Репитеры gsm руководство

Описание успешной установки и настройки дешевого GSM репитера с Aliexpress для усиления сигнала сотовой связи на даче или в деревне.

Обновление от:

• 06/06/2021 — Обновлены ссылки на дополнительные материалы.
• 16/05/2019 — Добавлена русская и английская официальная документация Lintratek
• 15/08/2018 — Замечание по шкале уровня сигнала на дисплее GSM репитера
• 28/07/2018 — Замечание по выбору уличной антенны
• 30/06/2018 — Тест усиления стандарта EGSM900 усилителем Lintratek (часть 2)
• 06/05/2018 — Добавлены фотографии внутренностей репитеров.
• 05/05/2018 — Обновлена информация по «No Name» GSM репитеру (если коротко, то — к покупке не рекомендуется).
• 04/02/2018 — Добавлена информация про коаксиальный кабель
• 03/02/2018 — Добавлена таблица: Уровни сигнала (dBm) и качество голосовой связи
• 25/02/2017 — Тест усиления стандарта EGSM900 усилителем Lintratek (часть 1)
• 22/02/2017 — Добавил ссылку на полезную статью: Как избежать самовозбуждения усилителя сотовой связи

---

30 декабря 2015 года, в деревне случилось ужасное, пропала сотовая связь! Вышел из строя один из секторов базовой станции МТС. Этот сектор смотрел на нашу глухую деревню. До этого момента, в деревне нормально работал только МТС, для использования других операторов, необходимо было залезать на второй этаж и искать связь… Сейчас перестал работать и МТС. Связь с внешним миром почти потеряна.

Народ писал и жаловался в МТС, но толку не было. Ждали больше полугода в надежде, что МТС починит сектор… но нет, этого не случилось (осенью 2017 года, МТС установила БС в соседней деревне, но похоже антенну в нашу сторону не направила, связи так и нет). Было принято решение брать всё в свои руки и решить проблему связанную не только с МТС, но и с другими операторами сотовой связи.

На Aliexpress было куплено два разных GSM репитера (почему разные, это долгая история). Один для соседа, другой нам.

• Первый, неизвестного производства стандарта GSM 900 усиление ≈60 dB (ссылка на товар, цена на 07/2016 ≈ 1500 руб).
• Второй, производства Lintratek KW20L-EGSM стандарта EGSM 900 усиление ≈70 dB (ссылка на товар, цена на 08/2016 ≈ 2400 руб).

Сразу скажу, что первый, что второй GSM репитер, показали себя весьма достойно! (Обновление от 05/05/2018: GSM репитер Lintratek KW20L-EGSM  работает отлично, а с репитером от «неизвестного производителя» проблемы. Читайте ниже.) В комментариях на Aliexpress могут быть отзывы, что репитеры не работают. Эти отзывы ошибочны, просто люди не разобрались как их установить и не очень разбираются в радиосвязи. Для разъяснение некоторых моментов по установке GSM репитеров, была написана эта статья.

Ну а теперь приступим к изучению радиообстановки в нашей деревне, установки GSM репитера и проверки результатов.

Для получения информации о радиообстановки использовался 4G модем Huawei E3372.

У него есть замечательная функция AT^NETSCAN. Используя данную функцию, можно просканировать весь эфир на предмет наличия в радиусе действия операторов сотовой связи (ОпСоС), каналов на которых работают секторы (соты) базовых станций (БС), частоты, стандарты связи и конечно уровни сигналов от этих БС.

До установки в деревне GSM репитера, были произведены замеры уровней сигнала от базовых станций сотовых операторов.

Были получены следующие результаты:

Мегафон CID 1     -95 dBm
Мегафон CID 2     -98 dBm
Билайн  CID 1     -98 dBm

МТС вообще не видно (его сигнал < -105 dBm). Tele2 работает в диапазоне 1800 МГц, он нас не интересует.

С такими уровнями сигнала, установить голосовую связь в помещении невозможно. Приходят только СМС. Более-менее приемлемая связь, бывает на втором этаже если подойти к окну.

Уровни сигнала (dBm) и качество голосовой связи

Распределение частот и номеров каналов стандарта GSM / EGSM

Таблица частот и номеров каналов стандарта GSM / EGSM 900, GSM 1800: canal-frequency-EGSM900-GSM900-GSM1800.pdf

Подбор оборудования

Важно правильно подобрать антенны и GSM репитер, а также в дальнейшем правильно их установить.

Если вы ошибётесь, у вас ни чего не заработает и вы будете писать гневные отзывы в магазинах, что оборудование не работает.

Итак, было протестировано два GSM репитера:

Репитер GSM 900, 60 dB

Репитер неизвестного производителя, буду называть его No Name.

Внешний вид репитера

Внутренности репитера

Характеристики:

Больше про него сказать нечего. Производитель неизвестен, но репитер хорошо работает.

Cсылка на товар, цена на 07/2016 ≈ 1500 руб.

Репитер Lintratek KW20L-EGSM, EGSM 900, 70 dB

Производитель Lintratek.

Внешний вид репитера

Внутренности репитера

GSM Репитер Lintratek KW20L-EGSM отличается от первого, не только усилением в 70 dB против 60 dB, но и поддержкой расширенного стандарта E-GSM 900.

Также, на фотографиях внутренностей репитеров видно, что на Lintratek KW20L-EGSM намного лучше организованно экранирование и наличию АРУ, что поспособствовало лучшей его работе по сравнению с No Name GSM репитером.

Благодаря лучшему экранированию и наличию АРУ, GSM Репитер Lintratek KW20L-EGSM в значительно меньшей степени подвержен самовозбуждению от неправильной установки антенн.

Характеристики:

GSM репитер на сайте производителя: http://www.lintratek.com/2016/0103/206.html

Присутствуют два светодиодных индикатора:

• Красный — наличия питания.
• Зеленый — наличие хорошего уровня сигнала от БС на входе репитера. Он загорается только когда шкала уровня сигнала — полная.

Cсылка на товар, цена на 08/2016 ≈2400 руб.

Радиочастотный коаксиальный кабель

При выборе кабеля обращайте внимание на следующие параметры:

• Волновое сопротивление — 50 Ом.
• Коэффициент затухания на нужной частоте (в нашем случае ≈900 мГц) — чем меньше, тем лучше.
• Если вы размещаете кабель на улице, то обращайте внимание на климатические параметры кабеля, такие как — диапазон рабочих температур, стойкость к воздействию солнечного излучения, инея.

Мы использовали кабель РК 50-4,8-37: http://www.paritet-podolsk.ru/produkciya/radio/rk_50_4,8/

Антенны

Не следует экономить на антеннах. Серьёзно отнеситесь к выбору антенн, кабеля и разъемов. Неправильно сделанный выбор сведёт к нулю все ваши старания.

Внешняя уличная антенна

В местах с плохим или практически полным отсутствием сигнала от базовых станций сотовых операторов, выбирайте направленную антенну с максимальным коэффициентом усиления (КУ). Антенна должна работать в том же частотном диапазоне, что и репитер. В нашем случае 900 МГц.

Мы использовали антенну АX-914Y.

Внутренняя антенна для помещения

Внутреннюю антенну тоже лучше брать направленную (подробней об этом ниже).

В нашем случае используется Omni Broad Range.

Эта антенна универсальная, подходит как для 2G сетей сотовой связи GSM 900, 1800 так и для 3G (2100 МГц), LTE (2700 МГц) и Wi-Fi (2400 МГц).

Диаграмма направленности в вертикальной плоскости 60 градусов. Т.е. основной лепесток диаграммы направленности у антенны, направлен вниз.

Эта антенна обеспечит максимальный уровень сигнала под собой и по сторонам, вверх она будет давать минимальный уровень сигнала, соответственно её нужно вешать на потолок.

Обновление от 05/05/2018

Можно взять более дешёвую антенну: Внутренняя GSM антенна AO-700/2700-4

Она стоит в два раза дешевле, примерно 600 руб. По характеристикам, она схожа с Omni Broad Range. Реальные характеристики не замеряли.

Блок питания

Штатный блок питания сильно нас подставил. У нас в деревне весьма нестабильное напряжение, постоянно скачет. Однажды, включая БП в розетку произошел скачёк и репитер сгорел. Разобрав блок питания, стало понятно… что в нём нет ни каких защит и его схема весьма проста, эксплуатировать в таких условиях его опасно.

Запитали GSM репитер от бесперебойного блока питания (ББП). В случае проблем с 220, у нас остаётся сотовая связь.

Для преобразования 12В в 5В использовали понижающий преобразователь напряжения.

Установка GSM репитера

Выше приведена схема расположения оборудования у нас в доме.

В вашем случае, оборудование может располагаться по другому, главное соблюдать два правила:

Если не соблюдать данные правила, то GSM ресивер будет самовозбуждаться. Т.е. внешняя антенна репитера, будет принимать свой же сигнал от внутренней антенны и работать ни чего не будет (получается замкнутый круг и репитер усиливает не сигнал от базовой станции, а свой собственный).

Проявляться это будет следующим образом. У вас на телефоне будет максимальный сигнал, все «палки», но при попытке установить вызов будет тишина или отбой.

Именно по этой причине, рекомендую покупать внешнюю направленную антенну с узкой диаграммой направленности (ДН) и внутреннюю антенну тоже направленную.

Если посмотреть на схему выше, то можно увидеть, что диаграммы направленности (ДН) у этих антенн разные и эти антенны не мешают друг-другу и самому GSM репитеру.

Настройка антенны на базовую станцию

Прежде чем настраивать антенну на базовую станцию (БС), необходимо подготовиться. Собрать необходимую информацию и изучить базовые понятия в радиосвязи.

Подготовка к настройке

Что бы GSM репитер усилил сигнал, он должен его получить и мощность этого сигнала, должны быть приемлемой (например > -80dBm и не забываем, что число отрицательное, чем оно больше, тем слабее сигнал).

Именно по этой причине, рекомендуется брать внешнюю антенну с максимально возможным коэффициентом усиления (КУ).

Напоминаю, что данная статья про установку репитера в местности, где сотовой связи почти нет. Если у вас присутствует более-менее уверенный сигнал, то можно взять антенну и с меньшим КУ. Тут нужно смотреть по месту.

Бывают случаи, когда берут внешнюю антенну с малым КУ и получают на входе репитера сигнал ≈ -90 dBm и хуже. В этом случае, радиус уверенного приёма от внутренней антенны репитера, всего пару метров. Говорить о покрытия сотен квадратных метров, тут не приходится.

Наша задача, добиться максимального уровня сигнала от нужных базовых станций.

Предполагается, что вы уже примерно знаете в какой стороне находятся базовые станции сотовых операторов. Осталось установить кронштейн с нужной стороны дома и точно навести антенну на базовую станцию.

Есть два способа измерение принимаемого сигнала на внешнюю антенну:

1. Использовать USB 3G/4G модем, переведенный в режим «только 2G, 900 МГц» и подключенный к выходу внешней антенны.
2. Подключить внешнюю антенну к GSM репитеру, слегка поворачивать антенну и на смартфоне смотреть уровень сигнала (с помощью программы G-MoN или аналогичной).

В данном случае использовался первый способ с USB модемом Huawei E3372.

Преимущества использования USB модема:

• Измерения уровня сигнала прямо с выхода внешней антенны (соответственно будет известен уровень сигнала на входе GSM репитера).
• Видно все секторы/соты всех сотовых операторов.
• Видно частоты и номера каналов всех секторов/сот (благодаря этому, мы можем определить, используются ли GSM или EGSM диапазоны на БС у сотовых операторов).

Получить данную информацию можно с помощью AT команды: AT^NETSCAN

Настройка антенны

Т.к. направленные антенны имеют очень узкую диаграмму направленности, поворачивать их нужно плавно, на ± 10 градусов.

1. На несколько градусов поворачиваем антенну в горизонтальной плоскости;
2. Ждём примерно 20 секунд;
3. С помощью USB модема или смартфона замеряем уровень сигнала;
4. Если уровень сигнала стал хуже, поворачиваем в противоположную сторону. Таким методом добиваемся максимального уровня сигнала нужного нам оператора;
5. Поворачиваем антенну в вертикальной плоскости (вверх или вниз), так же добиваемся максимального уровня сигнала;
6. Фиксируем антенну.

Результаты измерения на выходе внешней антенны:

Билайн  CID 1   -58 dBm
Мегафон CID 1   -67 dBm
Мегафон CID 2   -68 dBm
Билайн  CID 2   -71 dBm
Билайн  CID 3   -75 dBm
МТС     CID 1   -76 dBm
МТС     CID 2   -78 dBm

Весьма неплохие результаты, особенно у Билайн’а.

Данная методика подходит и для измерения с помощью смартфона. Не забываем ждать примерно 20 секунд, между поворотом антенны и началом измерения.

Результаты работы GSM репитеров

Теперь самое интересное, ради чего всё это и затевалось. Результаты измерения с включенным GSM репитером.

Абонентское устройство (телефон и USB модем) на котором замерялся уровень сигнала, находилось за стеной и в семи метрах от внутренней антенны GSM репитера.

Сначала напомню результаты измерения без GSM репитера:

Мегафон CID 1   -95 dBm
Мегафон CID 2   -98 dBm
Билайн  CID 1   -98 dBm

Cчитай нет сигнала… МТС невидно вообще.

Результаты с No Name GSM 900 репитером, 60 dB:

Билайн     -62.5 dBm
Мегафон    -71.5 dBm
МТС        -83.3 dBm

Результаты с Lintratek KW20L-EGSM, EGSM 900 репитером, 70 dB:

Билайн     -58.7 dBm
Мегафон    -68.3 dBm
МТС        -76.1 dBm

Как видно, Lintratek дал хороший прирост у МТС, 7 dBm. А ради МТС это всё и начиналось!

На всех сотовых операторах, на расстоянии 7 метров и стена до GSM репитера, мы получили «5 палок» (или сколько там «палок» при максимальном сигнале 🙂 ) на телефоне.

Ниже представлен график уровня сигнала сотовой сети с GSM контроллера CCU825. На графике более наглядно демонстрируется работа GSM репитера. Антенна GSM контроллера находится на улице, за несколькими стенами от внутренней антенны GSM репитера.

Выводы

Оба репитера показали себя с хорошей стороны. Обеспечили покрытия в доме на двух этажах, каждый ≈90м², а также на улице рядом с домом.

К покупке рекомендуется GSM репитер Lintratek KW20L-EGSM, т.к.:

• он поддерживает EGSM диапазон (возможно в вашем регионе будет использоваться именно он),
• имеет большую мощность усиления сигнала (70 dB, против 60 dB),
• значительно внушительней выглядит корпус, а корпус является радиатором (должно быть лучше охлаждение),
• дополнительная светодиодная индикация работы,
• хорошо читаемый ЖКИ дисплей,
• хорошее экранирование,
• в меньшей степени подвержен самовозбуждению от неправильной установленных антенн!

Стоимость оборудования на 08/2016

• Репитер Lintratek KW20L-EGSM, EGSM 900 — 2400 р
• Внешняя антенна AX-914Y — 1400 р
• Внутренняя антенна Omni Broad Range — 1250 р
• Кабель и разъемы — 2500 р

Итого: 7550 руб

Собрание советов и правил

В финале кратко, почти тезисно, напомню советы и правила.

Данные рекомендации и правила можно использовать для установки сотовых репитеров других диапазонов (GSM 1800 МГц, 3G 2100 МГц и т.д.).

Тест усиления стандарта EGSM900

(Добавлено: 25/02/2017)

Возникла необходимость проверить работу EGSM репитера Lintratek KW20L-EGSM в стандарте EGSM. Действительно ли он его усиливает, не обманули ли китайцы…?

Я не стал направлять антенну в сторону EGSM БС, не хочу её сбивать. Сделал измерения, когда захватываю её боковые лепестки. Для тестов этого будет достаточно.

Для наглядности, измерения провожу USB модемом Huawei E3372h, используя команду AT^NETSCAN.

Замеры с включённым GSM репитером:

at^netscan=20,-108,0
...
^NETSCAN: 1020,,,fa2,250,02,33,-64,2e5f,100300
^NETSCAN: 1022,,,fa2,250,02,8,-78,38d,100300
...

• 1020 и 1022 — номер канала стандарта EGSM (частоты 889,2/934,2 и 889,6/934,6).
• 250,02 — оператор «Мегафон».
• -64 / -78 — уровень сигнала (замерял в двух метрах от внутренней антенны).
• 100300 — частота 900 MHz.

Когда выключаем GSM репитер, НИ КАКИХ сигналов нет вообще!

Выводы:

GSM репитер Lintratek усиливает EGSM стандарт.

P.S. По прошествии трёх месяцев, я могу сказать, что весьма доволен GSM репитером Lintratek. Главное выполнить советы и правила указанные выше.

Дополнительное тестирование работы в EGSM диапазоне

(30/06/2018)

На Aliexpress.com есть отзыв, утверждающий, что данный репитер не работает в EGSM диапазоне.

В комментарии продавец ответил, что ошиблись маркировкой, но что произошло дальше не понятно. Возможно позже, покупателю отправили правильный репитер, но информации на данный счет нет, но всех смущает данный отзыв.

Я произвёл дополнительное тестирование EGSM диапазоне.

Ранее, я уже проводил тест работы данного репитера в EGSM, решил провести ещё один и другим методом.

Я воспользовался RTL-SDR приёмиником, просканировал EGSM частоты и нашле несущую на 933.4 МГц.

Ниже представлен скриншот с включенным EGSM репитером Lintratek KW20L-EGSM.

А вот скриншот, с выключенным EGSM репитером.

Мне кажется, тут всё понятно без слов. С GSM репитером, сигнал есть, без репитера, сигнала нет.

Видео с процессом тестирования

Я не могу гарантировать, что другие EGSM репитеры Lintratek KW20L-EGSM, купленные на Ali будут работать так-же. Может есть и подделки или ещё что… В моём случае, мой экземпляр работает.

Если вы хотите минимизировать свои риски, вы можете купить в ОФИЦИАЛЬНОМ магазине Liantrek на Alibaba: https://lintratek.en.alibaba.com (все магазины на Aliexpress это перекупщики).

В официальном магазине будет дороже, но вероятность получить качественный товар значительно выше и вы всегда можете задать производителю все интересующие вас вопросы.

Документация

Полезные ссылки

• Есть ли помехи от китайского GSM репитера? Анализ сигнала от GSM репитера с помощью спектроанализатора.  (Добавлено: 06/06/2021)
• Тестирование GSM репитера 900/1800 МГц Lintratek KW17L-GD
• Доводим до ума установленный репитер GSM 900
• Ремонтируем репитер GSM900
• Как избежать самовозбуждения усилителя сотовой связи (Добавлено: 22/02/2017)
• Понижающий преобразователь напряжения (step down converter)
• Обзор RTL-SDR приёмника

P.S. Просьба, в случае возникновения вопросов, задавать их в комментариях, а не писать в личку. Возможно, из ответов на вопросы, я напишу дополнения к статье.

Операторы сотовой связи используют два частотных диапазона: 900 и 1800 МГц. В населённых пунктах с многоэтажной застройкой сотовая связь чаще всего работает в диапазоне 1800 МГц, а за городом и в местах малоэтажной застройки — в диапазоне 900 МГц. Это связано с особенностями распространения радиоволн и количеством свободных каналов.

Чем ниже частота (900 МГц), тем лучше и дальше распространяются радиоволны в условиях пересеченной местности. Благодаря этому базовые станции могут быть расположены далеко друг от друга. Ещё одним важным свойством радиосигнала низких частот является то, что они проникают в здания лучше, чем сигналы более высоких частот.

Радиоволны высоких частот (1800 МГц) быстро затухают на больших расстояниях и хуже проникают в здания и помещения. Однако эти, казалось бы, отрицательные свойства становятся преимуществом при использовании более высоких частот в городах: в каждой точке города каждое абонентское устройство, грубо говоря, “видит” лишь небольшое число базовых станций. Таким образом, базовые станции почти не “мешают” друг другу.

Диапазон	Uplink, МГц	Downlink, МГц	Количество каналов	Номера используемых каналов	Ширина полосы канала связи, кГц
Е-GSM	880-915	925-960	174	1-124, 974-1024	200
GSM-900	890-915	935-960	124	1-124	200
GSM-1800	1710-1785	1805-1880	374	512-886	200

Обследование объекта.

Определение возможных мест установки антенн должно происходить с учётом нескольких факторов:

• направления на нужные базовые станции для внешних антенн;
• необходимые зоны охвата внутри помещений для внутренних антенн;
• взаимное расположение внутренних и внешних антенн (для недопущения самовозбуждения);
• удобство монтажа;
• расположение антенн, усилителей, кабелей должно устраивать заказчика.

Определение радиочастотной обстановки.

На следующем этапе необходимо сделать замеры уровней сигналов Downlink (т.е. с базовых станций) в каждой точке возможной установки внешних антенн. Замеры необходимо проводить с помощью анализатора спектра и измерительной внешней антенны. Необходимо составить таблицы зависимостей уровня сигнала от частоты приёма.
Например, стоит задача усилить трёх операторов (Билайн, Мегафон и МТС) в Воронежской области. На рисунке (это вид сверху на крышу дома) показаны три точки, где есть доступ на крышу и где поэтому существует возможность установить внешние антенны (точки А1, А2 и А3).

Порядок действий таков:

1. В таблице распределения радиочастот находим, что в Воронежской области операторы работают на следующих частотах:

Оператор	Downlink, МГц
Билайн	940,9-948,9 1805,1-1819,9
Мегафон	949,1-950,3 951,1-956,3 957,7-959,5 1842,9-1857,9
МТС	935,1-940,7 950,5-950,9 956,5-957,5 959,7-959,9 1858,1-1872,5

2. С помощью Netmonitor’а у каждого оператора в каждом частотном диапазоне выбираем канал, на котором находятся каналы downlink. Каналы следует выбирать так, чтобы частоты от разных операторов были как можно больше разнесены друг от друга (хотя бы на 5-10 МГц). Следует учесть, что базовая станция может работать всего на нескольких каналах, и эти каналы могут иногда меняться.

3. С помощью приведённых ниже формул рассчитываем частоты, которые соответствуют каждому выбранному каналу (n — номер канала).

E-GSM	f(DownLink)=925+0.2*(n-973)	f(UpLink)=880+0.2*(n-973)
GSM-900	f(DownLink)=935+0.2*n	f(UpLink)=890+0.2*n
GSM-1800	f(DownLink)=1805+0.2*(n-511)	f(UpLink)=1710+0.2*(n-511)

4. Записываем полученные данные в таблицу. Например, могут получиться такие значения:

Опрератор	Downlink, МГц	Выбранные номера каналов	Частоты, соответствующие выбранным каналам, МГЦ
Билайн	940,9-948,9 1805,1-1819,9	42 517	941,2 1806,2
Мегафон	949,1-950,3 951,1-956,3 957,7-959,5 1842,9-1857,9	73 702	949,6 1843,2
МТС	935,1-940,7 950,5-950,9 956,5-957,5 959,7-959,9 1858,1-1872,5	124 840	959,8 1870,8

5. Получилось шесть частот, на которых мы будем проводить измерения. В каждой точке возможной установки внешней антенны необходимо найти, во-первых, направления, с которых уровни сигналов на каждой из шести частот имеют максимумы, и, во-вторых, записать значения этих максимумов. Все полученные данные необходимо занести в таблицу и нанести на рисунок. На следующем рисунке стрелками показаны направления, в которых сигналы имеют максимумы. Для наглядности длины стрелок пропорциональны уровням принимаемых сигналов.

Опрератор	Downlink, МГц	Выбранные номера каналов	Частоты, соответствующие выбранным каналам, МГЦ	Уровни сигналов в точке А1, дБм	Уровни сигналов в точке А2, дБм	Уровни сигналов в точке А3, дБм
Билайн	940,9-948,9 1805,1-1819,9	42 517	941,2 1806,2	-75 -72	-82 -81	-101 -98
Мегафон	949,1-950,3 951,1-956,3 957,7-959,5 1842,9-1857,9	73 702	949,6 1843,2	-100 -105	-90 -93	-78 -80
МТС	935,1-940,7 950,5-950,9 956,5-957,5 959,7-959,9 1858,1-1872,5	124 840	959,8 1870,8	-78 -80	-76 -71	-93 -90

6. Из таблицы и рисунка стало видно, что внешние антенны для усиления сигналов Билайна и МТСа можно ставить в точке А1 или А2, для усиления Мегафона — только в точке А3.

В рассмотренном нами примере все базовые станции работают как в диапазоне 900 МГц, так и в диапазоне 1800 МГц. На практике такого, скорее всего, никогда не будет, так как каждая БС работает в каком-то одном диапазоне.

Выбор расположения внутренних антенн

Мы решили первую задачу — определили для внешних антенн направления на нужные базовые станции.

Следующая задача — это определить для внутренних антенн необходимые зоны охвата внутри помещений:

• расположение внутренних антенн зависит от конфигурации внутренних помещений и от того, в каких помещениях заказчик хочет усилить сигнал;
• необходимо учесть из каких материалов сделаны внешние стены здания, перекрытия и внутренние перегородки. Сплошная металлическая кровля ослабляет сигнал на 40-60 дБ; толстые кирпичные, железобетонные стены и перекрытия ослабляют сигнал на 20-40 дБ; гипсокартонные, деревянные перегородки ослабляют сигнал на 10-20 дБ. При этом следует учитывать то, что более высокие частоты диапазона 1800 МГц ослабляются сильнее, нежели частоты диапазона 900 МГц.
• взаимное расположение внутренних и внешних антенн должно быть таким, чтобы не было самозбуждения усилителя, т.е. такой ситуации, в которой сигнал с внутренней антенны улавливается внешней антенной, усиливается, подаётся на внутреннюю антенну, и так далее.

Если грамотно и надёжно усилить сигнал Downlink (т.е. от БС к телефону), то проблем с сигналом Uplink (т.е. от телефона к БС) быть не должно. При использовании качественного репитера такой сигнал тоже усилится. Обычно канал усиления Uplink в репитере делают с усилением на 5…10 дБ меньшим, чем усиление канала Downlink. Чтобы телефон надёжно принимал сигнал Downlink, он должен быть не менее -80 дБм (в точке пространства, где находится телефон). Чтобы базовая станция надёжно принимала сигнал Uplink , он должен быть не менее -95 дБм (в точке пространства, где находится приёмная антенна базовой станции). Это связано с тем, что на базовых станциях используются малошумящие канальные фильтры и усилители, которые могут усиливать очень слабые сигналы от телефонов. Такой усилитель сужает полосу приема сигнала до 100 раз, уменьшая до 10…20 дб собственный уровень шумов приемника базовой станции.

Однако телефоны могут принимать только относительно мощные сигналы, так как в телефонах существует ряд технических ограничений на возможность приема сигнала с большей чувствительностью. Это обусловлено технической сложностью реализации в размерах телефона приемной антенны с высоким усилением и входного фильтра — преселектора приемника.

Режимы работы телефонов при приёме сигналов Downlink разной мощности:

Уровень сигнала Downlink, дБм	Режим работы телефона
<-100	Нет связи
-100 … -90	Нет связи или одна “палка”, иногда приходят СМС
-80 … -90	Одна-две “палки”, может быть возможен разговор
-80 … -70	Три-четыре “палки”, уверенный приём
-70 … -50	Все “палки”, идеальный приём на улице в зоне прямого действия базовой станции, без помех и препятствий

Расчет сигнала Downlink

Проведём расчёт сигнала Downlink для каждой точки возможной установки внешних и внутренних антенн. Для этого необходимо сложить:

• уровень сигнала в точке установки внешней антенны;
• усиление внешней антенны;
• потери в разъёмах и кабеле;
• усиление репитера;
• потери в разъёмах и кабеле;
• потери в разветвителях сигналов (при их наличии);
• усиление внутренней антенны;
• затухание сигнала внутри помещения.

Необходимо сделать так, чтобы в том помещении, где мы хотим усилить сотовую связь, уровень сигнала Downlink не был ниже -80 … -75 дБм.

В таблице ниже приведено затухание сигнала в свободном пространстве в зависимости от расстояния до антенны. С использованием этой таблицы необходимо внести поправку на затухание внутри помещения (берётся максимальное расстояние от внутренней антенны до дальнего угла помещения).

Диапазон	Расстояние
	1 м	2 м	3 м	4 м	5 м	10 м	20 м	30 м	40 м	50 м
900	32 дБ	38 дБ	41 дБ	44 дБ	46 дБ	52 дБ	58 дБ	61 дБ	64 дБ	66 дБ
1800	3 дБ	44 дБ	47 дБ	50 дБ	50 дБ	58 дБ	64 дБ	67 дБ	70 дБ	72 дБ

Расчитаем: -81+14-4-7+Кр-7+8-58

Получилось (Кр-135) дБ.

Как уже говорилось, уровень сигнала Downlink должен быть не ниже -80 … -75 дБм. Поэтому Кр=135-75=60 дБ. Таким образом, минимальное усиление репитера должно быть не менее 60 дБ. Так как у каждого репитера есть погрешность в указании коэффициента усиления (примерно 3 дБ), неравномерность АЧХ (примерно 3 дБ) и коэффициент шума (примерно 6 дБ), то в итоге необходимо выбрать репитер с услением примерно 70 дБ. Конкретные характеристики каждого репитера необходимо смотреть в его паспорте, но не стоит забывать, что репитеры от незнакомых или ненадёжных производителей могут иметь весьма завышенный коэффициент усиления по паспорту, неравномерную АЧХ и коэффициент шума.

Таким образом, при установке репитера с усилением 70 дБ внутри помещения в дальнем его углу сигнал Downlink от Билайна будет равен -65 дБм.

Аналогичным образом необходимо рассчитать уровень сигнала Downlink от БС МТСа и Мегафона для той же конфигурации системы: та же внешняя антенна в точке А2, тот же усилитель, та же внутренняя антенна:

• уровень синала от БС МТСа = -55 дБм
• уровень сигнала БС от Мегафона = -87 дБм (мы вычли ещё 10 дБ, так как внешняя антенна усилением 14 дБ в точке А2 будет принимать сигнал от БС Мегафона с усилением примерно 0 дБ, так как будет направлена в сторону от направления максимума).

Расчёт развязки внешней антенны относительно внутренней

Затем необходимо примерно оценить, какая паразитная мощность будет доходить от внутренней антенны к внешней (обратный паразитный сигнал от внешней антенны до внутренней можно не брать в расчет, поскольку как упоминалось ранее, канал усиления Uplink имеет меньшее усиление). Оптимально, когда у вас есть в наличии скалярный анализатор цепей, позволяющий измерить прохождение сигнала от внешней антенны до внутренней. На внутренней антенне будет излучаться максимально возможная мощность от БС МТСа: -71+14-4-7+65-7+8=3 дБм

Расчёты по развязке внутренней и внешней антенн необходимо проводить для всех сигналов одного диапазона. Если же один оператор работает в одном диапазоне, а второй — в другом, то их взаимное влияние в таком случае будет минимальным.

Выбор репитера с учётом радиочастотной обстановки

Таким образом, после изучения радиочастотной обстановки на объекте мы получили информацию о сигналах Downlink от различных операторов, а именно уровни каналов каждого оператора. В зависимости от того, какой оператор, на каких каналах и с какими уровнями передает сигналы, следует выбор той ли иной схемы усиления.

Кратко об усилении репитера

Рассмотрим репитер с коэффициентом усиления 50 дБ. Тут всё просто: подав на его вход сигнал с уровнем -83 дБм, мы получим на выходе -83+50=-33 дБм. Однако у каждого репитера помимо коэффициента усиления указывают максимальную выходную мощность (ещё эту величину называют “точка компрессии”). Это максимально возможный выходной сигнал усилителя, выше которого начинают расти искажения и падает общее усиление репитера. До этой величины усиление можно считать линейным.

Но дело в том, что все без исключения производители репитеров лукавят, указывая усиление и амплитудно-частотную характеристику для одного канала. А нам необходимо усилить множество каналов. При усилении нескольких каналов коэффициент усиления репитера уменьшается в перерасчёте на один канал. Но об этом чуть позже.
Репитер не должен работать в режиме, близком к точке компрессии (для рассматриваемого репитера это 20 дБм — эта величина указывается в паспорте репитера и называется максимальной выходной мощностью), так как будут расти интермодуляционные искажения.
Поэтому репитер должен работать в режиме, в котором мощность на выходе меньше точки компрессии на 10-15 дБ.
То есть в рассматриваемом нами репитере на вход можно подать максимум -40 дБм. Тогда на выходе репитера будет 10 дБм, что как раз на 10 дБ меньше точки компрессии для этого репитера.

Как проявляются интермодуляционные искажения

Если случится так, что на вход репитера приходят два сигнала с примерно одинаковой мощностью и с частотами, отличающимися на небольшую величину, то на выходе репитера будут не только два этих сигнала, но и сигналы с частотами, отличающимися от частот входных сигналов на их разницу.
Например, на вход подаются сигналы с частотами f1=952 МГц и f2=953 МГц. Тогда при работе репитера в режиме выше точки компрессии на выходе репитера будут не только усиленные сигналы f1=952 МГц и f2=953 МГц, но и сигналы, отличающиеся на их разницу ∆f=f2-f1=1 МГЦ, а именно f3=f1-∆f=951 МГц и f4=f2+∆f=954 МГц. Эти паразитные сигналы будут тем больше, чем ближе к максимальной выходной мощности рабочая точка репитера.

Итак, повторим ещё раз: репитер не должен работать в режиме, близком к максимальной выходной мощности.

Что значит “коэффициент усиления репитера”

Рассмотрим репитер с коэффициентом усиления 50 дБ и максимальным выходным уровнем 20 дБм. Это значит, что репитер усилит ОДИН входящий канал с коэффициентом 50 дБ при условии, что больше нет никаких других входящих сигналов в диапазоне усиления репитера. Это идеальный случай и такого почти никогда не бывает. Всегда есть несколько каналов на входе и какие-то шумы и помехи. Каждый дополнительный канал уменьшает коэффициент усиления на величину 10Lg(N/2). Эта формула справедлива, когда уровни сигналов примерно одинаковы и различаются не более чем на 1 дб. Например, для 10 каналов на входе усиление репитера упадет примерно на 7 дб. И соответственно, максимальный выходной уровень будет уже 20-7 = 13 дБм.

Если на входе репитера присутствуют не только полезные сигналы, но и помехи, то они тоже будут уменьшать коэффициент усиления в перерасчёте на полезные каналы.

Таким образом, коэффицент усиления репитера зависит от количества усиливаемых каналов. Важно знать, что ночью базовая станция может работать всего на одном-двух каналах, так как количество звонков невелико. Соответственно, коэффициент усиления репитера будет большой. Днём же количество активных абонентов увеличивается, базовые станции автоматически увеличивают количество каналов, и коэффициент усиления репитера закономерно снижается.

АЧХ репитеров

АЧХ — амплитудно-частотная характеристика — зависимость коэффициента усиления репитера от частоты. АЧХ репитеров всегда нелинейная, имеет завалы на границах диапазонов по 3-8 дБ. Кроме того, АЧХ каждого конкретного репитера отличается от АЧХ другого репитера.
АЧХ идеального репитера диапазона GSM-900 с коэффициентом усиления 50 дБ должна выглядеть вот так:

Но мир электроники неидеален, и у настоящего репитера АЧХ выглядит вот так (на рисунке показан АЧХ репитера VECTOR R-610):

Как видим, репитер будет усиливать какие-то каналы лучше, а какие-то хуже. Особенно внимательными нужно быть при усилении каналов, находящихся на границах диапазонов.
В силу особенности схемотехники дешевых репитеров, чем выше усиление репитера, тем более неравномерную АЧХ он имеет. Авторам данной статьи попадались китайские и российские экземпляры репитеров, имеющие неравномерность АЧХ в рабочем диапазоне до 18 дБ. Это также надо учитывать при установке.

Необходимо обратить внимание

• Если разность частот входящих каналов составляет 5-10 МГц при разнице их уровней в 10 дБм, то все эти каналы усилятся без искажений.
• Если разность частот входящих каналов составляет порядка 1 МГц при разнице их уровней в 10 дБ, то слабый сигнал может быть подавлен более сильным. В данном случае необходимо либо усиливать каналы раздельно с помощью разных репитеров, либо пытаться найти другие каналы, сильнее разнесённые друг от друга.

Способы улучшения качества усиления

• Можно использовать канальные репитеры. Они усиливают только узкую полосу с нужными каналами. Такие репитеры несколько дороже обычных, но иногда только их применение сможет усилить сигнал в сложной радиочастотной обстановке.
• Необходимо покупать оборудование (репитеры, GSM антенны, кабели, разъёмы, фильтры и т.д.) только у надёжных поставщиков и желательно у тех, которые сами занимаются установкой репитеров, так как только тогда риск нарваться на левое оборудование с непонятными характеристиками будет минимален.
• Можно использовать фильтры сигналов Uplink и Downlink на те частоты, которые мы хотим усилить. Это способ, которые способны использовать только очень опытные установщики непосредственно взаимодействующие с производителями репитеров.