Децибел за децибелом

Что делать, если беспроводный Интернет расстраивает вас всё больше и больше? Если скорость доступа падает, связь рвётся всё чаще, а расходы только растут? Для начала нужно  сделать глубокий выдох и прочитать эту статью. В завершение цикла образовательных  материалов попытаюсь раскрыть тему внешних антенн и других способов компенсировать проблемы с покрытием.

Пару недель назад с рабочим и дружественным визитом посетил города Обухов и Виту-Почтовую. Вру, Вита-Почтовая это никакой не город, а небольшой дачный посёлок под Киевом, вроде Горы, о которой я писал в прошлый раз. Объединяет оба населённых пункта рельеф — холмистый и затейливый, особенно в Обухове. Как и Киев, он раскинулся на склоне множества холмов. Такое расположение сильно затрудняет планирование и организацию радиопокрытия. Одной-двумя позициями не обойдёшься — многие дома окажутся в радиотени и зонах неуверенного приёма.  Наращивать число передатчиков экономически невыгодно — небольшая численность и невысокий достаток населения плюс конкуренция фиксированных сетей не позволят вернуть вложенные средства.

В Обухове мне не удалось с ходу найти место, где имелось бы покрытие хотя бы всех CDMA-операторов. Потратив некоторое время, я нашёл его в сквере возле горадминистрации. Но даже там уровень сигнала Utel составлял всего -95 dBm Чудо, что модем вообще работал. На сети FreshTel в тот день проводились какие-то работы, из-за чего мощность сигнала и скорости передачи «плавали» в нехарактерных для неё пределах. Сеть МТС-Коннект впервые в моей практике выдала мощность сигнала в -40 dBm При этом замеренные скорости всего-лишь достигли обычных для конкурентов величин. Пока что этот оператор проявил себя как наиболее загруженный из всех. А с Интертелекомом снова случилась история из серии «слишком быстро — не всегда хорошо». Сочетание феноменальных скоростей с высокими ценами мешают адекватно оценить свои затраты. В результате положенные на счёт 50 гривен улетели с такой скоростью, что еле успел выполнить все замеры.

В посёлке Вита-Почтовая ситуация была ещё банальнее. Посёлочек небольшой и компактно  расположен в низине, ограниченной склонами небольших возвышенностей. Попросту говоря в, яме. Поэтому установленная на гребне одной из возвышенностей мачта обеспечивает отличное покрытие практически везде, кроме обратного  ската. Зато там нет кафе, в которое можно зазубриться. Так что и здесь пришлось мерять прямо в машине.

Этот опыт заставил меня вновь задуматься над тем, что делать, если оказался на краю покрытия или в неблагоприятных условиях для распространения радиосигнала (плотная застройка, сложный рельеф)? Если модем показывает недостаточную мощность сигнала (показатель RSSI для WiMAX и RX1 RSSI для CDMA-сетей)?

Ответ, по сути, один: необходимо позаботиться об усилении наличного сигнала. Для этого есть два пути – либо задействовать внешнюю антенну/усилитель, либо выбрать устройство другого форм-фактора, с более чувствительной встроенной антенной.  В поисках более детальной информации я обратился к операторским компаниям.

Больше антенн — чувствительных и разных

Тему с внешними антеннами раскрыл на примере оборудования для CDMA-сетей Сергей Сутковой из компании  ITC. Кстати, Сергей дал мне ценный совет  по использованию AxessTel PST EvDO, наиболее мощного из общедоступных ПО для работы с CDMA-устройствами. Окно с названием 1xEV Status содержит показатель DRC Requested. Когда ваш модем обменивается данными с базовой станцией, значение этого  показателя указывает  скорость передачи данных, максимально возможную технически в данном месте и в данное время. В жизни она всегда меньше по причине разделения общего ресурса между множеством абонентов, а вот больше быть уже не может. То есть это верхний, максимально возможный предел, достижимый  в конкретной точке пространства и времени. Именно на этот показатель, а также на RX1 rssi  нужно ориентироваться в ходе экспериментов с антеннами.

Итак, рассмотрим ситуацию №1: вы находитесь в зоне нормального покрытия сети, но в неудачном месте, в полуподвале, например. Как правило, в подобных условиях мощность сигнала снижается на несколько децибел, от 1-2 до 4-6 дБ. Это относительно немного, но заметно. В таком случае достаточно простейшей антенны АШ-3 (антенна штырьевая, усиление 3 дБ).  Этого как раз достаточно,  чтобы скомпенсировать неудачное расположение вашего телефона или модема относительно базовой станции. БС. Если же взять кабель подлиннее и вывести её на улицу, можно получить ещё бОльший прирост качества и скорости доступа.

Однако здесь важно держать в голове принципиальный момент: соединительный кабель сам по себе вызывает затухание сигнала. И чем дешевле этот кабель с одной стороны и больше его длина с другой, тем это затухание сильнее. В худшем случае весь эффект от применения внешней антенны будет «съеден» слишком длинным и некачественным кабелем. По словам Сергея в настоящее время наибольшее распространение получили два типа кабеля: обычный телевизионный RG-6 и коаксиальный RG-58. Первый стоит примерно 3 грн за метр погонный и даёт затухание порядка — 0,2 дБ/м. Второй – в два раза дороже при затухании около 0,05 дБ/м (при длине до 10 м.) Наиболее требовательные клиенты готовы платить и за RG-213. Стоимость его уже порядка 22 грн за метр, но и затухание всего 0,1 дб/м даже при длине отрезка в десятки метров. Для сравнения у RG-58 на отрезке свыше десяти метров затухание увеличивается в разы.

Теперь рассмотрим ситуацию №2: изначально неблагоприятные условия, мощность сигнала на пределе или даже за пределами чувствительности приёмника. По опыту предыдущих замеров это RX1 меньше -90…-95 дБ В этом случае необходимо вынести наружу и физически расположить повыше антенну, либо обеспечить дополнительное усиление  сигнала. Тут, без вариантов, нужна внешняя антенна. На сегодняшний день наиболее популярны две модели: АВК-14 и АВК-11 с коэффициентом усиления 14 и 11 дБ соответственно.

Самым дорогим решением является активный усилитель ART-800. «Активный» означает, что он использует внешнее питание. Стоит очень немало – порядка 2200 гривен. Зато коэффициент усиления у него аж +27дБ.  Эффект такой же, как если приблизиться на 10-15 км к базовой станции. Было, например, -90 дБ, а стало -75 дБ.

В качестве курьёза Сергей показал мне так называемую «дилерскую антенну», которую давным-давно изготавливали и ставили клиентам сами дилеры. Изготовлена она из натуральных водопроводных труб.

Антенна это уже достаточно сложное в установке и грамотной настройке решение. В полной мере проявляет себя проблема затухания в соединительном кабеле длиной двадцать-тридцать метров. При стоимости антенны и кабеля в пару-тройку сотен гривен многие абоненты испытывают сильный позыв сэкономить сотню долларов на услугах монтажа. Мол, сами справимся. И зря. Представители всех операторских компаний в один голос жаловались мне на необходимость сначала выслушивать претензии абонентов, у которых «даже с антенной плохо ловит!», а после этого проводить повторную настройку самостоятельно установленных антенн. Как по мне, лучше оплатить услуги компании, поскольку есть возможность сразу же убедиться в качестве работ. Сигнал — он или есть, или его нет. Ничто не мешает запустить  тот же AxessTel PST EvDO и лично убедиться, что мощность сигнала выросла хотя бы на 10 дБ — минута дела. Заодно можно  выяснить, в чём проблема низкой скорости. Если DRC Requested около 2 Мбит/сек, а download — всего один полмегабита в секунду, значит высока нагрузка на БС. Если же и верхний предел невелик, значит не судьба…

Итак, внешняя  антенна – наиболее эффективный способ нейтрализовать неблагоприятные условия приёма. При этом способ относительно дорогой и хлопотный: монтаж это расходы, время, причём при переезде на новое место всё придётся делать по-новой. Если такой возможности нет, можно попробовать другие форм-факторы устройств. За счёт того, что домашний WiFi-роутер, как правило, намного  крупнее USB-модема, в нём удаётся разместить более чувствительные антенны. Внешний модем ещё более чувствителен, к тому же приспособлен для размещения на улице, где затухание сигнала минимально.

Компании ИнтеллеКОМ (ТМ Giraffe) и Украинские Новейшие Технологии (ТМ FreshTel) любезно согласились посодействовать в моих экспериментах. Сначала вместе с Виктором Даниленко и его  коллегами из ИнтеллеКОМа мы провели замеры в п.Боярка. С собой мы взяли WiFi-роутер, USB-модем и внешний (outdoor) модем компании, пока ещё недоступный для заказа. Любопытна предыстория этого устройства. Для его изготовления используется партия USB-модемов, которые не  устроили компанию по своим ТТХ. Путём распайки, установки защитного кожуха и  более крупной чувствительной антенны их приспособили для наружной установки.

Полученные результаты наглядно показывают разницу в чувствительности устройств. Неожиданно низкие значения для внешнего модема мне объяснили разницей в конструкции антенного тракта всех трёх устройств. В Outdoor-устройстве используется направленная панельная антенна. Она, с одной стороны, поддерживает соединение на бОльшей (до 8 км) дальности, нежели indoor-устройства. С другой — требует намного более точной ориентации на БС. Чуть-чуть в сторону и мощность сигнала падает. В отличие от неё комнатные решения используют всенаправленные Omni-антенны, способные использовать отражённый сигнал.

Дома я поэкспериментировал с линейкой устройства ТМ FreshTel. Находясь в помещении, я не смог поймать сигнал внешним модемом. И неудивительно: когда взял WiFi-роутер, то поворот даже на 10-15 градусов приводил к изменению мощности на 1-2 дБ, так что максимальные и минимальные значения отличаются на 5 дБ, что достаточно много. Для USB-модема наглядно  проявила себя другая особенность этих устройств. Только за счёт вертикального расположения (нужен переходник или небольшой USB-кабель) можно увеличить мощность аж на десять децибел! И практически сравняться по скорости с WiFi роутером. Жаль, что я додумался до этого только сейчас, по завершении цикла замеров.

Форм-фактор и расположение	RSSI, dBm	CINR dB	Средняя скорость загрузки, МБит/с
USB-модем горизонтально	-81	13	2,2
USB-модем вертикально	-71	22	12,7
WiFi-роутер положение 1	-70	24	10,8
WiFi-роутер положение 2	-66	27	11,1
WiFi-роутер положение 3	-73	22	9,4
WiFi-роутер положение 4	-65	27	11,6

Мораль

Антенны это всегда хорошо и быстро. Точнее так: это лучше и быстрее, чем без них. Как минимум (в случае с USB-модемами) можно  попробовать расположить устройства вертикально. Не зря, совсем не зря вспомогательное ПО, все эти панели администратора и AxessTel PST дают возможность увидеть мощность и тому подобные показатели абонентских устройства. Немного терпения и знание азов помогут шаг за шагом, децибел за децибелом увеличить качество доступных услуг.