Представленный расчет системы усиления сотовой связи подтвердит правильность подбора оборудования и проведенной установки усилителей сигнала сотовой связи.

Для примера возьмем самый простой случай системы усиления мобильной голосовой связи.

Исходные данные

Первоначально нам надо определить исходные данные:

1. Частотный диапазон, в котором мы принимаем сигнал
2. Уровень сигнала в месте, где будет или уже установлена внешняя антенна. Для замера уровня сигнала нам понадобится простой телефон, а именно сервис-функция Netmonitor.

Сервис-функции телефона

О том, какой код необходимо набрать на Вашей модели телефона можете прочитать в статье «Сервис-функции телефонов ».

Для смартфонов на платформе Android еще проще. Для них имеются множество бесплатных приложений для того чтобы узнать уровень входного сигнала принимаемой станции, а также море другой полезной информации, такие как код сети (MNC), номер Базовой станции (BSIC), ID соты и многое другое.

В наше распоряжение попал смартфон Samsung GT-S5250.

	Набираем код *#9999*0# и сразу попадаем в сервис меню телефона.
	Нажимаем «Назад» несколько раз подряд, пока телефон не вернется в главное меню.
	Выбираем первый пункт «Debug Screen», вводим «1» на появившейся виртуальной клавиатуре.
	Далее, также вводим «1», тем самым выбрав «Basic Mode Information».

И получаем всю необходимую информацию и даже лишнюю. В данном телефоне была установлена сим-карта «Мегафон».

• RPLMN: 250 -02
• 250 - код страны (250 - Россия, 255 - Украина, 257 - Беларусь);
• 02 - код сети (01 - МТС, 02 - Мегафон, 99 - Билайн, 20 - Теле2);
• GSM 900 - стандарт мобильной связи, в которой сейчас телефон работает;
• BSIC: 19 - код БС, с которой в данный момент принимается сигнал;
• BcchFrq: 102 - номер канала Базовой станции на котором осуществляется в данный момент связь, подробнее о каналах и их распределение по операторам читайте в статье «Принцип работы сотовой связи». Действительно, 102 - канал в Санкт-Петербурге используется «Мегафоном» и он находится в диапазоне GSM 900;
• RSSI: -63 - уровень принимаемого сигнала в дБм;
• RxLev: 47 - уровень тоже самого сигнала, но уже в других условных единицах, чем больше его значение тем лучше сигнал.

И так предположим, что уровня сигнала замер проводили в месте установки внешней антенны, а усилить сигнал необходимо в небольшой подвальном помещении площадью 40 м². Расчет будем проводить для направления DownLink (сигнал от базовой станции к мобильному телефону).

Выбранное оборудование

AL-900-11 внешняя антенна, направленная, типа «волновой канал», с коэффициентом усиления Ку=11 дБ	PicoCell 900 SXB репитер с коэффициентом усиления Ку=60 дБ и выходной мощностью до P=10 мВт	AP-800/2700-7/9 ID внутренняя панельная антенна с коэффициентом усиления в диапазоне частот 900 Мгц - Ку=60 дБ	при небольшой длине сильного затухания сигнала он не внесет

Схема системы усиления мобильной связи будет следующая:

Методика расчета следующая:

1. Померили уровень сигнала телефоном в точке предварительной установки внешней антенны: -63 дБм. Коэффициент усиления антенны 11 дБ, соответственно на выходе антенны имеем сигнал -63 + 11 = -52 дБм.
2. У любого кабеля есть свои радиочастотные характеристики. Например, для нашего кабеля 5D-FB на 100 метрах на частоте 900 МГц теряется 19,7 дБ (см. технические характеристики). Чем выше частота сигнала, тем больше потери в кабеле. Соответственно на 10 метрах потеряется около 2 дБ. Таким образом, на вход репитера приходит сигнал -52 -2 = -54 дБ.
3. Смотрим коэффициент усиления репитера в его технических характеристиках (в нашем случае у 900SXB Ку=60 дБ). Получаем на выходе усилителя: -54 +60 = +6 дБм.
4. В кабеле от репитера до внутренней антенны на длине 5 метров потери будут примерно 1дБ.
   Таким образом, на вход внутренней антенны приходит сигнал +6 -1 = +5 дБм.
5. Коэффициент усиления антенны AP-800/2700-7/9 ID на частоте 900 МГц Ку=7 дБ. Таким образом, антенна будет излучать сигнал с уровнем +5 +7= + 12 дБм.

Для того чтобы перевести уровень сигнала из дБм в мВт воспользуемся формулой: P[мВт] =10^(0,1* P[дБм]). В нашем случае: P[мВт] =10^(0,1*12)=15,8 мВт.

Для того чтобы оценить площадь покрытия и не проводить сложных математических расчетов затухания сигнала в пространстве, на основе экспериментальных данных установлено: что если уровень сигнала в мВт домножить на коэффициент 4 для диапазона 900 МГц (для диапазона 1800 МГЦ - на коэффициент 3), то можно получить примерную площадь покрытия в м². При наличии стен и перегородок площадь может оказаться существенно меньше.

Системы автоматической регулировки усиления (АРУ) широко используются в радиоприемных устройствах различного назначения. Системы АРУ предназначены для стабилизации уровня сигнала на выходе усилителей радиоприемных устройств при большом динамическом диапазоне изменения входного сигнала, достигающих, например, в радиолокационных приемниках 70100 дБ. При таком изменении уровня входного сигнала, при отсутствии системы АРУ, нарушается нормальная работа приемных устройств, что проявляется в перегрузке последних каскадов приемника. В системах автоматического сопровождения цели РЛС перегрузка каскадов приемника приводит к искажению амплитудной модуляции, к снижению коэффициента усиления и срыву сопровождения. В системах стабилизации частоты перегрузка каскадов вызывает изменение крутизны дискриминационной характеристики, что резко снижает качество работы системы .

По принципу построения системы АРУ делятся на три основных типа : разомкнутые, или без обратной связи (рис. 2.2, 2.3); замкнутые, или с обратной связью (рис. 2.4); комбинированные. Существуют одно- и многопетлевые системы АРУ с непрерывной и цифровой регулировкой. АРУ без обратной связи обеспечивает высокое постоянство амплитуды выходного сигнала при изменении входного сигнала в широких пределах, однако регулируемая величина зависит от стабильности параметров цепи АРУ.

Разомкнутая инерционная система АРУ (рис. 2.2) имеет в своем составе регулируемый усилитель (У), усилитель системы АРУ (УАРУ), детектор АРУ (ДАРУ) для получения управляющего воздействия и фильтр нижних частот (ФНЧ), устраняющий составляющую частот модуляции во избежание демодуляции АМ радиосигнала.

Рис. 2.2  Структурная схема разомкнутой инерционной

системы АРУ

Временная система (рис. 2.3) содержит устройство формирования управляющего напряжения (ВАРУ), работа которого синхронизируется во времени внешним импульсом.

Рис. 2.3  Структурная схема системы разомкнутой временной АРУ (а)

и временная диаграмма, поясняющая принцип ее работы (б)

На практике наибольшее распространение получили инерционные системы АРУ с обратной связью (рис. 2.5). Они подразделяются на системы непрерывного и импульсного действия. Все перечисленные системы могут быть задержанными и незадержанными.

Рис. 2.4 Структурные схемы систем АРУ непрерывного действия

с обратной связью (а) неусиленная с совмещенным детектированием, (б) – неусиленная с раздельным детектированием

Принцип работы системы АРУ заключается в следующем. Входное напряжение U вх (t ) поступает на вход усилителя с регулируемым коэффициентом усиления. Выходное напряжение с усилителя поступает на вход детектора, затем продетектированный сигнал суммируется с напряжением задержки U з. Суммарное напряжение U с усиливается усилителем постоянного тока (УПТ) и подается на фильтр нижних частот (ФНЧ), ФНЧ формирует управляющее напряжение U у, изменяющее коэффициент усиления. Зависимость коэффициента усиления усилителя от управляющего напряжения называют регулировочной характеристикой, она может быть аппроксимирована линейной зависимостью

, (2.0)

где k 0 – коэффициент усиления при управляющем напряжении, равном нулю;

 – крутизна регулировочной характеристики.

Рис. 2.5  Функциональная схема системы усиленной задержанной

АРУ с обратной связью

Эффект стабилизации уровня выходного напряжения U вых (t ) достигается за счет того, что с ростом уровня U вых (t ) увеличивается и управляющее напряжение U у, под действием которого, в соответствии с выражением (2.1), уменьшается коэффициент усиления усилителя, что приводит к снижению уровня входного сигнала.

Для предотвращения снижения уровня выходного сигнала при малых входных воздействиях и обеспечения работы системы АРУ с определенного уровня, в систему подают напряжение задержки U з. В результате напряжение управления появится только в случае, когда напряжение на выходе амплитудного детектора превысит напряжение задержки U з.

, если
, (2.0)

, если
,

где K д – коэффициент передачи детектора.

Фильтр нижних частот в цепи обратной связи систем АРУ предназначен для передачи управляющего напряжения с частотами изменения уровня выходного напряжения АРУ. При этом ФНЧ должен быть инерционным по отношению к частотам полезной модуляции, иначе произойдет демодуляция полезного сигнала.

Напряжение на выходе системы АРУ

Уравнениям (2.2)–(2.3) соответствует структурная схема системы АРУ (рис. 2.6). На этой схеме нелинейное звено (НЗ) описывается зависимостью

(2.0)

В установившемся режиме (при постоянном уровне напряжения на входе системы АРУ) из (2.2)–(2.4) следуют:

при u д < u з;

при u д  u з, (2.0)

где k упт – коэффициент усиления УПТ.

Рис. 2.6  Структурная схема системы АРУ

с обратной связью

Уравнение (2.5) определяет регулировочную характеристику системы АРУ с обратной связью.

Рис. 2.7  Амплитудные характеристики системы АРУ

Амплитудные характеристики замкнутой системы АРУ (рис. 2.7.) представлены для случаев: 1 – без системы АРУ, 2 – простая АРУ, 3 – задержанная АРУ, 4 – усиленная и задержанная АРУ.

1. Установка внешней антенны.

Первоначальным этапом является установка внешней антенны . Антенна при помощи крепежа (поворотный кронштейн или мачта) устанавливается на внешнюю стену здания или на крышу, в зависимости от расположения.
Специалистом определяется направление, в которое будет направлена антенна, так как входящий сигнал от разных операторов связи должен быть одинаковый, или должен преобладать сигнал какого ни будь конкретного оператора, если была поставлена задача улучшить качество сотового сигнала только одного оператора.

2. Подготовка и обжим кабеля.

На концах подготовленного кабеля необходимо надеть разьемы N-типа и обжать (либо подготовить кабель заранее и запаять разъем, если он не подразумевает обжим). Мы советуем защитить разъем термоусадкой или замотать изолентой, так как со временем он может окислиться, что может вызвать неустойчивую работу и помехи. Дальше подключаем наш кабель к внешней антенне и переходим к следующему шагу.

3. Прокладка кабеля.

Всем известно, что при прокладке кабеля очень важно, чтобы расстояние от репитера до внешней антенны должно быть минимальным, так как при длинном кабеле будут большие потери сигнала (амплитуда входящего сигнала должна быть максимальной). Выбираем место прокладки кабеля, учитывая все рекомендации, прокладываем и приступаем к установке репитера (усилителя сотовой связи).

4. Установка усилителя сотового сигнала.

Место установки репитера выбирается исходя из минимальной длинны кабеля и чтобы он не располагался на видном месте. Это может быть или чердак, если это частный дом или репитер прячут над потолком, если это офисное здание. Но нужно убедиться, что место установки соответствует разрешенным климатическим условиям в паспорте репитера.

5. Подключение внешней антенны к усилителю.

На корпусе репитера сотовой связи располагаются два разъема. Нам нужен будет разъем, который обозначен буквами BS – это вход усилителя. Присоединяем наш кабель от внешней антенны, убедившись, что разъем закручен плотно и до конца.

6. Установка внутренней антенны.

В зависимости от ситуации и от площади объекта, внутренних антенн может быть несколько.
Если будет использовано несколько антенн, то необходимо установить сплиттер (разветвлитель) сигнала, который будет разделять мощность для каждой антенны. Дальше необходимо обжать кабель разъемами, как это было сделано вначале и подключить его к сплиттеру сигнала и к внутренним антеннам. Сплиттер сигнала соединяем подобным способом ко второму, свободному выходу усилителя. Если использовалась только одна внутренняя антенна, то она подключается напрямую к репитеру.

Плохой прием сотовой связи - проблема весьма распространенная. С ней сталкиваются многие люди как на своих дачных участках или в загородных домах, так и в собственной квартире в черте города или поселка. Слабый сигнал телефона или его полное отсутствие, прежде всего, связаны с удаленностью базовой станции вашего мобильного оператора, плотностью застройки или рельефом местности.

Если вы столкнулись с данной проблемой и для вас качественный прием является жизненной необходимостью, необходимо установить усилитель сотовой связи. Вернее, вам нужна система усиления сотовой связи, в которой такой усилитель является одним из устройств. В целом, описываемая система состоит из следующих «звеньев»: репитер GSM, внешняя антенна для приема сигнала сотовой связи, делители мощности, соединительный кабель и необходимые для подключения разъемы.

Конечно, выбрать подобную систему и, тем более, ее установить и грамотно настроить, под силу скорее специалисту. Тем не менее, чтобы вы могли встать на «правильный путь», мы попробуем немного разобраться в современных усилителях сотовой связи и в том, какие из них лучше выбрать.

Выбор усилителя сигнала мобильной связи

Прежде чем определиться и правильно выбрать усилитель связи GSM, следует разобраться с основными техническими характеристиками данных систем:

• Стандарт сотовой связи GSM преимущественно делится на два основных диапазона: GSM 900 и GSM 1800 МГц. Базовые станции (вышки сотовой связи) в диапазоне 900 МГц имеют большую дальнобойность, но меньшее число каналов (возможность одновременно говорить нескольким абонентам), чем на частоте 1800 МГц. Поэтому, 900-мегагерцовые базовые станции чаще используют в области, а 1800-е в черте города. Следовательно, для дачи или загородного дома лучше остановиться на стандарте GSM 900.
• Коэффициент усиления (КУ) усилителя GSM-сигнала является еще одним важным параметром выбора системы, т.к. он напрямую влияет на уровень обеспечиваемого приема сети. Проще говоря, если ваш мобильник слабо «ловит» в помещении, а на улице прием почти на максимальном уровне, то вам вполне подойдет усилитель с КУ 70-75 дБ. Если же прием сотовой связи у вас неуверенный даже на участке возле дома, то следует присмотреться к системе усиления сотовой связи с коэффициентом в 75-90 дБ. Репитер сотовой связи с КУ меньше 65 дБ лучше не приобретать вообще, т.к. он вряд ли справится с поставленной вами задачей.
• Выходная мощность ретранслятора системы усиления мобильной связи. Этот параметр влияет на то, какую площадь помещения сможет «покрыть» уверенным приемом ваша система усиления сигнала GSM. К примеру, усилитель сотовой сети мощностью 100 мВт способен обеспечить уверенным приемом площадь до 200 кв.м, а сотовый репитер мощностью 320 мВт справится с помещением вплоть до 800 кв.м. Тем не менее, прямой зависимости между мощностью репитера и площадью вашего помещения нет, а существует лишь понятие корреляции. На то, как репитеры GSM обеспечивают уверенным приемом конкретную площадь помещения, могут повлиять самые различные факторы. Например, уровень входного сигнала от вышки сотовой связи, длина кабеля от внешней антенны до усилителя, КУ, а также грамотный монтаж всего оборудования в целом.

На данный момент среди репитеров для загородного дома, офиса, коттеджа или дачи наиболее востребованы такие модели, как Picocell 900 SXL и Picocell 900 SXM.

• Picocell 900 SXL работает в диапазонеGSM 900. Коэффициент усиления (КУ) данной системы равен 80 дБ, а выходная мощность ретранслятора - 320 мВт. Система усиления 900 SXL предназначена только для установки внутри помещений.
• Picocell 900 SXМ обладает теми же параметрами, как и ее младший собрат Picocell 900SXL, однако эта система оснащена хладо- и влагостойким корпусом, имеющим степень защиты ip66. Данное устройство является оптимальным в тех случаях, когда проложить кабель внутри помещения не представляется возможным и сотовый усилитель GSM со всей его конструкцией необходимо установить на улице.

Выбор качественной внешней антенны

Внешняя антенна необходима для приема сигнала от базовой станции вашего оператора сотовой связи. Ее монтируют на эфирную мачту, установленную на крыше здания. При этом следует иметь в виду, что внешняя антенна сотовой связи постоянно находится под воздействием самых различных внешних факторов (дождь, снег, ветер и т.п.), поэтому при выборе ее модели следует уделить особое внимание показателям надежности и долговечности. Достаточно хорошим вариантом является модель AL-900-11 , т.к. она изготовлена из цельного полотна металла, покрытого эмалированной краской, что надежно ее защитит от окисления, коррозии и разрушения.

Выбор подходящих внутренних антенн

Выбор данных устройств напрямую связан с тем, на какой стадии строительства находится ваш дом или дача. Если внутренняя отделка помещения еще не производилась и у вас пока есть возможность монтажа внутренней антенны сотовой связи за подвесными потолками, то стоит приобрести сеть антенн с достаточно небольшим коэффициентом усиления. Благодаря такому решению, у вас получится равномерная зона покрытия сотового сигнала. Предпочтительным количеством является соотношение одной антенны на каждые 100 кв.м. площади. Среди таких моделей антенн хочется порекомендовать AP-800/2500-7/9ID . Данные антенны поддерживают все современные на данный момент стандарты связи: GSM900, DCS1800 и даже UMTS 2100 (3G).

Если вам необходимо обеспечить качественный сигнал мобильной связи внутри жилого помещения, и, при этом, не нарушить его интерьер, стоит присмотреться к одной антенне с большим коэффициентом усиления. Такие антенны, по возможности, устанавливают в невидимых местах. Интересны модели RAO-11GL-60 или RAO-14GL-70 , которые обладают КУ 11 и 14 дБ. Такое довольно высокое значение коэффициента усиления дает возможность с помощью одной антенны добиться нужной вам зоны покрытия сети.

Выбор кабеля и разъемов для системы

Все устройства системы усиления сети GSM соединяются между собой коаксиальным радиочастотным кабелем с волновым сопротивлением 50 Ом. Для коттеджа или дачи оптимальными по цене и качеству являются кабели марок 5D-FB или 8D-FB . Разница между ними состоит в толщине центральной жилы и, следовательно, уровне остаточного затухания при прохождении сигнала (5В-FB = 0,2 дБ/м; 8В-FB = 0,13 дБ/м на частоте 900 МГц). С учетом того, что современные стандарты сотовой связи все чаще используют частотный диапазон в гигагерцах, стоит остановиться на кабеле марки 8D-FB, т.к. он является более перспективным.

Для кабеля 5D-FB используются разъемы марки N-111/5D, а для 8D-FB - N-111/8D.

Выбор делителей мощности сотовой сети

Делитель мощности призван разветвлять кабели на определенное число внутренних антенн. Наиболее надежными и распространенными являются модели Picocoupler и DirectionalCoupler . Устройства марки Picocoupler предназначены для равномерного распределения сотового сигнала по помещению с разным количеством выходов для подключения антенн. Модели DirectionalCoupler используются для неравномерного распределения сигнала сети.

В итоге, если вы грамотно подобрали все устройства, купили усилитель сигнала сотовой связи, произвели его монтаж и настройку, общая схема и принцип работы вашей системы будет выглядеть следующим образом:

Имейте в виду, что, выбирая систему усиления сотового сигнала для офиса, дачи или загородного дома необходимо учесть технические характеристики всех ее отдельных устройств. Вместе с тем, крайне важно подобрать качественный ретранслятор сети GSM, обеспечить его корректную работу (совместимость) с остальными устройствами и соответствие всем необходимым требованиям обеспечения качественной и бесперебойной связи сетей GSM и UMTS (3G).

Соответствие необходимым нормам

Устанавливая усилитель мобильной связи GSM или 3G, следует знать, что его некачественный монтаж или настройка могут принести «обратный эффект», и ваша система, в результате, вместо того, чтобы усиливать прием сигнала от БС, будет наоборот, его понижать.

При этом любой из операторов сотовой связи - МТС, Билайн, МегаФон и другие - обладают всеми техническими возможностями обнаружения наличия помех для качественного приема и распределения радиоволн от их базовых станций. С помощью специального измерительного оборудования инженеры определят местоположение помех в виде неграмотно установленного GSM усилителя.

После этого владельцу такой системы будет вынесено предупреждение о необходимости переустановки, исправления настроек или полной замены всего оборудования. Если данное предупреждение будет проигнорировано, сотовый оператор имеет право подать жалобу Радионадзор, обладающий всеми полномочиями привлечения недобросовестного владельца усилителя сотовой сети GSM к административной ответственности.

Имейте в виду, что любой усилитель сигнала сотовой связи, даже установленный самым грамотным образом, создает помехи, препятствующие сигналу базовой станции. Тем не менее, существуют определенные нормы, и если не превышать их максимальное значение, проблем у вас быть не должно. Однако для этого важно не только умело установить все элементы оборудования, но и уметь его правильно настроить.

Поэтому, если вы не обладаете необходимыми знаниями по настройке GSM-ретрансляторов и их монтажу, лучше не пытаться сделать усилитель GSM сигнала своими руками, а воспользоваться для этого услугами специалистов, которых сейчас у нас более чем достаточно.

Уверенного вам приема!