При самостоятельной установке оборудования для усиления сигнала 4G-интернета многие сталкиваются со сложностями выбора антенны. Какая же все-таки она нужна: направленная, панельная или вообще параболическая? Как подобрать коэффициент усиления? Что такое MIMO? На эти и другие вопросы мы постараемся ответить в этой статье.
Если вам нужна помощь в подключении интернета в частный дом, заполните заявку, нажав на кнопку ПОДКЛЮЧИТЬСЯ.
Для начала стоит разобраться с общей схемой подключения интернета 4G в качестве домашнего — то есть чтобы пользоваться им не только на смартфонах, но и полноценно работать в интернете за ноутбуком или смотреть IPTV.
Стандартная схема подключения устройств выглядит так:
антенна — фидерная линия — модем и роутер.
«Фидерной линией» обобщенно называют совокупность всех кабелей, разъемов, адаптеров и прочего оборудования, служащего для соединения устройств.
Теоретически, из схемы можно исключить роутер: если вам нужен доступ в интернет только для персональных компьютеров (ПК), то модем можно подключить через USB-разъем к компьютеру, а посредством кабельной сборки и адаптера (пигтейла) к антенне. Но на практике почти в 100% случаях устанавливается и WiFi-роутер, т. к. доступ в интернет нужен для нескольких устройств, часть из которых подключается по вай-фай.
Описанную схему можно посмотреть на рисунке. Дальше в нашей статье нас будет интересовать только первая её составляющая — антенна
Связь стандарта 4G LTE в России распространена очень широко — все более-менее крупные населенные пункты и их окрестности уже охвачены сетями операторов. Но несмотря на то что зона покрытия 4G-сигнала постоянно расширяется, у многих пользователей из пригородов и более отдаленных населенных пунктов возникает потребность в усилении слабого сигнала и установке внешней антенны. Происходит это, когда нужен быстрый интернет, который можно использовать в качестве домашнего: смотреть IPTV, играть в компьютерные игры, созваниваться с коллегами и родственниками по скайпу и т. д. Как правило, сигнала с базовых станций в этих случаях недостаточно из-за удаленности многих населенных пунктов от вышек, наличия различного рода препятствий, например, лесного массива, особенностей рельефа местности и т. д.
С помощью дополнительной внешней антенны можно в разы усилить сигнал с вышки оператора и увеличить скорость приёма и передачи мобильных данных.
Но какую антенну выбрать в тех или иных условиях? Как правильно подобрать 4G-антенну для модема или роутера? На каких расстояниях от базовых станций вообще имеет смысл это делать? Какая антенна подойдет для города, а какую стоит установить в сельской местности? На эти вопросы мы сейчас и постараемся ответить.
Вообще, любая антенна преобразует энергию высокочастотного колебания от передатчика в электромагнитную волну, способную распространяться в пространстве, или совершает обратное преобразование — в зависимости от того, на прием или на передачу она в данный момент работает.
Чем ниже частота — тем больше длина волны, а значит, тем дальше она может распространятся от источника (в нашем случае — от базовой станции) и тем легче ей огибать преграды. И наоборот: чем выше частота, тем волна короче и тем меньше расстояние, на которое такие волны способны распространяться.
Например, на частотах 800 МГц и 900 МГц длина волны — около 33–34 см, а на частоте 1800 МГц — уже 16 см. При этом на частоте 800 МГц дальность составляет 35–37 км от базовой станции, а на частоте 1800 МГц — всего 10–12 км.
Вроде бы можно сказать — почему бы операторам не вещать на низких частотах с максимальной длиной волны, тогда бы вышки покрывали бОльшую площадь. Но чем меньше частота и больше длина волны, тем меньше ёмкость базовой станции и ниже скорость передачи данных, а значит, и скорость интернета у конечных пользователей.
Поэтому базовые станции 4G LTE, работающие на высоких частотах 2600 МГц, установлены в крупных городах с максимальной концентрацией активных абонентов. Такие станции покрывают небольшую площадь (поэтому в городах их много), зато дают высокую скорость передачи данных и обслуживают больше пользователей. А в небольших деревнях и поселках, где жителей меньше, передатчики на вышках работают на более низкой частоте, зато покрывают большие территории.
Посмотреть частотные диапазоны, на которых работают российские операторы, можно в таблице.
| Поколение сети | Частотный диапазон | Название стандарта |
| 4G | 800 МГц | LTE 800 |
| 1800 МГц | LTE 1800 | |
| 2600 МГц | LTE 2600 | |
| 3G | 900 МГц | UMTS 900 |
| 2100 МГц | UMTS 2100 | |
| 2G | 900 МГц | GSM 900, EGSM, GSM-E900 |
| 1800 МГц | GSM 1800, DCS 1800 |
Как всё вышесказанное влияет на выбор 4G антенны? Прямым образом. Если в городе 4G интернет обычно работает на частоте 2600 МГц, то большинство комплектов «для усиления 4G интернета» и антенн будут рассчитаны именно на эту частоту. Но ваш дом, где вы планируете этот комплект установить, может находиться в деревне, ближайшая к которой базовая станция работает на частоте 800 или 1800 МГц. Соответственно, предназначенный для города комплект оборудования будет там бесполезен. Поэтому чтобы избежать разочарования, перед покупкой антенны необходимо выяснить поколение мобильной сети (2G, 3G или 4G), которую вы хотите усилить, и диапазон частот, в котором работает сеть.
Также частота, на которой работает вышка, влияет на то, на каких расстояниях от нее можно использовать антенны.
для 3G на частоте 900 МГц — до 30 км;
для 3G на частоте 2100 МГц — до 15 км;
для 4G на частоте 800 МГц — до 30 км, оптимально до 20–25 км;
для 4G на частоте 1800 МГц — до 20 км, оптимально до 10–12 км;
для 4G на частоте 2600 МГц — до 10 км, оптимально до 5–7 км.
Почему именно такие расстояния? Все довольно просто. Сигнал может распространяться и дальше указанных километров, но для корректной работы ваших устройств в сети мобильного оператора нужно, чтобы сигнал от базовой станции не только пришел, но и вернулся к ней обратно. Для этого выделено определенное время в миллисекундах. И именно на указанные выше расстояния сигнал распространяется туда и обратно за отведенное оператором время — т.н. timeslot. Если время прохождения сигнала будет превышено, базовая станция отключит ваше устройство.
Также стоит заметить, что эти расстояния значительно сокращаются, если имеется выраженный рельеф местности или значительные препятствия на пути к вышке оператора. В идеальном случае базовая станция должна находиться в зоне прямой видимости.
Чтобы понять рельеф местности в направлении базовой станции, можно воспользоваться специальной программой Google Earth для ПК, или же специализированными сервисами. Определить точное расположение базовой станции вам поможет мобильное приложение «Сотовые вышки. Локатор» или подобное. Этот же сервис покажет примерный уровень сигнала в том месте, где вы хотите поставить антенну.
Существует 4 основных типа антенн для мобильного интернета.
Используются в зоне уверенного приема 3G/4G сигнала для улучшения его стабильности, имеют небольшой коэффициент усиления — до 6 dBi. Имеют небольшие размеры, максимально просты в установке.
Так как имеют большой коэффициент усиления 15 — 21 dBi, то могут применяться в условиях очень плохого приема сигнала. Как правило, такие антенны имеют большие габариты (более 1 м в длину). Устанавливаются на мачту и направляются в сторону ближайшей базовой станции. Важная особенность этих антенн — их можно применять только в узкой полосе частот, то есть нужно направлять точно на станцию, вещающей на этой частоте.
Самый популярный вариант. Имеют большой коэффициент усиления от 10 до 24 dBi. Как правило, работают в широкой полосе частот, но есть и узкополосные варианты. Бывают с поддержкой технологии MIMO и без. Есть варианты с гермобоксом, в котором закрепляется модем и от которого выходит один кабель с разъемом USB на конце, подключающийся непосредственно к роутеру или компьютеру через порт USB.
Могут иметь довольно большие габариты — до 500×500 мм и, соответственно, высокую парусность, из-за чего их бывает сложно установить на высоких мачтах.
Мощность может достигать 35 dBi и более. Эффективны даже на большом удалении от сотовой вышки — до 30 км. Состоят из облучателя и отражателя («тарелки»). Чем больше отражатель, тем мощнее будет такая антенна. Для уменьшения парусности иногда используется решетчатый отражатель — на качество приема это не влияет, стоят такие антенны немного дороже.
Сложны в установке: необходимо крайне точно позиционировать антенну на базовую станцию с учетом рельефа местности и на высоте не менее 3 метров. При этом антенну недостаточно просто закрепить на мачту, так как ветер будет менять ее точное положение и ухудшать прием. Крепеж лучше всего делать только к стене.
Вообще, антенны бывают направленные и круговые (всенаправленные).
Всенаправленные — это, в основном, терминальные и автомобильные антенны. Они имеют небольшой коэффициент усиления — около 3 dbi, но при этом одинаково хорошо усиливают сигнал независимо от положения базовой станции.
Все остальные антенны нужно четко направлять на базовую станцию, от этого будет зависеть эффективность их работы. Как правило, производители дают диаграмму направленности своих антенн.
Важно, что чем больше коэффициент усиления антенны, тем меньше будет угол отклонения от базовой станции, то есть уже диаграмма направленности. Антенна усилением 9 dBi имеет угол отклонения около 40 градусов, а антенна на 20 dBi — уже менее 20 градусов. Соответственно, чем больше антенна способна усилить сигнал, тем точнее её нужно направлять на базовую станцию. В первую очередь, это относится к параболическим антеннам: даже незначительное изменения направления антенны может сильно повлиять на полученный сигнал, зато такие антенны эффективны на больших расстояниях от базовой станции оператора.
Взаимосвязь коэффициента усиления и диаграммы направленности следует учитывать при выборе антенны.
В городе, где сотовых вышек много, но при этом не всегда возможно поймать прямой сигнал от одной из них, можно применять панельные MIMO антенны небольшого усиления (9 — 15 dBi). В сельской местности следует использовать антенны большего усиления — от 15 до 24 dBi. Они имеют более узкие диаграммы направленности, но позволяют усилить сигнал и улучшить скорость мобильного интернета на больших расстояниях.
Предназначены для работы в широком диапазоне частот, обычно от 1700 до 2700 МГц, способны усиливать и 3G, и 4G сигнал.
Имеют плавающий коэффициент усиления — это означает, что усиление антенны будет зависеть от того, на какой частоте она работает. В технических характеристиках таких антенн обычно указывают максимальный коэффициент усиления, который относится к самой высокой частоте, но на низких частотах коэффициент усиления будет меньше.
Предназначены для работы на конкретной частоте, например 1800 МГц. Имеют четко заданный, а не «плавающий» коэффициент усиления.
При одинаковом размере двух антенн — широкополосной и узкополосной, коэффициент усиления узкополосной будет намного выше. Но приобретать такие антенны следует с осторожностью — необходимо точно знать частоту, на которой работает базовая станция.
Аббревиатура MIMO означает «Multiply Input Multiply Output» то есть «множественный вход — множественный выход». Принцип работы таких антенн таков: информация от вышки оператора к антенне передаётся двукратно, через разные излучатели одного передатчика. Они расположены друг к другу под углом 90 градусов в виде креста. Радиосигналы практически дублируются, но передаются под разными углами. То же самое происходит на принимающей стороне. Фактически, антенна MIMO — это 2 антенны в одном корпусе, развернутые под углом 90 градусов относительно друг друга и работающие в разной поляризации — горизонтальной и вертикальной.
Эта технология применяется только в 4G сетях и позволяет значительно увеличить скорость интернета. Все MIMO-антенны оснащаются двумя выходами, то есть для использования всех преимуществ такой антенны ваш роутер или модем также должны иметь два входа.
Производители оснащают свои антенны как 75 Ом выходами типа F, так и 50 Ом выходами типа N. Выбор повлияет в итоге на общую стоимость интернет-комплекта. Для подключения антенн с 75 Ом выходами можно использовать более дешевый 75 Ом кабель и более дешевые F-разъемы, но при этом все F-соединения нужно дополнительно герметизировать, чтобы туда не попала влага и контакты не окислились. С 50 Ом N-разъемами таких проблем нет, однако цена качественной 50 Ом кабельной сборки будет в разы выше.
Фидерной линией называют все соединительные элементы, по которым идет сигнал от источника к приемнику: кабель, адаптеры, разъемы и проч.
В стандартных антеннах для их подключения к модему или роутеру используются кабельные сборки на основе 50 и 75 Ом кабелей. По возможности, стоит выбирать кабель с наименьшей величиной потери сигнала, а также постараться минимизировать саму длину кабеля.
Советы при выборе кабеля:
— чем больше толщина кабеля, тем меньшими будут потери;
— два экрана лучше, чем один;
— кабель со сплошным полиэтиленом имеет большие потери по сравнению с вспененным центральным диэлектриком;
— более плотное плетение снижает потери.
Разъемы
Антенны 50 Ом комплектуются разъемами N-типа, а 75 Ом — F-разъемами. Площадь контакта N-разъема выше, чем у F, а потому надежность рабочего процесса системы в их случае выше, но при этом такая кабельная сборка будет дороже.
Антенна с гермобоксом — это антенна, оснащенная специальным герметичным боксом, в который устанавливается 3G/4G модем (или роутер). Таким образом модем размещается максимально близко к антенне, а передача полученного интернета на ваш компьютер или роутер, установленный в доме, осуществляется посредством USB-удлинителя или Ethernet-кабеля.
У этого решения, несомненно, есть очевидный плюс — мы полностью избавляемся от потерь сигнала в кабеле. Однако такие антенны дороже, их сложнее монтировать, а главное — это ограничения в использовании, связанные с температурным режимом. Летом гермобокс перегревается, зимой переохлаждается, и модем, не предназначенный для эксплуатации в экстремальных условиях, работает нестабильно, зависает и, в конце концов, выходит из строя. В принципе, можно использовать модемы или роутеры, которые предназначены для работы как при высоких, так и при низких температурах — они есть у MikroTik, Kroks, Antex и других производителей. Однако проще купить уже готовую точку доступа.
3G/4G точки доступа — это заводские комплекты для получения 3G/4G интернета, которые включают в себя антенну с необходимым усилением и качественный модем промышленного исполнения, находящийся на антенне. Подключаются устройства посредством LAN кабеля, длина которого может достигать 100 и более метров. Это более надежное и качественное решение, чем антенны с гермобоксами.
В этой большой статье мы постарались разобрать все основные аспекты выбора антенны для 3G/4G интернета и даже рассказали немного теоретического материала. Однако мы советуем, если есть такая возможность, обратиться к мастеру, работающему в вашей местности, за консультацией. Он поможет подобрать антенну с учетом всех факторов.
