Все-симки.ру Введение
Каждому хочется, что бы его сотовый телефон был действительно мобильным. Приятно, если твой аппарат достойно принимает сигнал в любом месте и говорить ты можешь без цифровых захлебываний и прерываний. В конце концов, мобильная связь должна давать такую свободу.
Большинство цивилизованных стран имеют 100% покрытие. Это значит, что в любой точке страны вы можете принимать и совершать вызовы. Это своеобразный супремум связи. Для России такая возможность не видна пока даже на горизонте. Земли у нас так много, а людей так мало, что покрывать связью каждый куст оказывается экономически нецелесообразно.
Вот и приходится операторам думать, где и как ставить очередную базовую станцию. Разумеется, вероятность того, что оборудование появится в тайге, значительно меньше, чем около крупной автомобильной или железнодорожной дороги. В результате не последним аргументом при покупке сотового телефона становится чувствительность и мощность его принимающего и передающего контуров.
Вспоминается заря развития сотовой связи, когда качественные трубки действительно давали мобильность своим пользователям, а обладатели упрощённых решений испытывали проблемы. Сейчас крупные города покрыты очень хорошо, но все равно на память приходят моменты, когда ваш собеседник просит вас подойти к окну или найти место, где связь лучше.
Радует одно – с каждым годом количество базовых станций непрерывно растет и территория охвата увеличивается. Процесс этот необратим.
Некоторое время назад я посетил удаленный район Тверской области. Там мы столкнулись с ситуацией, когда “навороченные” сотовые телефоны отказывались работать.
Сеть то появлялась, то исчезала. Среди нас был счастливый обладатель раритета Siemens S35. Он говорил с любого места. Это явным образом свидетельствовало в пользу того, что все трубки разные и раньше умели делать настоящие боевые мобильники. Все трубки используют различную аппаратную базу и соответственно, качество связи в экстремальных условиях (по низкому уровню сигнала) обеспечивают разное.
Время прошло, а тот случай из памяти не дает спокойно спать. Я дал себе зарок следующий сотовый аппарат покупать только при условии, что он будет гарантировать мне качественный прием. Время прошло, а новый мобильник так и не куплен. Сегодняшний материал должен приблизить нас к пониманию проблемы «чувствительности» сотового телефона.
Bluetooth
Этот стандарт беспроводной связи является одним из самых универсальных, которые мы находим сегодня. Мы можем использовать его для подключения часов, браслетов, наушников, элементов управления, датчиков и многого другого.
В мобильных телефонах радиус действия Bluetooth составляет 10 метров, после чего сигнал начинает работать нестабильно и даже обрывается. Дальность действия может варьироваться в зависимости от различных факторов, таких как помехи в окружающей среде или тип используемой мощности передачи и покрытия. Всего имеется четыре класса с разной мощностью и дальностью действия в зависимости от устройства:
- Класс 1: дальность до 100 метров, средняя мощность 100 мВт
- Класс 2: дальность до 20 метров, средняя мощность 2,5 мВт
- Класс 3: дальность до 1 метра, при средней мощности 1 мВт
- Класс 4: дальность до 0,5 метра, при средней мощности 0,5 мВт
Важно: все компьютерные беспроводные дела — это одно и то же радио
Блютус, вайфай, все сотовые стандарты, NFC и другие беспроводные протоколы — это всё радио. Это всё возмущения в одном и том же электромагнитном поле — только с разной частотой, скоростью и способами кодирования. Прямо сейчас, когда вы это читаете, вы сидите в центре огромного электромагнитного шторма от всех электромагнитных излучателей вокруг вас.
Если вы сейчас достанете антенну и послушаете это излучение, вы услышите всё, что происходит в «эфире» электромагнитного поля. Другое дело, что вы не сможете это дешифровать, но это детали. Представьте, что мы все сидим в одном озере и пускаем волны по его поверхности. Вот в этом хаосе волн и приходится работать всем нашим роутерам и мобильникам.
И ещё пикантная деталь: все наши радиоволны, которые прошли сквозь ионосферу и улетели в космос, продолжают бесконечный полёт по электромагнитному полю со скоростью 300 тысяч км/с, лишь изредка сталкиваясь с пылью и шальными звёздами. Если где-то на другом конце галактики инопланетяне тоже изобретут радио, с большой вероятностью они поймают наши сигналы (когда эти сигналы долетят).
Внимание, жулики
Каждому пользователю хотелось бы повысить «чувствительность» свого сотового аппарата. Злоумышленники готовы использовать это в своих планах по одурачиванию абонентов мобильных сетей. Легче всего обмануть человека, предоставив ему услугу, которую сложно проверить.
А если ее стоимость окажется мала, то это просто клад для жулика. В результате на рынке появились «наклейки-усилители чувствительности для мобильных телефонов». Разумеется, они подходят ко всем типам трубок, реализуют их через интернет и стоят они смешных денег.
Производитель этого продукта заявляет, что наклейка работает исключительно по законам физики и придает вашему телефону небывалую чувствительность. Складывается впечатление, что стикеры, заговоренные колдунами и оболваненные бубном, продавались бы тоже достаточно неплохо, но мошенники решили сыграть на серости толпы и массовости рынка. Чудотворные наклейки до сегодняшнего дня с огромным успехом продаются в интернете.
Создатели наклейки рекомендуют наклеить ее под аккумулятор. Логичный ход. Там наклейка не будет мешать и не помешает работать настоящей антенне. Кстати, на расчеты последней уходят огромные силы. Каждая антенна по-своему уникальна и общей панацеи для всего этого многообразия быть не может.
Мошенники могут только расстроить работу вашей штатной антенны. Возможно, внести помехи и шумы. Сомнительно так же рекламное утверждение, что один стикер заменяет антенну длинной в метр. Необходимости в такой длине просто быть не может. Конечно, можно собрать метровую антенну, но это будет очень сложная и не очень нужная система.
Одним словом, дурят нашего брата. Кстати, ноги у этой наклейки растут из Азии. Там действительно одно время продавали сотовые телефоны и специальные антенны в виде наклеек к ним. Однако от системы отказались, так как пользователи просто не могли их правильно наклеить.
Дальность связи
На дальность радиосвязи влияют следующие факторы:
Местоположение BS и MS и рельеф местности.
Мощность и чувствительность MS.
Мощность и чувствительность BS.
Используемые на MS и BS антенны.
Воля Господа Бога (опытные связисты шутят, что это – главное).
Обычно базовые станции имеют мощность 20 – 30 Вт. Антенны применяются либо штыревые, либо направленные. Чувствительность базовых станций составляет -100 дБ – 115 дБ. Изменить или повлиять на все эти параметры пользователь, конечно, не может. Выходная мощность телефона составляет 0,3 – 2 Вт, чувствительность – 90 – 105 дБ.
Чувствительность телефона в основном определяется технологиями, используемыми при создании малошумных входных устройств. Если в зонах уверенного приема разница в чувствительности и мощности между моделями практически незаметна, то в зоне неуверенного приема она может стать критической.
Зачастую трубка показывает уровень сигнала от базовой станции 1 – 2 кубика (по шкале), а установить соединение не может: не хватает мощности. И хотя стандартизация ETSI регламентирует стандартные выходные мощности для каждого класса телефонов, реальное значение может незначительно колебаться.
Что же касается рельефа, то на ровной местности и по реке волны распространяются лучше. Чем выше вы находитесь (в разумных пределах), тем лучше сигнал. Лес порой “гасит” волны сильнее, чем городская застройка.
Дециметровые волны — вайфай, блютус и мобильная связь
Самый популярный диапазон в IT — от 300 мегагерц до 3 гигагерц. Сюда попадает вайфай, блютус, протоколы умного дома, охранные брелки и прочие подобные вещи, включая микроволновки. Все современные стандарты мобильной связи тоже попадают в этот диапазон, поэтому иногда связь пропадает, на первый взгляд, просто так, а на самом деле ей может мешать работающая рядом микроволновка.
Чем выше частота, тем большую плотность передачи сигнала можно в ней закодировать, поэтому операторы сотовой связи взяли себе самые высокие из доступных частот. По этой же причине вайфай использует эти же частоты — чтобы передавать данные по воздуху как можно быстрее. О том, как устроено кодирование сигнала в зависимости от частоты, мы расскажем в следующей статье.
Длина и частота волны
У каждой волны есть три важные характеристики: длина волны, частота и амплитуда. От них зависит качество связи и дальность приёма сигнала:
Сейчас нас больше всего интересует длина волны — это расстояние между двумя соседними гребнями. От длины волны зависит то, на какое расстояние она может передать сигнал и как волна реагирует на препятствия — огибает их, отражается или поглощается и дальше не идёт.
Например, если волна очень длинная, она может проникать через большие земляные и водяные массы, огибать горы и в целом плевать на любые препятствия. Но зато у неё будет низкая частота, то есть данных можно передать мало. А если волна сверхкороткая, то её может задержать любое, даже незначительное препятствие. Зато короткими волнами можно передавать очень много данных очень быстро.
В зависимости от длины волны делятся на разные категории. Вот картинка, чтобы было проще понять, о чём мы будем говорить.
Кабель и антенные переходники
В диапазоне 900 МГц вопрос выбора кабеля приобретает первостепенную роль. Отечественные телевизионные коаксиальные кабели можно использовать только ограниченно (затухание более 30 дБ на 100 м слишком велико). Из доступных импортных образцов подойдет RG6 – коаксиальный кабель с двойной оплеткой.
Его вы найдете в любом магазине. Затухание составляет 20 – 24 дБ на 100 м (проверял экспериментально). Промышленные штыревые автомобильные антенны обычно включают в себя кабель RG59 с затуханием 28 дБ на 100 м. Антенна типа волновой канал с коэффициентом усиления 12 дБ и 10 м кабеля RG6U дают общее усиление 9,6 дБ, а при 20 м – 7 дБ.
На большинстве телефонов есть разъем для внешней антенны. Кроме того, для каждого типа телефона существует так называемый антенный переходник (около $5), он подключается к указанному разъему и представляет собой короткий кусок кабеля, с одной стороны которого находится специфический телефонный высокочастотный разъем, а с другой – стандартный ВЧ-разъем.
Обычно затухание в антенном переходнике не превышает 1 дБ. Покупая антенный переходник, убедитесь в его дееспособности. При включении переходника в телефон встроенная в телефон антенна отключается и выходной каскад переключается на переходник. Иными словами, если вы просто подключаете переходник к телефону, сигнал на шкале телефона должен немного упасть.
Мобильный интернет
Это один из самых важных вопросов, так как с его помощью мы можем узнать, будет ли у нас покрытие в определенном месте или нет. В зависимости от используемой сетевой технологии и частоты, дальность может составлять от 35 до 70 км. На больших расстояниях могут возникнуть проблемы с синхронизацией, и поэтому сигнал будет передаваться ненадежно.
К сожалению, это теоретический максимум, так как в реальной жизни расстояние, которое достигает сигнал, составляет от 3 до 20 километров, причем последняя цифра относится к сигналам меньшей мощности, с передачей только голоса или очень медленных данных.
Для достижения расстояния 20 км необходимы хорошие погодные условия, отсутствие препятствий и прямая видимость антенны. В прошлом покрытие первых мобильных телефонов, появившихся на рынке, было лучше благодаря использованию больших антенн. Однако с увеличением количества антенн у операторов отпала эта необходимость.
Мощность базовых станций
В сотовой сети радиус действия и базовых, и мобильных станций ограничен, следовательно, мощность работы передатчиков радиостанций относительно невысока.
Что касается GSM 900, то, как правило, передатчики носимых мобильных телефонов обладают максимальной мощностью 2 Вт, а устанавливаемых на автомобили — порядка 8 Вт. Между тем в стандарте определяется четыре класса мощности от 800 мВт до 8 Вт.
Мощность передатчиков мобильных телефонов системы GSM 1800 в два раза меньше, что не может не сказываться на потребляемой энергии, а значит, и на автономности работы «карманных» моделей. Однако радиус их действия значительно меньше, чем радиус действия передатчиков мобильных телефонов GSM 900, который при прочих равных условиях примерно в 16 раз больше.
Несколько сложнее привести порядок величин для мощностей базовых станций, поскольку операторы стараются держать это в секрете. Тем не менее можно сказать, Что разброс значений этих мощностей достаточно большой, учитывая разнообразие условий распространения сигналов на местности.
Можно ожидать, что мощность средней передающей станции, работающей в городских условиях и покрывающей зону радиусом приблизительно в 2 км, составляет несколько десятков ватт на сектор (10 Вт = 40дБмВт)- Эта величина имеет место на выходе передатчиков, поскольку благодаря направленному действию антенны мощность излучения (эквивалентная изотропно-излучаемая мощность — ЭИИМ ) в заданном направлении может достигать сотен ватт (100 Вт — 50 дБмВт). Приведенные цифры довольно близки к мощности излучения микроволновой печи, работающей с открытой дверцей, и все-таки не сравнимы с сотнями киловатт, излучаемыми в диапазоне FM основными телевизионными и радиовещательными башнями (начиная с Эйфелевой башни, наиболее «грязной» в этом отношении).
В сельской местности эти значения могут быть еще выше за счет установки дополнительных усилителей.
Судя по информации из надежных источников (каталогов изготовителей специальных измерительных приборов), максимальная мощность на выходе передатчика может составлять порядка 30 Вт при работе на частоте 1800 МГц и 300 Вт — на частоте 900 МГц, но на практике не превышает 60-80 Вт. Это может показаться слишком большой величиной, учитывая высокую чувствительность как мобильных, так и фиксированных приемников (не хуже -100 дБмВт для портативной приемной станции хорошего качества). Однако следует принимать во внимание не только потери при прохождении сигнала в свободном пространстве, но и воздействие всякого рода препятствий, расположенных между базовой станцией и мобильным телефоном. Например, железобетонные строения способны ослаблять сигналы, проходящие через них (при внутреннем покрытии), в 100-1000 раз (то есть на 20-30 дБ). К числу препятствий можно также отнести кузова автомобилей, кроны деревьев и т.д. Влияние могут оказать и атмосферные осадки.
При отсутствии препятствий ослабление сигнала при распространении возрастает пропорционально квадрату расстояния, увеличиваясь, таким образом, на 6 дБ каждый раз, когда расстояние удваивается.
Следовательно, если спуститься в подземный гараж или в подвал, то ослабление сигнала будет таким же, как и при удалении на расстояние 30 км в пределах прямой видимости.
В связи с исключительным разнообразием условий распространения сигналов было решено, что мощности передатчиков как базовых, так и мобильных станций будут постоянно адаптироваться к текущим условиям (то есть выходная мощность может увеличиваться или уменьшаться). Этим и объясняется тот факт, что автономность работы мобильных телефонов в режиме «разговор» сильно зависит от условий распространения сигнала, и на практике результаты часто оказываются не, столь блистательными, как было обещано в рекламе.
Учитывая приведенные цифры, можно сделать вывод, что в идеальных условиях радиус действия будет значительно выше среднего.
Например, при осуществлении связи с моря размер покрываемой береговой зоны такой, что система GSM оказывается значительно эффективнее, чем государственная служба радиотелефонной связи диапазона VHF (ОВЧ). Однако из этого не следует делать вывод, что для обеспечения безопасности на борту корабля достаточно мобильного телефона, поскольку его сигналы не принимаются другими судами, способными оказать помощь. К тому же определить местоположение мобильного телефона гораздо сложнее, чем местоположение радиотелефона. В открытом море не стоит рассчитывать на радиус действия 50 или даже 80 км, который при хороших условиях обеспечивается радиостанциями мощностью 25 Вт. Однако в ясную погоду на побережье Нормандии отлично принимаются сигналы базовых станций четырех английских сетей GSM, находящихся на расстоянии более 120 км.
Этот кажущийся парадокс вызван принципом временного мультиплексирования TDMA, в результате применения которого абсолютный предел радиуса действия системы составляет приблизительно 35 км. Выше уже говорилось о том, что сеть связывается с мобильным телефоном только в течение интервалов времени длительностью 0,577 мс. При скорости 300 ООО км/с радиоволнам потребуется 0,233 мс, чтобы проделать путь 70 км (туда и обратно) между базовой станцией и сотовым телефоном. За пределами радиуса действия 35 км пакеты битов, передаваемые мобильным телефоном, достигают базовой станции в тот момент, когда она уже прекратила их ожидание и перешла на прием сигнала от другого мобильного телефона. Особенно удивительно, когда при постепенном удалении от побережья связь резко обрывается, даже если только что она была отличного качества и дисплей показывает, что режим приема остается оптимальным.
Аналогичное явление может наблюдаться и на суше, в местах, где местность характеризуется пересеченным рельефом. Так, сигнал базовой станции, находящейся на расстоянии свыше 35 км, принимается «четко и ясно» в зоне, которая должна была бы считаться полностью вне диапазона покрытия, поскольку связь с ней невозможна.
Кроме того, может случиться, что, набрав номер 112, чтобы связаться со службой спасения, вы попадаете, например, к пожарным другого департамента. Это совершенно нормальное явление, когда лучше принимается сигнал базовой станции, расположенной на расстояний 20 или 30 км, чем на расстоянии 2 км, но стоящей за холмом.
Применение различных технических методов позволяет практически удвоить предельный радиус действия системы до расстояния 60 или 70 км, но это может быть сделано только за счет уменьшения пропускной способности базовой станции. В Австралии уже были проведены испытания, подтверждающие данные расчеты. Известно, что некоторые операторы пытались проводить аналогичное тестирование, используя телефоны-автоматы, установленные на паромах.
И наконец, можно вспомнить о «сюрпризах» совсем другого характера, которые могут происходить из-за отражений радиоволн от разнообразных препятствий, включая пролетающие самолеты. Иногда бывает, что мобильный телефон начинает идеально работать там, где это совершенно не ожидалось, например у подножия высокой скалы, но только на протяжении нескольких секунд. В этом случае смещения антенны телефона на несколько сантиметров может быть вполне достаточно, чтобы слышимость резко ухудшилась или прервалась связь.
http://www.mobitelreview.ru/text/64
От чего зависит дальность действия репитера?
От характеристик усилителя. На дальность действия напрямую влияет коэффициент усиления (дБ) и выходная мощность (мВт) выбранного устройства. Чем выше эти значения, тем «дальнобойнее» репитер.
От используемых частотных диапазонов (стандартов сотовой связи). Более низкие частоты распространяются на большее расстояние, более высокие — на меньшее. Например, дальность действия на частоте 900 МГц (основная GSM-частота) будет существенно выше, чем на частоте 2600 МГц (популярная частота 4G). Этот фактор следует учитывать при приобретении мультидиапазонных моделей.
От рельефа местности и препятствий на пути распространения сигнала. Любые естественные или искусственные препятствия между базовой станцией оператора и уличной антенной усилителя затрудняют прохождение радиоволн и сокращают эффективность репитера.
К таким препятствиям обычно относятся горы, холмы, лесные насаждения и другие здания. При отсутствии прямой видимости до базовой станции (когда происходит прием отраженных радиоволн) дальность действия ретранслятора может быть существенно ниже номинальной.
От параметров базовой станции оператора. Как правило, оператор накладывает искусственные лимиты на радиус действия базовой станции, чтобы ограничить количество подключенных абонентов и обеспечить стабильную работу сотовой сети. При выборе оборудования для усиления следует учитывать, что репитер не помогает обойти это ограничение, поскольку оно связано не с качеством сотового сигнала, а с настройками программного обеспечения оператора.
От чего зависит площадь покрытия репитера?
От характеристик репитера. Как и в случае с дальностью действия, на площадь покрытия в помещении напрямую влияют ключевые технические характеристики усилителя. Коэффициент усиления и выходная мощность во многом определяют, на какое расстояние будет распространен сотовый сигнал после усиления.
От уровня входного сигнала. Репитер повышает сигнал, который поступает с уличной (приемной, донорной) антенны. Чем качественнее исходный «материал», тем более мощным будет сигнал после усиления. Чтобы добиться максимальной производительности, требуется установить оптимальную уличную антенну (узкой направленности с высоким коэффициентом усиления) и направить ее в сторону базовой станции оператора.
От планировки помещения. Толстые стены, бетонные перекрытия, другие конструктивные особенности здания препятствуют свободному прохождению сигнала. Как правило, максимальная площадь покрытия ретранслятора достижима только при распространении сигнала в свободном пространстве.
Ниже приведены самые популярные модели усилителей с ориентировочными значениями дальности действия и площади покрытия.
Средние и короткие волны — международная и местная связь
У средних и коротких волнс длиной волны от 500 до 10 метровпохожая физика распространения — они хорошо отражаются от ионосферы, огибают Землю и не требуют для этого передатчиков большой мощности. Этим пользуются радиолюбители, чтобы пообщаться друг с другом с разных концов света без интернета. Частота таких волн — от 500 килогерц до 30 мегагерц.
А ещё коротковолновую связь можно иногда увидеть на машинах: если стоит длинная трёхметровая антенна, то это значит, что внутри будет коротковолновая рация для связи на частоте 27 мегагерц. Это разрешённая для использования частота, доступная без лицензии.
Электромагнитное поле
Основа любой связи — радиоволны. Радиоволну можно представить как обычную волну на поверхности пруда, когда кидаешь в него камень. Разница в том, что волна распространяется не в воде, а в невидимом глазу электромагнитном поле.
Электромагнитное поле можно представить как океан, в который погружена Вселенная. Оно повсюду, мы его не замечаем, но как только мы начинаем трясти электронами, двигать магниты, светить лазерами и совершать любые другие манипуляции с энергией, эти манипуляции возбуждают электромагнитное поле. По нему начинают расходиться эти самые волны.
Всё движение в электромагнитном поле происходит с фиксированной скоростью — почти 300 тысяч километров в секунду. Мы называем ее «скоростью света», но на самом деле это скорость передачи любых взаимодействий в полях, и свет ей тоже подчиняется.
Любая волна — следствие того, что полю сообщили энергию. Условно говоря, если мы бросаем в озеро камень, мы «сообщаем» озеру кинетическую энергию этого камня. Эта энергия начинает распределяться во все стороны, толкая ближайшие молекулы воды. Эти молекулы толкают соседей, те — соседей. Так получается волна.
Похожим образом учёные представляют электромагнитное поле. Сообщил ему дополнительную энергию, и она пошла возмущать поле во всех направлениях, передавая себя со скоростью света. По дороге наша энергия встречается с другими энергиями — например, энергией стен, антенн, решёток, гор и т. д. По мере столкновения с такими препятствиями энергия угасает.
Extended cell
Однако не всегда оператор может ставить обыкновенные базовые станции для покрытия больших территорий. Представьте, например, пустынный или водный район. Экономически, а иногда и чисто физически разместить нужное количество БС просто не получается. Для GSM стандарта предусмотрена конфигурация соты, при которой дальность связи увеличивается до 70 км.
Не так давно рядом с Санкт-Петербургом на Финском заливе один из операторов использовал Extended Cell. Абоненты могли видеть на экране своих мобильников название этого оператора с восклицательным знаком. Это означало, что трубка видела сеть, но не могла с ней общаться.
Проблема решалась с использованием внешних направленных антенн, когда выходной сигнал аппарата усиливался.
Таким образом, Extended Cell позволяет покрыть гигантские малолюдные территории. Впрочем, их применение находит все меньшую популярность.
В Сибири такие соты не поставишь все равно, а курортные районы по своей сотовой нагрузке давно переплюнули центры мегаполисов по интенсивности телефонных переговоров. Extended Cell физически не могут обслужить такие места, да и требование дополнительной антенны не делают этому способу связи должной популярности.
