внешняя антенна устанавливалась внутри здания, ее работа была бы нарушена за счет помех, исходящих от внутренних антенн. А это не допустимо.

Внутренние антенны: как выбрать правильный вариант

Основное правило выбора внутренних антенн заключается в том, что они в обязательном порядке должны поддерживать тот же диапазон (диапазоны) частот, на которых работает репитер и внешняя антенна. Монтаж внутренних антенн всегда выполняется внутри помещений. Количество устройств выбирается исходя из площади объекта, этажности и иных критериев, к примеру, количества помещений, материала перегородок и межкомнатных стен. Подключение выполняется через выходной разъем репитера посредством коаксиального кабеля.

Основное назначение внутренних антенн - распределение поступающего от внешней антенны и усиленного репитером сигнала с базовой станции внутри здания.

Определяемся с количеством внутренних антенн

Для небольших, компактных зданий, к примеру, дачных домиков, где отсутствуют внутренние перегородки или если они есть, то сделаны из хорошо пропускающих радиосигнал материалов (дерево, ЛДСП, гипсокартон), будет достаточно одной внутренней антенны. Для зданий со стационарными перегородками из кирпича, газосиликата, железобетона требуется установка нескольких антенн. Главное, чтобы мощности репитера хватало для установки нескольких внутренних антенн. Поэтому, всегда при выборе комплекта оборудования, специалисты просят предоставить максимально подробную информацию о строении и его технико-эксплуатационных, архитектурных характеристиках.

Коаксиальный кабель: почему именно он?

Оборудование для усиления сигнала сотовой связи работает в одной связке с коаксиальным кабелем, волновое сопротивление которого составляет 50 Ом. Использование этого кабеля позволяет исключить помехи в работе системы усиления. Конструктивные особенности коаксиального кабеля полностью исключают либо сводят к минимуму затухание сигнала и его потери по всей длине.

Почему нельзя использовать в системах усиления телевизионный кабель

Сопротивление ТВ-кабеля - 75 Ом. Использовать его в системах усиления недопустимо, т.к. волновое сопротивление данного вида кабеля полностью не соответствует волновому сопротивлению репитера и антенн. Применение телевизионного кабеля приведет к рассогласованию работы системы.

Важно в системах усиления использовать качественный коаксиальный кабель. Так можно быть уверенным в практически отсутствующем затухании сигнала, а усиление будет полностью соответствовать заявленному производителем. Особенно важно применять качественный коаксиальный кабель при необходимости разводки внутренних антенн на значительное расстояние друг от друга. Если отдать предпочтение дешевому кабелю, то вся работа репитера будет сведена фактически к нулю.

Что такое сплиттеры и для чего они нужны в системе усиления

Для полноценного функционирования комплекта усиления сотовой связи и мобильного интернета необходима установка дополнительного оборудования - сплиттеров (устройства еще называют разветвителями сигнала). Их основное назначение - распределение поступающего с репитеров на внутренние антенны сигнала внутри помещения. Сплиттеры разделяют высокочастотный сигнал в широком диапазоне частот и обеспечивают равномерную разводку сигнала между всеми установленными в помещениях внутренними антеннами.

Сплиттеры бывают нескольких видов:

1 in – 2 out (один вход и два выхода);

1 in – 3 out (один вход и три выхода);

1 in – 4 out (один вход и четыре выхода).

Разветвитель подбирается с зависимости от количества внутренних антенн, установленных в здании.

Высокочастотные разъемы

Высокочастотные разъемы - последняя "деталь" в системе усиления сигнала GSM и мобильного интернета. Посредством этих разъемов осуществляется соединение всего оборудования в единую цепочку. Важно! На разъемах экономить нет смысла. Рассматривать для покупки дешевые варианты не рекомендуется. Так же как и коаксиальный кабель, разъемы играют важную роль в слаженной работе всего оборудования. Некачественные разъемы могут стать причиной потери сигнала на пути от внешней антенны к репитеру и внутренним антеннам. Мы рекомендуем покупать разъемы с волновым сопротивлением 50 Ом типа N или SMA, а вот от типа F желательно отказаться, т.к. на практике уже отмечены случаи чрезмерно большой потери сигнала.