Jak posílit buněčný signál v domě?

Článek byl připraven s kolegy, kteří se podíleli na instalaci systémů pro zesílení celulární komunikace https://t.me/usileniesvyazi.

Článek o možnostech zesílení mobilního signálu na různých místech: letní sídlo, kancelář, sklad. také stručný přehled oblíbených nabídek na trhu.

Existují dvě hlavní možnosti posílení buněčné komunikace:

1. Pomocí antény, modemu a routeru.
2. S pomocí aktivního zesilovače (opakovače).

První možnost pro vylepšení internetu 3G/4G/5G nezlepšuje hlasovou komunikaci v pro nás obvyklém formátu (můžete ale využít volání přes instant messenger: WhatsApp, Viber, Skype, Telegram).

Druhá možnost je univerzální – vylepšuje internetovou a hlasovou komunikaci, má však řadu omezení (o omezeních více níže).

Posílení 3G/4G internetu pomocí antény, modemu a Wi-Fi routeru

Systém se skládá ze dvou uzlů: venkovní antény a modemu + vnitřního Wi-Fi routeru.

Externí anténa pro 3G/4G modem/router

4G modem připojený pomocí adaptérů k venkovní anténě a zasunutý do Wi-Fi routeru

Jak to funguje? Anténa je nasměrována k navrhované základnové stanici mobilního operátora. Poté jde signál do 4G modemu s routerem, který distribuuje internet šířením Wi-Fi signálu. Tato možnost je populární mezi soukromými mistry pro instalaci zemského internetu. Levně a funguje!

Wi-Fi router s vestavěným 3G/4G modemem

Pokud vezmete modem a router zvlášť, pak se kabel vycházející z venkovní antény dostane k modemu přes adaptéry s tenkým kabelem a velmi malými mikrovlnnými konektory TS-9 nebo CRC-9. Za prvé jsou to docela znatelné ztráty v úrovni a kvalitě signálu a za druhé není mechanicky spolehlivý. Například utíráním prachu můžete snadno poškodit konektor na modemu a v důsledku toho si budete muset koupit nové zařízení.

To je vyřešeno jednoduše – stačí zpočátku zakoupit router s již vestavěným 4G modemem. Na našem trhu se například prodává několik modelů routerů Huawei. Bez reklamy: fungují perfektně a jejich konektor je spolehlivější – SMA.

Router Huawei s vestavěným 4G modemem

Proč soukromé mastery nabízejí modem a router samostatně? Odpověď je jednoduchá: cenová marže je větší.

Co je MIMO anténa a proč je potřeba

MIMO anténa pro 3G/4G internet

MIMO anténa je zařízení, které má dva paralelní koaxiální kabely vedoucí k modemu/routeru. Z praxe to znamená, že zvýšení rychlosti internetu pro příjem bude od 0 do 20% a pro návrat – 50-100%. Je nutné pro ty, kteří používají video komunikaci nebo vzdálený video dohled, tzn. aktivně využívá odchozí internetový kanál. V ostatních případech to nemá praktický přínos.

Parabolické antény s vysokým ziskem

Parabolická anténa má vysoký zisk – obvykle 25 dB nebo více. Mnoho spotřebitelů se při výběru antény dívá na tento parametr. To je však špatně, vysvětlím proč.

4G parabolická anténa s vysokým ziskem

Za prvé, anténa s tak vysokým ziskem má extrémně úzký vyzařovací diagram a směrová odchylka 1-2 stupně již snižuje zisk na 0-3 dB! To znamená, že už nemluvíme o samoinstalaci na střeše a tím spíše na stožár.

Schéma antény s KU=16 dB:

Směrový diagram panelové antény s KU=16 dB

Je vidět, že při odchylce 5-10 stupňů se zisk moc nemění a při odchylce např. 25 stupňů je zisk antény téměř 2 dB.

Schéma antény s KU=27 dB:

Vyzařovací vzor parabolické antény

Je vidět, že při odchylce 2-3 stupně je KU téměř nulová.

Za druhé, antény s úzkým vyzařovacím diagramem (tj. s vysokým ziskem) špatně zachycují odražený a rozptýlený signál, což výrazně snižuje takový parametr, jako je kvalita signálu (poměr signálu k šumu). Například les dost silně rozptyluje signál.

Šíření buněčného signálu v prostoru

Ve směrovačích a modemech se kvalita signálu označuje jako RSRQ a SINR. A internet primárně závisí na kvalitě signálu, a ne na jeho výkonu (RSRP nebo RSSI).

Úroveň přijetí	RSRP (dBi)	RSRQ (dB)	SINR
Velký	>=-80	>=-10	> = 20
Dobře	-80 až -90	-10 až -15	Od 13 po 20
průměrný	-90 až -100	-15 až -20	Od 0 po 13
Slabé

V praxi je lepší zachytit rozptýlený a odražený signál anténou s širším vyzařovacím diagramem s koeficientem 5-12 dB.

Parabolická anténa funguje skvěle v zorném poli základnové stanice, pokud by zde tato viditelnost byla, nebyly by problémy s komunikací a internetem. To je takový začarovaný kruh.

Náš trh je tak uspořádán, že čím vyšší KU anténa, tím dražší se prodává. Buď opatrný! Mimochodem, další populární „peněžní podvod“ je, když se navrhuje vložit aktivní zesilovač (aka repeater) mezi anténu a modem / router pro zesílení signálu! Toto zařízení zvyšuje sílu signálu, ale zhoršuje jeho kvalitu, na které závisí rychlost internetu! Snižuje kvalitu kvůli neideálním konektorům, mikrovlnným filtrům, tepelnému šumu tranzistorů a dalším nedokonalostem prvků zesilovače. Cena takových opakovačů odpovídá ceně několika dobrých antén.

Frekvenční rozsahy

Jednou z nejdůležitějších vlastností antény je její frekvenční rozsah (FR). Mobilní operátoři mají 5 hlavních frekvenčních pásem – 800, 900, 1800, 2100 a 2600 MHz. A ve všech těchto oblastech je internet.

Distribuce standardů mobilní komunikace ve frekvenčních pásmech

Z hodně praxe doporučuji vzít anténu na 3 nebo i všech 5 černých děr. Ano, čím širší BH, tím nižší CU, ale o tom jsme již mluvili. Příklad frekvenční odezvy (AFC) antén s různými šířkami BH:

Kmitočtová charakteristika antén s různým počtem pásem

Je vidět, že čím menší frekvenční pásmo anténu podporuje, tím vyšší je její zisk.

Dalším argumentem ve prospěch použití vícepásmových antén je frekvenční agregace modemu / routeru. Agregace frekvencí je součtem signálu a v důsledku toho přenosových rychlostí internetu z různých černých děr. Například 800+1800 MHz nebo 1800+2600 MHz. Agregace zvyšuje rychlost internetu a mírně snižuje ping, což je u her velmi dobré. Aby došlo k agregaci frekvencí, musí mít modem/router modul LTE minimálně kategorie 6. Označeno jako LTE kat.6.

Antény s vestavěným modemem/routerem

Na trhu je oblíbená nabídka, kdy je modem / router již ukryt ve venkovní anténě. Z antény vede jeden tenký kabel – kroucený dvoulinkový kabel, prakticky neomezený na délku v měřítku venkovského domu.

Anténa s vestavěným routerem Zyxel a 4G modemem Huawei

Je tu však jedna věc: tyto modemy a routery nejsou určeny pro práci na ulici. Podle pasových údajů pracují od 0 do +40 stupňů. V zimě se při neustálé práci ještě zahřejí, ale v létě v uzavřeném prostoru na slunci může teplota dosáhnout 80 stupňů. Obvykle taková zařízení fungují na sezónu, maximálně dvě.

Existují alternativní řešení – tzv. pouliční externí routery. Jedná se o sériové tovární produkty, které byly původně vyrobeny pro práci v drsných klimatických podmínkách. Příkladem takových řešení jsou ZyXEL LTE 6101 a RF-Link R850.

Možnosti internetového řešení přes modem/router

V zásadě máme tři možnosti:

1. Domácí router Huawei s vícepásmovou anténou (technologie MIMO – volitelně). Jakýkoli router Huawei je možný, ale neměli byste si brát přenosné routery napájené baterií. Výhodou této možnosti je, že SIM karta je umístěna uvnitř. Na druhou stranu není potřeba ho tak často měnit.
2. Venkovní tovární řešení jako ZyXEL LTE 6101 a RF-Link R850. Nejpohodlnější možností instalace je jediný flexibilní kabel i s technologií MIMO.
3. V případě, že jste v divočině a na ulici kolem domu o poloměru 100 metrů není ani náznak internetu – musíte na střechu nebo fasádu postavit stožár 6 metrů, změřit frekvenci dosah a namontujte jednopásmovou anténu.

Ve všech případech je výška instalace antény velmi důležitým faktorem, který může velmi ovlivnit rychlost bezdrátového internetu. V praxi se vyskytly případy, že na střeše byla rychlost 10 Mbps a po zvednutí antény o dalších pár metrů se rychlost internetu zvýšila jeden a půl až dvakrát! Takže vyvozujte závěry . Mimochodem, k otázce integrity většiny montérů: často “řídí” antény s velkou KU a montují je v úrovni okna, jen aby nelezli na střechu nebo nestavěli stožár.

Aktivní celulární zesilovač – opakovač

Zásadní výhodou opakovače oproti routeru je, že zlepšuje hlasovou komunikaci a internet – tak říkajíc zařízení 2 v 1.

Schéma instalace je jednoduché:

1. Anténa na střeše, která je nasměrována k základní stanici mobilního operátora nebo operátorů.
2. Opakovač (aka zesilovač) uvnitř, který zesiluje samotný signál. Toto je jediná položka, která potřebuje zásuvku 220V.
3. Interní (předplatitelská) anténa, která distribuuje celulární signál do telefonu a dalších účastnických zařízení.
4. Všechny prvky jsou propojeny koaxiálním (jednožilovým) kabelem s charakteristickou impedancí 50 ohmů.

Schéma zapojení GSM/3G/4G repeateru

Fotky ze života:

Externí anténa namontovaná na stožáru

Mobilní opakovač

Interní účastnická anténa

Jak vybrat opakovač

Hlavní parametry opakovačů:

1. Zisk (KU).
2. Kmitočtový rozsah a jejich počet (BH).

Obecně je téma dostatečně objemné na to, aby bylo pokryto v jednom článku, ale pro měřítko malého venkovského domu nebo domu pro změnu stavby se jej pokusím přizpůsobit na prstech.

KU obvykle volí 70-75 dB. Čím slabší signál na ulici, tím vyšší by měla být KU. I když na ulici před domem je signál pro běžnou konverzaci nedostatečný, tak KU = 75 dB určitě. Navíc budete muset umístit externí anténu na stožár vysoký 4-6 metrů. Mimochodem, cena opakovače je úměrná KU.

BH se vybírá v každém případě individuálně. Pomocí telefonu Android byste měli měřit signál. Chcete-li to provést, musíte si stáhnout program “Věže buněk, lokátor” a spustit jej na ulici před domem. V každém komunikačním standardu proveďte jedno měření, tzn. v sítích GSM, 3G a 4G. Jak to udělat, je ukázáno zde:

Pokud telefon při měření vždy ukazuje 1 BH, lze opakovač vzít jednopásmový. A když 2, tak respektive dvoupásmové. Cena opět silně závisí na počtu černých děr v opakovači.

Při výběru opakovače existuje další bod – cenový segment. Existuje úroveň Aliexpress, ale existuje „trochu“ dražší. Jak rozlišit? To je cena a další nepřímý ukazatel – velikost pouzdra!

Na níže uvedené fotografii jsou absolutně dva stejné opakovače z hlediska technických vlastností (podle pasových údajů):

Jaký je rozdíl? Ten, který je menší (a levnější), vyzařuje více rádiového šumu směrem k základnové stanici mobilního operátora a černý opakovač vydává méně šumu. Podrobnosti v odkazu. Rádiový šum narušuje provoz základnových stanic mobilních operátorů a může mít za následek pokutu a příkaz k demontáži takového mobilního zesilovače. Smysl je tento: hlučnější opakovač lze použít ve venkovském domě daleko od základnových stanic umístěných několik kilometrů nebo více, zejména proto, že les a terén mohou tyto zvuky značně tlumit. Opakovač “vyšší úrovně” by měl být instalován, když jsou základnové stanice blízko, například přímo ve vesnici. BS vypadá takto:

Základnové stanice mobilních operátorů

V některých případech mohou být kompaktnější, například:

Základnová stanice mobilního operátora na sloupu

Pokud tedy ve svém okolí najdete BS operátora, je lepší zavolat specialistu pro správný výběr zesilovače.