Система усиления сотовой связи предназначена для обеспечения уверенного приема сигналов GSM для абонентов сетей МТС, БиЛайн, Мегафон в загородном доме Заказчика.

Причинами неустойчивой работы сотовой связи на объекте являются:

1. Наличие густого лесного массива вокруг поселка.
2. Толстые внешние кирпичные стены дома.
3. Удаленность от базовых станций сотовой связи.

Для обеспечения уверенного приема сотовой связи в доме необходимо перед проведением строительных (ремонтных) работ произвести обследование объекта на предмет уровня сигнала сотовой связи в различных частях дома.

Очень важно, чтобы это обследование, и последующее проектирование и монтаж системы производили специалисты, так как для этого у них имеется необходимые оборудование, навыки и опыт, а. так же, знание того, на сколько этот уровень упадет в доме, после проведения чистовых отделочных работ в доме.

Если, даже, сигнал в доме на 1м и более высоком этажах более-менее сносный, то на цокольном, как правило, он отсутствует полностью и необходимы меры по трансляции сигнала сотовой связи на этот этаж.

Необходимо учитывать, что проведение отделочных работ значительно гасит сигнал и необходимо заранее предусмотреть этот момент во время проектирования системы.

Как правило, система состоит из:

Внешней антенны (внешних антенн), развернутой снаружи здания в зоне хоть какого-нибудь приёма сигнала от базовой станции сотовой связи.
- Репитера (репитеров) сигнала, который принимает сигнал от внешней антенны, усиливает его и отправляет на внутренние антенны, установленные в доме.
- Внутренние антенны, которые осуществляют связь с сотовыми телефонами пользователей и обеспечивают трафик с базовой станцией сотовой связи.

Внимание:
1. Репитеры, внутренние антенны устанавливаются в доме скрытно, он места их установки должны быть обслуживаемы. Так же, они соединены высококачественными кабелями. Поэтому система должна быть тщательно спроектирована до начала отделочных работ в доме.
2. Существует заблуждение, что системы усиления сотовой связи вредны для здоровья, за счет, якобы излучения радио-сигналов, которые усиливаются этой системой.

На самом деле, это не так с точностью до наоборот.

Дело в том, что когда уровень сигнала сотовой связи соответствует приемлемому уровню, то это оказывает такое же влияние на человека, как и на улице города, в городской квартире, офисном здании и т.д., а, именно, ни какого вреда не приносит.

Если же, уровень сотовой связи маленький или отсутствует совсем, то ваши сотовые телефоны начинают усиленно излучать сигнал для поиска базовой станции (заметили как быстро разряжается сотовый телефон, когда отсутствует сигнал сотовой связи?). Таким образом, именно отсутствие сигнала в какой-либо местности обуславливает повышенное излучение радио-сигнала телефоном. Но и это ни о чем не говорит, т.к. до сих пор не доказано отрицательного влияния радиосигналов сотовой связи на человека.

1. Установка внешней антенны.

Первоначальным этапом является установка внешней антенны . Антенна при помощи крепежа (поворотный кронштейн или мачта) устанавливается на внешнюю стену здания или на крышу, в зависимости от расположения.
Специалистом определяется направление, в которое будет направлена антенна, так как входящий сигнал от разных операторов связи должен быть одинаковый, или должен преобладать сигнал какого ни будь конкретного оператора, если была поставлена задача улучшить качество сотового сигнала только одного оператора.

2. Подготовка и обжим кабеля.

На концах подготовленного кабеля необходимо надеть разьемы N-типа и обжать (либо подготовить кабель заранее и запаять разъем, если он не подразумевает обжим). Мы советуем защитить разъем термоусадкой или замотать изолентой, так как со временем он может окислиться, что может вызвать неустойчивую работу и помехи. Дальше подключаем наш кабель к внешней антенне и переходим к следующему шагу.

3. Прокладка кабеля.

Всем известно, что при прокладке кабеля очень важно, чтобы расстояние от репитера до внешней антенны должно быть минимальным, так как при длинном кабеле будут большие потери сигнала (амплитуда входящего сигнала должна быть максимальной). Выбираем место прокладки кабеля, учитывая все рекомендации, прокладываем и приступаем к установке репитера (усилителя сотовой связи).

4. Установка усилителя сотового сигнала.

Место установки репитера выбирается исходя из минимальной длинны кабеля и чтобы он не располагался на видном месте. Это может быть или чердак, если это частный дом или репитер прячут над потолком, если это офисное здание. Но нужно убедиться, что место установки соответствует разрешенным климатическим условиям в паспорте репитера.

5. Подключение внешней антенны к усилителю.

На корпусе репитера сотовой связи располагаются два разъема. Нам нужен будет разъем, который обозначен буквами BS – это вход усилителя. Присоединяем наш кабель от внешней антенны, убедившись, что разъем закручен плотно и до конца.

6. Установка внутренней антенны.

В зависимости от ситуации и от площади объекта, внутренних антенн может быть несколько.
Если будет использовано несколько антенн, то необходимо установить сплиттер (разветвлитель) сигнала, который будет разделять мощность для каждой антенны. Дальше необходимо обжать кабель разъемами, как это было сделано вначале и подключить его к сплиттеру сигнала и к внутренним антеннам. Сплиттер сигнала соединяем подобным способом ко второму, свободному выходу усилителя. Если использовалась только одна внутренняя антенна, то она подключается напрямую к репитеру.

Представленный расчет системы усиления сотовой связи подтвердит правильность подбора оборудования и проведенной установки усилителей сигнала сотовой связи.

Для примера возьмем самый простой случай системы усиления мобильной голосовой связи.

Исходные данные

Первоначально нам надо определить исходные данные:

1. Частотный диапазон, в котором мы принимаем сигнал
2. Уровень сигнала в месте, где будет или уже установлена внешняя антенна. Для замера уровня сигнала нам понадобится простой телефон, а именно сервис-функция Netmonitor.

Сервис-функции телефона

О том, какой код необходимо набрать на Вашей модели телефона можете прочитать в статье «Сервис-функции телефонов ».

Для смартфонов на платформе Android еще проще. Для них имеются множество бесплатных приложений для того чтобы узнать уровень входного сигнала принимаемой станции, а также море другой полезной информации, такие как код сети (MNC), номер Базовой станции (BSIC), ID соты и многое другое.

В наше распоряжение попал смартфон Samsung GT-S5250.

	Набираем код *#9999*0# и сразу попадаем в сервис меню телефона.
	Нажимаем «Назад» несколько раз подряд, пока телефон не вернется в главное меню.
	Выбираем первый пункт «Debug Screen», вводим «1» на появившейся виртуальной клавиатуре.
	Далее, также вводим «1», тем самым выбрав «Basic Mode Information».

И получаем всю необходимую информацию и даже лишнюю. В данном телефоне была установлена сим-карта «Мегафон».

• RPLMN: 250 -02
• 250 - код страны (250 - Россия, 255 - Украина, 257 - Беларусь);
• 02 - код сети (01 - МТС, 02 - Мегафон, 99 - Билайн, 20 - Теле2);
• GSM 900 - стандарт мобильной связи, в которой сейчас телефон работает;
• BSIC: 19 - код БС, с которой в данный момент принимается сигнал;
• BcchFrq: 102 - номер канала Базовой станции на котором осуществляется в данный момент связь, подробнее о каналах и их распределение по операторам читайте в статье «Принцип работы сотовой связи». Действительно, 102 - канал в Санкт-Петербурге используется «Мегафоном» и он находится в диапазоне GSM 900;
• RSSI: -63 - уровень принимаемого сигнала в дБм;
• RxLev: 47 - уровень тоже самого сигнала, но уже в других условных единицах, чем больше его значение тем лучше сигнал.

И так предположим, что уровня сигнала замер проводили в месте установки внешней антенны, а усилить сигнал необходимо в небольшой подвальном помещении площадью 40 м². Расчет будем проводить для направления DownLink (сигнал от базовой станции к мобильному телефону).

Выбранное оборудование

AL-900-11 внешняя антенна, направленная, типа «волновой канал», с коэффициентом усиления Ку=11 дБ	PicoCell 900 SXB репитер с коэффициентом усиления Ку=60 дБ и выходной мощностью до P=10 мВт	AP-800/2700-7/9 ID внутренняя панельная антенна с коэффициентом усиления в диапазоне частот 900 Мгц - Ку=60 дБ	при небольшой длине сильного затухания сигнала он не внесет

Схема системы усиления мобильной связи будет следующая:

Методика расчета следующая:

1. Померили уровень сигнала телефоном в точке предварительной установки внешней антенны: -63 дБм. Коэффициент усиления антенны 11 дБ, соответственно на выходе антенны имеем сигнал -63 + 11 = -52 дБм.
2. У любого кабеля есть свои радиочастотные характеристики. Например, для нашего кабеля 5D-FB на 100 метрах на частоте 900 МГц теряется 19,7 дБ (см. технические характеристики). Чем выше частота сигнала, тем больше потери в кабеле. Соответственно на 10 метрах потеряется около 2 дБ. Таким образом, на вход репитера приходит сигнал -52 -2 = -54 дБ.
3. Смотрим коэффициент усиления репитера в его технических характеристиках (в нашем случае у 900SXB Ку=60 дБ). Получаем на выходе усилителя: -54 +60 = +6 дБм.
4. В кабеле от репитера до внутренней антенны на длине 5 метров потери будут примерно 1дБ.
   Таким образом, на вход внутренней антенны приходит сигнал +6 -1 = +5 дБм.
5. Коэффициент усиления антенны AP-800/2700-7/9 ID на частоте 900 МГц Ку=7 дБ. Таким образом, антенна будет излучать сигнал с уровнем +5 +7= + 12 дБм.

Для того чтобы перевести уровень сигнала из дБм в мВт воспользуемся формулой: P[мВт] =10^(0,1* P[дБм]). В нашем случае: P[мВт] =10^(0,1*12)=15,8 мВт.

Для того чтобы оценить площадь покрытия и не проводить сложных математических расчетов затухания сигнала в пространстве, на основе экспериментальных данных установлено: что если уровень сигнала в мВт домножить на коэффициент 4 для диапазона 900 МГц (для диапазона 1800 МГЦ - на коэффициент 3), то можно получить примерную площадь покрытия в м². При наличии стен и перегородок площадь может оказаться существенно меньше.

Системы автоматической регулировки усиления (АРУ) широко используются в радиоприемных устройствах различного назначения. Системы АРУ предназначены для стабилизации уровня сигнала на выходе усилителей радиоприемных устройств при большом динамическом диапазоне изменения входного сигнала, достигающих, например, в радиолокационных приемниках 70100 дБ. При таком изменении уровня входного сигнала, при отсутствии системы АРУ, нарушается нормальная работа приемных устройств, что проявляется в перегрузке последних каскадов приемника. В системах автоматического сопровождения цели РЛС перегрузка каскадов приемника приводит к искажению амплитудной модуляции, к снижению коэффициента усиления и срыву сопровождения. В системах стабилизации частоты перегрузка каскадов вызывает изменение крутизны дискриминационной характеристики, что резко снижает качество работы системы .

По принципу построения системы АРУ делятся на три основных типа : разомкнутые, или без обратной связи (рис. 2.2, 2.3); замкнутые, или с обратной связью (рис. 2.4); комбинированные. Существуют одно- и многопетлевые системы АРУ с непрерывной и цифровой регулировкой. АРУ без обратной связи обеспечивает высокое постоянство амплитуды выходного сигнала при изменении входного сигнала в широких пределах, однако регулируемая величина зависит от стабильности параметров цепи АРУ.

Разомкнутая инерционная система АРУ (рис. 2.2) имеет в своем составе регулируемый усилитель (У), усилитель системы АРУ (УАРУ), детектор АРУ (ДАРУ) для получения управляющего воздействия и фильтр нижних частот (ФНЧ), устраняющий составляющую частот модуляции во избежание демодуляции АМ радиосигнала.

Рис. 2.2  Структурная схема разомкнутой инерционной

системы АРУ

Временная система (рис. 2.3) содержит устройство формирования управляющего напряжения (ВАРУ), работа которого синхронизируется во времени внешним импульсом.

Рис. 2.3  Структурная схема системы разомкнутой временной АРУ (а)

и временная диаграмма, поясняющая принцип ее работы (б)

На практике наибольшее распространение получили инерционные системы АРУ с обратной связью (рис. 2.5). Они подразделяются на системы непрерывного и импульсного действия. Все перечисленные системы могут быть задержанными и незадержанными.

Рис. 2.4 Структурные схемы систем АРУ непрерывного действия

с обратной связью (а) неусиленная с совмещенным детектированием, (б) – неусиленная с раздельным детектированием

Принцип работы системы АРУ заключается в следующем. Входное напряжение U вх (t ) поступает на вход усилителя с регулируемым коэффициентом усиления. Выходное напряжение с усилителя поступает на вход детектора, затем продетектированный сигнал суммируется с напряжением задержки U з. Суммарное напряжение U с усиливается усилителем постоянного тока (УПТ) и подается на фильтр нижних частот (ФНЧ), ФНЧ формирует управляющее напряжение U у, изменяющее коэффициент усиления. Зависимость коэффициента усиления усилителя от управляющего напряжения называют регулировочной характеристикой, она может быть аппроксимирована линейной зависимостью

, (2.0)

где k 0 – коэффициент усиления при управляющем напряжении, равном нулю;

 – крутизна регулировочной характеристики.

Рис. 2.5  Функциональная схема системы усиленной задержанной

АРУ с обратной связью

Эффект стабилизации уровня выходного напряжения U вых (t ) достигается за счет того, что с ростом уровня U вых (t ) увеличивается и управляющее напряжение U у, под действием которого, в соответствии с выражением (2.1), уменьшается коэффициент усиления усилителя, что приводит к снижению уровня входного сигнала.

Для предотвращения снижения уровня выходного сигнала при малых входных воздействиях и обеспечения работы системы АРУ с определенного уровня, в систему подают напряжение задержки U з. В результате напряжение управления появится только в случае, когда напряжение на выходе амплитудного детектора превысит напряжение задержки U з.

, если
, (2.0)

, если
,

где K д – коэффициент передачи детектора.

Фильтр нижних частот в цепи обратной связи систем АРУ предназначен для передачи управляющего напряжения с частотами изменения уровня выходного напряжения АРУ. При этом ФНЧ должен быть инерционным по отношению к частотам полезной модуляции, иначе произойдет демодуляция полезного сигнала.

Напряжение на выходе системы АРУ

Уравнениям (2.2)–(2.3) соответствует структурная схема системы АРУ (рис. 2.6). На этой схеме нелинейное звено (НЗ) описывается зависимостью

(2.0)

В установившемся режиме (при постоянном уровне напряжения на входе системы АРУ) из (2.2)–(2.4) следуют:

при u д < u з;

при u д  u з, (2.0)

где k упт – коэффициент усиления УПТ.

Рис. 2.6  Структурная схема системы АРУ

с обратной связью

Уравнение (2.5) определяет регулировочную характеристику системы АРУ с обратной связью.

Рис. 2.7  Амплитудные характеристики системы АРУ

Амплитудные характеристики замкнутой системы АРУ (рис. 2.7.) представлены для случаев: 1 – без системы АРУ, 2 – простая АРУ, 3 – задержанная АРУ, 4 – усиленная и задержанная АРУ.