Как улучшить 3g/4g на даче: выбор оборудования, установка и настройка

Прием и отправка информации в линиях беспроводной связи

Радиоволны при перемещении в пространстве наталкиваются на разные препятствия в виде домов, деревьев и других сооружений. Препятствия на пути могут отражать или поглощать волну, а также делать это частично. Иногда сигнал разбивается на несколько составных частей. На характер взаимодействий волны и преград на пути оказывают влияние материал поверхности, частота сигнала и множество других факторов.

Отражение в процессе передачи приводит к тому, что появляются временные задержки. Кроме того, из-за всех этих взаимодействий до конечного потребителя доходит только часть отправленных от приемника волн. Поэтому одной из главных проблем беспроводных сетей является многолучевое распространение сигнала.

Для ее решения используются следующие технологии:

1. Разнесенный прием (Receive Diversity). Позволяет принимать сигнал сразу несколькими, а не одним устройством. Таким образом, непринятые одной антенной волны принимаются другой. Используется принцип одного выхода и нескольких входов, или SIMO (Single Input Multiple Output);
2. Разнесенная передача (Tx Diversity). Основана на том, что сигнал отправляется с нескольких антенн, а принимается одной, то есть множественный выход и одни вход, или MISO (Multiple Input Single Output), как панельная антенна 3G;
3. Пространственное уплотнение (Spatial Multiplexing). Разбивание выходного потока на несколько составляющих и прием через несколько устройств, или MIMO. Антенна получает сигнал, предназначенный и для других приемных устройств тоже. Используя матрицу передачи и всю полученную информацию, сигнал максимально восстанавливается.

Чтобы определить максимальную пропускную способность – С, используется формула:

С= M B log2(1 + S/N), где:

• C – пропускная способность канала;
• M – количество независимых потоков данных;
• B – ширина канала;
• S/N – соотношение сигнал/шум.

Для сотовой связи 4G, а именно LTE MIMO, возможно использование 8Х8, что позволяет добиться скорости до 300 Мбит/сек. Даже на значительном удалении от станции сигнал будет устойчивым. Сегодня больше распространены MIMO 2Х2. Всегда для 4G количество каналов должно быть четным. Антенны могут располагаться в одной поверхности или быть вертикально разнесены

Во втором случае важно точно выдерживать расхождения по градусам, указанные в схеме

Прием и отправка информации в линиях беспроводной связи.

Антенна для 3G/4G своими руками

Самым простым и в то же время эффективным решением для усиления сигнала для 3G или LTE модема является антенна Харченко. Разработанная полвека назад, данная антенна может работать в широком диапазоне частот и весьма проста в изготовлении. Калькулятор, который находится чуть ниже, избавит вас от ручных расчетов. Достаточно ввести только частоту, на которой будет идти прием-передача сигнала и вы получите все необходимые значения для изготовления антенны, включая необходимую длину проволоки, которая лежит в основе антенны.

Антенна для усиления и приема сигнала.

Все что потребуется для сборки – это кусок медной проволоки, отражатель, паяльник, клей и какой-нибудь материал в качестве диэлектика, например небольшой кусок полипропиленовой трубы. В точках А и Б припаиваются центральная жила и оплетка кабеля соотвественно. Диаметр проволоки не имеет решающего значения, допустимы отклонения от рассчетных значений. А вот размеры антенны и сторон ромба уже весьма критичны и их необходимо соблюдать с максимальной точностью.

Отражатель можно изготовить из металлической пластины, но конечно гораздо проще использовать кусок пластиковой панели с наклеенной на него фольгой

Важно чтобы расстояние от антенны до отражателя было одинаковым по всей длине проволоки. Оплетка кабеля может касаться отражателя, но не в коем случае не центральная жила. Также не должны соприкасаться точки А и Б, показанные на рисунке

Оптимальное расстояние между ними около 10 мм.

Антенна для 3G/4G сигнала.

Антенну следует крепить к отражателю любым материалом, который не проводит ток, например пластик. Чаще всего достаточно закрепить антенну на отражателе в трех точках: в центре и по краям.

В случае с LTE модемом необходимо изготовить две антенны, которые можно разместить на одном отражателе. Для защиты от ветра и попадания воды внутрь кабеля антенну можно поместить внутрь какого-нибудь контейнера. Вполне подойдет контейнер для продуктов подходящего размера.

Когда может потребоваться модем с внешней антенной?

В радиофизике антенна – это усиливающий элемент, поэтому логично предположить, что ее наличие необходимо в тех случаях, когда наблюдается сильное затухание сигнала. Причинами этого явления могут быть следующие факторы:

1. Сильное удаление приемопередающих устройств друг от друга. Примером может служить загородная зона (лесные массивы, дачи, дома, поселки, кемпинг-отели и т. д.), которой не достигает сигнал вышки сотового оператора.
2. Характер местности. Дальность распространения радиоволн зависит от материала, из которого состоят препятствия. Так, мощность сигнала будет сильно падать при его прохождении через воду, бетон, железо, камень и дерево. Примером таких источников поглощения могут служить здания, холмы из железняка или с содержанием грунтовых вод, наличие леса или лесополос и т. д.
3. Погодные условия. Как следует из предыдущего пункта, присутствие влаги в воздухе будет влиять на качество связи. Поэтому если уровень приема был, как говорится «на грани», во время дождя он может уменьшиться вплоть до полного исчезновения.

В таких случаях 3G/4G-модем с внешней антенной является хорошим решением, поскольку делает возможным усиление слабого сигнала и обеспечивает уверенное качество приема даже на границе зоны покрытия.

Кстати! Для соединения с антенной используется специальный коаксиальный кабель, который оснащен переходником, на конце которого находится коннектор. Соответствующий разъем должен быть и на модеме. Если такое гнездо отсутствует, можно зачистить кабель, оголив центральную жилу и сделав из нее рамку, которую надо расположить над 3G\4G-приемником и зафиксировать ее изолентой или скотчем.

Простая внешняя 4g антенна своими руками

Обычный собирающий фокусирующий внешний усилитель для модема продается в магазине и стоит денег.

Если у вас есть корпус от старого ПК (а их обычно жалеют выбрасывать и отвозят на дачу – вдруг пригодится), то вы можете сделать внешнюю направленную антенну 4g своими руками. Вам понадобится весь корпус, ножницы по железу и придется купить кабель USB для внешнего усилителя.

Описывать шаги не будем, их видно из чертежа.

И вот результат.

Можно упростить конструкцию.

Если нет куска металла, возьмите плотный картон и обклейте его фольгой.

Если лень обклеивать, поищите на кухне среди посуды. Можно сделать вот такую антенну для 4g модема своими руками.

Как сделать секторную антенну 4G

Для сборки потребуются следующие материалы:

• оцинкованное железо для создания панели (один лист с размерами 334×290 мм);
• для создания патчей четыре листа оцинкованного железа размерами 118×70,5 мм;
• медная проволока (диаметр 2 мм);
• медная фольга, желательно несколько больших кусков. Нужно вырезать окружность диаметром 21 мм;
• пенопласт для патчей;
• супер-клей.

Когда все материалы подготовлены, следует ознакомиться с чертежом конструкции.

Для создания устройства потребуется совершить следующие действия:

1. Продублировать чертеж на бумаге, при этом придерживаясь масштаба.
2. После чего на нее положить нарезанные патчи.
3. Далее при помощи паяльника закрепить куски проволоки к патчам.
4. Затем в основании пластины просверлить одно отверстие для крепления штекера основного кабеля и закрепить его.
5. Нарезать круги из пенопласта и приклеить их к местам для патчей.
6. На них приклеить конструкцию.

Возможности усилить сигнал 4G

Большинство пользователей, которое пользуется мобильным Интернетом как основным, при удалении от города и установленных вышек часто испытывает проблемы со скоростью соединения. Это естественно, ведь, чем дальше отойти от источника хорошей связи, тем хуже будет получаемый сигнал.

В качестве альтернативы были придуманы устройства, которые помогают улучшить качество интернет-соединения. Сперва они работали для получения телевизионного сигнала и просмотра телеканалов. С появлением кабельного ТВ и Интернета они канули в Лету.

На данный момент получили распространение антенны для ЮСБ-модема стандарта 4G или более старого 3G. Несмотря на то, что операторы мобильной связи постоянно работают над улучшением качества предоставляемых услуг, устанавливают новые вышки для большего покрытия, все равно находятся места с нестабильным сигналом. Это связано с тем, что многое зависит от рельефа местности и удаленности от базовых станций. Антенна для USB модема 4G помогает исправить ситуацию. Она предоставляет усиленный и более стабильный сигнал, с помощью которого можно повысить интернет-скорость.

Обратите внимание! Если в регионе проживания вообще нет сигнала той или иной сотовой сети, то ставить антенны и усилители нет смысла. Стоит попробовать проверить наличие связи у другого оператора

Однако если и тогда соединения не обнаружится, то альтернативой может служить спутниковый Интернет и установка специальной параболической тарелки

Стоит попробовать проверить наличие связи у другого оператора. Однако если и тогда соединения не обнаружится, то альтернативой может служить спутниковый Интернет и установка специальной параболической тарелки.

Сегодня производство подобной аппаратуры поставлено на поток. Можно выбрать любого типа:

• внутренние;
• внешние.

В свою очередь внешние делятся по направленности на однонаправленные и способные усиливать сигнал сразу с нескольких сторон. Есть еще многочастотные, то есть способные одновременно работать в нескольких частотах и диапазонах.

Такие устройства можно приобрести в магазине, что выйдет дороже, или сделать собственными руками, сэкономив средства.

Как работает внешняя антенна?

В основе работы любой антенны лежит ее способность пассивно усиливать принимаемый сигнал на заданной несущей частоте (и обычно длина антенны кратна половине длины волны). После того как радиоволна достигает площади антенны, она наводит в ней ток (электрический сигнал), который по коаксиальному кабелю передается на приемопередающее устройство модема. Передача информации происходит с точностью до наоборот: электрические импульсы тока создают связанное электромагнитное поле, в котором и распространяется радиоволна. В зависимости от используемой технологии антенны могут быть как одиночными (диполь), так и создавать целые решетки резонаторов (технология MIMO). Современные USB-модемы с внешним разъемом устроены так, чтобы можно было реализовывать усиление по второму варианту.

Как видно, подключение пассивных устройств усиления позволяет использовать GSM-модем 4G для улучшения качества доступа к Интернету в условиях низкого уровня сигнала от сотовых операторов связи. При этом следует помнить: чтобы добиться наилучшего результата, необходимо подбирать параметры антенны под определенные условия.

Виды модемов

Все модемы, используемые для организации доступа к Интернету через базовые станции сотовых операторов, имеют для подключения USB-интерфейс и в целом внешне похожи. Однако их можно разделить на виды по следующим свойствам:

• Универсальность. Способность поддерживать SIM-карты от любого провайдера, обычно устройства с такой функцией имеют собственный полноценный интерфейс для настроек и в системе определяются как подключение через физический адаптер.
• Наличие WiFi-модуля. Очень полезная функция, которая позволяет без лишних действий обеспечить беспроводную точку доступа к Интернету.
• Частота принимаемого сигнала. Модем может быть как узкополосным, так и чувствительным сразу ко всем диапазонам, вплоть до 4G.
• Наличие разъема под внешнюю антенну. Полезно, когда устройство предполагается использовать в точке с ослабленным значением полезного сигнала. Используя пассивные усилители различной конфигурации, можно значительно увеличить скорость передачи данных.

Антенна Харченко: как сделать и принцип работы

Антенна Харченко представляет собой одну из наиболее простейших по конструкции антенн для 4G. Она названа в честь ученого-изобретателя.

Детали, которые необходимы для создания:

• проволока;
• коаксиальный кабель;
• деревянная рейка;
• плоскогубцы, молоток, нож.

После подготовки материалов требуется провести расчет антенны. Для этого есть облегчающие работу специальные онлайн-калькуляторы.

Последовательность сборки:

1. Определение поляризации и частоты волны. Устройство должно быть линейным.
2. Создание биквадратного типа антенного устройства в виде зигзага из меди. Все элементы располагаются в углах. Для поляризации горизонтального типа восьмерка должна стоять стоймя. Если делать вертикальную поляризацию, то конструкция ложится на бок.
3. Расчет стороны квадрата по специальной формуле: длина волны, поделенная на четыре.
4. Создание конструкции овальной формы, которая должна быть стянута по центру поперек большей стороны. Бока не соприкасаются, но находятся в непосредственной близости друг к другу.
5. Подведение антенного кабеля к точкам сближения с обеих сторон. Потребуется заблокировать одно направление диаграммы, для чего монтируется плодный экран, изготовленный из меди, он будет находиться на удалении 0,175 мм от длины рабочей волны. Его следует насадить на оплетку кабеля.

Далее нужно протестировать антенну, подключив к модему.

Антенны для улучшения качества мобильного сигнала бывают разными. Они продаются в специализированных магазинах и легко собираются своими руками. Во втором случае качество интернет-соединения будет не хуже, зато позволит сэкономить средства.

Характеристики наружных усилителей для модема

Все антенные устройства используются для приема и передачи сигнала. В случае с мобильной связью они принимают его, усиливая от базовой станции и передавая его на модем через USB-подключение. Такие устройства устанавливаются на улице.

Существуют еще комнатные антенны, которые необходимо использовать в помещении. Их нужно устанавливать на окне или застекленном балконе. Качество их работы оставляет желать лучшего, в связи с чем нет смысла их рассматривать более подробно.

Обратите внимание! В любом случае перед выбором желательно изучить информацию о каждом представленном на рынке типе. Кроме того, необходимо смотреть, могут ли антенны поддерживать метод пространственного кодирования сигнала (MIMO), что будет большим преимуществом

Кроме того, необходимо смотреть, могут ли антенны поддерживать метод пространственного кодирования сигнала (MIMO), что будет большим преимуществом.

Направленные устройства усиления сигнала делятся на три различных вида:

• Способные улучшать сигнал только с одной стороны. Суть этого вида можно понять исходя из названия. Такая антенна может выполнять свои функции только в одном направлении. Для этого ее нужно установить непосредственно в сторону расположения базовой станции оператора. В свою очередь это также требует определенной точности указания расположения. Кроме этого, в случае технических проблем на станции передача данных пропадет до того момента, пока неполадки не исправят.
• Секторные. Так же, как и первые, относятся к однонаправленным устройствам. Они имеют возможность работать в одном направлении, но при этом охватывать дополнительное пространство. Такие антенны могут принимать сигналы сразу с нескольких станций одного сектора и в случае возможных неполадок автоматически переключаться. Мощность усиления приема интернет-сигнала от станции вполне сопоставима с узконаправленными аналогами, однако за секторные антенны придется выложить кругленькую сумму, поскольку они самые дорогие.
• Всенаправленные, способные ловить сигнал одновременно с нескольких сторон. В таком случае усилитель имеет возможность автоматически выбирать наиболее стабильный и мощный от одной из нескольких в округе базовых станций. Такое устройство самостоятельно настраивается и переключается на другую станцию при потере или ухудшении приема сигнала. Но есть недостатки — низкая мощность представленных антенн, в связи с чем они могут функционировать только при небольшом удалении от вышки оператора.

По приему сигнала все антенны характеризуются двумя основными качествами:

• Коэффициент усиления. От него зависит качество получаемого сигнала.
• Чувствительность. Имеет влияние на качество получаемого сигнала.

Обратите внимание! Все эти характеристики GSM-антенны измеряются в dBi. Чувствительность всегда обозначается со знаком минус, то есть ее значение отрицательное

Коэффициент усиления всегда положительный. Чем он выше, тем выше качество сигнала, передаваемого на модем через кабель.

Антенна Харченко для 4g модема своими руками

Названо устройство по имени инженера, который первым придумал его. Это мощная внешняя антенна для usb модема 4g изготавливается своими руками, схему нужного варианта можно найти в Интернет. Мы приведем самый простой.

Понадобится медная проволока, лист алюминия толщиной 2мм. Сначала надо изогнуть проволоку таким образом, чтобы в середине ее стороны не касались. И припаять концы.

В центре пластины сверлится отверстие под кабель.

Затем на платине крепится проволока. Она не должна касаться рефлектора.

Расстояние 3,6 см.

Далее это крепится на кронштейн спутниковой тарелки или просто на палку.

Если модем имеет разъем под усилитель, то осталось только подключить. Если нет, то его тоже надо подготовить своими руками. Нужна медная фольга для печатных плат. Обмотайте модем на 2/3. Припаяйте кабель. Сделайте второй слой. И закрепите.

Все готово!

Также вы можете ознакомиться с обзором антенн 4g Mimo и узнать, как настроить 4g на телефоне.

Проблемы мобильного Интернета

Ниже подробно рассмотрены стандартные проблемы, которые возникают при использовании сетей стандарта 3G\4G для доступа в Интернет.

Проблема №1: Раздать Интернет на несколько устройств

Логично предположить, что поскольку для приема сигнала используется только приемопередающая часть модема, то по умолчанию, доступ в Интернет будет под силу только тому устройству, к которому он будет подключен. Решить задачу распределения трафика (если модем не имеет Wi Fi-модуля) можно следующим путем:

Использование маршрутизатора с USB-разъемом. В простейшем случае необходимо выбрать совместимые роутер и модем, после чего в настройках включить использование 3G\4G-устройства в качестве резервного источника доступа к Глобальной сети. После перезагрузки все должно заработать.

Обратите внимание! В том случае если обеспечить совместимость является сложной задачей (например, одно из устройств отсутствует в продаже), можно использовать универсальные прошивки модема (множество инструкций для разных моделей находится, к примеру, на сайте www.4pda.ru). После такой операции модем будет определяться как подключение через маршрутизатор, причем с доступом к своим настройкам посредством панели web-интерфейса

Через WiFi-адаптер ноутбука или ПК. В первую очередь в командной строке необходимо выполнить «netsh wlan show drivers», найти пункт «Поддержка размещенной сети» и убедиться, что значение установлено «Да». В противном случае потребуется установить драйвер от производителя. Далее от имени Администратора ввести и выполнить «netsh wlan set hostednetwork mode=allow ssid=»WIFI_NAME» key=»WIFI_PASS» keyUsage=persistent, где WIFI_NAME и WIFI_PASS» – имя и пароль будущей точки доступа. Запуск вновь созданной беспроводной Сети производится командой «netsh wlan start hostednetwork». На последнем этапе нужно зайти в «Сетевые подключения» и, выбрав соединение, обеспечивающее доступ в Интернет, вызвать его свойства (правый щелчок мыши – «Свойства»). В открывшемся окне перейти на вкладку «Доступ» и установить флажок «Разрешить другим пользователям сети использовать подключение к Интернету данного компьютера». В ниспадающем меню ниже «Подключение домашней сети» выбрать адаптер, созданный при выполнении предыдущих действий.

Проблема №2: Невозможность смены оператора

Зачастую бывает так, что оператор сотовой связи предоставляет доступ только для своих SIM-карт, а при попытке установить чип от другого провайдера блокирует подключение. В таком случае нужно использовать универсальный 3G-модем с антенной, который можно купить или сделать самому. Сайт с прошивками и инструкциями был указан в предыдущем разделе.

Проблема №3: Слабый сигнал

Для решения проблемы такого характера рекомендуется выполнить комплекс действий:

1. Зайти на сайт используемого сотового оператора и проанализировать карту покрытия сигнала на участке, где предполагается обеспечить доступ к Интернету. В дальнейшем это облегчит поиск оптимального места.
2. При помощи специальных программ (например, «NetMonitor» или «Network Cell Info»), насколько это возможно, определить количество и положение ближайших вышек базовых станций.
3. При помощи этого же программного обеспечения на участке произвести «разведку» мощности сигнала в разных точках (относительно значения, полученного в городе). Для одной и той же несущей частоты оно не должно быть менее 15 — 20 dBi (например, дома — 90 dbi, за городом -110 dBi).
4. Определиться с целесообразностью усиления всенаправленного или узконаправленного сигнала. После этого для первого случая установить выносную антенну 3G\4G-модема в точке наибольшего уровня приема сигнала. Для второго варианта оборудовать устройство рефлектором (отражательной пластиной) и направить на ближайшую вышку.
5. Проверить качество соединения при помощи одного из множества сайтов: https://www.speedtest.net, https://yandex.ru/internet/ и т. д.