АНТЕННА ДЛЯ ИНТЕРНЕТА

Мобильная связь перестала быть роскошью. Доступ к интернету сделался непременным компонентом сотовых сетей. Это настолько улучшает качество жизни, что мало кто хочет возвращаться в прошлое, в котором не было Сети.

Некоторым, впрочем, приходится расставаться с интернетом, когда они уезжают из города на дачу. Во многих случаях такое положение дел можно исправить. Но придется немного вникнуть в суть вопроса.

Технологии беспроводной передачи информации принято делить на поколения (G – generation). Первое поколение включало аналоговые технологии и не давало возможности для реализации мобильного интернета.

Переход от аналоговой к цифровой сотовой связи (2G) был неизбежен, так как потребность человека в информации все время растет, а цифровые системы позволяют передавать по одному и тому же каналу в десятки раз больше данных, чем аналоговые. Так появился стандарт GSM.

Мобильный интернет в 2G обеспечивают надстройки над GSM: GPRS и его развитие EDGE. Они предусматривают передачу данных пакетами и различаются способом кодирования. Пакет EDGE содержит больше информации. Разделение между пакетами идет по времени — технология TDMA.

Третье поколение (3G) характерно переходом от TDMA к CDMA (кодовое разделение). В Европе и СНГ для связи 3G используется стандарт UMTS и его развитие HSPA.

LTE — уже четвертое поколение (4G). И каждый раз со сменой поколения увеличивается скорость передачи информации:

• 1G — 2 кбит/с;
• 2G — до 474 кбит/с;
• 3G — до 42 Мбит/с;
• 4G — до 1 Гбит/с.

Для передачи в эфир информация модулируется (формируется сигнал), при приеме — демодулируется. Устройство, совмещающее в себе передатчик и приемник называется модем (модулятор-демодулятор). Модемы могут быть встроены в телефон, планшет или изготовлены в виде самостоятельного устройства, подключаемого к компьютеру. Распространенным интерфейсом для модемов является USB.

Идентификации абонента в GSM-сетях выполняется с помощью SIM-карты. Модемы для беспроводного интернета так же, как и смартфоны, используют ее. Модема и SIM-карты может быть вполне достаточно для приема мобильного интернета в городе, но не на даче.

ВИДЫ ИНТЕРНЕТ АНТЕНН

Информация на модем и от модема передается на радиоволнах. Для приема и передачи необходимы антенны. Смартфоны и USB-модемы («брелоки») снабжены встроенными антеннами, интегрированными в печатные платы.

Когда базовая станция сотовой связи находится далеко, или на пути радиоволн расположены многочисленные препятствия, сигнал приходит слабым, и встроенные антенны не справляются с его приемом.

Модем на базовой станции договаривается с модемом абонента о параметрах связи, в том числе, о скорости передачи данных. Чем слабее сигнал, тем меньше будет скорость. В некоторых случаях сигнал настолько слаб, что модем не может выделить его из наложенных шумов.

Обычно это проблема городов, где много препятствий для радиоволн и много радиошумов. За городом же проблема слабого сигнала, скорее, будет связана с удаленностью базовой станции. Иногда сигнала просто нет — он затухает по мере удаления от станции.

Для усиления сигнала мобильного интернета чаще всего используют антенны «патч» и «волновой канал». Их еще называют панельной и антенной Яги. Обе достаточно узкополосные и направленные (усиление сигнала зависит от ориентации конструкции в пространстве). Панельная антенна обеспечивает усиление сигнала 5 — 10 дБ и угол обзора 40 — 60 градусов. Антенна Яги — 5 — 12 дБ, но ее усиление может доходить до 20.

Параболическая антенна — узконаправленная с большим (25 — 40 дБ) усилением, получаемая путем помещения любой антенны в фокус отражателя.

Несмотря на значительный коэффициент усиления, «тарелки» не получили большого распространения в качестве антенн для мобильного интернета, так как слишком узконаправленную радиоантенну (угол обзора 10 — 15 градусов) трудно навести на базовую станцию и закрепить в таком положении.

А еще «тарелка» имеет большую парусность, что также относится к недостаткам.

Мобильный интернет — связь двусторонняя. Технология предусматривает не только прием, но и отправку данных на базовую станцию. Например, при организации удаленного видеонаблюдения. Несколько радиоантенн с неоправданно большим усилением в поселке могут значительно ухудшить качество связи для всех, создавая помехи.

Но если расстояние до базовой станции два-три десятка километров, параболическая антенна может стать единственным решением для интернета в частном доме.

Интересна получившая распространение в последние годы технология MIMO (Multiple Input Multiple Output). Если на радиоантенне указано, что она MIMO 2х2, то это означает, что по сути это две антенны, расположенные под углом 90 градусов. Технология позволяет повысить качество и скорость связи.

Применяют и электронное усиление сигнала, но усилители дают собственный шум, что может негативно сказываться на результате.

Самая главная характеристика антенны — рабочая частота. Ниже приведены частоты, используемые операторами сотовой связи в РФ:

• 2G — 900, 1800 МГц;
• 3G — 900, 2100 МГц;
• 4G — 800, 1800, 2600 МГц.

Легко видеть, что диапазоны достаточно разнесены, и узкополосная антенна не может принимать радиосигнал и 800, и 2100 МГц, например.

Чтобы определить, на какой диапазон должна быть рассчитана радиоантенна для интернета на даче, нужно узнать, какой именно сигнал наиболее сильный в данном конкретном месте. Иногда стоит отказаться от попыток «вытянуть» слабый сигнал 4G в пользу стабильного 3G.

Для начала рекомендуется навести справки о координатах нескольких ближайших базовых станций и частотах, на которых они предоставляют услуги 3G и 4G. Например, имеет смысл позвонить сотовым операторам или посетить их сайты. Этот шаг желательный, но необязательный.

Следующим шагом с помощью специальных приложений для USB-модема или смартфона можно определить частоту и место наиболее уверенного радиосигнала мобильного интернета. Для этого надо побродить с модемом по дому, особенное время уделив верхнему этажу, чердаку и даже крыше.

Иногда прием отсутствует на первом этаже, но вполне удовлетворительный, если разместить антенну возле окна на втором этаже. Но бывают случаи, когда не обойтись без высокой мачты. Тогда нужно думать о защите от коррозии и птиц.

Устанавливая радиоантенну, необходимо позаботиться о том, чтобы она была надежно закреплена в том положении, когда прием наилучший. Кроме того, к антенне должен быть удобный доступ — поправить, снять лед, чтобы конструкция не погнулась под его тяжестью.

С одной стороны, наилучший сигнал можно ожидать, подняв антенну на высокую мачту, с другой — эта мачта не должна напоминать удочку рыболова, раскачивая радиоантенну на верхушке от малейшего ветра. И обслуживать антенну на мачте не слишком удобно. Надо искать компромисс между хорошим приемом интернета и удобством обслуживания оборудования.

СОЕДИНЕНИЕ В ЕДИНУЮ СИСТЕМУ

Если радиоантенна на крыше, модем совершенно не нужно устанавливать там же. Антенну и модем соединяют кабелем. Все, что относится к линии соединения, называется фидером.

Кабель годится не любой. Он должен быть коаксиальный (центральный проводник и экран (оплетка), разделенные диэлектриком) и иметь волновое сопротивление 50 Ом. Допустимо использование кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом, но это требует дополнительного согласования, поэтому лучше его оставить специалистам.

Разъемы должны надежно соединять антенну с кабелем, а кабель с модемом. Сигнал в кабеле ослабляется. Чем трасса длиннее, тем больше потерь. Если на кабеле есть стыковки (разъемные соединения, тройники), сигнал ослабляется еще больше. В некоторых случаях на фидере можно потерять весь выигрыш от установки антенны на крыше.

Разъемы должны иметь то же волновое сопротивление, что и кабель (50 Ом). Ответный разъем того же типа должен быть на антенне. Существует много их разновидностей, и, на первый взгляд, все похожи. Надо внимательно читать маркировку или принести с собой в магазин образец, иначе неспециалисту легко ошибиться.

К кабелю разъемы (в зависимости от модификации):

• припаиваются;
• обжимаются;
• накручиваются на него.

Современные USB-модемы имеют точку подключения внешней антенны. Для подсоединения к ней коаксиального кабеля удобно использовать переходник, который называют пигтейл (короткий отрезок кабеля с разъемами). Один разъем подключают к модему, другой к кабелю.

Часто USB-модем подключают к компьютеру. Другой вариант — роутер (маршрутизатор), с помощью которого можно организовать локальную сеть (WiFi). Функции роутера могут быть встроены в компьютер.

Радиоантенна, располагающаяся на улице, может быть соединена не с модемом, а с усилителем другой антенны, которая устанавливается в помещении, где сигнал с базовой станции слабый. Такой сигнал может быть принят смартфонами, планшетами, USB-модемом.

Как правило, антенна на улице узконаправленная (панельная, Яги или параболическая), а в помещении штыревая — одинаково передающая (принимающая) сигнал в плоскости, перпендикулярной своей оси. Такие системы называются репитерами.

На рынке доступно достаточно готовых решений для дачи, где все компоненты уже согласованы друг с другом. Это может быть комплект из антенны, кабеля и модема или комплект репитера. Нужно только правильно выбрать частотный диапазон и надежно установить внешнюю антенну, правильно ориентируя ее на базовую станцию.