Как работает усилитель сотовой связи
Усилитель сотовой связи (репитер) принимает сигнал базовой станции оператора на донорскую антенну снаружи здания, усиливает его и раздаёт внутри через внутренние антенны. Сигнал телефонов идёт обратным путём: от внутренних антенн через усилитель к донорской и дальше к базовой станции. Качество работы всей системы на две трети определяется антеннами: какой сигнал поймала донорская, насколько ровно раздают внутренние и насколько хорошо они изолированы друг от друга.
Оценка по формулам разноса без учёта диаграмм: вертикальный разнос даёт в разы больше развязки.
Донорская антенна
Донорская антенна смотрит на базовую станцию. Её задача — принять сигнал как можно лучшего качества, поэтому её делают направленной: панель, антенна Яги или логопериодическая. Направленность даёт два выигрыша — усиление в сторону вышки и подавление сигналов других сот и помех с остальных направлений. Второе особенно важно: репитер усиливает всё, что приняла донорская, включая шум.
В каталоге KADAMM внешние антенны для репитеров — 19 моделей с усилением 5,0–17,0 дБи, в том числе многодиапазонные панели 617–6000 МГц и антенны MIMO с двумя портами.
Как выбрать донорскую
- Диапазоны — те, что усиливает репитер, и не шире: лишние диапазоны приносят лишние помехи.
- Усиление — по расстоянию до вышки: рядом хватит 8–12 дБи, на 5–10 км нужна антенна на 15–18 дБи.
- Отношение вперёд/назад — чем больше, тем меньше донорская «слышит» внутренние антенны.
- Направление — по интерфейсу репитера или измерителю: ищут максимум качества сигнала, а не только уровня.
Внутренние антенны
Внутренние антенны раздают сигнал по помещениям. Потолочные всенаправленные светят кругом вниз и ставятся в центре зоны — в офисах, холлах, торговых залах. Панельные направленные вешают на стену лучом в зал, коридор или паркинг. В каталоге KADAMM внутренних антенн 100, усиление 1,5–17,0 дБи; большинство — многодиапазонные, на все сотовые диапазоны и Wi-Fi.
| Помещение | Антенна | Почему |
|---|---|---|
| офис, открытое пространство | потолочная всенаправленная | круговая зона от центра |
| длинный коридор | панель в торце лучом вдоль | одна антенна на десятки метров |
| паркинг | панели на колоннах вдоль рядов | машины и колонны затеняют круговую зону |
| большой зал, склад | панели со стен лучом внутрь | не светят наружу через стены |
| лифтовая шахта | направленная антенна вдоль шахты | бетон и металл со всех сторон |
Развязка: главное ограничение
Усиленный сигнал внутренних антенн частично возвращается к донорской. Если он возвращается сильнее, чем ослабляется по пути, репитер начинает усиливать сам себя — самовозбуждается. Он гудит на весь диапазон и мешает базовой станции оператора, а оператор такие репитеры находит и требует отключить. Поэтому развязка — затухание между донорской и внутренними антеннами — должна быть больше усиления репитера с запасом 15 дБ.
Развязку оценивают по расстоянию между антеннами. Для прикидки без учёта диаграмм используют формулы разноса: по горизонтали L ≈ 22 + 20·lg(d/λ), по вертикали L ≈ 28 + 40·lg(d/λ), где d — расстояние, λ — длина волны. На 1800 МГц (λ ≈ 17 см):
| Расстояние между антеннами | Развязка по горизонтали | Развязка по вертикали |
|---|---|---|
| 2 м | 44 дБ | 71 дБ |
| 5 м | 52 дБ | 87 дБ |
| 10 м | 58 дБ | 99 дБ |
| 20 м | 64 дБ | 111 дБ |
Вертикальный разнос работает намного лучше: антенны почти не излучают вверх и вниз, а между ними ещё и крыша или перекрытие. Поэтому донорскую ставят на крыше, а внутренние — на этажах ниже, и никогда не ставят их на одном уровне рядом. Каждое удвоение вертикального разноса прибавляет к развязке около 12 дБ, горизонтального — около 6 дБ: поднять донорскую антенну на мачте выгоднее, чем отнести её в сторону.
| Развязка | Допустимое усиление репитера (запас 15 дБ) |
|---|---|
| 78 дБ (вертикально 3 м) | 63 дБ |
| 87 дБ (вертикально 5 м) | 72 дБ |
| 99 дБ (вертикально 10 м) | 84 дБ |
Диаграммы помогают. Реальная развязка больше табличной, если донорская смотрит от здания, а внутренние антенны закрыты перекрытием. Современные репитеры измеряют развязку сами и снижают усиление, если её не хватает.
Какой сигнал нужен на донорской
Репитер не создаёт сигнал из ничего: он усиливает то, что приняла донорская антенна, вместе с шумом. Если на входе сигнал слабый и зашумлённый, после усиления он останется таким же по качеству, только громче. Поэтому место для донорской выбирают по качеству сигнала — там, где отношение сигнал/шум максимально, — и только потом подбирают усиление репитера.
Усиление ограничено сверху двумя вещами: развязкой антенн и выходной мощностью репитера. Если входной сигнал сильный, а усиление большое, выходной каскад перегружается, и репитер искажает сигнал. Современные репитеры автоматически ограничивают усиление по уровню на входе — это нормальный режим, а не неисправность.
Установка донорской антенны
- Выше конька крыши и соседних построек, с прямой видимостью на вышку.
- На жёсткой трубостойке или кронштейне: ветер не должен сбивать направление.
- Спиной к зданию и к местам, где будут внутренние антенны.
- Кабель — вниз по кратчайшему пути, разъём закрыт гидроизоляцией, мачта заземлена.
- Направление подбирают по показаниям репитера или измерителя, поворачивая антенну на несколько градусов.
MIMO и скорость интернета
Большинство простых репитеров усиливают один поток, и скорость мобильного интернета в доме ограничивается одним каналом. Репитеры с поддержкой MIMO усиливают два потока — им нужны двухпортовые донорская и внутренние антенны и два независимых тракта. Если скорость интернета критична, выбирают такую систему или ставят отдельный роутер с внешней антенной MIMO.
Три примера
| Объект | Донорская | Внутренние | Разнос |
|---|---|---|---|
| загородный дом, 150 м² | панель или Яги на мачте над коньком | 1–2 потолочные на этажах | крыша и перекрытие между ними |
| офис 1000 м² на этаже | панель на крыше здания | 3–5 потолочных, делители по веткам | несколько этажей по вертикали |
| склад 3000 м² | панель на кровле | панели на стенах лучом внутрь | кровля и расстояние до стен |
Проверка после установки
После включения проверяют, что репитер работает без самовозбуждения — индикатор развязки или аварии в норме, — и измеряют уровень и качество сигнала в дальних углах помещений. Если в каком-то месте связь хуже, добавляют антенну или перераспределяют мощность ответвителями. Через неделю работы стоит ещё раз посмотреть журнал репитера: ночью, когда нагрузка на вышку падает, уровни меняются.
Кабель и разводка
Кабель от донорской антенны к репитеру делают как можно короче и толще: его потери напрямую ухудшают чувствительность на приёме от базовой станции. Со стороны внутренних антенн потери тоже важны, но их можно компенсировать выходной мощностью репитера. Сигнал между несколькими внутренними антеннами делят делителями мощности и ответвителями так, чтобы на каждую приходил примерно одинаковый уровень.
Сколько внутренних антенн нужно
Одна потолочная антенна в открытом офисе закрывает круг радиусом 15–25 м, в помещениях с капитальными стенами — одну-две комнаты. На этаж площадью 1000 м² с перегородками обычно нужно 3–5 антенн. Точное число считают по планам: выходная мощность репитера, потери разводки, усиление антенны и затухание в стенах.
Несколько операторов
Бытовой репитер обычно усиливает диапазоны всех операторов сразу, но донорская антенна при этом смотрит на одну вышку. Если вышки разных операторов стоят в разных сторонах, один оператор будет усиливаться хорошо, другие — хуже. Решения: несколько донорских антенн через комбайнер, многолучевая донорская антенна или отдельные репитеры для операторов. Для больших объектов с несколькими операторами строят DAS с подключением сигналов напрямую от базовых станций операторов.
Внутренние антенны при этом общие: многодиапазонная потолочная антенна одинаково работает для всех операторов, если её полоса перекрывает все их диапазоны. Именно поэтому для внутренних антенн выбирают широкополосные модели 698–2700 МГц и шире.
Типовые ошибки
- Донорская и внутренняя антенны на одном уровне в нескольких метрах друг от друга — репитер самовозбуждается.
- Всенаправленная донорская антенна — усиливаются все соседние соты и помехи.
- Двадцать метров тонкого кабеля от донорской — сигнал вышки теряется до репитера.
- Одна мощная внутренняя антенна на весь этаж вместо нескольких — у антенны перегруз, в дальних комнатах пусто.
- Донорская наведена по уровню, а не по качеству сигнала.
Что уточнить перед выбором
- Операторы и диапазоны, которые нужно усилить.
- Где стоит ближайшая базовая станция и есть ли прямая видимость.
- Площадь и планировка помещений, этажность.
- Где можно поставить донорскую антенну и репитер, длина кабелей.
- Нужен ли MIMO для скорости мобильного интернета.
- Есть ли место на крыше для мачты донорской антенны.
Модели KADAMM
Донорские и внутренние антенны — в разделах внешних и внутренних антенн KADAMM.
| Частоты | 617–960 / 1695–2700 / 3300–4200 / 4800–6 |
| Усиление | 8 дБи |
| Частоты | 617–960 / 1695–2700 / 3300–4200 / 4800–6 |
| Усиление | 8 дБи |
| Частоты | 790–960 / 1710–2500 МГц |
| Усиление | 5,5 дБи |
| Частоты | 790–960 / 1710–2700 / 3300–3800 МГц |
| Усиление | 5 дБи |