CompTek - Як правильно вибрати антену для базової станції

1. Помилкова думка
2. Як бути?
3. нюанси

Рапопорт Олександр Олександрович

Помилкова думка

При виборі антенно-фідерних пристроїв (АФП) багато ґрунтуються на широко поширеному, але помилковій думці, що чим вище посилення антени, чим менше загасання в кабелях і переходах, тим краще. Це справедливо для традиційних видів радіосистем, але для ШПС систем CSMA / CA це зовсім не так. У чому ж різниця?

Традиційні системи функціонують в сталому режимі: передавач постійно передає несучу частоту, отже приймач має можливість, спокійно сформувавши сигнал АРУ, встановити такий мінімальний рівень посилення, щоб перешкоди не приймалися, а корисний сигнал був би ще досить сильний. У цих умовах - чим сильніше корисний сигнал, тим більше можна "задавити" перешкоду. Все просто і зрозуміло.

Перше стан зрозуміло і традиційно: чим сильніше передається сигнал, чим він вищий рівня перешкоди в точці прийому, тим менше ймовірність ураження вже відправленого пакета.

Останні два стану для пристрою технічно ідентичні. Приймач приймає наявний сигнал і в цей час не може почати передачу свого пакета, навіть якщо це не сигнал його кореспондента, а перешкода. У цьому полягає принцип спільного використання частотного ресурсу: хтось працює десь близько - не заважай! Ухвалення рішення приймачем: "близько чи ні" залежить від загальної чутливості приймальні системи. В паузі між корисними сигналами приймач змушений встановлювати максимально можливу чутливість і єдиним засобом змусити приймач Він не почув перешкоду - це зменшити посилення АФУ для перешкоди. В цьому і є особливість і протиріччя систем CSMA / CA в радиосреде: щоб мати сильніший сигнал при передачі, потрібно мати якомога більшу посилення АФУ, а щоб зменшити вплив перешкоди при прийомі - потрібно знижувати посилення АФУ.

Наслідок ураження переданого сигналу в точці прийому - втрата пакета, наслідок наявності перешкоди в інтервалі між пакетами - неможливість передачі, стопор системи. В останньому випадку пакети не втрачаються, але швидкість системи може падати до гранично низьких значень. А це означає, що навіть якщо ви довели АФУ до досконалості і змусили сигнал вашого передавача ще "гриміти" багато кілометрів після того, як він досяг свого адресата, ви не досягли оптимуму функціонування вашої системи, ви не врахували другої сторони проблеми, ваші зусилля марні - швидкість передачі буде, швидше за все, мінімальний.

Як бути?

Завжди пам'ятати: роби так, як тобі хотілося б, щоб це робили інші. Створюй для інших якнайменше перешкод. Завжди пам'ятати: пасивна АФУ оборотна: посилення на прийом і передачу однакові (якщо не встановлені спрямовані відгалужувачі). Знайти компроміс в посиленні АФУ: посилення повинно бути таким, щоб співвідношення сигнал-шум було трохи вище рівня, при якому приймач даного пристрою забезпечує граничну достовірність прийому інформації. "Чуть-чуть" - це запас посилення на зміну погодних умов і на перевищення корисного сигналу над локальної перешкодою на необхідний рівень для даної системи .. Зменшити кількість перешкод на вході приймача без зміни загального посилення АФУ. Це можна реалізувати декількома шляхами. Можна відбудуватися від перешкоди по частоті, можна відбудуватися у напрямку, можна по поляризації. Краще це все робити одночасно. Інших альтернатив немає. Розглянемо це докладніше. Найперше і лобове, але дивне на перший погляд рішення: встановити антену з високим посиленням і кабель з великим загасанням, таким, щоб виконати вимоги пункту 2. Висока посилення антени пов'язано зі звуженням її діаграми спрямованості. А що вже діаграма спрямованості, тим менше напрямків, з яких збирається перешкода, менше її сумарний рівень, менше ймовірність наштовхнутися на джерело сигналу, що заважає. Перешкода пригнічується, корисний сигнал посилюється. Залишається тільки нейтралізувати зайве посилення загасанням кабелю. Врахувати різницю ширини діаграми спрямованості антени у вертикальній і горизонтальній площинах. Параболічні антени і антени типу хвильовий канал мають маленьку різницю в ширині діаграм. Деякі спеціальні антени мають в одній з площин вузьку діаграму спрямованості, а в іншій - широку. До таких антен відноситься FA-20 - фазированная антенна решітка. У горизонтальній площині вона має ширину діаграми спрямованості, порівнянну з відповідною характеристикою дзеркальних параболічної 23дБ антени, а у вертикальній - значно більшу ширину. Як наслідок, ця антена має менше посилення (17-20 дБ) і часто не вимагає придушення надлишкового посилення, має менші габарити. З огляду на той факт, що відбудова від перешкод значно ефективніше по азимуту (у горизонтальній площині), а не по куту місця (у вертикальній площині), можна ефективно використовувати ці властивості антени FA-20, а то й потрібно велике посилення. Крім того, FA-20 не має задніх і бічних пелюсток діаграми спрямованості в задній півсфері, що дозволяє повністю позбутися від перешкод з цих напрямків і використовувати антени цього типу в безпосередній близькості від джерел перешкод. Широка діаграма спрямованості у вертикальній площині дозволяє позбутися від наведення антени по куту місця. Вибрати поляризацію випромінювання. Якщо ви виконали роботи по попереднім пунктам, а перешкода залишилася, спробуйте поміняти поляризацію випромінювання поворотом обох (!) Антен на 90 градусів. Це допустимо тільки для антен з симетричними діаграмами спрямованості в різних площинах, в іншому випадку ви можете втратити більше через розширення діаграми спрямованості в горизонтальній площині. Відбудуватися від перешкоди по частоті. Ця дія проводиться після здійснення попередніх пунктів. Змінюючи частотну літеру, вимірюйте якість каналу. Ретельно підходите до вибору місця установки антен. Антени повинні встановлюватися якомога далі від інших передавальних антен, особливо антен подібних ШПС систем. Активні елементи антени не повинні знаходиться в створі головних пелюсток діаграми спрямованості інших антен або їх облучателей. Балансування системи означає досягнення ідентичності посилення АФУ кожної зі сторін системи. Ця вимога випливає з рекомендацій пункту 3. Якщо цю рекомендацію застосувати для розгляду кожної з АФУ в парі з можливим джерелом перешкоди, можна зрозуміти, що для одного і того ж джерела перешкоди умови будуть менш сприятливі для АФУ з великим посиленням, хоча в цілому, без обліку перешкоди, вимога пункту 3 для системи в цілому виконувалися. Навмисна розбалансування системи необхідна, коли джерело (і) перешкоди розташований не симетрично щодо сторін вашої системи. У цьому випадку для того боку вашої системи, де перешкода більше, потрібно встановити АФУ з меншим посиленням, а з іншого боку - з великим, щоб компенсувати зменшення загального посилення.

нюанси

Особливість побудови стільникових структур полягає в використанні в якості сотообразующіх антенних систем - антен з круговою діаграмою спрямованості. При цьому для такої антени дуже важко забезпечити високий коефіцієнт посилення, що часто призводить до розбалансування системи і втрати її ефективності. Для запобігання останнього можна порекомендувати наступне: для центральної системи потрібно використовувати якомога ефективнішу антену з посиленням близько 10-11 дБ, короткий кабель з мінімальним загасанням або зовнішній антенний компенсуючий підсилювач. З боку абонента необхідно використовувати антену по можливості з меншим, але достатнім посиленням. Вивчаючи сказане мною в попередньому пункті, багато, можливо, помітять деяку "натяжку" в міркуваннях. Дійсно, антена з круговою діаграмою спрямованості не має азимутальной вибірковості спрямованих антен і збирає перешкоди з усіх напрямків. Імовірність поразки перешкодою такої антени вище в десятки разів у порівнянні з спрямованої антеною. Як наслідок - небезпека в підвищенні потенціалу антени центральної системи. Крім того, у всеспрямованих антен з високим коефіцієнтом посилення (більш 6дБ) діаграма спрямованості у вертикальній площині дуже вузька, що призводить до появи мертвих зон при не ідеально рівної лінії горизонту. Це властивість подібних антен ускладнюється ще й через розгойдування антен при сильному вітрі, що може викликати повний розрив зв'язку з абонентами, прилеглими за своїм розташуванням до мертвих зон. У цьому випадку доводиться використовувати більш дороге і технічно складне, але єдино ефективне в таких випадках рішення - використання секторних антен і "голчастих" антенних систем. При цьому потрібна діаграма спрямованості (можливо навіть кругова) будується з багатьох вузьких діаграм секторних або гостронаправлених антен. В цьому випадку можна виключити з діаграми той напрямок, з якого впливає перешкода, або в даному напрямку працювати на частоті, можливо більш віддаленій від перешкоди. Можна направити діаграму спрямованості по куту місця на лінію горизонту в даному напрямку. Можна для кожного сектора використовувати різні частоти, що значно (до 6 разів) підвищує загальну продуктивність базової станції.

1. Діаграма спрямованості у вертикальній площині всенаправленной 11 дБ антени
2. Діаграма спрямованості у вертикальній площині антеною системи, побудованої з секторних антен SFA-15 .

З малюнка зрозуміло, що побудова базової станції з використанням 11дБ всенаправленной антени призводить до появи великої мертвої зони поблизу базової станції і неефективного використання верхньої частини пелюстки діаграми спрямованості (проходить вище горизонту).

1. Потрібно пам'ятати, що чим більше антен ви підключили до розгалужувачі, тим менше результуюче посилення по кожному з напрямків. Наприклад, якщо в якості розгалуджувача використовується коаксіальний трійник, то з огляду на його симетричність, можна зробити висновок, що сигнал, що надходить на будь-який з входів трійника, ділиться навпіл між двома іншими виходами, тобто відчуває послаблення в два рази (-3дБ).
2. Особливість використання декількох антен в ближній зоні полягає в тому, що на відстані одиниць метрів побічного випромінювання облучателей антен досить для їх взаємодії між собою. При цьому діаграма спрямованості не відповідає діаграмі спрямованості в далекій зоні. Як наслідок, антени типу хвильовий канал, дзеркальні антени при роботі в одному або близьких діапазонах частот повинні монтуватися на різних щоглах і бути рознесені на відстань більше 5 метрів. При розміщенні на одній щоглі всенаправленной антени з вертикальною поляризацією і спрямованих антен корисно спрямовані антени встановити в режимі горизонтальної поляризації. Антени типу FA-20 і інші аналогічні ФАР з повним екрануванням задньої півсфери можна встановлювати на одній щоглі в безпосередній близькості один від одного ( Приклад установки антен для шестісекторной БС ).
3. Особливості використання антен при зв'язку вікно в вікно такі, що, як правило, об'єкти зв'язку знаходяться на різних поверхах, тобто на різних рівнях і не навпроти один одного. Напрошується виконання наступних вимог:
   • застосування антен з широкою діаграмою спрямованості (а значить, з низьким посиленням)
   • установка антен поруч з активним пристроєм для укорочення кабелю
   • установка антени всередині приміщення
   • мінімальне посилення антени в задній півсфері для зменшення впливу джерел електромагнітних полів, розташованих усередині приміщення.
4. Розрахунок необхідної енергетики системи. Як читач зрозумів з попереднього, для нормального оптимального функціонування системи необхідно дуже чітко розрахувати енергетику траси. Причому важливо що не перебрати, так і не недобрати з посиленням. При розрахунку необхідно враховувати безліч параметрів антен, кабелів, переходів і характеристик активного обладнання. В цьому випадку Вам не обійтися без кваліфікованої допомоги фахівців. Крім цього, вони допоможуть Вам вирішити ще і такі завдання:
5. Облік висоти підвісу антен і наявності поблизу радиотрасс перешкод.
6. Розрахунок внутрісистемної електромагнітної сумісності (ЕМС).

Інші новини Wireless :