Начнем с того, что самовозбуждение, или иногда можно назвать переизлучение, усилителя это вполне стандартное явление. В английском техническом языке, как всегда этому есть простое и точное название, выражающееся одним словом – feedback, что у нас переводится еще и как обратная связь. В общем-то, обратная связь и самовозбуждение, понятия, выражающие один и тот же принцип, состоящий в том простом факте, что сигнал, получаемый на выходе системы (усилителя, в данном случае), попадает на вход и наоборот.
Если разобраться, обратная связи (самовозбуждение) даже является одним из фундаментальных принципов радиотехники, на котором строятся различные элементы устройств и схем, и собственно всего того, что нас окружает из мира электроники. В частности, на принципе самовозбуждения построены все радиогенераторы (генераторы частот), находящиеся внутри любого устройства связи, в том числе и мобильного телефона.
Однако, в нашей статье речь пойдет об отрицательных свойствах этого явления, которое может серьезно влиять на качество связи, если усилитель GSM установлен таким образом, что подвергается переизлучению. Для пояснения явления, начнем немножечко издалека. Как известно, вся мобильная связь GSM работает в дуплексном режиме, то есть частоты на которых базовая станция передает сигнал абоненту (т. н. Downlink) и, наоборот, абонентское устройство (напр. мобильный телефон) – станции разнесены.
Для наглядности вспомним, что в диапазоне 3G или UMTS 2100 МГц Downlink находится в пределах 2110 – 2170 МГц, а Uplink идет в коридоре 1920 – 1980 МГц. Стандарты GMS 900 и 1800, используют диапазоны для Downlink 935 – 960 МГц и 1805 – 1880 МГц, для Uplink 890 – 915 МГц и 1710 – 1785, соответственно. Исходя из этого, обратная связь, она же самовозбуждение, на ретрансляторе может возникнуть отдельно по каналу Downlink, Uplink, а так же в самом тяжелом случае по ним обоим одновременно.
Каждый GSM репитер усиливает сигнал в двух направлениях, от базовой станции к абоненту, а так же от абонента к базовой станции
Давайте представим, что происходит на примере переизлучения по каналам Downlink, что на практике, к слову говоря, встречается чаще. Итак GSM сигнал с базовой станции поступает на репитер, усиливается, и потом излучается через внутренюю антенну. После этого, этот же сигнал опять поступает на внешнюю антенну и от нее вновь в усиливающий тракт репитера. Условно говоря, этот сигнал “движется” по этому замкнутому кругу, что естественно влияет на покрытие GSM внутри помещения, в котором планируется улучшить сигнал мобильной связи.
Результатом этого, в зависимости от того насколько сильна обратная связь (ОС), могут быть различные проблемы. При невысоком уровне ОС на телефонах будет полная шкала, но при этом значительно повышается уровень паразитных шумов и качество связи будет на удивление крайне низким, в том числе возможны обрывы во время разговора, пропуск входящих звонков, а так же невозможность дозвониться. Если же обратная связь становится высокой, то, разумеется, пользоваться телефонами будет практически невозможно. Как правило, шкала уровня связи на телефонах будет или вообще исчезать при включении репитера, или “мигать” в пределах от нуля до максимума. Это возникает, в частности, из-за того, что часть сигнала поступает в противофазе и на входе усилителя его уровень может быть нивелирован.
Усилители GSM с дисплеем иногда позволяют определить появление самовозбуждения. При этому индикатор входящего сигнала может мигать, показывая то отсутствие сигнала, то его максимальное значение.
Для наглядности понимания это явление можно сравнить (поскольку физический принцип тот же) со свистом микрофона на концерте, когда звук с мониторов попадает на микрофон. Этот пример легко подсказывает нам, каким образом избежать самовозбуждения сигнала на GSM репитере. Необходимо развести антенны на такое расстояние, или создать препятствие между ними, которое позволит минимизировать обратную связь. Кроме того, еще на этапе проектирования следует взять такой репитер GSM, коэффициент усиления которого и выходная мощность будут минимальными для достижения необходимых результатов.
На последнем тезисе остановимся отдельно. Добиваться хороших результатов минимальными средствами – это вполне понятный принцип, вряд ли требующий пояснений. В то же время приходится сталкиваться с покупателями, которые перейдя к нам с сайтов, где работают на неоправданно высоком ценовом уровне, посмотрев на наши достаточно скромные цены, готовы тут же купить GSM репитер гораздо большей мощности, чем им это хотелось ранее. В этом кроется ошибка, с которой мы как продавцы, может быть и согласились, но как технические специалисты обязаны подкорректировать желания покупателей, несмотря на то, что они всегда правы.
Если для вашей квартиры, офиса требуется покрытие 100 кв. м., то установив усилитель на 300 кв. м., возникает опасность того, о чем говорится в данной статье – опасность самовозбуждения. С репитером, мощность которого превышает минимально требуемую, гораздо на большее расстояние необходимо разносить GSM антенны, а ведь это не всегда возможно, исходя из особенностей строения. Причем иногда, даже корректно удалив внешнюю и внутреннюю антенны друг от друга, конечный результат может быть хуже, поскольку, к примеру, внутреннюю антенну придется поставить не в центре помещения, как планировалось ранее, а где-нибудь за углом в дальней комнате. В итоге излучение внутренней антенны не сможет эффективно и равноудаленно охватывать всю площадь, несмотря на то, что GSМ репитер мощнее.
Иногда можно столкнуться с таким вопросом – как же внешняя антенна может излучать на внутреннюю, или принимать сигнал от нее, если она узконаправленная, то есть направлена совсем в другую сторону, на базовую станцию оператора. Ну, во-первых, мощность излучаемая с выхода может быть слишком велика, так что даже антенна, которая на этот репитер совсем не смотрит, может захватывать в свое поле зрения этот сигнал. Но кроме этого, стоит помнить, что диаграмма направленности даже очень хорошей направленной антенны, состоит не только из т. н. основного лепестка (куда смотрит антенна), но и из боковых и заднего. Поэтому даже если боковые и задние лепестки сведены к минимуму, все равно стоит помнить, что перед нами внешняя антенна, которая как раз частично направлена в сторону внутренней. Кстати, здесь может быть подсказка, которая позволит в определенных ситуациях разнести антенны более эффективно, поставив внутри помещения направленную панельную антенну, повернутую ‘спиной’ к антенне внешней.
Диаграмма направленности антенны GSM волновой канал. На графике видны “паразитные” задние лепестки, через которые возможно переизлучение сигнала с внутренней антенной.
Коснемся теперь переизлучения, которое возникает по каналу Uplink или другими словами абонент – станция. Это явление возникает исходя из практики гораздо реже и связано, как правило, именно с неправильным проектированием схемы усиления. В этом случае GSM сигнал, который должен транслироваться на вышку оператора, вновь попадает на выходную антенну репитера и тем самым мощность, которая должна идти в сторону базовой станции многократно возрастает. При этом в большинстве случаев, если это самовозбуждение строго по Uplink, каких либо проблем со связью внутри помещения не возникает. Но это не возникает у вас, а у всех окружающих абонентов, работающих в зоне действия этой базовой станции оператора они могут начаться.
Дело в том, что мощность сигнала идущая от внешней антенны может быть такова, что базовая станция будет видеть только вас, а все остальные абоненты будут ей незаметны и игнорируемы. Что поделаешь, таков алгоритм работы мобильных сетей – получая сигнал от одного источника, превышающий в разы остальные, базовая станция перестает их “видеть”, для нее они слишком далеки. Естественно, в результате к оператору начнут поступать жалобы, на которые он будет вынужден реагировать, назначать проверки, которые заставят вас с этим что-то делать.
Разумеется, иногда бывают сложные объекты, где просто необходимо брать усилитель гораздо мощнее, чем следует. К примеру, надо сделать хороший сигнал мобильной связи, в нескольких комнатах, расстояние между которыми велико. Тогда, конечно, учитывая потери на сплиттерах и кабеле, придется взять, к примеру, на требуемых 300 кв. м, усилитель на 500 кв. м и с большим коэффициентом усиления (КУ). Тогда надо что-то, придумать с внешней антенной, которая позволит уменьшить излучение на вышку. Как вариант, поставить всенаправленную антенну с небольшим КУ.
Легче в этом случае с репитерами большой мощности, у которых есть регулировка по Uplink. В любом случае, идеальным, является вариант, когда базовая станция “видит” ваш усилитель, как обычный мобильный телефон. Все сказанное, конечно, относится к использованию репитера GSM в условиях городской застройки, где расстояние до базовых станций, как правило не велико. Если же вы житель удаленных уголков и до базовой станции километры и километры, можно без опасений ставить репитер GSM большей мощности, лишь бы все работало как следует. Пока от вас сигнал GSM “долетит” до оператора, он будет совсем как мобильный телефон.
Конечно, самым крайним вариантом является переизлучение в обоих направлениях, по Uplink и Dowlink. Это конечно может говорить лишь о том, что самым грубым образом нарушены очевидные расчеты по мощности либо антенны расставлены в прямой видимости друг от друга. Вообще, стоит сказать, что полное, нулевое отсутствие обратной связи, это, конечно же, идеальная картина, добиться которой на практике можно крайне редко. Вопрос лишь насколько эта обратная связь велика и задача установщика довести ее до приемлемых размеров.
В заключение нельзя не упомянуть так же и о паразитных явлениях самовозбуждения, которое может возникнуть на частотах в промежутке между диапазонами Downlink/Uplink или близких к ним. Такое явление вполне возможно, что так же ухудшает работу мобильной связи, поскольку увеличивается коэффициент передачи между каналами Tx/Rx и это можно назвать внутренним самовозбуждением. При этом, как правило, вырастает уровень шума или становится неровной амплитудно-частотная характеристика спектра – одни каналы занижаются, другие напротив возрастают. Такие проблемы возникают в основном в некачественных или неисправных репитерах, а так же, что чаще, из-за низкого качества антенн, разъемов и кабеля. Стоит учитывать, что эти три последние позиции крайне важны для работы всей схемы усиления.
В частности, так называемые готовые GSM комплекты для дома и дачи, которые ради удешевления общей цены содержат спорного вида антенны и дешевый кабель с дешевыми разъемами, все чаще можно встретить в неспециализированных магазинах, предлагающих вместе с покупкой лопаты решить так же и проблемы со связью. В итоге можно не получить ожидаемого эффекта, а продолжительность работы такого репитера станет гораздо короче. Поэтому рекомендуем при покупке репитера, подбирать под него соответственного качества все остальные комплектующие. Мы же, со своей стороны, гарантируем, что именно такие и находятся в нашем магазине.