Введение
Тип двунаправленного усилителя
Сотовый репитер (также известный как усилитель сигнала мобильного телефона или усилитель сотового сигнала) – это тип двунаправленного усилителя, используемый для улучшения приема сигнала мобильного телефона. Система сотового репитера обычно состоит из донорной антенны, принимающей и передающей сигнал от ближайших базовых станций сотовой связи, коаксиальных кабелей, усилителя сигнала и внутренней повторной антенны.
Антенна донора
Донорная антенна обычно устанавливается у окна или на крыше здания и используется для связи с ближайшей вышкой сотовой связи. Донорная антенна может быть различных типов, но чаще всего это направленная или всенаправленная антенна. Всенаправленная антенна (излучающая во всех направлениях) обычно используется в системах ретрансляции для усиления покрытия всех сотовых операторов. Направленная антенна применяется, когда необходимо изолировать конкретную вышку или оператора для улучшения сигнала. Использование высоконаправленной антенны может улучшить отношение сигнала к шуму донорной антенны, что повышает качество сигнала, распространяемого внутри здания.
Антенна для помещений
Некоторые системы сотовых репитеров также могут включать всенаправленную антенну для повторной трансляции сигнала внутри помещения. В зависимости от потерь сигнала, вызванных препятствиями, преимущество использования всенаправленной антенны заключается в равномерном распределении сигнала во всех направлениях.
Антенна для автомобилей
Когда идет дождь и окна автомобиля закрыты, сотовый телефон может потерять от 50% до 100% сигнала. Чтобы улучшить прием, антенна выносится наружу автомобиля и подключается внутри к другой антенне и усилителю для передачи сигнала мобильной связи на сотовый телефон, находящийся в салоне.
Усилитель сигнала
Системы сотовых ретрансляторов включают в себя усилитель сигнала. Стандартные селективные ретрансляторы GSM-каналов (используемые операторами телекоммуникаций для покрытия больших площадей и крупных зданий) имеют выходную мощность около 2 Вт, ретрансляторы высокой мощности – около 10 Вт. Усиление мощности рассчитывается по следующей формуле:
Ретранслятору необходимо обеспечить достаточную изоляцию между донорной и обслуживающей антеннами. Если изоляция ниже фактического усиления плюс запас (обычно 5–15 дБ), ретранслятор может перейти в режим самовозбуждения. Это самовозбуждение может вызывать помехи в сотовой сети. Изоляцию можно улучшить путем выбора типа антенны в макросреде, что включает в себя регулировку угла между донорной и обслуживающей антеннами (в идеале 180°), пространственное разделение (как правило, вертикальное расстояние при установке на вышке между донорной и обслуживающей антеннами составляет несколько метров), размещение в среде, ослабляющей сигнал (например, установка металлической сетки между донорной и обслуживающей антеннами) и/или уменьшение отражений (отсутствие близких препятствий перед донорной антенной, таких как деревья или здания). Изоляцию также можно улучшить с помощью встроенной функции ICE (оборудование для подавления помех), предлагаемой в некоторых продуктах (например, NodeG, RFWindow). Активация этой функции оказывает негативное влияние на внутреннюю задержку (увеличение задержки => примерно +5 мкс к стандартной задержке ретранслятора) и, как следствие, уменьшает радиус действия от донорного участка. Усиление и фильтрация вносят задержку (обычно от 5 до 15 мкс) в зависимости от типа ретранслятора и используемых функций. Дополнительное расстояние также увеличивает задержку распространения сигнала.
Сельские районы
Во многих сельских районах плотность населения слишком низкая, чтобы строительство новой базовой станции было экономически целесообразным. Установка домашнего сотового репитера может решить эту проблему. В равнинной сельской местности сигнал вряд ли подвергнется многолучевым помехам.
Строительные материалы
Некоторые строительные материалы могут ослаблять силу сигнала сотового телефона. Старые здания, такие как церкви, часто блокируют сотовые сигналы. Любое здание со значительной толщиной бетонных стен или большим количеством металла в конструкции будет ослаблять сигнал. Бетонные полы часто заливаются на металлическую основу, которая полностью блокирует большинство радиосигналов. Некоторые виды твердой пеноизоляции и стекловолоконной изоляции, используемые в крышах или наружных стенах, имеют фольгированную подложку, которая может снижать проницаемость. Энергосберегающие окна и металлические москитные сетки также очень эффективно блокируют радиосигналы. У некоторых материалов есть пики в спектре поглощения, что приводит к уменьшению силы сигнала.
Размер здания
В больших зданиях, таких как склады, больницы и заводы, часто бывает слабый сотовый сигнал. Низкий уровень сигнала также обычно наблюдается в подземных помещениях (например, в подвалах, а также в магазинах и ресторанах, расположенных в глубине торговых центров). В таких случаях обычно используется внешняя антенна.
Многопутные помехи
Даже в городских районах (где обычно сильный сотовый сигнал), могут возникать зоны отсутствия сигнала, вызванные деструктивной интерференцией волн. Обычно они охватывают несколько кварталов и затрагивают лишь один из двух частотных диапазонов, используемых мобильными телефонами. Это происходит из-за того, что волны разных частот деструктивно интерферируют в разных точках пространства. Направленные антенны могут помочь решить эту проблему, поскольку позволяют выбрать один путь распространения сигнала из нескольких (подробнее об интерференции множественных лучей – в разделе «Интерференция множественных лучей»).
Дифракция и общее ослабление
Более длинные волны обладают преимуществом большей дифракции, поэтому прямая видимость не так необходима для получения хорошего сигнала. Поскольку частоты, используемые сотовыми телефонами, слишком высоки для отражения от ионосферы, как это делают короткие волны, сотовые волны не могут распространяться через ионосферу. (Подробности см. в разделах "Дифракция" и "Ослабление").
Различные частоты работы
Повторители доступны для всех диапазонов частот GSM. Некоторые повторители поддерживают различные типы сетей (например, многорежимные GSM и UMTS). Системы повторителей доступны для определенных систем спутниковой связи, позволяя использовать их в помещениях даже при отсутствии прямой видимости спутника.