Учебник по установке GSM репитеров

17.03.2012

В данном материале будет рассмотрен вопрос практических знаний для подбора и установки усилителей сигнала сотовой связи (GSM репитеров).

Измерение уровня GSM сигнала и определение частот базовых станций сотовых операторов

Для замера уровня сигнала нам понадобится простой телефон, а именно функция Netmonitor, которая есть абсолютно в каждом телефоне. На наш взгляд телефоны марки Samsung подходят для этих целей наилучшим образом. В частности Samsung C170, X820, S5570 Galaxy Mini и еще десятка полтора телефонов. Набираем код *#9999*0# и появляется черный экран с различной технической информацией. Далее путем нажатия стрелок вверх-вниз необходимо попасть на страницу, которая показана ниже.

Теперь разберемся, что это за значения. Колонка слева – это номера радиоканалов, по которым мы можем определить частоту и соответственно диапазон GSM. При этом телефон показывает только частоты того сотового оператора, сим-карта которого вставлена в телефон (в данном случае Мегафон Московского региона).

В общем виде выглядит это так:

Каналы 1-124 – это GSM 900

Каналы 512-886 – это GSM 1800 (всего 374 канала, что в 3 раза больше чем у GSM 900)

Каналы 974-1024 – это E-GSM (дополнительные 10 МГц слева от GSM 900).Под этот диапазон нету репитеров, но большинство моделей Picocell захватывают каналы 1016-1024 чуть с меньшим коэффициентом усиления (более подробно об этом будет рассказано позже).

DownLink – канал связи от базовой станции к абонентам

UpLink – канал связи от абонентов к базовой станции

GSM 900 – UpLink 890-915 МГц, DownLink 935-960 МГц

Е-GSM - UpLink 880-890 МГц, DownLink 925-935 МГц

GSM 1800 – UpLink 1710-1785 МГц, DownLink 1805-1880 МГц

То есть в нашем примере телефон ловит сигналы от базовых станций Мегафона стандарта GSM 900 (101, 113, 103 каналы), E-GSM (1021 канал) и GSM 1800 (638, 632 каналы).

Ниже представлено распределение сотовых операторов по каналам GSM в Московском регионе:

Как видно у Мегафона достаточно малый ресурс на частотах 900 и самый большой на 1800 частотах. Соответственно, если в Москве в офисе используете в качестве корпоративного оператора Мегафон, то рекомендуется выбирать репитер 1800 диапазона.

Далее представлены формулы, по которым высчитывается частота. Частоты по всей стране соответствуют номерам каналов, а вот какому оператору принадлежит канал – это уже индивидуально для каждой области.

GSM 900: f(Uplink)=890+0.2*n, где n - номер канала f(DownLink)=935+0.2*n

E-GSM: f(Uplink)=880+0.2*(n-973), f(DownLink)=925+0.2*(n-973)

GSM 1800: f(Uplink)=1710+0.2*(n-511), f(DownLink)=1805+0.2*(n-511)

В нашем случае эти формулы не несут практического применения

Один GSM канал обслуживает 7 одновременно разговаривающих абонентов. 1800-й диапазон преобладает в основном для густонаселенных пунктов, т.е. городов, т.к. может обслужить бОльшее количество абонентов. А 900-й диапазон используется повсеместно. Принципиальным плюсом 900 диапазона – радиус действия до 35 км в прямой видимости, в то время как на 1800 частоте – всего 8 км.

Теперь рассмотрим значения второй колонки показаний на нашем телефоне. Это уровни сигналов измеряющихся в дБм (англ. dBm). Значения эти отрицательные, то есть -60 дБм больше, чем -65 дБм.

Исходя из нашего примера, у нас только один 101й и 638й каналы находятся в зоне уверенного приёма сигнала. Соответственно, если речь идет о загородном домике, то следует выбрать репитер 900, т.к. 101й канал является более мощным. А какую именно модель речь пойдет чуть позже.

101 – 79

638 – 85

632 – 87

1021 – 87

113 – 88

103 – 89

Уже на этом этапе мы можем определить какого диапазона нам необходимо установить репитер - 900 или 1800. Для этого необходимо сделать замеры всех сотовых операторов, вставляя поочередно сим-карты от каждого из них.

Более совершенный способ измерения уровня сигнала

Преимуществом направленных антенн является большой коэффициент усиления, но зачастую базовые станции сотовых операторов могут оказываться в разных направлениях. Для более правильного измерения сигналов рекомендуется пользоваться телефоном с подключенной внешней антенной. Переходник под внешнюю антенну можно купить на радиорынке, продавцы его знают как переходник для модема Yota Samsung SWC-U200.

Как ориентировать внешнюю антенну?

Если Вам нужен всего один оператор, например, МТС. То старайтесь захватить несколько каналов. Например, лучше поймать 2-3 канала с уровнем сигнала -60, чем 1 канал -50, а остальные по -70.
Если нужно обеспечить сигнал всех сотовых операторов, то старайтесь так поставить внешнюю антенну, чтоб сигнал на вход репитера приходил приблизительно одинаковый от всех сотовых операторов, иначе радиус действия от внутренних антенн будет пропорционально входящим сигналам. Например, на вход репитера попадают сигналы МТС «– 70», Билайн «– 60», Мегафон «- 50», то на выходе внутренних антенн будем наблюдать такую ситуацию, как показано далее:

Выбор модели GSM репитера

Рассмотрим пример №1:

Померили уровень сигнала телефоном в точке предварительной установки внешней антенны – 72 дБм (выбрали самый мощный канал). Коэффициент усиления антенны 11 дБ, соответственно на выходе антенны имеем сигнал -72 + 11 = -61 дБм. Но лучше мерить сразу сигнал с выхода антенны, через переходник к телефону.
Потери сигнала в кабеле считаются очень просто: у любого кабеля есть свои радиочастотные характеристики на сайте производителя. Например, на 100 метрах кабеля 5D-FB на частоте 900 МГц теряется 20 дБ. Чем выше частота сигнала, тем больше потери в кабеле. Посмотреть радиочастотные характеристики кабеля можно ТУТ. В нашем случае длина кабеля от внешней антенны до репитера составляет 10 метров, а потери считаются: на 100 метрах теряется 20 дБ, соответственно на 10 метрах потеряется 2 дБ.
На вход репитера приходит сигнал -61 – 2 = -63 дБ.
Смотрим коэффициент усиления репитера в его технических характеристиках (в нашем случае Ку=70). Получаем на выходе усилителя – 63+70=+7 дБм
На выходе антенны получаем +7(с выхода репитера) -2 (потери в кабеле) + 7 (Ку антенны) = + 12 дБм.

ВНИМАНИЕ: для каждого канала надо отдельно производить расчеты (посчитав 1 канал, последующие считаются почти моментально) Как оценить ПРИБЛИЗИТЕЛЬНУЮ площадь покрытия от внутренней антенны? Для этого смотрим в таблицу соответствия децибел и ватт при 50-омной нагрузке.

дБм	Вт	дБм	мВт
40	10	19	80
39	8	18	64
38	6,4	17	50
37	5	16	40
36	4	15	32
35	3,2	14	25
34	2,5	13	20
33	2	12	16
32	1,6	11	12,5
31	1,25	10	10
30	1	9	8
29	0,8	8	6,4
28	0,64	7	5
27	0,5	6	4
26	0,4	5	3,2
25	0,32	4	2,5
24	0,25	3	2
23	0,2	2	1,6
22	0,16	1	1,25
21	0,125	0	1
20	0,1	-1	0,8

Наши +12 дБм соответствуют 16 мВт. Далее для упрощения подсчета наше количество мВт помножаем на коэффициент 4 и получаем ПРИБЛИЗИТЕЛЬНУЮ площадь покрытия от нашей антенны 16 х 4 = 64 кв.м. в открытом пространстве. При наличии стен и перегородок площадь может оказаться в разы меньше.

Репитер Picocell 900 SXA имеет коэффициент усиления 70 дБ и максимальную выходную мощность 100 мВт по паспорту. Но в нашем случае выходная мощность оказалась всего лишь 5 мВт из 100 возможных.

В случае систем GSM 1800 и 3G/UMTS2100 для определения ОРИЕНТИРОВОЧНОЙ площади покрытия, полученную выходную мощность рекомендуется помножать на 3, т.к. при более высоких частотах происходит более высокое затухание сигнала в среде распространения.

Методика просчета получается достаточно простой: зная изначально площадь помещений, которую нам надо покрыть, и померив сигналы от базовых станций сотовых операторов, мы можем просчитать энергетический баланс системы и правильно выбрать модель репитера.

Видеоролики как устанавливать усилители сигнала сотовой связи можно посмотреть ЗДЕСЬ

Пример №2 с использованием делителя неравномерно распределения мощности

В данной системе используется две внутренних антенны. Одна покрывает площадь 25*4=100 кв.м. (которая 14 дБм на выходе выдает), а вторая 50*4= 200 кв.м. (17 дБм на выходе). Для распределения сигнала был выбран несимметричный делитель с боковым затуханием на 10 дБ, а по прямой – 1 дБ. Делается это в двух случаях:

Компенсировать потери на кабеле до дальней антенны при помещениях одинаковой площади
Более рационально распределить мощность сигнала для покрытия помещений различной площади.

Усиление сигнала в диапазоне E-GSM

Все репитеры Picocell 900 изначально не рассчитаны на частоты E-GSM. Но в силу несовершенства фильтров частично его затрагивают. Приблизительно это выглядит как на рисунке ниже. Коэффициент усиления репитера у каждой модели свой, на рисунке показана характеристика Picocell 900 SXA.

При Ку репитера 70: 1024 канал будет усиливаться на 70 дБ, 1023 – на 69, 1022 – на 68 и так далее. 1014й канал приблизительно идет с усилением 48-50. Остальные каналы до 1014го стараемся не брать во внимание.