Дальность приема 4G/LTE с усиливающей антенной и без

Мобильная связь работает за счет наземных базовых станций, которые устанавливаются на определенных промежутках друг от друга для обеспечения равномерного и стабильного покрытия. Любой радиосигнал имеет свойство затухать при распространении в воздушном пространстве и при прохождении сквозь другие препятствия. Чтобы рассчитать необходимую частоту установки базовых станций, операторы используют известные формулы, которые позволяют оценить дальность действия связи.

Важными переменными для расчета являются рабочая частота и мощность передатчика. Но также на прием влияют и другие показатели: рельеф местности и препятствия, коэффициент усиления приемной антенны и даже чувствительность абонентских устройств.

Какую дальность имеет базовая станция оператора?

Когда оператор создает мобильную сеть, он непременно учитывает, на каких частотах она будет функционировать. Высокие диапазоны, такие как 1800 и 2600 МГц, предоставляют большую пропускную способность за счет широких полос частот, однако они относительно быстро затухают в пространстве. По данным Ростелекома, средний радиус действия для базовых станций 2600 МГц (Band 7) составляет 3,2 км, а для 1800 МГц (Band 3) — 6,8 км. Чтобы обеспечить равномерное покрытие на этих частотах, операторы вынуждены устанавливать большое количество базовых станций. Это целесообразно только в городских условиях.

Низкие частоты, наоборот, распространяются на гораздо большие расстояния. Например, мобильные сети 800 МГц (Band 20) и 900 МГц (Band 8) имеют дальность действия свыше 13 км, а самая низкая сотовая частота в России — 450 МГц (Band 31) — может использоваться на расстоянии до 20 км.

Недостаток этих диапазонов заключается в том, что в них недостаточно свободных частот для создания высокоскоростных сетей. Например, если в «высоких» диапазонах у операторов имеются полосы шириной 20 МГц, то в «низких» диапазонах доступная полоса на одного оператора редко превышает 5 МГц. В результате операторы используют их преимущественно для «коврового» покрытия за городом в условиях низкой плотности абонентов.

Естественное затухание радиоволн — основной фактор, который вынуждены учитывать операторы при проектировании мобильных сетей. При этом покрытие рассчитывается для обычных абонентских устройств — смартфонов, мобильных телефонов, модемов. Такие устройства имеют слабонаправленные встроенные антенны, коэффициентом усиления которых можно пренебречь. Но что происходит, когда к устройству подключается более мощная направленная антенна?

Влияние направленной антенны на прием сотового сигнала

Направленные антенны получают более мощный сигнал, чем встроенные антенны смартфонов, за счет своей особой конструкции. Они фокусирует луч приема и излучения в узком секторе. Упрощенно можно представить направленную антенну как пылесос, который «всасывает» сигнал с одного направления. Или как прожектор в сравнении с обычной лампочкой накаливания.

Коэффициент усиления антенны измеряется в изотропных децибелах (дБи). Этот показатель буквально указывает, на сколько децибел принятый (или излученный) сигнал будет мощнее, чем при использовании идеальной круговой антенны, которая работает во всех направлениях. Направленная антенна позволяет расширить зону действия базовой станции сверх рассчитанного операторами. Образно говоря, при использовании антенны ваше устройство становится «ближе» к базовой станции оператора.

Например, если без антенны ваш смартфон принимает сигнал на уровне -105 дБм, то в том же месте направленная антенна с усилением 15 дБ сможет получить сигнал мощностью -90 дБм. Конечно, это упрощенный расчет, ведь даже антенны смартфонов имеют небольшую направленность, а к уличной антенне понадобится подключить радиокабель, который вносит дополнительные помехи.

В радиосвязи принято измерять мощность сигнала в логарифмических единицах — децибел-милливаттах, а усиление — в децибелах. Использование логарифмов упрощает запись и избавляет от необходимости орудовать длинными значения в милливаттах и «разах». Подробнее о единицах измерения дБ и дБм можно узнать в нашей отдельной статье.

Увеличение усиления на 3 дБ равносильно увеличению мощности сигнала в 2 раза. Согласно формуле затухания сигнала в свободном пространстве, прирост в 6 дБ увеличивает дальность действия в 2 раза.

Оценить, насколько направленная антенна увеличит дальность приема и итоговую скорость подключения на практике, бывает непросто. Если пренебречь всеми дополнительными потерями, которые сопровождают установку и подключение уличной антенны, коэффициент усиления «компенсирует» затухание сигнала в следующем эквиваленте:

* Приблизительный расчет в идеальных условиях приема без учета дополнительных потерь на кабельных трассах, препятствий на пути распространения сигнала, чувствительности приемника и других факторов, которые влияют на результирующую мощность и качество сигнала на абонентском устройстве.

Упрощенно можно считать, что при использовании направленной антенны вы становитесь «ближе» к базовой станции на указанное расстояние. Однако для точных расчетов необходимо учитывать гораздо больше показателей, включая:

• Дополнительные потери, которые вносит радиокабель при соединении антенны с вашим мобильным устройством. Также потери вносят переходники, сплиттеры и любые другие «промежуточные» компоненты
• Наличие прямой видимости до базовой станции. При наличии препятствий или горного рельефа антенна будет принимать более ослабленный отраженный сигнал;
• Влияние расстояния и помех на качество сигнала;
• Возможные ограничения оператора при попытке установить соединение со слишком большого расстояния.

Почему не стоит полагаться на антенну при нулевом сигнале?

Мы всегда рекомендуем использовать направленные антенны и усилители только в том случае, если на улице доступен минимальный сотовый сигнал и ваш смартфон показывает хотя бы 1–2 делений мощности. В этом случае антенны гарантированно примут сигнал и эффективно сработают в соответствии со своим коэффициентом усиления.

В случае, когда сигнал полностью отсутствует на местности и смартфон показывает иконку «Нет сети», велика вероятность, что даже мощная направленная антенна не сможет принять сигнал достаточной мощности или принятый сигнал не обеспечит минимальной комфортной скорости подключения.

Наибольшую эффективность усиливающие антенны показывают на границе мобильной сети, при нестабильном LTE-соединении. Во многих случаях с их помощью можно стабилизировать подключение и добиться высокой скорости интернета!

Лучшие антенны для 4G-модемов

Лучшие антенны для роутеров

В процессе выбора подходящей антенны, помимо расстояния до базовой станции, необходимо учитывать окружающие препятствия и качество поступающего сигнала. Всесторонне оценить ситуацию и выбрать оптимальное решение для вашего случая всегда помогут наши эксперты. Связаться с нами можно любым удобным способом!