Усилители сотовой связи

СодержаниеБез-имени-2.jpg

  • Введение
  • Репитеры
  • Различие репитеров по полосе: однополосные, широкополосные, селективные
  • Аналоговые, цифровые, оптические модели
  • Рабочие диапазоны и стандарты
  • Выходная мощность, коэффициент усиления
  • Сопротивление или импеданс
  • Управление, регулировка усиления сигнала
  • Бустеры
  • Готовые решения и индивидуальные проекты
  • Цены репитеров
  • Внешние (уличные) антенны
  • Конструкция антенны, диаграмма направленности
  • Коэффициент усиления
  • Внутренние (комнатные) антенны
  • Кабельные сборки
  • Заключение

За последние годы мобильная связь получила практически повсеместное распространение в урбанизированной зоне плотной городской застройки. Сегодня здесь соревнуется множество разных стандартов — GSM сразу в четырех диапазонах, 3G в различных вариациях (WCDMA, UMTS) и LTE (4G). А на подходе уже и сети 5G.

Однако хватает и мест, где уверенный сигнал сотовых сетей отсутствует. Причем таких «белых пятен» — с избытком, а некоторые из них появились буквально в последние годы. Самый первый «отечественный» стандарт сотовой связи, NMT-450i, добивал на 70 километров от ближайшей базовой станции. Правда, принимать такой сигнал можно было только при наличии соответствующего переносного терминала — ветераны сотовой связи могут вспомнить «кирпичи» Motorola 2000 и Nokia 720.

А вот куда более распространенная GSM-900 доставала уже значительно ближе — километров до 25. Но даже такая дальность вступает в противоречие с плотностью сети. Ведь чем больше базовых станций на единицу площади — тем на меньшее расстояние они передают свой сигнал.

Поэтому нет ничего удивительного, что среди еще вчера сплошного покрытия территорий сотовой связью сегодня начинают появляться «белые пятна». И таких зон предостаточно практически в любой области или районе.

На рынке представлено множество систем, обеспечивающих усиление сотовой связи и/или мобильного интернета. Подобные схемы отличаются разным уровнем конструктивного исполнения, заявленных возможностей и цен. В предложенной статье будут рассмотрены основные характеристики оборудования, определяющие его производительность, а также дополнительный функционал и аксессуары, способные повысить уровень качества связи и упростить эксплуатацию системы.

Подчеркнем, что любая аппаратура усиления сотовой связи может эффективно работать только в том случае, если в месте монтажа внешней антенны присутствует хоть какой-то минимальный уровень сигнала. Если же сигнал сети будет полностью отсутствовать, то система вообще не сможет работать — репитеру будет нечего усиливать.

Состав комплекта усилителя включает такие основные элементы:

  • Репитер
  • Внешнюю антенну
  • Внутреннюю антенну
  • Кабельные сборки

Ко всем компонентам усилительной системы предъявляется ряд строгих требований по обеспечению необходимых технических характеристик и совместимости узлов. При монтаже и подключении комплекта усилителя обязательно нужно строго соблюдать все правила, изложенные в руководстве пользователя и комплектных паспортах.

Репитеры

Репитер — это блок активного усилителя сигналов сотовой связи и/или мобильного интернета. На рынке сегодня представлено очень широкое разнообразие моделей подобных устройств. В зависимости от цены оборудования могут существенно отличаться и технические характеристики разных изделий. Зачастую самостоятельно разобраться в нюансах различия конкретных усилителей и их параметров весьма затруднительно. Чтобы четко понимать, какие требования выдвигаются к применяемым в определенных условиях комплектах, нужно хорошо разобраться в вопросе.

Без-имени-3.jpgРазличие репитеров по полосе: однополосные, широкополосные, селективные

Каждому стандарту сотовой связи выделяются определенные частотные диапазоны, которые разделяются на более узкие промежутки, т.н. называемые полосы каналов.

Самым распространенным типом усилителей является широкополосный репитер. Такое устройство поддерживает все полосы указанного стандарта связи. Допустим, в описании 3G-усилителя указано, что он поддерживает стандарт UMTS-2100. Это значит, что репитер способен обрабатывать данные в присущих этому стандарту диапазонах частот, т.е. 1,92—1,98 ГГц (передача сигналов) и 2,11—2,17 ГГц (прием сигналов). Для каждого стандарта характерен свой уникальный набор частотных полос, строго регламентированный действующим законодательством.

Отличие однополосных репитеров заключается в их способности усиливать только определенные полосы. Такие устройства способны обеспечить работу лишь конкретных операторов связи. Так, предназначенные для усиления сигналов оператора МегаФон репитеры не смогут качественно работать в сетях Билайн. Впрочем, подобные усилители сегодня довольно редко можно встретить в продаже. Однако нужно знать о существовании таких устройств.

Последний тип репитеров — селективные. Это широкополосные усилители, предусматривающие возможность ручной калибровки и настройки с выделением заданной рабочей полосы. Такие репитеры весьма эффективны для работы с конкретным оператором (выбор которого осуществляется пользователем либо настройщиком оборудования). При этом сигналы всех остальных операторов будут отсекаться и игнорироваться усилительной аппаратурой.

Селективные репитеры оснащаются цифровым либо программным управляющим интерфейсом. Они дороже обычных широкополосных усилителей.

Аналоговые, цифровые, оптические модели

Наиболее распространенной группой усилителей являются аналоговые репитеры. Они отличаются простотой и надежностью. При их работе используется минимальный набор настроек. Аналоговые репитеры управляются посредством расположенных на корпусе изделия органов управления. У таких устройств отсутствует функционал удаленного управления. Они не оснащаются встроенными цифровыми интерфейсами. Это может существенно усложнить управление сложными системами, созданными на основе значительного количества репитеров.

Более сложными устройствами являются цифровые репитеры. Такие усилители поддерживают как удаленное управление, так и компьютерную настройку параметров. Посредством программного интерфейса можно не только настраивать значительное количество различных параметров репитера, но и управлять группами усилителей. Подобные группы используются, в частности, на крупных промышленных предприятиях. Среди цифровых репитеров выделяется категория селективных, поддерживающих выбор конкретных рабочих полос частот.

Последняя группа — оптические репиторы. Подобные изделия могут передавать высокочастотные сигналы по оптоволоконным линиям. Обычные усилители передают сигнал по стандартным коаксиальным кабелям. Оптические за счет своих особенностей способны обеспечить работу систем, в которых принимающая и раздающая антенны находятся на расстоянии до 20 км между собой.

Поскольку на практике столь специфические требования встречаются довольно редко, оптические репитеры применяются только на различных специальных объектах. Такие изделия весьма сложны в производстве. Они используются исключительно в профессиональной сфере и достаточно дорого стоят.

Поддерживаемые диапазоны и стандартыБез-имени-4.jpg

По отношению к поддерживаемым диапазонам несущих частот все репитеры можно разделить на две группы: однодиапазонные и мультидиапазонные.

К однодиапазонным усилителям относятся репитеры, рассчитанные на работу только в одном диапазоне частот. Подобные устройства по сути являются базовыми. Они ограничивают пользователей по перечню поддерживаемых стандартов связи. Поэтому рекомендовать такие усилители можно только в качестве бюджетного решения, если необходимо усилить сигнал строго определенного стандарта с конкретной частотой.

А вот мультидиапазонные усилители способны обрабатывать сигналы сразу нескольких диапазонов в различных стандартах связи. Приведем список частотных диапазонов, используемых основными российскими операторами связи, и соответствующих им стандартов.

  • 800 МГц: LTE-800 (Band 20);
  • 900 МГц: GSM-900; UMTS-900;
  • 1800 МГц: GSM-1800; LTE-1800 (Band 3);
  • 2100 МГц: UMTS-2100;
  • 2600 МГц: LTE-2600 (Band 7).

Российские сотовые операторы в различных условиях могут использовать любые из перечисленных частотных диапазонов. Однако на практике обычно достаточно усилить лишь сигналы в 2—3 самых востребованных диапазонах. Это, как правило, позволяет эффективно решить проблемы с доступностью качественной сотовой связи и интернета. Усиливать же все диапазоны обычно либо вообще невозможно (поскольку в данном местоположении отсутствует сигнал на определенных частотах), либо просто нецелесообразно (поскольку клиент не будет пользоваться всеми стандартами).

Отметим еще один важный момент, связанный со стоимостью оборудования. Мультидиапазонные репитеры дороже однодиапазонных, причем цена изделия возрастает пропорционально количеству усиливаемых диапазонов. Поэтому универсальный репитер на 5 диапазонов обойдется примерно впятеро дороже однодиапазонного.

Это обстоятельство объясняется конструкцией мультидиапазонных репитеров, которые фактически представляют собой набор из нескольких однодиапазонных модулей, располагаемых в одном корпусе. При этом антенны, с которыми работают эти модули, должны поддерживать все стандарты и частотные диапазоны, усиливаемые репитером.

Наибольшее распространение сегодня получили двухдиапазонные устройства, усиливающие сигналы таких пар стандартов связи, как (GSM + 3G) и (3G + 4G). Подобные мультидиапазонные репитеры позволяют одновременно улучшить качество голосовой связи и интернета. За счет этого одна группа абонентов сможет говорить по сотовым телефонам с хорошим качеством связи, а другая — воспользоваться высокоскоростным беспроводным интернетом, выходя в сеть с мобильных устройств.

Выходная мощность, коэффициент усиления

Предлагаемые на рынке репитеры достаточно условно можно как по уровню усиления, так и по величине выходной мощности разделить на три класса (по каждому из параметров). При этом отдельно выделяются усилители промышленного уровня.

Одной из ключевых характеристик любой модели репитера является коэффициент усиления, или КУ. Этот параметр измеряется в децибелах (дБ). Репитер с более высоким КУ способен обработать с усилением до приемлемых уровней более слабые сигналы сотовых сетей.

Классы репитеров по коэффициенту усиления:

  • С начальным уровнем усиления. КУ в пределах 60—65 дБ. Устройства с таким коэффициентом усиления применяются на объектах малой площади. В месте установки уличной антенны должен присутствовать уверенный сигнал сети. Подобные репитеры способны обеспечить работу средств мобильной связи на площадях 100—200 м2. Обычно к ним подключаются одна или две внутренние антенны.
  • Со средним уровнем усиления. КУ в пределах 70—75 дБ. Эти репитеры способны обеспечить надежную связь при низком уровне входного сигнала в помещениях достаточно большой площади — 200—400 м2. К ним можно подключать 3—4 внутренние антенны.
  • С высоким уровнем усиления — от 80 дБ. Такие репитеры могут усиливать даже очень слабые входящие сигналы, обеспечивая надежную качественную связь на объектах, площадь которых превышает 400 м2. К ним можно подключать 6—8 внутренних антенн. Это позволяет создавать равномерное покрытие сразу в нескольких помещениях достаточно большой площади.
  • Промышленные репитеры, коэффициент усиления — 90 дБ. Такие системы позволяют обеспечивать надежный сигнал сети в больших зданиях и на объектах с площадью территории порядка 10 000 м2 и больше. Подобные индустриальные решения используются, как правило, с рядом вспомогательных усилителей и разветвленной сетью внутренних раздающих антенн.

Выходную мощность усилителя измеряют в милливаттах (мВт). От этой характеристики напрямую зависит площадь территории, которую способен покрыть качественным сигналом сотовой сети усилитель данной модели. Репитеры с низким уровнем выходной мощности могут обеспечить уверенный прием в относительно небольших помещениях: квартирах, дачных домах, офисах незначительной площади. Более мощные усилители способны покрыть сигналом сотовой связи подземные паркинги, ангары и пр.

Без-имени-5.jpg

Нередко выходную мощность указывают в децибел-милливатах (дБм). Чтобы перевести эту логарифмическую величину в более традиционные мВт, можно использовать специальные калькуляторы.

Принято деление репитеров на следующие классы по уровню выходной мощности:

  • Репитеры низкой мощности: 50–100 мВт. Подобные устройства обычно используются в квартирах, небольших коттеджах и дачах.
  • Репитеры средней мощности: 100–320 мВт. Такие усилители станут оптимальным выбором для офисов, небольших предприятий, складов.
  • Репитеры высокой мощности: 500–2000 мВт. Подобные усилители подойдут для больших помещений со сложной планировкой и большой площадью.
  • Промышленные репитеры: 5000–10000 мВт. Такие устройства способны обеспечить надежный сигнал на территории крупного производственного объекта или большого здания.

Сопротивление (импеданс)

Чаще всего репитеры обладают сопротивлением 50 Ом. Именно такое значение параметра наиболее распространено в оборудовании сотовой связи. Помимо самих усилителей, таким же сопротивлением обладают внутренние и внешние антенны, все переходники, разъемы, кабельные сборки и пр. Использование единого значения для различных устройств обеспечивает согласование всех компонентов системы, снижает потери передаваемых сигналов по мощности, позволяет избежать рассогласования параметров цепи, упрощает монтаж и эксплуатацию систем усиления.

Значительно реже используется оборудование с сопротивлением 75 Ом. Преимущество подобных систем заключается в более дешевых разъемах, кабелях, переходниках. Исходно такое сопротивление соответствовало телевизионному стандарту. Сегодня иногда могут использоваться телевизионные комплектующие при организации работы усилительного оборудования с такими параметрами.

Управление, регулировка усиления сигналаБез-имени-6.jpg

Ряд достаточно продвинутых моделей оснащены системами ручной регулировки уровня усиления сигналов (РРУ). Эта функция может оказаться востребованной при определенных условиях радиочастотной обстановки в конкретной местности. Так, излишняя мощность передаваемого на базовую станцию сигнала (Uplink) способна оказывать отрицательное воздействие на оборудование операторов связи. Нежелательным является и завышенный уровень сигнала, излучаемого в сторону мобильных устройств абонентов (Downlink). Чрезмерное усиление в этом случае способно вызвать т.н. «закольцовку» либо переусиление (если уровень входного сигнала довольно высок).

У моделей начального уровня функционал ручной регулировки усиления, как правило, отсутствует. Поэтому в случае необходимости изменения уровня выходной мощности таких репитеров желательно воспользоваться специальными отдельными устройствами — аттенюаторами.

Системы ручной регулировки устанавливаются на более дорогие изделия. Наличии РРУ позволяет достичь оптимальной производительности репитера. Существует также функция автоматической регулировки усиления. Таким функционалом оснащается большинство представленных на рынке современных моделей, включая бюджетные репитеры. Наличие АРУ препятствует возникновению перегрузки сигнала и «закольцовки» — т.е. ситуации, при которой чрезмерно мощный сигнал внутренней антенны улавливается внешней (и наоборот).

На разных моделях функционал ручного управления может быть реализован посредством клавиш, кнопок, реле либо переключателей на корпусе устройства. Более дорогие репитеры могут оснащаться дисплеями (экранами), отображающими текущие параметры. На бюджетных изделиях с этой же целью могут устанавливаться светодиодные индикаторы. Основным предназначением подобных индикаторов является отображение текущего режима работы усилителя, а также предупреждение опасности возникновения закольцовки сигнала.

Бустеры

Бустерами называются дополнительные (дочерние) усилители, которые используются в комплексе с основным репитером. Задача основного репитера состоит в приеме сигналов базовых станций с последующим их усилением и ретрансляцией на определенную территорию. Бустер подключается к репитеру посредством кабеля и обеспечивает покрытие усиленным сигналом сотовой сети в дополнительной зоне.

Характерной особенностью бустеров является высокая мощность в направлении абонентских мобильных устройств и низкая — в сторону репитера. За счет этого обеспечивается качественная связи на покрываемой площади. Нередко бустеры поставляются на рынок под названием линейных либо магистральных усилителей.

Покупка бустера с последующей установкой стоит значительно дешевле, чем создание второй автономной системы усиления на основе отдельного репитера. Стоит понимать, что бустер не способен заменить полноценный репитер. Он может работать, только будучи подключенным к базовому усилителю.

Готовые решения и индивидуальные проекты

Производителями оборудования разработан ряд готовых решений, включающих все необходимые комплектующие и модули для организации систем усиления. Такие комплекты обеспечивают эффективную работу в определенных условиях. Они весьма удобны при решении стандартных задач, их можно быстро установить и подключить в пригородном доме, на даче, в квартире, небольшом офисе.

Среди важнейших преимуществ готовых решений можно выделить полную совместимость оборудования. Чтобы установить и подключить такой комплект, пользователю не нужно обладать какими-то специальными знаниями в сфере мобильных технологий или радиосвязи. Поэтому подобные комплекты помогут эффективно и рентабельно решить задачу обеспечения качественной сотовой связью стандартных типовых помещений или объектов.

Необходимость в индивидуальных проектах возникает, если существуют какие-то специфические требования к устанавливаемой системе усиления либо наблюдаются нестандартные условия ее эксплуатации. Это может быть вызвано неравномерностью радиообстановки на территории (большое различие в мощности сигналов разных операторов), необходимостью разработки проектной документации либо использования бустеров. Практически всегда помощь специалистов потребуется при оснащении системами усиления крупных промышленных либо коммерческих объектов.

Именно привлечение высококвалифицированного инженерного персонала станет залогом создания высокоэффективной, качественной, надежной и рентабельной системы усиления на объектах любой площади и сложности. Монтаж и настройка всего оборудования, включая репитеры, бустеры, антенны, кабельные линии и пр. будут выполнены специалистами в полном соответствии с нормами технической документации, правилами безопасности, а также с учетом специфики конкретного объекта.

Без-имени-7.jpgЦены репитеров

Стоимость различных репитеров обычно напрямую зависит от функциональных возможностей модели. Более дорогие усилители обладают лучшими техническими характеристиками и возможностью гибкой настройки параметров. Самыми дорогими являются универсальные репитеры, поддерживающие все существующие частотные диапазоны. Такие устройства усиливают сигналы всех современных стандартов сотовой связи и/или мобильного интернета.

Недорогие бюджетные репитеры отличаются минимальными возможностями настройки. Для таких моделей характерны невысокие значения выходной мощности и коэффициента усиления.

Внешние (уличные) антенны

Репитер обязательно должен эксплуатироваться в комплекте с внешней антенной, которая устанавливается снаружи помещения (на улице). Такая антенна направляется на ближайшую базовую вышку. При выборе оборудования нужно учитывать фактор совместимости частотных характеристик усилителя и антенны. Следует также ориентироваться на конкретные стандарты сотовой связи, с которыми будет работать система усиления.

Уличные антенны монтируются с помощью кронштейнов и метиз. Крепеж позволяет надежно фиксировать антенного оборудования на мачтах, крышах или стенах зданий. Кронштейны также помогают корректно развернуть антенну в направлении базовых станций.

Конструкция и диаграмма направленности

Антенны бывают круговыми и направленными. Для круговых характерна равномерная приемопередача во всех направлениях, на 360°. Чаще всего подобные антенны применяются на объектах, которые могут изменять свое местоположение — например, на транспорте или вендорных аппаратах. Ввиду постоянного либо частого перемещения относительно базовых станций использовать в такой ситуации направленные антенны невозможно либо нецелесообразно.

Направленные антенны характеризуются диаграммой направленности, форма которой индивидуальна для каждой определенной модели. С помощью подобных изделий можно довольно точно «нацелиться» на конкретную базовую станцию, что повышает качество принимаемого сигнала. Направленные антенны рекомендуется устанавливать на стационарных объектах в условиях слабого сигнала сотовой сети.

Уличные антенны довольно сильно различаются по своей конструкции. Наиболее простыми являются круговые антенны обычной штыревой формы. Их можно использовать на объектах, расположенных в черте города, с наличием достаточно мощного сигнала сети.

На прием одного рабочего диапазона рассчитаны модели типа «волновой канал», выполненные в виде «елочки». Такие антенны изготавливаются в двух основных вариантах исполнения. В открытом виде хороша видна конструкция металлической антенны. Закрытое исполнение подразумевает наличие кожуха, защищающего антенну от птиц и осадков. Как пример классического волнового канала, можно назвать модель BS-2000-17.

Достаточно сложной конструкцией обладают панельные антенны. Здесь под внешним кожухом скрывается синфазная решетка, обеспечивающая высокую эффективность приемопередачи и усиления сигнала. Для разных моделей характерны различные конфигурации решеток, отличающиеся как рабочим углом, так и величиной коэффициента усиления.

Последняя группа уличных антенн — параболические. Такие модели отличаются наибольшей эффективностью. Внешне они похожи на спутниковые тарелки, которые можно довольно точно направить на ближайшую вышку базовой станции.

Коэффициент усиления антенныБез-имени-8.jpg

Для оценки производительности антенны используется коэффициент усиления. Это логарифмическая величина, которая измеряется в изотропных децибелах — дБи. Антенны с более высокой величиной коэффициента усиления способны принимать более слабые сигналы. Поэтому на значительных расстояниях от базовых станций используются именно модели с высоким значением этого параметра.

Так, для городского транспорта можно использовать круговые антенны с коэффициентом усиления порядка 6 дБи. Этого значения параметра вполне достаточно для работы в условиях городской застройки с хорошим покрытием сети. А вот на даче или загородном доме лучше поставить антенну SOTA-6. Для этой модели характерен коэффициент усиления порядка 15 дБи, что обеспечивает хороший прием на значительном удалении от ближайшей вышки оператора.

Внутренние (комнатные) антенны

Усиленный репитером сигнал передается на установленную в помещении внутреннюю антенну (или антенны), которая раздает его конечным пользователям (сотовым телефонам, смартфонам, модемам, планшетам и пр.).

Внутренние антенны также разделяются на круговые и направленные. Первые удобно устанавливать в центре помещения. Пример — потолочная модель BS-700/2700-4.

Направленные антенны имеют панельную форму и монтируются на стенах. При их размещении следует учитывать диаграмму направленности, характерную для конкретной модели. Пример панельной антенны — Vita-5.

Конструкция внутренних антенн зачастую аналогична внешним. Основное отличие — отсутствие защиты от погодных условий. Такие модели рассчитаны на установку исключительно в помещениях.

Кабельные сборки

При монтаже системы усиления для соединения репитера с антеннами используются стандартные кабельные сборки. При их выборе следует ориентироваться на длину кабеля, которая обеспечит необходимый разнос антенн.

От характеристик самого кабеля и используемых разъемов зависит качество передачи сигнала. Желательно выбирать кабель диаметром не менее 7 мм. Оптимальные размеры сборок для небольших объектов — 10—20 м. Примеры популярных качественных сборок — 5D-FB или 8D-FB. Для бюджетных решений можно воспользоваться кабелем типа RG-58.

Заключение

Покупая усилитель сотовой связи для стандартного объекта (квартиры, дачи, офиса и пр.) лучше выбирать готовые комплекты. На рынке существует множество вариантов для разных стандартов связи и их сочетаний.

Помимо стандарта связи, необходимо также ориентироваться на площадь помещения. В зависимости от величины объекта следует выбирать оптимальный коэффициент усиления. Так, для площади 100 м2 подойдет репитер с усилением 65 дБ, усилитель с коэффициентом 70 дБ обеспечит надежную связь на 200 «квадратах», 75 дБ — на 300 м2, а 80 дБ — на 400 м2.

Приведем примеры комплектов, доступных на рынке:

  • BS-GSM-65-kit — комплект, обеспечивающий надежное усиление стандарта GSM в условиях городской квартиры или дачи.
  • BS-3G-65-kit — комплект, обеспечивающий работу сетей 3G в условиях города.
  • BS-3G-75-kit — усилитель сетей 3G. Обладает высоким уровнем усиления и рассчитан на покрытие загородных домов большой площади.
  • BS-DCS/3G-70-kit — городская система, покрывающая до 300 м2. Поддерживает GSM-1800, 3G, LTE-1800.
  • BS-DCS/3G/4G-80-kit — очень мощный универсальный комплект, обеспечивающий усиление всех используемых стандартов связи.