В настоящее время многие люди используют LTE-Интернет. Однако если в крупных городах проблем с покрытием сети и скоростью интернета уже нет, то в пригородах абоненты столкнулись с проблемой плохого приема.
Причиной этому является не только сам слабый сигнал, но и возникновение множества отражений сигнала на пути от базовой станции (БС) до абонента.
В данной статье описывается разработка интеллектуальной антенны, которая адаптируется к условиям приема сигнала.
В интернете много предложений по продаже внешних антенн для подключения к 4G модемам.
И хотя сотовые операторы не рекомендуют этого делать и даже грозят снять модем с гарантии, поскольку разъемы на модемах считаются исключительно сервисными, внешние антенны продаются достаточно хорошо.
Несколько лет назад, когда появились первые модемы Wimax от Yota производства Samsung, покрытие этой сети было не очень хорошим, даже в городе.
Тогда же на рынке появились первые внешние антенны от китайского и одного российского производителя – компании Resonance. Стандарт Wimax теперь заменен на LTE, а портативные модемы продаются всеми операторами сотовой связи.
Рынок внешних антенн значительно расширился; в Интернете можно найти десятки различных типов.
Некоторые компании предлагают установку «под ключ» и создание целых систем для загородных домов, используя активные усилители и дополнительные антенны, установленные внутри дома для локального распределения сигнала.
Но для связи с базовой станцией в подавляющем большинстве случаев используются остронаправленные антенны, чаще всего печатные антенные решетки с шириной луча около 20 градусов как по азимуту, так и по углу места.
Основная проблема направленных антенн заключается в том, что они вручную направляются один раз на конкретную БС и при потере сигнала от этой БС связь прерывается.
Решением этой проблемы являются умные антенны, которые сами настраиваются на базовую станцию без вмешательства человека.
Чаще всего их используют для установки на автомобили и другие движущиеся объекты (за пределами России) или для создания временных каналов связи там, где это необходимо и других способов быстро установить связь нет. 
Умные антенны бывают двух типов: адаптивные и переключающиеся.
Адаптивная антенна — это, по сути, антенная решетка с возможностью мгновенного синтеза лучей в произвольных направлениях.
Коммутационная антенна имеет несколько антенн в разных направлениях (обычно по кругу), и в зависимости от того, в каком направлении сигнал сильнее, включается та или иная антенна, остальные антенны неактивны и ждут либо изменения положения абонента, либо для переключения на другую базовую станцию, если сигнал от той по каким-то причинам стал сильнее.
Таким образом, интеллектуальная антенна отличается от известных систем тем, что она адаптируется к изменяющимся условиям приема.
Часто сигнал от разных базовых станций может отличаться в зависимости от времени суток или сезона.
Также благодаря этому преимуществу такую антенну можно использовать, например, в походах или в домах на колесах.
Чтобы проверить, как такая антенна будет работать в реальных условиях, команда авторов разработала самую простую и дешевую интеллектуальную антенну и провела полевые испытания.
Известно, что диапазон частот, выделенный для LTE, составляет 200 МГц – далее 2,5–2,7 ГГц.
Чтобы наглядно убедиться в этом, к анализатору спектра была подключена всенаправленная антенна, сам анализатор был переведен в режим накопления и оставлен на довольно продолжительное время.
Результаты показаны на графике выше.
Там же нанесены поддиапазоны различных операторов (информацию о частотах операторов нашла в Интернете).
Никаких дополнительных комментариев не требуется, разве что на графике зафиксированы и топовые каналы Wi-Fi. 
Предлагаемая конструкция представляет собой 8-гранный барабан и включает в себя микроволновый переключатель и плату управления.
Каждая грань представляет собой отдельную антенну, представляющую собой печатную сетку 4х1. Чтобы лучи не перекрывались, а также не было слепых зон, ширина луча по азимуту составляет 65 градусов и 19 градусов по углу места для достижения высокого усиления (примерно 12 дБи).
Для удобства изготовления в качестве подложки для микрополосковых заплат использовалась пористая, но достаточно жесткая изоляция толщиной 5 мм.
Диэлектрическая проницаемость такого материала близка к единице, а вносимые потери незначительны, что было проверено на специально изготовленном одиночном патче.
Полосковые линии, как и экраны антенн, были вырезаны из медной фольги, нанесенной на тонкий лавсан и приклеенной к подложке.
Антенны были рассчитаны на частоту 2,6 ГГц, КСВ на центральной частоте был близок к 1, а на краях диапазона возрастал до 2, что вполне приемлемо для антенн устройств связи.
Отдельно был изготовлен восьмиканальный переключатель, подключающий вход модема к одной из восьми антенн, направленных на БС с лучшим сигналом.
В качестве управляемых элементов использовались Pin-диоды от Infineon, и по замыслу авторов ими должна управлять плата управления, которая, получая информацию от модема, выбирает, на какой стороне лучший прием, и включает этот канал.
Такой опрос (проверка сигналов всех антенн) должен происходить несколько раз в минуту.
Таким образом, когда меняется помеховая обстановка или мощность сигнала от БС, интеллектуальная антенна может выбрать другое направление.
На фотографиях ниже показаны переключатель и интеллектуальная антенна со снятыми двумя панелями.
Тесты умной антенны проводились в Ленинградской области, где покрытие всех операторов достаточно слабое.
Проверялись сигналы двух операторов - Мегафон и Теле2. Для тестирования мы использовали модем Huawei E8372, имеющий «легальные» разъемы для подключения внешних антенн.
С помощью Speedtest.net были замерены скорости интернета обоих операторов без подключения антенны, а затем с антенной и переключением между всеми 8 сторонами.
Результаты показаны на картинке ниже.
На карте показаны положения ближайших базовых станций (по данным из Интернета), а также видимые телефоном с сим-картой Мегафон (приложение Network Cell Info, показывающее расположение текущей и нескольких ближайших базовых станций) .
Строки «Модем Мегафон» и «Модем Теле2» показывают скорость интернета без подключения антенны, то есть при использовании всенаправленной антенны, встроенной в модем.
Такая антенна принимает сигналы со всех направлений и видит не только сигнал непосредственно от базовой станции (а может и вовсе не находиться в зоне прямой видимости), но и отраженные сигналы со всех направлений.
Направленная антенна, имеющая усиление в определенном направлении, будет работать более эффективно, чем всенаправленная антенна, даже если сигнал усиливается усилителем, поскольку шум также будет усилен.
Линии Мегафон и Теле2 демонстрируют скорость интернета при подключенной к модему антенне.
Хорошо видно, что в одних направлениях сигнал значительно ослаб, а в других усилился, что говорит о пространственной избирательности умной антенны.
К сожалению, скорость Интернета не является радиотехнической характеристикой, такой как мощность сигнала или соотношение сигнал/шум, но никакой «служебной» информации от используемого модема авторам получить не удалось.
Вероятно, программное обеспечение других модемов может обеспечить доступ к радиоинформации, но не нашего.
На первом этапе интерес авторов полностью удовлетворен; В дальнейшие планы входит добавление полосовых фильтров после антенн для уменьшения помех от внеполосных сигналов, добавление двунаправленного малошумящего усилителя с разделением частот приема и передачи.
Теги: #Сделай сам или сделай сам #Сотовая связь #LTE #антенна #умная антенна
-
Различные Этапы Загрузки Limewire Бесплатно
19 Oct, 24 -
Навыки, Необходимые Для Ввода Данных Из Дома
19 Oct, 24 -
«Сделай Меня Красивой!» Выпуск №34
19 Oct, 24 -
Опрос Пользователей Игрового Linux
19 Oct, 24 -
Неограниченная Загрузка Файлов На Apple.com
19 Oct, 24 -
Место Для Промо-Сайта
19 Oct, 24
