Современность характеризуется обилием и доступностью коммуникаций. Речь идет не только о голосовых беседах по телефону, но и предоставлении неограниченного доступа в общие электронные сети обмена информацией.
Существует всего несколько физических способов передачи данных. Проводные, беспроводные, оптические — на этом список распространенных заканчивается. Наиболее популярным и дешевым из перечисленных, который также позволяет конечному абоненту оставаться мобильным и не привязанным к стационарной линии, – сотовая связь.
Обмен информации в рамках GSM сети выполняется радиоволнами, курсирующими, между клиентским аппаратом и ближайшей вышкой оператора. Изначальный формат сотовой связи — цифровые коммуникации. И даже голос перекодируется в бинарный вид, для последующей его передачи с помощью радио. Фактор обеспечивает универсальность применения. Стандарт допускает обмен данными содержащими не только беседу между конечными абонентами, но и доступ к глобальным сетям TCP/IP.
Преимущество сотовой связи иногда становиться и ее недостатком. Мощность клиентских устройств конечна и относительно невелика. Вышки вне крупных населенных пунктов расположены достаточно редко. Здесь начинает проявляться узкое место формата — сильная зависимость от расстояний передачи. Сигнал слабеет, захламляется сторонними импульсами, соответственно падает скорость обмена. Для последней критично качество линии, которая определяется в отношении GSM прямой видимостью излучателя и отсутствием препятствий. Любые рукотворные и природные объекты, как и расстояния, мешают прохождению радиоволн частот, используемых сотой. Вопрос становиться очень острым для конечных принимающих аппаратов, находящихся на дачах, в сельских домах или иных местах где вышек-ретрансляторов мало.
Решение проблемы есть — усилитель сигнала GSM. Он может быть представлен пассивной антенной или активным клиентским повторителем. Используется и объединение обоих методов.
Существует несколько стандартов передачи информации в рамках GSM, каждый из которых устанавливает максимальную скорость и начальную частоту канала. Чем выше последнее значение, тем меньше влияния на радиосигнал сторонними помехами. Соответственно качество связи выше, что позволяет повысить скорость обмена данными. Последнее критично при доступе к TCP/IP сетям, которые служат основой передачи информации в интернет.
При цифровом обмене сотовой связи используется единовременно два различных по частоте канала — один исходящий UpLink, другой поступающий DownLink.
Общая таблица, которая пригодится при выборе конечного усилителя или изготовлении самодельного:
| Описание | Европа, Азия, Россия | США/Канада/Латинская Америка | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| GSM-450(SkyLink) | (Е)GSM-900 | DCS-1800 | GSM-2100 | GSM-2600 | GSM-850 | GSM-1900 | CDMA2000 | |
| UpLink (МГц) | 453–457.5 | 890–915 | 1710–1785 | 1920–1980 | 2500–2700 | 824–849 | 1850–1910 | 1920–1980 |
| DownLink (МГц) | 463–467.5 | 935–960 | 1805–1880 | 2110–2170 | 869–894 | 1930–1990 | 2110–2170 | |
| Разница частот приема/передачи (МГц) | 4 | 45 | 95 | 60 | 45 | 80 | 60 | |
Чем ниже используемая частота оператора — тем больше расстояние покрытия, но меньшее количество одновременно работающих без помех абонементов. GSM-850/900 в основном применяют для голосовых коммуникаций. Остальные частоты предпочтительнее в передаче данных.
Есть небольшой люфт используемого диапазона, в зависимости от оператора. За каждым из них закреплен свой промежуток.
Взаимосвязь характеристики частоты и скорости передачи:
Отдельно нужно сказать о 5G. Связь в частотных диапазонах стандарта, хоть и утверждена, но практически нигде не используется. Для нее выделены полосы пропускания FR1 600МГц-6ГГц, FR2 24-100ГГц. Последняя отличается малой дальностью, до сотен метров.
Мобильные устройства, оснащенные приемниками GSM-сигнала всегда по умолчанию выбирают более высокие частоты для своей работы. Последнее происходит даже тогда, когда сигнал слабее, чем в случае более низкого диапазона. От последнего факта и исходят проблемы — прерывающийся 4G оказывается предпочтительнее стабильного 2/3G.
Настоящее поведение клиентского устройства можно изменить в инженерном меню или пункте настройки. Ценой станет спад скорости для сетей цифровой связи в более низких частотных стандартах работы. Но качество самого соединения поднимется, уменьшаться «провалы», то есть паузы при передаче данных.
Главное определить лучшую частоту и используемый стандарт передачи. Последовательно в настройках клиентского аппарата включают все более высокие частоты, наблюдая за текущим качеством сигнала. При достижении оптимума в соотношении пауз и скоростью останавливаются на выбранном параметре.
Текущее состояние связи определяется в устройстве, оснащенном GSM приемником двумя основными показателями:
Перечисленные характеристики не единственные, указывающие на состояние канала. Но остальные больше относятся к оборудованию конечного оператора и его загруженности. Речь идет о RSRQ и CQI. Первый демонстрирует качество приема в dB на момент времени, второй показывает производительность канала, значением от 0 до 15. Чем оно выше, тем лучше скорость передачи.
Таблица соответствий:
| Качество | RSRP (dBm) | RSRQ(dB) | SINR(dB) |
|---|---|---|---|
| Прекрасно | >=-80 | >=-10 | >=20 |
| Хорошо | -80…-90 | -10…-15 | 13…20 |
| Средне | -90…-100 | -15…-20 | 0…13 |
| Плохо | <=-100 | <-20 | <=0 |
Дополнительно нужно заметить, — качество получаемого сигнала сильно зависит и от клиентского оборудования — например от мощности самого приемника. Многие модемы изначально слабее параметром аналогичному в мобильных телефонах. В свою очередь, последние настраиваются в соответствии с идеями изготовителя о распространенной мощности и доступности передатчиков соты.
Метод просмотра качества связи зависит от версии и производителя модема. Зачастую интересующие сведения нужно искать в разделе «Информация» web-интерфейса устройства.
Если указанные данные неполны или неверны (бывает и так) применяют программу Mobile Data Monitoring Application (MDMA), установленную на компьютер к которому подключается модем.
Первым индикатором качества используемого канала для сотовых телефонов и планшетов служит полоска чувствительности приема в правом верхнем углу экрана и буквы рядом с ней. Последние обозначают текущий стандарт передачи данных:
Индикатор, заполненный наполовину, сообщает о хорошем качестве соединения, показывающий единицу или пустой — отвратительное.
Более точные значения можно получить установив из Play Market соответствующие информационные программы. К примеру «Network signal Info».
Некоторые из аналогичного ПО производят измерения в ASU. Для приведения их в привычный вид RSSI используется следующая таблица:
| ASU | RSSI (dBm) |
|---|---|
| 0-1 | <=-110 |
| 2-3 | -110… -105 |
| 4-5 | -105… -95 |
| 6-7 | -95 … -85 |
| >13 | >-75 |
Если возможности или желания специальную программу ставить нет, можно найти требуемую информацию в сервисном меню телефона. Коды входа в него различны у разных производителей или моделей и выходят за рамки рассмотрения статьи. Соответствующую информацию можно найти в интернет.
Для любой версии iOS в набирателе номера вводится последовательность *3001#12345#*. В случае iOS9 нажимается «блокировка экрана», для остальных — вызов. В левом верхнем углу высветиться уровень сигнала. Для просмотра текущей рабочей частоты нужно войти в меню ставшим доступным, после ввода кода.
| Стандарт | Канал ARFCN |
| GSM900 | 1–124 |
| EGSM900 | 974–1024 |
| DCS1800 | 512–886 |
Средства усиления GSM диапазона могут быть не только купленными, но и изготовленными самостоятельно. Последние существуют и в простых вариантах конструкции, доступных к повторению любым пользователем, и в виде сложных комплексов профессионального класса.
Все существующие усилители классифицируются тремя факторами: пассивные, активные и репитеры (повторители). Некоторые из устройств совмещают несколько изначальных видов для получения лучшего конечного результата.
Самый простой пример пассивного усилителя — внешняя антенна, подключаемая через удлинитель к конечному устройству-приемнику. Физическая конфигурация подобных конструкций позволяет в небольших пределах усиливать сигнал, а расположение в местах его наилучшего приема дает определенное повышение качества и скорости передачи в GSM сетях.
Некоторые телефоны и модемы не имеют выходов для соединения с принимающими элементами. Проблема решается размещением на конечной линии, исходящей от приемной части аналогичной передающей антенны. Радиоволны за счет физических законов курсируют по связывающему кабелю, от одного чувствительного элемента до излучающего другого.
Стоимость пассивной антенны на рынке составляет от 45 рублей. Главные требования к покупке — возможность направленного приема и защищенность от воздействий внешних факторов. Первый параметр позволяет более точно ориентировать чувствительную часть на сотовую вышку, второй снимает ограничения на место последующего нахождения.
Вариация пассивных антенн, оснащаемых активным аналоговым усилителем. Служит компромиссом между ценой и предоставляемыми возможностями. Как и в первом случае допускается прямое подключение к конечному приемнику, или в пассивную антенну, с целью последующего распространения сигнала на клиентское оборудование. Основной минус в том, что не бывает идеальных усилителей сигнала сотовой связи. Каждый из них вносит свои помехи. Кроме того, изначальный приемник не только поднимет уровень поступившей радиоволны, но и повышает мощность всех сопутствующих помех.
Цена активных антенн начинается с 690 рублей. Главные факторы, влияющие на выбор — частотный диапазон и мощность приемника.
Наилучшее оборудование, направленное на усиление GSM и 3G сотового сигнала. Доступная цена позволяет использовать его как дома, так и в организации или офисе. Главное отличие от активной антенны — принимаемый сигнал GSM связи не только усиливается, но и проходит обработку логическими компонентами устройства. В итоге излучается клиентскому оборудованию уже в чистом виде, без добавления сторонних помех. Главные критерии покупки:
Главный недостаток любого GSM репитера — цена. Она начинается от 3400 рублей, за самые простые модели. Ее оправдывают только функциональные преимущества аппарата.
Самый простой и выгодный способ добиться усиления сотового сигнала для дома или на даче — собрать простую конструктивно антенну. Здесь главное, точно выдерживать размеры, высчитывая их в соответствии с используемой частотой. Важен и сам материал, вместе с его толщиной. Чем последняя характеристика больше — тем шире диапазон приема. В качестве исходного сырья всегда рекомендуется применять металлы с высокой проводимостью — медь или алюминий.
Наибольшее распространение среди самодельных конструкций GSM антенн получили кольцевые и ромбообразные их виды, зачастую с комбинацией одинаковых элементов в одном устройстве.
Ромб — одна из самых простых конструкций антенн. Большой мощности усиления ждать не стоит, но само физическое исполнение чувствительной части элементарно.
На кабеле, соединяющем обе антенны видна спираль. Рекомендуется в случае уличной намотать 7 витков, для внутренней — 5. Диаметр 0.5 мм (ручка или карандаш). Сам кабель — стандартный коаксиальный, сопротивлением 50 Ом, или телевизионный — 70–75 Ом.
Допускается соединение нескольких ромбов входящей антенны для получения более мощного сигнала. В этом случае один угол у обоих распрямляется и делается следующая конструкция:
Второй вариант проще конструктивно и похож на достаточно распространенные в России телевизионные антенны. Размеры тоже отличаются от уже описанного ранее приемника радиосигнала.
Сзади подобной сборки часто размещают лист отражающего радиоволны материала — алюминия. Его электрически ни к чему присоединять не нужно, он и так работает сигнальным дефлектором.
Не редкость, для последнего вида антенн, использование более двух ромбов. Конечное «усиление» в любом случае будет зависеть от площади материала, на который попадает сотовый сигнал.
Соединяющий коаксиальный кабель прокладывает по одному из плеч ромба. В узком месте производят спайку двух контактов каждой линии по разные стороны конструкции.
Теперь, что касается длины сторон антенны. Первое, что нужно учитывать — все ромбы должны быть одинаковыми размером и формой. И второе — важна общая длинна провода, а не только у каждой из сторон. Причем для магнитного диполя, которым и является антенна в последнем случае, к ее размеру нужно добавить 2–3 %. Характеристика в общем равняется ¼ используемой частоты. То есть, для GSM1800 (к примеру), размер проволоки составит 585 мм.
Расчет, как и в случае ромбовидной антенны производят исходя из длины волны — формула получения диаметра: D=(300/F)/3.14. Результат будет в метрах. Если планируется улучшить конструкцию дополнительным усилением – два кольца одинакового размера устанавливаются на высоте (300/F)/4 (м) друг от друга.
Единственные контакты соединяются между собой. Можно пойти дальше и добавить еще два кольца, превратив антенну в нечто похожее:
Среди устройств сотовой связи в свободном доступе находится, и схема ретранслятора на наборе логики Altera Flex 8000. Можно на ее основе выполнить усилитель-репитер GSM сигнала своими руками.
Преимущество представленной схемы — в ее относительной низкой цене элементов. Есть и недостаток — изначально рассчитана плата на работу с частотами GSM900.
Сотовая связь очень удобна, но все еще не везде качественно доступна. В большинстве случаев можно достичь улучшения коммуникаций используя повторитель, активные или пассивные антенны. Многое из перечисленного доступно к изготовлению своими руками, даже для тех, кто обладает минимальными знаниями по электронике.
(средняя: 5,00)
Загрузка...
