Усиление сигнала 4G-модема — подробная инструкция

Иногда требуется организовать качественный доступ к Интернету на отдаленных от базовой станции объектах, таких как дачные участки, промышленные объекты, карьеры и т. д. Как правило, стандартного оборудования обычно не хватает, чтобы принять радиоволну нужного частотного диапазона при малой пороговой мощности. В представленной статье рассматриваются эффективные способы. как усилить сигнал 4G-модема своими руками при помощи пассивных и активных компонентов.

От чего зависит скорость передачи данных?

Каналом для передачи данных при использовании сотовой связи является электромагнитное поле, в нем распространяются сигналы, переносящие полезную информацию. Исходя из элементарных понятий электродинамики, можно легко прийти к выводу, что скорость передачи данных в таком случае напрямую зависит от мощности сигнала. Если быть точнее, для оценки качества приема используется десятичный логарифм отношения амплитуды принятого сигнала к амплитуде излученного – коэффициент усиления, дБ. На этот показатель могут повлиять следующие факторы:

1. Пробег радиоволны до ближайшей вышки связи. Чем он будет больше, тем больше временная задержка и поглощение, соответственно, ниже скорость.
2. Наличие препятствий в зоне прямой видимости. Наиболее эффективными материалами, поглощающими радиоизлучение, считаются бетон, металлы, древесина и вода. Наличие этих веществ на пути волны даст значительное ослабление сигнала на стороне приемника.
3. Зашумленность частотной полосы. Любой канал радиочастот имеет лимит выделенных линий, чем плотнее они «забиты», тем большая вероятность их пересечения и появления дополнительных ошибок.
4. Качество пассивной и активной части приемного оборудования. Очень многое зависит от точности исполнения антенны. Это связано с тем, что несущая частота сотовых вышек имеет очень большую точность, несмотря на гигагерцовый диапазон. Соответственно, погрешность сборки даже в 1 мм сильно повлияет на резонансные свойства антенны.

Теперь, прежде чем понять, как усилить сигнал 4G и повысить скорость передачи данных, необходимо проанализировать параметры существующего подключения.

Как определить свою скорость передачи данных?

Как только устройство подключено к компьютеру или маршрутизатору, необходимо проверить наличие самого факта доступа в Интернет. Сделать это можно, выполнив в командной строке ping 8.8.8.8. Если ответ положительный, с указанием размера и времени жизни пакетов, можно переходить к проверке скорости приема и передачи данных. Для этого нужно:

• Открыть браузер и перейти на один из многочисленных ресурсов, найденных по запросу «Проверить скорость» в любом поисковике (или можно использовать https://www.speedtest.net/, https://yandex.ru/internet/ ).
• Нажать кнопку «Проверить» (или подобную), дождаться окончания работы скриптов.
• В полученной форме с результатами будет представлена максимальная скорость, полученная как при передаче, так и при приеме пакетов с данными.

Как узнать свою базовую станцию?

Для того чтобы определиться, как увеличить сигнал 4G-модема своими руками, нужно понимать, насколько близко расположены вышки связи. Несмотря на то что эта информация крайне полезна при сооружении самодельных устройств усиления и повторения сигнала, призванных улучшить качество и увеличить площадь зоны покрытия, операторы сотовой связи не раскрывают такие данные в явном виде. Однако существует несколько способов, как можно определить местоположение ближайшей одной или нескольких передающих вышек:

1. Использование специализированного программного обеспечения. Таким, к примеру, является «Netmonitor» или «Network Cell Info». В получаемой информации можно увидеть не только координаты станции, но и несущую частоту сигнала, занимаемую полосу, а также коэффициент ослабления сигнала.
2. При помощи ПО и ресурса http://cellidfinder.com. Чтобы получить подробную информацию о координатах вышки, нужно ввести код «MCC» (Россия – 250), «MNC» (в одной строчке с «MCC», разделены пробелом), код «LAC» и «CID» (в некоторых программах эта связка называется «TAC-ECI»). После этого нажать кнопку «SearchCellID».

Способы усиления сигнала модема

Среди имеющихся способов усилить сигнал, поступающий с вышки сотовой связи, можно выделить четыре, которые были проверены эмпирическим путем, в том числе и как сделать усилитель сигнала для 4G в виде популярных антенн:

• Повышать качество связи можно уменьшением количества преград на пути радиоволны путем выноса приемника на открытую местность, за пределы помещения (в простейшем случае – за окно).
• Приобретение или сооружение своими руками рефлекторной антенны. Для самодельного изготовления устройства, позволяющего увеличивать уровень сигнала, необходимо:

1. Из листа тонкого металла (листового алюминия, оцинкованной жести, в крайнем случае – фольги, наклеенной на картон) вырезать плоскость, форма не важна, обычно это прямоугольник больших размеров (50х50 см, 100х100 см).
2. Из непроводящего материала (текстолита, оргстекла, пластмассы, дерева) вырезать штангу, на конце которой соорудить кронштейн для установки модема. Желательно, чтобы он имел подвижность в продольной плоскости (угол наклона модема относительно рефлектора).
3. В отражателе вырезать прямоугольное отверстие под штангу так, чтобы одна из граней осталась целой, и загнуть получившийся «язычок».
4. Установить штангу и путем движения вперед-назад, а также изменением угла наклона модема, отрегулировать положение, в котором коэффициент усиления сигнала имеет максимальное значение.
5. Закрепить штангу и рефлектор саморезами.

• Покупка или конструирование своими силами эффективной направленной антенны. Типовых конструкций таких устройств, способных улучшать уровень сигнала, очень много, ниже приведены некоторые из них:

1. Антенна Харченко. Представляет собой резонатор в виде двух ромбов, установленный над рефлектором. Геометрические размеры зависят от полосы частот, в которой планируется усиливать радиосигнал. При изготовлении есть жесткое условие – сохранение точности вплоть до десятых долей миллиметра. Соединение с приемником осуществляется через коаксиальный кабель и переходники.
2. Полосковые резонаторы или панельные антенны. Конструктивно выполнены в виде двух и более (по количеству плоскостей поляризации) независимых антенных решеток, размер элементов которых также зависит от рабочего диапазона частот. Считаются наиболее успешной реализацией и используются в составе базовых станций.
3. Антенна типа «пушка». Очень эффективное устройство пассивного усиления сигнала, которое, как это ни удивительно, приобрело популярность благодаря радиолюбителям. Техническое выполнение включает в себя резьбовую шпильку, которая выступает в роли регулятора расстояния между надетыми на нее металлическими дисками различного диаметра. Такой подход позволяет использовать не две, а одну антенну в технологии MIMO и принимать сигнал, поляризованный сразу в двух плоскостях.
4. Использование комплекта антенны и активного усилителя сигнала. В целом это весьма грамотный подход, который и реализован на вышках сотовой связи. Однако такое решение имеет множество подводных камней, хорошей теоретической подготовки и тонкой настройки. Без этого шанс получить работоспособную конструкцию равен 50 на 50.

Какую скорость можно получить?

Этот вопрос не имеет точного ответа, поэтому необходимо определиться с максимальной скоростью в зависимости от поколения сети:

• 2G — 220 кбит/сек;
• 3G — 42 Мбит/сек;
• 4G – 150 Мбит/сек (теоретически до 1000 Мбит/сек);
• 5G – экспериментальная технология, до 10 Гбит/сек.

Поскольку для каждого поколения используется своя частота передачи данных, то и потери будут разными, а поэтому оценить точное снижение скорости доступа в Интернет можно только путем множественных экспериментальных замеров. В среднем падение уровня сигнала в «ноль» достигается при ослаблении на ~20 dBi.

Как усилить сигнал 3G/4G/LTE USB-модема без разъема для подключения антенны

Бывает и так, что у модема отсутствуют разъемы для соединения с коаксиальным кабелем, а вопрос, как улучшить сигнал 4G/LTE/3G, остается актуальным. Увеличение радиуса действия можно сделать следующим образом:

1. зачистить провод до центральной жилы, оставив «хвостик» длиной порядка 10 см;
2. на задней части модема (противоположной от USB) сформировать антенную рамку таким образом, чтобы длина элементов была примерно 1 см;
3. в случае использования MIMO-антенны на первую рамку устанавливается вторая, их элементы должны располагаться перпендикулярно друг другу;
4. зафиксировать конструкцию изолентой или скотчем.

Как видно из обзора, улучшение сигнала 4G и более ранних поколений мобильных сетей – не простая, но вполне реализуемая задача. Следует заметить, что при определенной подготовке и наличии минимальных знаний в радиофизике можно без особого труда собирать и настраивать оборудование, которое позволит значительно расширить зону принимаемого сигнала от мобильной вышки, обеспечив тем самым стабильный и быстрый доступ в Интернет.

Подгорнов Илья ВладимировичВсё статьи нашего сайта проходят аудит технического консультанта. Если у Вас остались вопросы, Вы всегда их можете задать на его странице.