Описание установки направленных антенн для сотовой связи стандарта GSM-900


Измерения проводились в селе Светлогорское Криничанского района Днепропетровской области. Трасса Днепропетровск — Кривой Рог находится в зоне покрытия двух операторов сотовой связи — UMC и Kyivstar (единственный провал в связи наблюдается в низине около села Долинское). Два телефона Motorola cd930 переключались с канала на канал по ходу движения автомобиля (все-таки инженерное меню мобильного телефона — это великая вещь!). В одних местах поле было сильнее у UMC, в других — у Kyivstar. На участке, который мы проехали, больше базовых станций было у Kyivstar. UMC покрывал трассу несколькими мощными лучами из низкочастотной части разрешенного диапазона каналов, особенно сильным был уровень RxLev канала номер три — 60-70 дБ. Поэтому при пересечении низких участков уровень поля быстро падал — до 100 дБ. У Kyivstar поле было более равномерным, с уровнем сигнала 75-85 дБ. Интересно, что сами базовые станции, установленные вдоль трассы, обнаружить не удалось, хотя местность была в основном открытая.

Село Светлогорское расположено между высокими холмами в долине маленького ручья с названием Мокрая Сура. Перепад высот в радиусе 3 км составляет более 60 метров. Один из холмов закрывает направление на Днепропетровск, другой — на Днепродзержинск. До Запорожья, направление на которое открыто, около 100 км. До Днепродзержинска чуть более 20 км через холмы по прямой, там находится базовая станция Kyivstar. До окраин Днепропетровска по прямой — 30-35 км. Сразу же после начала спуска в долину Мокрой Суры «умирают» сначала UMC, затем (через сотню метров) Kyivstar. Отъезжаем от трассы в противоположную Днепродзержинску сторону на 3 км.

Первой испытания проходит логопериодическая широкополосная (800-960 МГц) антенна усилением 10 дБ. Подключаю кабель RG-6/U 75 Ом длиной 15 метров. По лестнице поднимаюсь к месту крепления антенны с мачтой в 8 метрах над землей. На время подключения антенного адаптера к телефону и кабелю антенны вешаю последнюю на лестницу. Таким образом, антенна направлена прямо в землю. Первым подключаю телефон с сим-картой Kyivstar. Высвечивается логотип Motorola cd930, потом надпись «Поиск сети» и через пару секунд… «UA Kyivstar» и один кубик индикатора поля! Я от удивления чуть не падаю с лестницы. Первая мысль: «Вот что значит высота! Вот это антенна!» Сразу же, однако, закрадываются сомнения: все-таки 15 метров кабеля, телефон на земле не работал, антенна направлена в землю — что-то здесь не то. Пока пытаюсь направить антенну параллельно земле, надпись исчезает. Поиск сети ничего не дает даже в положении «антенна в землю». Закрепляю антенну в вертикальной поляризации и направляю в сторону Днепродзержинска. Признаки сети отсутствуют. Включаю инженерное меню и выбираю опцию «Активный канал». Медленно, секторами по 2-3 градуса, двигаю антенну в направлении от Днепродзержинска к Днепропетровску. За 15 градусов до Днепропетровска выскакивает 24-й канал с RxLev -107, потом -105 дБ. Включаю поиск сети. Обнаруживается сеть Kyivstar. Регистрируюсь, дисплей очищается — нет регистрации, сеть к себе «не пускает». Двигаю антенну дальше, уровень 24-го канала падает до -118 и исчезает. Выскакивает 31-й канал с уровнем -114 дБ. Проверяю уровни шести альтернативных каналов. Вот тут начинается самое интересное! Уровни были от -67 до -114 дБ, причем во время просмотра каналы менялись местами, соответственно этому менялся и условный номер от 1 до 6. Первый альтернативный канал самый сильный, 6-й — самый слабый. Но активным канал с высоким уровнем -67 дБ НЕ СТАНОВИЛСЯ! Во многих отображающих параметры канала пунктах инженерного меню СТОЯЛИ ВОПРОСИТЕЛЬНЫЕ ЗНАКИ. Определялся лишь параметр RxLev, фиксирующий уровень сигнала на данном канале. Машинный перевод описания инженерного меню телефона Motorola cd930 можно увидеть здесь, исходный текст на английском языке не прилагается, но понять можно все.

Я направил антенну еще правее, градусов 10 от условной прямой, соединяющей центр Днепропетровска с местом проведения испытаний. «Поиск сети» показал наличие обоих операторов сотовой связи. Конечно, с сим-картой одного оператора невозможно зарегистрироваться в сети другого, но посмотреть параметры его каналов можно при условии, что каналов родного оператора будет немного. Поэтому я подключил другой телефон с сим-картой UMC. Сеть UMC определялась только в одном направлении правее Днепропетровска, но регистрация также не происходила. Снова взяв в руки телефон Kyivstar, я изменил поляризацию антенны на горизонтальную, при этом RxLev 24-го канала увеличился со -105 до -103 дБ. При таком уровне, например, в подземном переходе или шахте лифта индикатор телефона показывает одно-два деления, позволяющие вести разговор, особенно если не крутить головой вместе с аппаратом во все стороны, иначе связь может начать прерываться, или появится характерное «бульканье». Подобный уровень (105-103 дБ) на стационарной внешней антенне предполагает вполне приличное качество речи, но сначала необходима регистрация в сети.

Было понятно, что базовая станция в Днепродзержинске недоступна из-за высокого холма и неизвестно куда направленных передающих антенн, ведь часто бывает, что на расстоянии нескольких километров от трассы сигнал пропадает полностью, так как максимум диаграммы направленности передающей антенны направлен вдоль трассы. Со стороны Днепродзержинска не было даже следов поля.

Днепропетровские городские базы находятся на расстоянии, превышающем 35 км, и время задержки сигнала не укладывается в тайм-слот, отведенный стандартом GSM-900. Самый сильный сигнал с распознаваемыми телефоном параметрами (24 канала) шел с базовой станции, расположенной где-то в направлении на ж/м Западный. Временные параметры других каналов (даже намного более сильных по уровню) не распознавались телефоном из-за большого расстояния.

После того как я укоротил кабель до 10 метров, уровень сигнала активного 24-го канала поднялся до 99-100 дБ при горизонтальной поляризации антенны.

Далее проводились испытания антенны типа «волновой канал» с усилением по паспорту -13,5 дБ и 10-метровым качественным финским кабелем H155 с волновым сопротивлением 50 Ом (затухание - 3 дБ на 10 метров при частоте 900 МГц) и петлей согласования 120 мм. Эксперименты убедительно доказали, что паспортным данным «волновых каналов» сильно доверять не стоит. Уровень сигнала не поднимался выше -107 дБ при самой тщательной юстировке и смене поляризации.

Таким образом, при RxLev 24-го канала 99-100 дБ (приемлемый для регистрации уровень) телефон в сети не регистрировался или из-за превышающего положенные 35 км расстояния до доступной базовой станции или из-за отсутствия доступа в сеть по неизвестной нам причине. Можно попытаться использовать антенну усилением не менее -16 дБ или антенную решетку из нескольких антенн для связи с базовой станцией в Днепродзержинске, находящейся на расстоянии 20-25 км, но закрытой рельефом местности. Возможно также использование двунаправленного антенного усилителя, но это приведет к удорожанию антенной системы на 260-300 долларов.

22 июня 2001 г. в районе с. Светлогорское Днепропетровской области в том же самом месте я устанавливал антенну усилением -16,5 дБ (длина стрелы 1,7 метра) на границе покрытия (результатом поиска доступных сетей телефона без внешней антенны на высоте 12 м над землей является сообщение «сети не найдены»). В процессе настройки проверялась возможность приема с помощью направленной антенны усилением -16,5 дБ с 10-метровым кабелем типа RG6-U и волновым сопротивлением 75 Ом сигналов с разных баз обоих операторов. Телефон с внешней антенной регистрировался при RxLev, равном -108 дБ, но звонить все равно не получалось. Уже после 30 минут юстировки антенны обе сим-карты с телефоном (Motorola cd 930 с крышкой для двух сим-карт) были внесены базами обоих операторов в какой-то особый список, и в сетях не регистрировались вообще. По-видимому, это связано с тем, что телефон в процессе настройки многократно пытался регистрироваться в сети базовых станций разных зон обслуживания с очень низким уровнем передачи, и для входа в сеть ему был установлен более высокий уровень сигнала приема базовой станции. Kyivstar пускает в сеть при уровне приема сигнала базы более RxLev -110 дБ, UMC — при уровне более -108 дБ (но есть базы с 103-104 дБ). Эти значения RxLev телефон сообщает базе при попытке регистрации в сети, работая на максимальной мощности, а базовая станция устанавливает необходимый уровень мощности телефона (для экономии батареи). После занесения в особый список телефон не допускается в сеть, пока уровень приема базовой станции не поднимется до -85 дБ. Критерием занесения в этот список, видимо, является несколько десятков неудачных попыток зарегистрироваться в сети за короткое время и, возможно, в разных зонах.

В такой ситуации единственный выход — подъехать ближе к базе (на возвышенность) и сделать хотя бы один звонок (проверить счет, например), после чего вернуться назад, к месту установки, и подключить телефон к уже отъюстированной направленной антенне — сразу все заработает. В результате были найдены самые сильные каналы: UMC (12-й канал -90 дБ, 34 км из Верхнеднепровска) и Kyivstar (24-й канал — 95-98 дБ из Таромского, 26 км). При установке антенны в ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ поляризации уровень приема базы для Kyivstar был на 6 дБ сильнее, чем в вертикальной, и крепление антенны пришлось переделывать. Контрольные звонки прошли нормально в обоих направлениях. В UMC дозвониться труднее: сеть перегружена.

Отсюда вывод: юстировку направленной антенны необходимо делать по инженерному меню в горизонтальной или вертикальной поляризации с ВЫКЛЮЧЕННЫМ режимом автоматической регистрации в сети телефона, иначе придется ездить к базовой станции. Эти рекомендации даны для зон границ покрытия, где без внешней антенны телефон сеть вообще не находит.






Дополнительно

iXBT BRAND 2016

«iXBT Brand 2016» — Выбор читателей в номинации «Процессоры (CPU)»:
Подробнее с условиями участия в розыгрыше можно ознакомиться здесь. Текущие результаты опроса доступны тут.

Нашли ошибку на сайте? Выделите текст и нажмите Shift+Enter

Код для блога бета

Выделите HTML-код в поле, скопируйте его в буфер и вставьте в свой блог.