Усиление сигнала на большой площади, открытой местности

    

     Часто в интернете можно встретить статьи о том, как усилить сигнал, но большинство из них написаны на основе теории, и небольшой практики. При этом на небольшой объект подобрать оборудование вполне возможно самостоятельно, но не более 1-2 антенн и не более 1-3 пользователей. Это связано с тем, что пользуются в таком месте 1-2-мя операторами и цена ошибки в выборе усилителя небольшая.

     При задаче усилении связи на большой территории (свыше 20000-40000 кв.м.) цена ошибки очень большая и может достигать нескольких сотен тысяч рублей. Это не только стоимость оборудования, но и напрасно сделанная работа.

     В этой статье мы расскажем, как подбирали и устанавливали оборудование для площади порядка 120000-150000 кв.м. в Карелии на одном из полуостровов:

      К нам обратился заказчик, который когда-то давно покупал антенну и вспомнил, что мы занимаемся усилением связи. Они вызывали до этого другую компанию и на основании их замеров попросили прислать коммерческое предложение с нашей стороны. Задача стояла обеспечить сигнал для разговоров по сотовому телефону на всей активной территории объекта: дома, прогулочные зоны, парковка, все дороги и участки согласно плану: Вначале мы получили замер компании с описанием оборудования от коллег-конкурентов. Т.к. на уровне земли сигнала не было в принципе, то первый замер нам предоставили с крыши одного из домика:

В этих замерах есть недостоверная информация, ниже мы ее покажем, о которой конкурент не знал. Изучайте замеры тщательно.

Частота 900 МГц:

Частота 1800 МГц:

Частота 2100 МГц (т.к. отсканировать каналы сразу по всем операторам не было возможности), то по соседним станциям видим:

Полностью отсутствовал сигнал

Под итог: установить приемную антенну на участке без мачты невозможно. Сигнал есть только на частоте 900 МГц, но для усиления его недостаточно.

Рядом была небольшая гора и там был произведен второй замер сотового сигнала, где показан уже немного другой результат:

Частота 1800 МГц:

Частота 2100 МГц:

Частота 900 МГц:

Из графика без выезда на объект можно было сделать следующий вывод:

• Создать усиление на всей территории возможно;
• Для усиления сигнала на открытой местности частота 1800 и 2100 МГц не подходят;
• 900 МГц - является оптимальным решением;
  

После того, как мы получили данные были заданы основные вопросы:

1. Каких операторов требуется усилить?
2. Где требуется усиление (в домах, подвальных помещениях, радиус покрытия и пр.)?
3. Требуется голосовая связь или еще интернет?

Задача стояла следующая: обеспечить именно сотовой (голосовой) связь необходимый участок операторами Мегафон, МТС, Билайн. Т.к. интернет-заказчику будет приходить по радиоканалу. И здесь заказчика ввели в заблуждение.

Выше мы писали, что в данных замерах есть недостоверные значения: Проблема оказалась в том, что на частоте 900 МГц Билайн не транслируется, а ему предоставлен отчет, где говориться об этом операторе. Т.е. все каналы настроены некорректно. В данном случае заказчику повезло, что это сильно не повлияло на решение, но если бы ему принципиально потребовался Билайн, то возникли бы большие сложности. Смонтировав по данным замерам - сигнала от БиЛайна не было бы.

Параллельно мы получили план территории, на которой требуется усиление:

     Мы не будем приводить пример, какую схему сделали наши коллеги (было предложено только одно место установки раздающих антенн), но мы подошли по другому принципу: Местность была с перепадами высот до 30-40 метров, поэтому не учитывать данные по перепадам нельзя. Так же на местности присутствовали сосновые чащи, что так же стоило учесть при разработке проекта.

     Принципиальное отличие при усилении сигнала как на большой площади, так и на открытой местности между нами и операторами:

     Учитывая эти моменты, мы не можем поставить одну точку с раздающими антеннами и получить покрытие на всей площади, т.к. уменьшение входящего сигнала из-за погодных условий и других независящих обстоятельств уменьшает площадь покрытия. Так же такая позиция связан с тем, что объект находится достаточно далеко и обслуживание как для клиента, так и для нас достаточно не выгодно, требуется минимизировать время на дальнейшее обслуживание системы.

     Дополнительным минусом стало то, что территория с холмами и сигнал не поступит в удаленные точки территории.

Ввиду всех этих показателей, была разработана схема, при которой усиление сотовой связи на большой территории или местности обеспечивается на 100% площади, при этом не "кусая" бюджет заказчика.

Ввиду не совсем корректных показателей замеров, мы договорились о выезде на объект, чтобы более точно понять обстановку и получить более точные данные для замера. Определить места установки и согласовать прокладку кабельных трасс. Предварительный расчет показал, что решение на оптических репитерах будут для заказчика дороже, поэтому он отказался от оптических репитеров, чтобы выполнить усиление на местности более экономичным - на фидерном кабеле.

Для первого этапа-выезда по усилению сотовой связи на большом объекте мы определили:

1. Проверить частоты и подтвердить, что усиление связи на открытой местности можно осуществить только на частоте 900 МГц;
2. Проверить место, где планируют ставить мачту и замерить сигнал в этой точке;
3. Согласовать места установки раздающих антенн на территории для максимального охвата;
4. Осмотреть территорию, понять, как будет прокладываться фидерный кабель и согласовать новую прокладку, чтобы избежать полного затухания сигнала в кабельной трассе;

Замер, мы провели:

Результат нас очень порадовал, т.к. на земле было не очень, но когда мы поставили мачту 10 метров, то сигнал стал отличным для данной местности:

Теперь мы понимали, что сделать сотовую связь реально и не будет никаких сложностей с качеством сигнала как на самой территории, так и с входящим.

Дальше с нашей стороны необходимо было сделать проект:

• Сделать структурную схему;
• На плане отобразить, где сделать бетонные основания для мачт;
• Закладные для мощных линейных усилителей и репитера;
  
• Обозначить прокладку кабельной трассы (хотя она могла быть немного скорректирована монтажниками в процессе работ);

Проблемы при создании проекта на большой территории по усилению сотовой связи:

• Невозможно протянуть кабель от мачты до точки установки раздающих антенн на дальний конец площадки, а если и получилось бы, то расстояние от репитера до линейного усилителя составило бы порядка 550 метров по прямой и свыше 700-800 метров по земле, что равносильно отсутствующему сигналу на входе бустера;
  
• Вся система должна быть уличная, все оборудование должно работать при низких температурах;

Это было две глобальные проблемы, которые кардинально поменяли схему усиления, мы скорректировали систему, теперь у нас было две системы, но вторая получала сигнал от первой:

Далее, совместно с заказчиком была проделана подготовительная работа:

Следующий этап был уже с нашей стороны: это монтаж антенн и запуск системы. На этом этапе усиления сотовой связи произошла небольшая корректировка, которая стоила 17000 рублей, но в рамках всего проекта не превышала эта было ну совсем незначительная. Об этом мы так же расскажем ниже.

1. Монтаж внешней антенны и ее настройка;
2. Монтаж репитеров в термошкаф;
3. Монтаж мачт под антенн;
4. Монтаж раздающих антенн;
5. Монтаж линейных усилителей;
6. Пуско-наладочные работы;
   

Оборудование, которое мы использовали для создания данного проекта и монтажа:

Наименование оборудования	Кол-во	Ед. изм.
Репитер GSM Tellin TL-900-80-30	2	шт.
Линейный усилитель Tellin TL-900-50-40	2	шт.
GSM антенна DL-900-14	1	шт.
Кабель фидерный 1/2	600	метров
Секторная антенна Antex AX-913PS60	5	шт.
Антенна GSM BS-900-11-S120 (Секторная, 11 дБ)	1	шт.
Разъемы для фидерного 1/2	24	шт.
Мачта для раздающих антенн 3 метра	2	шт.

В любой системе сотовой связи комплектующие и оборудование должно не только соответствовать своим характеристикам, но и должны быть достаточно надежными, в противном случае будут проблемы с выездами на объект для исправления мелких недочетов:

• "Плохие" разъемы. Какой-либо обжимной элемент сделан из дешевого материала, который окисляется или лопается
  
• Используются антенны, которые не имеют никаких обозначений (NoName) — это так же приводит к окислению внутренних элементов, разъемов из-за плохого качества
  
• Репитеры и линейные усилители должны быть известного производителя

Первый этап монтажа был начат с установки и настройки внешней антенны:

Монтаж внешней антенны происходил специалистом с соблюдением всех норм безопасности. Монтаж антенны происходит на высоте примерно 17 метров, сама мачта высотой 20 метров. На этой точке сигнал отличный и достаточный для полного усиления сотовой связи на большой территории.

Следующим этапом был монтаж антенн на опорных площадках:

     Антенны устанавливались не равномерно (сектор на три стороны), а согласно схеме, чтобы покрыть территорию там, где располагаются дома, гуляют люди (В процессе настройки мы проверяли и корректировали направление, чтобы угол в 60 градусов у GSM антенн покрывал необходимые зоны. Так же высота мачты была 3 метра, т.к. выше не требовалось поднимать из-за того, что диаграмма направленности антенны позволяла это сделать, а второй момент, антенны располагались чуть выше домов или на уровне и территории, что позволяло не поднимать сами антенны высоко.

После установки раздающих антенн мы приступили к монтажу линейных усилителей и репитеров.

Монтаж термошкафа и репитера Tellin-TL-900-80-30:

Далее были установлены линейные усилители 10 Вт:

Установка линейных усилителей происходила около раздающих антенн, чтобы минимизировать потери в кабельной трассе. Если бы линейные усилители стояли ближе к репитеру, то потери до раздающих антенн стало бы больше, а это повлияло бы на площадь покрытия.

Прокладкой кабельной трассы фидерным кабелем занимался Ген. подрядчик и, согласно проекту, первоначально закладывалось 370 метров кабельной трассы от репитера до первого линейного усилителя, но возможность реализация такого варианта, к сожалению, не получилась, и протяжка кабельной трассы составила порядка 450 метров.

Выше мы писали о том, что нам пришлось скорректировать систему усиления сотовой связи из-за ошибки, а точнее из-за корректировки протяжки кабеля. Как это повлияло на систему в целом, давайте переведем в цифры:

Затухание фидерного кабеля 1/2 на частоте 900 МГц на 100 метров: 6,9 дБ, соответственно потери на 370 метрах составило: 25,53 дБ. Изначально у нас был заложен репитер Tellin TL-900-80-27.

Таким образом, мы на выходе кабеля получали значение +1 Дб, и линейный усилитель Tellin TL-900-50-40 выходил на максимальную мощность. Но после изменения длин кабельной трассы, мы получили другой результат:

Теперь наши потери составили: 31 дБ, что уже повлияло на выходную мощность линейного усилителя на большой территории. Теперь мы получили небольшую площадь покрытия, всего до 100 метров от раздающих антенн. Для открытой местности это был провал. Так же потери в кабеле повлияли на UpLink системы.

Решение:

Было достаточно поменять репитер Tellin TL-900-80-27 на репитер Tellin TL-900-80-30 и система заработала как положено:

100/450*6,9 = 31 дБ потерь на длине 450 метров.

Небольшая замена репитера с 500 мВт на 1 Вт повлияла на покрытие более, чем в два раза! Т.е. условно "дальность" раздающей антенны увеличилась в 2.5 раза до 250 метров!