Испытание GSM-антенн в условиях низкого уровня сигнала

Система яЭнергетик.рф может собирать данные с приборов учёта через разные каналы связи. На практике широко используются технологии, работающие в сетях мобильной связи стандарта GSM. В большинстве случаев используется технология пакетной передачи данных GRPS, в случае невозможности использования данной технологии используется CSD. На данный момент в большинстве населенных пунктов присутствует покрытие сетью GSM с высоким уровнем сигнала, но существуют удаленные населенные пункты, в которых отсутствуют базовые станции операторов сотовой связи. В данных населенных пунктах уровень сигнала может быть крайне низким. В таких условиях карманный мобильный телефон показывает полное отсутствие сигнала, но для сбора данных используются промышленные модемы, обладающие повышенной чувствительностью и внешней антенной, что позволяет им работать даже в условиях низкого уровня сигнала.

Задачей данного испытания является тестирование в реальных условиях нескольких типов антенн для определения их эффективности в условиях низкого уровня сигнала.

Методика проведения испытаний

Испытания проводились в сети оператора сотовой связи Мегафон. Место для проведения тестирования было выбрано на территории с отсутствием покрытия сетью оператора в соответствии с данными на официальном сайте. На карте серая область – территория, где отсутствует покрытие сетью, крестик – место, где проводилось тестирование, треугольник – ближайшая базовая станция с самым сильным уровнем сигнала. Расстояние от места тестирования до БС 25 км.

Место проведения испытаний антенн

Базовая станция располагается в поселке Брин-Наволок. Расположение антенн на большой высоте должно обеспечить покрытие сетью GSM на обширном расстоянии от БС.

Базовая станция оператора сотовой связи

Испытания антенн производились путём замера уровня принимаемого сигнала. Антенны подключались к модему Овен ПМ01, данные с модема считывались с помощью программного обеспечения Teleofis GSM Antenna Tool 2.0.2. Так же применялась терминальная программа PuTTY для проверки успешности регистрации модема в сети, установления TCP-соединения с эхо-сервером, отправки тестовых сообщений на сервер и приёма эхо-ответа для проверки возможности передачи данных через установленный канал связи.

Для испытания антенны устанавливались на телескопическую алюминиевую мачту высотой 7 метров. Антенны, имеющие крепеж на мачту, устанавливались на неё непосредственно, антенны на магнитном основании устанавливались на металлическую пластину, которая крепится к мачте.

Мачта с антенной

Антей 906

Первой была испытана антенна Антей 906. Данную антенну мы, как правило, используем для сбора данных в случае низкого уровня сигнала. Антенна коллинеарная, всенаправленная, на магнитном основании.

Антей 906

Технические характеристики:

Диапазоны частот, МГц 872-960/1710-1885
Коэффициент усиления, dBi 13,5
КСВ 1,9

С данной антенной средний уровень принимаемого сигнала составил -102,7dB, что крайне мало для устойчивой связи, однако модем успешно подключился к сети оператора, установил соединение с эхо-сервером и произвёл обмен тестовыми сообщениями.

Уровень сигнала с антенной Антей 906

Антенна из комплекта счётчика Меркурий

Данная антенна поставляется в комплекте с электросчётчиками Меркурий со встроенным GSM/GPRS модемом. Модель и технические характеристики на антенне не указаны. По конструкции антенна похожа на предыдущую, но существенно меньше. Антенна коллинеарная, всенаправленная на магнитном основании. На фото находится справа, слева для сравнения Антей 906.

Антенна из комплекта счётчика Меркурий и Антей 906.

В результате испытаний данная антенна показала уровень сигнала -101,4dB, что немного выше чем у Антей 906, несмотря на существенно меньшие габариты. Модем так же успешно зарегистрировался в сети и выполнил обмен данными с эхо-сервером.

Уровень сигнала с антенной от счётчика Меркурий

Направленные антенны

Следующими испытывались направленные антенны. Данные антенны не комплектуются кабелем, на них установлен разъем типа N. Для подключения антенн к модему была собрана кабельная сборка длинной 5 метров из коаксиального кабеля 5D-FB и разъемов N и SMA для подключения к антенне и модему соответственно. Все испытанные направленные антенны предназначены для установки на мачту.

АСКУЭ яЭнергетик
Учет электроэнергии онлайн Быстрая настройка удалённого опроса 7 дней бесплатного пользования
Узнать подробнее

Антэкс AX-914Y

Данная антенна имеет тип волновой канал (Яги). Антенна рассчитана на работу в диапазоне GSM900.

Антэкс AX-914Y

Технические характеристики:

Диапазоны частот, МГц 890-960
Коэффициент усиления, dBi 14
КСВ 1,5

После наведения антенны на БС, удалось получить заметно более высокий уровень сигнала, по сравнению со всенаправленными антеннами. Средний уровень сигнала вырос до -94,3dB. Как показывает практика, такой уровень сигнала позволяет собирать с приборов учета данные, хотя и с некоторыми трудностями. Так же можно заметить, что с данной антенной модем «увидел» три разные соты.

Модем так же успешно зарегистрировался в сети и произвёл обмен тестовыми данными с эхо-сервером.

Уровень сигнала с антенной Антэкс AX-914Y

Антэкс Nitsa-5

Данная антенна панельная, способна работать в большом диапазоне частот.

Антекс Nitsa-5

Технические характеристики:

Диапазоны частот, МГц 790-960/1700-2700
Коэффициент усиления, dBi 9,0-9,5/10,0-14,5
КСВ 1,6

С данной антенной удалось добиться среднего уровня сигнала -95,3dB. Регистрация в сети и обмен данными с эхо-сервером произведены успешно.

Уровень сигнала с антенной Антэкс Nitsa-5

Антэкс AX-1817Y

Последней тестировалась антенна Антэкс AX-1817Y. Антенна похожа на Антэкс AX-914Y (тип антенны антенны так же волновой канал), но антенна рассчитана на работу в диапазоне GSM1800.

Антэкс AX-1817Y

Технические характеристики:

Диапазоны частот, МГц 1725-1900
Коэффициент усиления, dBi 17
КСВ 1,5

С данной антенной модем смог поймать сигнал в диапазоне GSM1800, но зарегистрироваться в сети не смог. Регистрация в сети была невозможна в виду большой удаленности от БС оператора. Предельная дальность в диапазоне GSM1800 составляет немногим более 17км, тестирование же производилось на расстоянии 25км от БС. Время передачи сигнала с такого расстояния не позволяет передать сигнал в пределах выделенного модему интервала времени (таймслота).

Уровень сигнала с антенной Антэкс AX-1817Y

Результаты

По итогам испытаний можно сказать, что направленные антенны, как и ожидалось, обеспечивают лучшую связь на большом удалении от базовой станции оператора. Наилучшим вариантом в таких ситуациях будут направленные антенны на диапазон GSM900, например, Антекс AX-914Y. Данная антенна отличается высоким коэффициентом усиления при относительно невысокой стоимости. Применение антенн на диапазон GSM1800 не имеет смысла, так как на расстояниях более 17км регистрация в сети будет невозможна, в отличие от GSM900, позволяющем установить связь на расстояниях до 35км (до 70км при использовании оператором режима Extended Cell на своих базовых станциях). Использование же более сложных антенн, таких как панельные широкодиапазонные антенны, нецелесообразно в виду более высокой стоимости, при этом их возможности по работе в широком диапазоне частот будут не востребованы на большом удалении от БС оператора.

Так же в ходе испытаний были получены интересные результаты для всенаправленных антенн. Большая антенна Антей 906 с высоким заявленным коэффициентом усиления показала худший результат по сравнению с маленькой антенной из комплекта электросчетчика Меркурий.

Последнее обновление: 29.08.2020 17:58
АСКУЭ яЭнергетик
Учет электроэнергии онлайн Быстрая настройка удалённого опроса 7 дней бесплатного пользования
Узнать подробнее