Варианты оборудования для усиления сигналов сотовой связи и Интернета на даче

Прежде чем выбрать оборудование для усиления сигналов сотовой связи, необходимо выяснить какое поколение сотовой связи вы хотите усилить (2G, 3G или 4G) и на каких частотах работает сотовая сеть в месте приема.

Стандарт GSM-900 сейчас наиболее распространен в Европейском регионе, используется, в основном, для голосовой связи.
Большинство операторов в России используют диапазоны 2600 МГц, 1800 МГц и 800 МГц (стандарт LTE-FDD). Базовые станции диапазона 800 МГц способны обеспечить приемлемую скорость на расстоянии до 13,4 км.
Стандарт 3G использует диапазоны 900 МГц и 2100 МГц.
Стандарт 4G потенциально работает во всех частотных диапазонах – 800, 900, 1800, 2100, 2600 МГц.
LTE Band 38 (2600 TDD) используется операторами Мегафон и МТС только в Москве.
Yota – это виртуальное обозначение оператора Мегафон, там, где есть Мегафон, там есть и Yota .
LTE Band 7 (2600 МГц) используется преимущественно в городах.
LTE Band 3 (1800 МГц) имеет самый быстрый интернет в загородной местности.
LTE Band 20 (800 МГц) – имеет низкую скорость, но самый большой радиус действия от базовой станции.

• 4G, LTE (L) — четвертое поколение сотовой связи, в настоящее время используемое российскими операторами для высокоскоростного мобильного доступа к сети Интернет. Голосовая связь в стандарте 4G в России ещё не поддерживается.
• 3G, UMTS, HSDPA (H), HSPA+ (H+) — третье поколение сотовой связи, объединяющее в себе технологию радиосвязи и высокоскоростной мобильный доступ к сети Интернет.
• 2G, GPRS (G), EDGE (E) — устаревшая технология 2G, на которой работает стандартная голосовая GSM-связь и очень медленный мобильный интернет.

LTE Advanced - это дальнейшее расширение стандарта LTE. Владельцы устройств, совместимых с LTE-A, теоретически могут осуществлять передачу данных со скоростью до 300 Мбит/с, что возможно за счет объединения нескольких частотных диапазонов.
Скорость загрузки до 300 Мбит/с и скорость выгрузки до 50 Мбит/с обеспечивается подключением двух полос в разных частотных диапазонах, например, в частотных диапазонах 1800 МГц и 2600 МГц. LTE Advanced использует широкие полосы частот 20 МГц в стандарте LTE FDD (Frequency Division Duplex) с разделением полос между каналами загрузки и выгрузки.

Рис.1. Таблица стандартов и частот сотовой связи

Рис.2. Таблица стандартов и частот сотовой связи в упрощенном виде

При выборе оборудования пользователь должен проверить параметры сигнала, принимаемого модемом. Обычно это можно сделать, запустив панель диагностики сети, предлагаемую программным обеспечением маршрутизатора или модема. Если нет такой возможности, то можно ориентироваться на показания ЖК-индикатора устройства.

Параметры следует сравнить со значениями, показанными ниже.

• RSRP (dBm) - (Мощность приема опорного сигнала) - показатель мощности сигнала.
• более -79 дБм - очень хороший уровень сигнала,
• от -80 дБм до -90 дБм - хороший уровень сигнала,
• от -91 дБм до -100 дБм - низкий уровень сигнала. Требуется наружная антенна или поиск лучшего расположения модема
• менее -100 дБм - очень низкий уровень сигнала. Необходимо использовать наружную антенну
• RSRQ (dB) - (Качество принятого опорного сигнала) - показатель качества сигнала.
• более -9 дБ - очень хорошо,
• от -10 дБ до -15 дБ - хорошо,
• от -16 дБ до -20 дБ - плохо. Необходимость установки наружной антенны или поиск лучшего расположения модема
• менее -20 дБ - очень плохо Необходимо использовать наружную антенну
• SINR (dB) - (Отношение сигнал/помеха плюс шум) - показатель качества сигнала по отношению к помехам.
• более 21 дБ - очень хорошо,
• от 13 дБ до 20 дБ - хорошо,
• от 0 дБ до 12 дБ - плохо. Необходимо использовать наружную антенну
• менее 0 дБ - очень плохо.Необходимо использовать наружную антенну
• RSSI - Индикатор уровня принятого сигнала
• более -73 дБм - очень хорошо,
• от -75 дБм до -85 дБм - хорошо,
• от -87 дБм до -93 дБм - плохо. Требуется наружная антенна или поиск лучшего расположения модема
• менее -95 дБм - очень плохо. Необходимо использовать наружную антенну

Часто бывает, что, несмотря на очень хороший уровень сигнала LTE, скорость передачи неудовлетворительна. В этом случае следует использовать внешнюю антенну и направить ее на другую базовую станцию (часто низкие тарифы связаны с большим количеством пользователей, подключенных к одной базовой станции).
Другой способ увеличить скорость - проверить, предлагает ли поставщик услуг услугу LTE-Advanced в данном регионе. Конечно, пользователь должен быть оснащен модемом, поддерживающим этот стандарт.
Иногда возникают проблемы с услугой LTE-A, связанные со связью модема с неподходящей базовой станцией. Проще говоря, модем осуществляет связь с "самой сильной" базовой станцией, которая не работает в стандарте LTE-A. Чтобы решить эту проблему, пользователь должен узнать (у оператора), где находится ближайшая базовая станция, работающая по технологии LTE-A с агрегированием полос (предпочтительно расположенная в направлении, противоположном ближайшей/самой сильной базовой станции, которая не поддерживает LTE-A).
В примере пользователя был установлен модем LTE-A, но максимальная скорость загрузки была на уровне 10 Мбит/с, а скорость загрузки достигала всего 1 Мбит/с. Причина заключалась в том, что модем осуществлял связь с базовой станцией, не поддерживающей стандарт LTE-A.

1. УСИЛЕНИЕ СИГНАЛОВ ИНТЕРНЕТ с помощью внешней антенны и модема, который подключается к компьютеру или к маршрутизатору, самый распространенный вариант усиления

Стационарный интернет редкое явление на даче, поэтому мобильный интернет до настоящего времени актуален в загородных домах. Оборудование для мобильного интернета начало бурно развиваться в начале 2000-х годов. Сначала появились 2G (824-960МГц) и 3G (1800-2200 МГц) антенны для усиления сигналов, затем 4G антенны (2500-2700 МГц), а уже позже всеволновые 2G, 3G и 4G антенны (750-2670 МГц).
Усиление антенн достигало 20 дБ, для достижения больших величин, например 25 дБ, стали применять спутниковые тарелки с облучателями в виде миниатюрных 3-4G антенн.
В комплект усилителя сигналов мобильного интернета входит кабель снижения и переходник для подключения усилителя к модему и сам модем.

Рис.3. Комплект усилителя интернет сигналов с панельной антенной

Такой комплект предназначался для подключения к одному компьютеру. Если требовалось подключение большего количества устройств, то дополнительно требовался роутер или коммутатор, что приводило к удорожанию всего усилителя сигналов. Модем оснащается сим-картой оператора, таким образом, в стоимость комплекта входила еще и стоимость ежемесячной оплаты оператору сотовой связи.

Рис.4. Комплект усилителя интернет сигналов со спутниковой тарелкой

Технической проблемой достижения высокой скорости соединения с Интернетом в таких системах является затухание сигналов в кабеле. Дело в том, что при наличии слабого сигнала, антенну нужно поднимать как можно выше, но подъем ограничивается длиной кабеля.
Для наименьших потерь нужно использовать 50-омный кабель с небольшим затуханием. Из трех самых распространенных моделей кабелей: RG-8X, RG-58, 5D-FB, наименьшим затуханием обладает коаксиальный кабель 5D-FB.
Для того чтобы облегчить монтажные работы и уменьшить стоимость усилителя сотовых сигналов, большинство монтажников используют 75-омный телевизионный кабель, который не согласуется с 50-омным входом модема. Часть сигнала отражается от 50-омного входа модема, в результате в кабеле образовывается стоячая волна, и часть энергии не поступает в модем, а рассеивается на тепло. В этом варианте потери скорости сигналов Интернета могут составлять до 30%.
Частично эти потери компенсируются двухканальными антеннами МИМО, но когда требуется достижение максимальной скорости соединения, 75-омный кабель не допустим для применения!

Внешний уличный роутер, предназначен для установки на мачту или кронштейн. Подойдет для дома, отеля, коттеджа и других сооружений, где прием Интернета затруднен. Сигнал на компьютер или WI FI внутренний роутер с внешнего роутера передается по витой паре, которая без ущерба качеству сигнала может достигать длины 50 м, по витой паре также осуществляется питание роутера.
У внешнего роутера отсутствует коаксиальный кабель и высокочастотные соединители, т.е. потерь в высокочастотной области нет. Единственным его недостатком являются встроенные антенны МИМО, которые имеют слабые направленные свойства, и как следствие этого, небольшой коэффициент усиления.
В роутер, как и в домашний модем, устанавливается сим-карта сотового оператора, в некоторые роутеры могут устанавливаться даже две карты разных операторов.

Рис.5. Вид внешнего роутера Tozed ZLT P11

Рабочие режимы роутера, частота соединения и стандарт выбираются автоматически по максимальному сигналу.

Рис.6. Вид внешнего роутера MIKROTIK LHG с параболической антенной, с усилением 21 дБ

ОПИСАНИЕ MIKROTIK LHG R
Устройство позволяет подключаться к вышкам сотовой связи в сельских районах — не охваченных беспроводной сетью — обеспечивая доступ в Интернет на "последней миле".

• модель LHG LTE kit оснащена встроенным LTE-модемом с поддержкой диапазонов 1, 2, 3, 7, 8, 20, 38, 40 для сетей LTE;
• LHG R поставляется без модема, что позволяет использовать собственный;
• LHG 4G kit со встроенным сотовым модемом с поддержкой диапазонов:
  - LTE FDD 3 (1800 МГц), 7 (2600 МГц), 20 (800 МГц) и 31 (450 МГц);
  - LTE TDD 41n (2500 МГц), 42 (3500 МГц) и 43 (3700 МГц).

ОСОБЕННОСТИ

• CPE-устройство с интегрированной антенной.
• Ethernet-порт и слот под карту mini-SIM.
• Свободный слот mini PCI-e под LTE-модем.
• Уличная эксплуатация.
• Монтируется на мачту или крышу высокого здания для обеспечения связи в местах, недоступных для мобильных телефонов.

Предназначен для совместной работы с USB домашними модемами и внешними роутерами.

Рис.7. Вид внутреннего маршрутиризатора MIKROTIK HAP

ИТОГИ
1. С помощью профессионального оборудования МИКРОТИК можно "вытянуть" безнадежно слабый сигнал.
2. Оборудование для усиления Интернет сигнала предназначено для подключения одного компьютера. Чтобы подключить большее количество устройств необходимо дополнительно использовать внутренний маршрутиризатор или коммутатор.
3. Для подключения к Интернету потребуется сим-карта сотового оператора.
4. Усилитель привязан к одному или двум сотовым операторам, чьи сим-карты установлены в модем.

Что надо знать о репитерах!
Репитер - повторитель, без переноса частот, это приемо-передающее устройство. Через внешнюю антенну он принимает сигнал с базовой станции, усиливает его и передает через внутреннюю антенну на абонентское устройство, например, смартфон. Далее, со смартфона сигнал поступает на внутреннюю антенну, усиливается репитером и через внешнюю антенну передается на базовую станцию.
Репитер усиливает сигналы всех сотовых операторов, в сторону расположения базовых станций которых направлена внешняя антенна.
Основные характеристики: частотные рабочие диапазоны, коэффициент усиления и выходная мощность. Последний параметр очень важен, если требуется разделить сигнал на несколько внутренних антенн.
Какие основные требования к репитеру: обеспечение хорошей фильтрации в каждом рабочем диапазоне, чтобы сигнал в одном диапазоне не являлся помехой в другом.
Какие основные требования при установке.
Нужно установить устройство так, чтобы исключить положительную обратную связь и "возбуждение" всей системы. Для этого надо установить антенны: внутреннюю и внешнюю так, чтобы сигнал с внутренней антенны не попадал на внешнюю. Для этого диаграммы направленности антенн не должны пересекаться. Для лучшей изоляции внутреннюю антенну можно установить в горизонтальной поляризации, внешняя антенна устанавливается всегда в вертикальной поляризации!
Затухание сигнала между антеннами должно быть более 30 дБ. Если затухание будет меньше, то увеличатся шумы системы, она также может "возбудиться", что сделает ее неработоспособной и создаст помехи соседям, а это чревато штрафами и конфискацией репитера.
Чтобы обеспечить устойчивую связь в разных помещениях необходимо установить в каждом собственную антенну, для этого надо использовать делитель сигнала.
Как усилить слабый сигнал
В первую очередь необходимо использовать внешнюю антенну с большим коэффициентом усиления. Но увлекаться этим нельзя, так как при этом понизится устойчивость системы.
В качестве кабеля снижения необходимо использовать 50-омные кабели RG-8X, 5D-FB, лучший результат будет с кабелем 5D-FB.
75- омный телевизионный кабель категорически нельзя использовать!
Для повышения уровня сигнала можно использовать репитер с большим коэффициентом усиления > 70дБ. Но при увеличении усиления системы, в первую очередь, надо следить за устойчивостью всей системы.

Мультидиапазонные репитеры могут одновременно усиливать сигналы в нескольких частотных диапазонах GSM, 3G и 4G. В отличие от устройств, усиливающих лишь мобильный интернет, универсальные мультидиапазонные репитеры позволяют разом «убить двух зайцев»: повысить качество голосовой связи и существенно ускорить широкополосный 3G/4G-интернет.

Рис.8. Репитер трехдиапазонный: 2G, 3G и 4G (900-1800-2100МГц)

Трехдиапазонный репитер служит для улучшения голосовой связи и мобильного Интернета в частотных диапазонах 900, 2600 и 2100 МГц и отлично подходит для усиления сотового сигнала в квартирах, частных домах, небольших офисах, магазинах и подвальных помещениях.
Особенностью данного устройства является одновременная поддержка общепринятого 3G-стандарта UMTS-2100 и 4G-сетей LTE1800, а также поддержка 2G-связи в стандартах GSM-900 и GSM-1800.
Частота 1800 МГц используется операторами в городах для предоставления услуг голосовой GSM-связи или развертывания современных сетей четвертого поколения LTE1800. По сравнению с распространенным 4G-стандартом LTE2600, LTE1800 обеспечивает лучшее проникновение сигнала и постепенно вводится в эксплуатацию на месте освобождающихся ресурсов GSM-1800. Сегодня высокоскоростные сети LTE1800 уже функционируют во многих городах России.
Диапазон 900 МГц по-прежнему широко применяется операторами «большой тройки» для обеспечения GSM-связи в городах и в сельской местности.
В отдельных областях, на данной частоте также функционирует широкополосное 3G-соединение.
В свою очередь, частотный диапазон 2100 МГц является основным для 3G-интернета в России и используется всеми отечественными операторами, включая МТС, МегаФон, Билайн и Tele2.

Рис.9. Репитер трехдиапазонный: 2G, 3G и 4G (900-2600-2100МГц)

Трехдиапазонный репитер служит для улучшения голосовой связи и мобильного интернета в популярных стандартах: GSM, 3G и 4G. Устройство поддерживает частотные диапазоны 900, 2100 и 2600 МГц и отлично подходит для усиления сотового сигнала в городах, так как диапазон LTE Band 7 (2600 МГц) и используется, в основном, в городах.
Благодаря поддержке частотного диапазона 2600 МГц, репитер позволяет улучшить качество 4G-сигнала. В России диапазон 2600 МГц является основным для развертывания сотовых сетей четвертого поколения.
В подавляющем большинстве случаев установка этого оборудования полностью решает проблемы с прерывающимися разговорами и нестабильным интернет-соединением.
Диапазон 900 МГц по-прежнему широко применяется операторами «большой тройки» для обеспечения GSM-связи как в городах, так и в сельской местности. В отдельных областях, на данной частоте также функционирует широкополосное 3G-соединение.
В свою очередь, частотный диапазон 2100 МГц является основным для 3G-связи в России и используется всеми отечественными операторами, включая МТС, МегаФон, Билайн и Tele2.

Рис.10. Пятидиапазонный репитер 2G, 3G и 4G (800-900-1800-2100-2600МГц)

Пятидиапазонный репитер объединяет в себе стандарты и частоты двух предыдущих устройства, плюс добавлена полоса диапазона 800 МГц 4G LTE. Этот стандарт обеспечивает самую удаленную работу от базовой станции, на расстоянии до 13.5 км.
В Нижегородской области на этой частоте работает оператор ТЕЛЕ2, который имеет самую большую зону покрытия в стандарте 4G.

Технические характеристики пятиполосного усилителя сигнала 800 900 1800 2100 2600 МГц
Частотный диапазон:
LTE 800: 832 ~ 862; 791 ~ 821 МГц;
GSM900: 890 ~ 915 МГц; 935 ~ 960 МГц;
DCS1800: 1710 ~ 1785; 1805 ~ 1880 МГц;
WCDMA 2100: 1920 ~ 1980; 2110 ~ 2170 МГц;
LTE + 2600: UL:2500 ~ 2570; DL:2620 ~ 2690 МГц.
Рабочий диапазон:
BNAD 20 для 4G LTE + data.
Полоса 8 для 2G GSM 2G голоса.
Полоса 3 для данных 4G LTE.
Полоса 1 для 3G wcdma UMTS.
Полоса 7 для 4G LTE + высокая скорость передачи данных.
Усиление: 70 дБ.
Покрытие: 300 ~ 500 квадратных метров

Рис.11. Внешняя широкополосная антенна с усилением 10DBi, направленная

Рис.12. Внутренняя панельная широкополосная антенна с усилением 9 DBi, направленная

В качестве кабеля снижения целесообразно использовать 50-омные кабели RG-8X, 5D-FB, оконцованные разъемом N plug.
Чтобы не рассверливать в стене отверстие большого диаметра целесообразно применять переходник SMA RP Plug to N-male или FME Plug to N-male.

Рис.13. Кабель снижения с переходником