Усилители сигнала GSM для дома и дачи

Оглавление статьи: Усилители сигнала GSM для дома и дачи
Содержание

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.

Структура GSM

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.

Варианты усилителей GSM

Решение проблемы есть — усилитель сигнала GSM. Он может быть представлен пассивной антенной или активным клиентским повторителем. Используется и объединение обоих методов.

Частоты сотовой связи и стандарты

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:

  • 2G — 800, 900, 1800 МГц.
  • 3G/UMTS — 900, 2100 МГц.
  • 4G — 450, 800, 900, 1800, 2100, 2600 МГц.

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.

Разница 3G,4G,5G

Заложенные предпочтения

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.

Как измерить мощность преимущественного стандарта

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.

Визуальное соответствие качества и RSSI

Текущее состояние связи определяется в устройстве, оснащенном GSM приемником двумя основными показателями:

  • RSSI — уровень мощности принимаемого сигнала от станции в dBm. Чем ближе к нулю характеристика — тем он лучше. От -90 до -110 и хуже — сигнал очень плох к приему, в случае промежутка от -30 до -50, — практически идеален.
  • SINR — «шумность» канала. Чем значение выше, тем качество связи лучше. Если SINR ниже 9 — помех слишком много.

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.

Модемом

Метод просмотра качества связи зависит от версии и производителя модема. Зачастую интересующие сведения нужно искать в разделе «Информация» web-интерфейса устройства.

Параметры модема ZTE MF823

Если указанные данные неполны или неверны (бывает и так) применяют программу Mobile Data Monitoring Application (MDMA), установленную на компьютер к которому подключается модем.

MDMA

Телефоном с Android

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:

  • GMA800,900 — G, 2G, GPRS;
  • GMA1800,2100 — H,H+,U,UMTD,3G;
  • GMA450-2600 – 4G.

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».

Окно 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.

iPhone

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.

Ввод команды в телефон

  • Для информации по GSM связи заходят в «GSM Cell Environment» — «GSM Cell Info» — «Neighboring Cells» — «0». Смотрят характеристику ARFCN — которая указывает на номер используемого канала:
    Стандарт Канал ARFCN
    GSM900 1–124
    EGSM900 974–1024
    DCS1800 512–886
  • В случае 3G/UMTS используется пункт «UMTS Cell Environment» — «Neighboring Cells» — «UMTS Set» — «0». Интересующее значение помечено «DownLink Frequency». 2937-3088 указывает на GSM900, 10562-10838 — GSM2100.

Усилители

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.

Пассивные

Пассивный усилитель GSM

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.

Активные

Активная антенна GSM

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.

Репитеры

Репитер с антенной

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:

  • Наличие нескольких диапазонов и каналов для работы. Чем шире первый параметр, тем большие стандартов связи будет охвачено конечным ретранслятором. Вторая характеристика позволит повысить количество клиентских устройств, одновременно работающих на репитере.Структура работы репитера и клиента
  • Мощность усилителя и передатчика у повторителя. Качество связи в первую очередь будет зависеть от настоящих параметров. Предельное ограничение в обоих случаях 0.5 Вт. Оно установлено законодательно.
  • Рабочий диапазон. От него зависит в первую очередь ниша применения. Если устройство поддерживает только каналы GSM850/900, — работать на нем с большинством операторов РФ получится только голосовой связью. Такие хороши для установки на дачу, но никак не в случае работы в городе. Репитеры DCS1800, GSM2100 и GSM2600 дадут возможность передачи данных на скоростях 3G/4G.
  • Количество входов/выходов. У повторителя может быть несколько приемников внешнего сигнала и передатчиков. Идеальный вариант, когда каждый из них оснащен раздельным антенным входом. Последняя возможность позволит не только расширять спектр приема от разных станций, но и транслировать результат по множеству помещений или местам оснащаемым излучающими элементами.Виды антенн

Главный недостаток любого GSM репитера — цена. Она начинается от 3400 рублей, за самые простые модели. Ее оправдывают только функциональные преимущества аппарата.

Самодельные пассивные антенны

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

Ромб — одна из самых простых конструкций антенн. Большой мощности усиления ждать не стоит, но само физическое исполнение чувствительной части элементарно.

Конструкция антенны

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:

Схема расположения антенны

Второй вариант проще конструктивно и похож на достаточно распространенные в России телевизионные антенны. Размеры тоже отличаются от уже описанного ранее приемника радиосигнала.

Самодельная антенная

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.

Самодельная внешняя антенна

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.

Кольцо

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.

Антенна в виде кольца

Единственные контакты соединяются между собой. Можно пойти дальше и добавить еще два кольца, превратив антенну в нечто похожее:

Улучшенная антенна кольцо

Повторитель своими руками

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.

Схема электрическая усилителя GSM

Преимущество представленной схемы — в ее относительной низкой цене элементов. Есть и недостаток — изначально рассчитана плата на работу с частотами GSM900.

Резюмируя

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.

Видео по теме

Добавить комментарий Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector