Высокий уровень спутникового сигнала что делать. Вы здесь: Что такое dBi, dBm

Как улучшить сигнал 3G-модема

Наткнулся я однажды на одну интересную статью с алюминиевым тазиком:

И решил проверить.

[Сразу предупрежу, что я уже много лет выхожу в интернет только посредством 3G-модемов. До ближайшего проводного интернета примерно где-то 3 км. ]

Раньше (до прихода ВОЛС) со средней скоростью мегафона (уже четвертый год пользую) было туговато - о youtube, например, я даже и не думал. Спасибо, хоть сёрфить можно было более-менее нормально.

С приходом "оптики" средняя скорость постепенно увеличивалась, выходили новые тарифные планы (поскольку мегафон/билайн/мтс арендуют у ТТК каналы). На данный момент, я могу в определённые временные промежутки (когда большой нагрузки нет на базовые станции операторов сотовой связи) спокойно смотреть в youtube видео в разрешении 720р. И это хорошо.

Летом где-то (не знаю точно) рядом с моим домом мегафон поставил базовую станцию (БС). Я это заметил сразу - на первом этаже мегафон у меня не очень хорошо "ловил" сигнал - и вдруг на моем телефоне стало показывать все пять "палочек". А скорость инета возросла в разы - в месте где я живу народа пока не очень много - и большой нагрузки на БС как таковой нету.

Так вот, после прочтения статьи возникла у меня мыслишка повторить "историю с тазиком", несмотря на неплохой имеющийся сигнал.

Итак, в "палочках" измерять уровень сигнала не совсем правильно - при этом страдает точность показаний. Но в фирменной программе от мегафона - "Мегафон | Модем" есть возможность просмотра уровня мощности сигнала от БС. Это я и использовал.

Тест первый.

USB-3G-модем воткнут в системный блок, который находится на столе, который находится на первом этаже дома.

Уровень сигнала (-81 dBm):

Тест второй.

USB-3G-модем воткнут в тот же системный блок, но посредством 3-метрового USB-удлинителя. Высота примерно на полтора метра выше чем в первом случае (ближе к потолку).

Уровень сигнала (-75 dBm):

Тест третий.

Теперь USB-3G-модем "покрыт" старым советским тазиком из алюминиевого сплава.

Уровень сигнала (-65 dBm):

Теперь переведём эти относительные цифры в dBm в реальные мВт:

1) -81 dbm = 7.94*exp(-9) mW

2) -75 dbm = 3.16*exp(-8) mW - сигнал усилился в 6 раз в сравнении с первоначальным.

3) -65 dbm = 3.16*exp(-7) mW - сигнал усилился в 16 раз в сравнении с первоначальным.

Конечно, реальная скорость скачивания у меня не повысилась - она и так неплохая была. Но вывод определенно есть - "какой-то тазик" вполне себе может усиливать сигнал. А я и не верил, честно говоря... :-)

П.С. Сигнал мог бы и еще сильнее "усилиться", если бы я его точно навёл на антенну БС, как сделал автор статьи . Но я лишь примерно знал в каком направлении он находится. В целом, думаю, заинтересовавшиеся товарищи, у которых сигнал желает лучшего, могут подойти более творчески и получить реальный "выхлоп".

Для начинающих несколько слов о не понятных для многих единицах измерения принятых в антенной технике и радиотехнике высоких частот.

dBm (дБм). Иногда удобно какую либо величину принять за эталон (нулевой уровень) и относительно ее измерять уровень уже в децибелах. Так, если принять за нулевой уровень - 1мВт и относительно его измерять, то появляется такая единица измерения как дБм(1мВт = 0 дБм). Она уже имеет вполне весомый физический смысл, в отличии от безличных децибелов, dBm - это мера мощности. В ней измеряют уровень слабых сигналов (в том же «палкомере» модема), чувствительность приемников, мощность передатчиков и т.п. Например уровень в 50 мкВ на 50-омном входе приемника соответствует уровню мощности 5·10 -8 мВт или -73 дБм. Измерять чувствительность в единицах мощности более удобно, чем в единицах напряжения, так так нам приходится иметь дело с сигналами разной формы, в том числе шумовыми. К тому же, мы избавляемся от необходимости каждый раз уточнять, каково входное сопротивление приемника. Например, пороговая мощность большинства "свистков", при которой они еще коннектятся с базовой станцией около -110 dBm. Мощность передатчика тоже можно измерять в dBm. Например мощность Wi Fi роутера в 100 мВт равна 20 dbm. Можно воспользоваться нашим онлайн калькулятором для перевода мВт в дБм и обратно . Во многих устройствах вы обнаружите уровень сигнала в asu . Это еще одна единица измерения уровня сигнала, призваная вогнать в ступор анонима своей непонятностью. Расшифровывается - "Arbitrary Strength Unit" - усредненная единица уровня сигнала. Дело в том, что в разных диапазонах мы используем каналы с разной модуляцией, разной полосой частот и т.п. Поэтому равные dBm в 3G и 4G - не эквивалентны одинаковой чувствительности по отношению сигнал/шум в канале. Чтобы привести чувствительность к единому знаменателю придумали asu . Связь между asu и dBm для разных диапазонов следующая:


• GSM : dBm = 2 × ASU - 113 , ASU в диапазоне значений 0..31 и 99 (сеть не определена).
• UMTS : dBm = ASU - 116 , ASU в диапазоне значений -5..91 и 255 (сеть не определена).
• LTE : (ASU - 141) ≤ dBm < (ASU - 140)

• dBi (дБи). Единица измерения усиления антенн относительно «эталонной» антенны. За такую эталонную антенну принят так называемый изотропный излучатель - идеальная антенна, диаграмма направленности которой представляет собой сферу, коэффициент усиления которой равен единице и КПД которой равен 100%. Излучение сигнала таким излучателем происходит с равномерной интенсивностью во все стороны. Такой антенны в природе не существует, это виртуальный объект, однако, очень удобный в качестве эталона для измерения параметров реальных антенн. Существует еще одна единица: dBd - здесь за эталон принят полуволновой диполь. Однако, использование dBi предпочтительнее, т.к. в этом случае проще расчет энергетического баланса трассы радиосвязи. dBi - это относительная единица, ничем по сути от простого децибела не отличима, кроме определения эталона, относительно которого и идет отсчет. Принципиальной разницы между dBi и dBd нет - усиление в dBi = усилению в dBd + 2.15 dB . В старых радиолюбительских книжках и журналах усиление антенн измеряют просто в децибелах. В этом случае чаще всего имеется ввиду усиление относительно полуволнового вибратора, т.е. оно эквивалентно dBd . Измерение относительно изотропного излучателя изначально использовалось только в США, но в последнее время распространилось во всем мире, поэтому во избежании путаницы сейчас, если речь идет об усилении антенны, правилом хорошего тона считается использование децибела с суффиксом - dBi или dBd.
  

В принципе за «нулевой уровень» можно принять любую величину. Так на свет появляются такие звери как "дБмкВ" (напряжение - отношение к одному микровольту), "дБВт" (мощность - отношение к одному ватту). В акустике за нулевой уровень звука принято звуковое давление 2·10 -5 Па - порог слышимости. При этом там не стали заморачиваться с довеском к «дБ», а прямо так и измеряют уровень звука в децибелах. Так сложилось исторически, потому что децибелы впервые применялись именно в области акустики. Но надо иметь ввиду - это как бы не «чистые» относительные децибелы, а «звуковые» - абсолютные. Например, шум реактивного самолета с расстояния 25 м равен 140 дБ, а 0 дБ - это порог слышимости. Часто можно встретить единицу под именем dBA . Она специально придумана для измерений интенсивности шумов. Величина дБА - уровень звукового давления, измеренный в "звуковых" децибелах при помощи шумомера, содержащего корректирующую цепочку, имитирующую чувствительность человеческого уха, что дает возможность получать отсчеты более соответствующие реальной слышимости шума.

Вообще, люди начали использовать децибелы для измерения различных вещей не просто так. Еще в XIX веке психофизиологами Эрнстом Вебером и Густавом Фехнером было установлено, что “сила ощущения p пропорциональна логарифму интенсивности раздражителя S”. Это относится к звуку, освещенности, тактильным ощущениям.
В технике проводной связи используют другую единицу - Непер. Неперы определяются не через десятичный, а через натуральный логарифм. Может это и правильнее, ведь многие законы природы основаны на числе Эйлера, которое является основанием натурального логарифма. Но все-таки мы пользуемся децибелами. (1 непер = 8,686 дБ)

При расчетах все эти dB, dBi, dBm по сути своей все являются децибелами, т.е. суммируются (если усиление) или вычитаются (если затухание), но dBm имеет приоритет как мера мощности сигнала. Например:

Уровень на входе приемника(dBm) = Мощность передатчика(dBm) + Усиление антенн(dBi) - Ослабление сигнала(dB)

Неискушенный аноним обычно теряется при виде такого изобилия разновидностей децибел. Но затем приходит понимание, что это приносит упрощение в расчетах. Например в расчете дальности связи Wi-Fi .

Вот так оно все запутано в этом децибельном царстве. И напоследок... Имейте ввиду, что децибел и имбецил совершенно разные понятия.

Для доступа в Интернет используется интернет-центр серии Keenetic c подключенным USB-модемом 4G LTE. Как определить качество LTE-подключения?

Практически все интернет-центры серии Keenetic (кроме Lite, Lite II, Lite III и Start) оснащены разъемом USB и возможностью подключения 4G LTE USB-модема для доступа к сети Интернет.

Рассмотрим пример подключения USB-модема Yota 4G LTE к интернет-центру серии Keenetic.

В интернет-центра на странице Системный монитор > Система можно посмотреть текущее состояние LTE-подключения. В подразделе USB-устройства щелкните мышкой по записи подключенного модема.

Появится окно с состоянием LTE-подключения.

Для определения качества сигнала обратите внимание на поле Уровни сигнала (CINR / RSSI) . По значениям CINR и RSSI можно оценить качество сигнала 4G LTE.

CINR (Carrier to Interference + Noise Ratio) также называемый SINR (Signal to Interference + Noise Ratio) - отношение уровня полезного сигнала к уровню шума (или просто соотношение сигнал/шум). Значение CINR измеряется в дБ (dB).

Положительное значение CINR означает, что полезного сигнала больше, чем шума. Минимальное значение, приемлемое для стабильной работы в сети: CINR = 10 дБ. Чем выше данное значение, тем лучше качество сигнала .

Отрицательное значение CINR будет означать, что в принимаемом сигнале шума больше, чем полезного сигнала. При отрицательных или близких к нулю значениях LTE-подключение установить невозможно или оно будет крайне низким по скорости и качеству.

RSSI (Received Signal Strength Indicator) - индикатор уровня мощности принимаемого модемом сигнала. Значение измеряется в дБм (dBm). Минимальное значение, приемлемое для работы в сети: RSSI = -85 дБм. Чем выше число RSSI, или чем оно менее отрицательное, тем сильнее уровень сигнала (например, значение -48 больше, чем -78).
Обращаем ваше внимание, что RSSI показывает уровень мощности принимаемого модемом сигнала, а не уровень мощности сигнала Базовой станции.

В нашем примере (на скриншоте выше) показаны значения CINR 30 дБ и RSSI -44 дБм - это практически идеальные значения, с которыми можно достичь теоретической максимальной скорости LTE-подключения.

Далее приведены примерные значения параметров CINR / RSSI и их оценка.
Внимание! Данные значения не являются абсолютными. Определение точных значений в данном случае невозможно, т.к. качество LTE-подключения зависит не только от рассматриваемых показателей, но и от ряда других факторов (от загруженности Базовой станции, от качества оборудования на БС, от погоды и др.). Оценка параметров носит условный (субъективный) характер и основан на нашем практическом опыте и данных, полученных от пользователей.
Также обращаем ваше внимание, что параметры CINR и RSSI не связаны между собой напрямую, т.е. возможны случаи, когда одно из значений будет высоким, а другое крайне низким.

Отличные показатели: CINR от 30 и выше / RSSI от -30 до -50

Хорошие показатели: CINR от 20 до 30 / RSSI от -50 до -70

Удовлетворительные показатели: CINR от 10 до 20 / RSSI от -70 до -85

Плохие показатели: CINR от 10 и меньше / RSSI от -85 до -110

Какие же существуют варианты повысить уровень принимаемого сигнала и улучшить качество LTE-подключения?

1. Расположите USB-модем как можно ближе к окну (например, на подоконнике). Для подключения USB-модема к интернет-центру серии Keenetic используйте USB-удлинитель (существуют USB-удлинители с присоской для крепления на оконном стекле внутри помещения).

Рекомендуем приобрести качественный (экранированный) USB-удлинитель. Как правило, качественные кабели и удлинители USB имеют сечение провода не меньше толщины стандартного Ethernet-кабеля. Руководствуйтесь следующим принципом - "чем кабель толще, тем лучше", а также обращайте внимание на характеристики кабеля или удлинителя, в которых должно быть указано о наличии экранировки провода и разъема для снижения высокочастотных помех. Но, не используйте слишком длинный USB-удлинитель (более 2 метров), т.к. может произойти падение напряжения в кабеле, что негативно отразится на работе модема.

2. Как вариант, попробуйте подключить USB-модем через концентратор USB c собственным блоком питания (активный хаб). Особенно это актуально, если качество принимаемого сигнала 4G/LTE очень низкое.

Некоторые USB-модемы, когда находятся в зоне неуверенного приема, при поиске сигнала начинают потреблять значительно больше питания, чем это установлено стандартом. Во избежание такой ситуации можно подключить USB-модем через активный хаб.

3. Разместите USB-модем подальше от возможных источников высокочастотных помех для улучшения полезного сигнала и ослабления шумов. На модем 4G/LTE могут оказывать негативное влияние помехи от других устройств поблизости. Например, возможным источником помех может стать внешний жесткий диск, работающий по стандарту USB 3.0.

4. Некоторые модемы (например, Yota 4G LTE, LU156, WLTUBA-107), помимо стандартного разъема/штекера USB, бывают оснащены дублирующим гнездом Micro/Mini USB, с помощью которого также можно подключить модем через удлинительный провод к интернет-центру. В этом случае, попробуйте подключить USB-модем к интернет-центру кабелем через гнездо Micro/Mini USB.

Начало исследования

Для начала, хотела бы спросить читателей. Когда Вы в последний раз при покупке нового смартфона, задумывались о качестве связи, предоставляемым вашим смартфоном? Этот критерий как-нибудь влияет на выбор телефона или версию Android при покупке нового гаджета? Правильно- нет. Я тоже на это не смотрела, пока не столкнулась с очень интересной ситуацией, о которой сейчас расскажу.

Итак. Все мы знаем, что существует достаточное количество стандартов как мобильных, так и локальных сетей. Самым распространенным стандартом локальных сетей является стандарт IEEE 802.11 (а, b, g, n и другие). У мобильных сетей- стандарт GSM-900 или GSM-1800 для Европы и Азии; GSM-850 и GSM-1900 для Африки и Америки. В этих стандартах используется показатель уровня принимаемого сигнала RSSI (received signal strength indicator ). Он измеряется приемником по логарифмической шкале в децибелах (dBm). Однако в большинстве смартфонов на платформе Android используется другая система показателя уровня принимаемого сигнала - ASU. Если смотреть на градацию ASU и привычную всем RSSI, то получаем следующее соответствие:

0-1 ASU соответствует менее -110dBm RSSI , то есть возможно даже отключение сигнала.
2-3 ASU соответствует отрезку от -110 до -105 dBm RSSI , то есть очень слабый сигнал, так сказать «на грани отключения».
4-5 ASU соответствует отрезку от -105 до -95 dBm RSSI , то есть слабый сигнал, так сказать «пограничная зона».
6-7 ASU соответствует отрезку от -95 до -85 dBm RSSI , то есть уверенная связь на улице и транспорте.
Более 13 ASU соответствует нормальной связи в зданиях, то есть менее -75 dBm RSSI.

Однако, как оказалось, разные смартфоны по-разному определяют уровень сигнала в одном и том же помещении. Постараюсь сейчас это доказать.

Эксперимент и результаты

Итак. Вооружившись телефоном я походила по квартире и с помощью программ (GSM SIgnal Monitoring, Netmonitor и др., мне вот понравилась эта программа: www.kaibits-software.com/product_netwotksignaldonate.htm) измеряла сигнал в разных точках квартиры. (Большое спасибо разработчикам программ, которые сразу перевели получаемый сигнал в всем знакомую RSSI). Показываю на следующей картинке результаты моих замеров.

Все результаты полученных данных в dBm. По полученным данным я постаралась сделать диаграмму покрытия, с обозначением точек проведения измерений.

Смартфон участвующий в исследовании: Alcatel onetouch idol 3, версия Android 5.0.

Все результаты полученных данных измеряются в dBm.

Смартфон участвующий в исследовании: Nexus 5, версия Android 6.0.

Проверка уровня сигнала проходила с помощью одной и той же программы.

Выводы

В типичном случае распространения мобильно сигнала в жилом районе (к примеру), на распространение сигнала влияет множество факторов. Например: земная поверхность в зоне прямой видимости антенн, городская застройка, подвижные объекты (машины, строительные краны), высота нахождения приёмника (мобильного телефона), лифтовые шахты или разводка розеток… (Какие же непостоянные, эти сигналы!)

В итоге посмотрев на диаграмму покрытия, я поняла, что да: и лифтовые шахты, и разводка розеток повлияли на мои сигналы. Правда кроме этого, нет нигде базовых станций, что тоже негативно сказалось на уровне сигнала.

В ходе данного эксперимента было доказано, что разные смартфоны с разными версиями Android по-разному воспринимает уровень передаваемого сигнала в одних и тех же условиях. И хотя количество опытов, проведенных с Nexus 5, было меньше, чем с Idol 3, полученный результат подтверждает различный уровень приема сигнала.

Вспомогательные материалы

1. www.kaibits-software.com/product_netwotksignaldonate.htm - сеть Signal Info Pro, программа, с помощью которой измерялся уровень сигнала
2. Современные технологии беспроводной связи. И. Шахнович
3. Теория электрической связи. Зюко А. Г.
4. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. Скляр Б.
5. Радиотехнические цепи и сигналы. Баскаков С. И.