Что принимает сигнал в телефоне
Усиливая неусиляемое
Александр Носков
Можно ли усилить прием сотового сигнала смартфона? Насколько адекватен «забор» в статус-баре и другая информация.
В сети полно мертворожденных инструкций, рассказывающих как усилить сигнал приема телефона или смартфона. Обычно они называются «5-10 способов улучшить связь», а внутри находится бесполезная информация. Авторов даже не смущает тот факт, что человек, который клюнул на заголовок, скорее всего нуждается в связи на охоте, на рыбалке или в деревне. И поэтому читателя возмутят советы вида «таки используйте Wi-Fi, если сотовый сигнал не проходит» или «используйте внешнюю антенну». Читатель сморит на свой смартфон, на статью, на фото автора и понимает, что отверстие, куда в теории можно воткнуть штекер внешней антенны, есть только у одного объекта. Подобные мысли и побудили написать этот материал, в котором попробуем разобраться в причинах и следствиях. И найти практическое решение по усилению сигнала приема для наших смартфонов.
Забор в статус-баре
Как и любое устройство, использующее для связи радиоволны, наш смартфон тем лучше ловит сеть, чем ближе он находится к источнику сигнала (сотовой вышке). Уровень этого сигнала через определенный алгоритм выводится на экран смартфона в виде «дощечек забора». Казалось бы, больше «дощечек» – сигнал сильнее, меньше «дощечек» — сигнал слабее. Но уже на этом этапе пользователь введен в заблуждение и тому есть объективные причины:
— Современные модемы наших смартфонов по умолчанию работают в смешанном режиме. Это означает, что модем должен постоянно анализировать все диапазоны поступающих сигналов и быстро переключаться между ними, выбирая оптимальный. В густонаселенных районах такие переключения могут происходить с периодичностью несколько раз в минуту. Жизнь такова, что если смартфон показывает полную шкалу и ярлычок LTE в верхнем баре, то это совсем не означает отличный прием в сети или доступность мобильного интернета на полной скорости.
— Показываемый пользователю «забор» на самом деле отображает алгоритм конкретного производителя. Именно эмпирическое представление производителя об уровне сигнала видит на экране пользователь, а не реальную картину. Так как, никакого стандарта по отображению силы сигнала для сотовых устройств не существует в природе. Отсюда и сопутствующие проблемы – производитель может дорисовать «дощечек», чтобы создать себе конкурентное преимущество. И не нарушит ни одного закона при этом.
— Более длинные волны сигнала 2G заведомо имеют больший радиус уверенного приема, чем у 3/4G. Из личного опыта знаю, что разница между расстоянием уверенного приема 2G и более современными стандартами связи может составлять десятки километров. Но, пользователь не всегда может рассчитывать на своевременное переключение модема смартфона на более сильный сигнал. В силу плохого программного обеспечения (прошивки), или из-за желания сэкономить и покупки дешевого смартфона с древним модемом внутри. Любители кастомных прошивок знают об этом лучше всех, а улучшенный энтузиастами модем (как ПО) может в корне улучшить работу смартфона.
— Как часто обновляется информация в статус-баре смартфона? Для этого показателя также не существует стандартов, он ничем не регламентируется, от модели к модели период обновления может разниться от нескольких секунд до 15 минут. В любом случае, пользователь с высокой долей вероятности не получает объективные данные.
Констатируем пренеприятный факт – по умолчанию, индикатор связи (забор) в верхнем баре смартфона на самом деле имеет всего три положения:
Что хотел бы видеть продвинутый пользователь смартфона в статус-баре?
Ответ напрашивается сам собой, если смартфон использует три протокола подключения сотовой связи (2G, 3G и 4G), то и индикаторов должно быть тоже три. Это позволит правильно оценить возможность совершения звонка «из леса» и избавит от лишней суеты со стороны пользователя. Совсем другой вопрос, как это реализовать на практике, ведь в верхнем баре не так много места. Возможно, производителям ПО стоит вдохновиться интерфейсом десктопной ОС и визуализировать отображение сигнала в виде трех шариков, меняющих свой цвет от зеленого (хороший прием) до красного (плохой прием)? Как считаете?
На данный момент времени существует только один способ хоть как-то узнать о силе приема разных протоколов сотовой связи в данном конкретном месте, и заключается он в использовании стороннего ПО. Очень рекомендую к использованию приложение «Сотовые Вышки, Локатор», которое одинаково хорошо работает на версиях Android 4.3 и 10.
Для оценки окружающего пространства на наличие сотовых вышек с помощью этого приложения придется в ручном режиме выбирать тип подключения и тестировать каждый из них в отдельности. Настройки фильтра используемых Android OS протоколов связи находятся по пути: Настройки→Сеть и Интернет→Мобильная сеть→Предпочтительный тип сети. На скриншоте из раздела «Забор в статус-баре» указано большое количество вариантов подключения, такого обилия в смартфоне «только что из магазина» не бывает в принципе. Не смущайтесь, это одно из преимуществ Open Source софта, о котором недавно писал Алексей Подболотов. И лишний раз напоминает нам о том, как производитель ограничивает права пользователя из корыстных побуждений, побуждает любопытных граждан изучать вопросы прошивки смартфона. Но и локализованная прошивка от проиводителя позволяет более-менее протестировать сеть в разных режимах.
«Усиление» сигнала
Практически невозможно добиться усиления сигнала как такового подручными средствами. В арсенале пользователя всего несколько приемов, которые могут помочь не усилить прием, нет, всего лишь дозвониться. Звучит банально, но вот что может сделать застрявший в лесу турист (или менеджер на работе):
Стандартные советы:
Нестандартные советы:
Заключение
Как и в случае с другими базовыми параметрами, выводимыми на экран смартфона, нельзя говорить о какой-либо объективности в показываемом нам «заборе». Все производители по-разному видят отображение уровня сигнала и пишут свои уникальные алгоритмы. Отдельно хочется похвалить разработчиков iPhone, чей алгоритм учитывает находящийся рядом смартфон, воспринимает его как помеху и убирает в индикаторе одну-две «дощечки», у конкурентов такое встречается редко.
Наши смартфоны – это в первую очередь устройства связи. Но, как показывает практика, пользователь почти не может управлять поведением модема. В самых обычных радиостанциях часто можно встретить вредный для здоровья специальный режим работы усилителя сигнала, дающий в случае необходимости еще несколько сот метров приема. В смартфонах тоже есть свои усилители сигнала, но пользователь не имеет к ним доступа, не может заставить их работать на пределе (путем повышения тока) и по этой причине вынужден залезать на верхушку ели или крышу дома. С другой стороны, при переходе со смартфона одной марки на другую, пользователи огорчаются или радуются изменению «силы приема сигнала», не догадываясь, что обсуждают предпочтения производителя, а не объективные параметры. Старые «фишки», которые срабатывали на портативных 3G/4G-модемах (например, обматывание модема медной проволокой и вывод длинного хвоста на несколько метров) не применимы в смартфонах, а игры с «усилением сигнала водой» мало применимы на практике. И что с этим всем делать не знает никто.
Друзья, может быть вы знаете работающий и портативный способ «усиления сигнала» для смартфона? Поделитесь в комментариях, не стесняйтесь.
Проблемы с сотовой связью: как усилить сигнал и правильно настроить смартфон
Содержание
Содержание
Стабильность и качество мобильной связи зависит от зоны покрытия, обеспечиваемой базовыми станциями оператора и нагрузкой на них. Соответственно, есть несколько причин ухудшения качества связи. Вы можете заметить это по таким признакам, как: невозможно позвонить, ничего не понятно во время разговора, скорость передачи данных оставляет желать лучшего — интернет не грузится. Это может быть связано с перегрузкой базовой станции из-за подключения большого количества абонентов. Но чаще причина плохой связи заключается в проблемах и физике процесса прохождения радиоволн. Связь может портиться из-за плотной застройки, рельефа местности, большого расстояния до базовой станции.
Перегрузки базовых станций — вещь достаточно редкая. Столкнуться с ней можно на массовых мероприятиях или в те моменты, когда всем вдруг становится срочно нужно позвонить. Например, на Новый Год, как только пробили куранты. И эта проблема решается относительно просто — через небольшой интервал времени все заработает.
А вот проблема с тем, что ваш загородный дом находится в «мертвой зоне» или глухой деревне, до которой еле добивает сигнал от ближайшей вышки — это реально сложная задача, которая не рассосется через несколько минут и вообще не решится без дополнительного оборудования. Также аналогичные сложности возникают, например, в тех случаях, когда ваш офис/магазин находится в полуподвальном/подвальном помещении или внутри большого железобетонного здания. В этом случае проблему с сотовой связью приходится решать установкой дополнительного оборудования или изменением настроек смартфона. С тем, что и как делать в этом случае, мы сейчас и разберемся.
Как работает сотовая связь: стандарты и частоты
Если коротко описывать принцип работы сотовой связи, то он заключается в следующем.
Существует комплекс приемопередающих базовых станций «сот», обеспечивающих связь на определенной территории. Приемопередающее устройство абонента — смартфон или мобильный телефон — работает в этой сети, связываясь с той базовой станцией, сигнал от которой качественнее.
При этом связь с базовыми станциями выполняется в разных стандартах:
Аппаратная платформа смартфонов построена таким образом, что мобильное устройство всегда подключается к сети самого технологичного стандарта даже в том случае, если уровень его сигнала ниже. Это один из моментов, которые приводят к проблемам со связью. Сейчас разберемся, как это можно решить.
Решение проблем со связью с помощью настроек смартфона
Исходя из особенностей работы сотовых сетей, первое решение заключается в изменении настроек подключения к сети или смене оператора.
Самое простое — поменять SIM-карту и посмотреть, что получится при использовании сети другого оператора. Возможно, в вашей местности плохо работает или вообще отсутствует сеть одного из операторов, но зато другой обеспечивает связь на «пять баллов».
Если смена сети не дает результата, можно попробовать поменять настройки подключения к сети, выбрав более старый стандарт.
В настройках вашего смартфона надо найти пункт, определяющий, к сети какого стандарта смартфон подключается. Обычно он установлен в автоматическом режиме, и устройство последовательно присоединяется сначала к сети 4G, потом 3G и только затем 2G. Если вы находитесь в месте, где сигнал 4G неустойчив, смартфон все равно зацепится за эту сеть и будет героически пытаться передать и принять данные, несмотря на некачественную связь, небольшую скорость, постоянные обрывы и сгорающий заряд аккумулятора.
Чтобы устранить проблему, следует попробовать установить подключение к сети 3G или даже 2G. Зоны покрытия этих сетей обычно больше, и связь в них работает стабильнее. Конечно, скорость передачи данных снизится, но они хотя бы начнут передаваться, или появится голосовая связь, если в первую очередь нужна именно она.
Но таким образом проблема решается далеко не всегда. В низинах, на большом удалении от базовых станций, в «мертвой зоне» за значительными препятствиями менять настройки смартфона в большинстве случаев бесполезно. Уровень сигнала просто недостаточен для его работы. В таких случаях нужна установка дополнительных устройств.
Что делать, если необходим мобильный интернет
Давайте рассмотрим способ решения следующей задачи: вы находитесь за городом и хотите получить стабильный, скоростной мобильный интернет. В этом случае, если уровень сигнала оставляет желать лучшего, вам потребуется внешняя антенна.
Антенна комбинируется с модемом, роутером или с тем и с другим. Получается готовое устройство, в котором сразу объединены антенна, модем и роутер — то есть, комплекс «все в одном». Это удобно, но и стоит дороже.
При выборе конкретного устройства надо знать, в каком стандарте и на какой частоте вы будете работать в том месте, для которого покупается антенна, а также каков уровень сигнала. Дело в том, что оператор может передавать сигнал на следующих частотах: 800 МГц (LTE800), 900 МГц (GSM-900, UMTS900), 1800 МГц (GSM-1800, LTE1800), 2100 МГц (UMTS2100) и 2600 МГц (LTE2600).
Частоту базовой станции в вашей местности можно узнать только экспериментальным путем, проверив, например, с помощью приложения «Информация сигнала сети» и в настройках смартфона.
Кроме того, необходимо знать, каков уровень принимаемого сигнала. Так, исходя из этого, вы поймете, нужна вам антенна с большим коэффициентом усиления или можно обойтись недорогим решением.
Усиление сигнала для мобильного интернета можно делать как для 3G, так и для 4G. Но ориентироваться следует в первую очередь на 4G, даже если уровень сигнала этого стандарта слабее. В любом случае за счет MIMO и агрегации частот скорость в 4G выше (конечно, при условии, что у антенны поддержка MIMO есть).
По коэффициенту усиления — чем слабее сигнал, тем больше должен быть коэффициент усиления. В относительно простых случаях, когда требуется небольшое усиление сигнала, можно обойтись например:
В более сложных случаях, когда сигнал слабый, антенну «для интернета» надо поднимать как можно выше. Желательно — на мачте. В зависимости от исполнения она может быть со встроенным усилителем или даже со встроенным модемом, как например, усилитель интернет-сигнала Триколор DS-4G-5kit.
Что нужно для разговоров и СМС
На даче далеко не всегда нужен только мобильный интернет. Голосовая связь или возможность отправки SMS нужны тоже. В этом случае решение будет другим. Внешнюю антенну подключить к современному смартфону не получится, разъемов на корпусе нет. А вот усилить сигнал с помощью репитера — вполне.
Репитер обеспечит прием и передачу сигнала всех сотовых операторов на определенной частоте.
Обычно для небольших частных владений приобретают готовые комплекты, не требующие покупки дополнительных роутеров и прочего оборудования. Репитер принимает сигнал, усиливает его, раздает на смартфоны через комнатные антенны и отдает сигнал со смартфона в обратном направлении через внешнюю антенну. Пример такого устройства: усилитель сигнала сотовой связи Locus Mobi-900 Country.
Для правильного выбора репитера надо знать, сигнал какой частоты предстоит усиливать и насколько большую площадь покрытия он должен обеспечить — чем больше площадь, тем мощнее должно быть усиление. Хорошим решением будет выбор репитера, работающего в нескольких диапазонах.
Важный момент: если требуется усилить сигнал для одновременного использования голосовой связи и интернета, надо знать, реализована ли на базовой станции, с которой обеспечивается связь, технология VoLTE. Если да — можно и нужно усиливать сигнал 4G, если нет — 3G, чтобы обеспечить голосовую связь.
Что вы знаете про антенны в вашем смартфоне?
В современных беспроводных устройствах может быть установлена просто куча антенн для LTE, GPS, Wi-Fi, NFC. И не только. Иногда даже по несколько штук на каждую перечисленную технологию. Из этой статьи вы узнаете о том, какие в ваших смартфонах установлены антенны, какую конструкцию они имеют и как работают.
В каждом телефоне есть антенна
Как утверждали в одном авторитетном источнике, антенны бывают «такие, такие и такие»:
Еще в 2014 году число абонентов мобильной связи во всем мире было соизмеримо с населением планеты и оценивалось примерно в 7 миллиардов, а это значит, что мобильные телефоны стали универсальным и незаменимым инструментом в современной жизни. Сегодня с помощью мобильного телефона можно говорить с кем угодно практически из любой точки земного шара.
Антенны и частоты
Производители современных смартфонов стремятся сделать антенну широкополосной для всех технологий беспроводной связи: LTE, Wi-Fi, GPS, LTE и Bluetooth.
Количество полос частот увеличивается с каждым годом. Телефон, разработанный для рынка США, может поддерживать только GSM850, PCS, полосу 5 (LTE и UMTS) и полосу 2 (LTE и UMTS). Некоторые компании пытаются разработать мировые телефоны, которые поддерживают все диапазоны, что значительно усложняет конструкцию антенны.
Есть несколько вещей, которые следует отметить в отношении полос частот. Во-первых, многие группы частот перекрываются. Например, GSM850, полоса 5 UMTS и полоса 5 LTE имеют одинаковый частотный диапазон. Следовательно, антенна, которая работает хорошо для одного из этих диапазонов, будет также хорошо работать и для других диапазонов.
Расположение первичной сотовой антенны почти всегда будет на нижнем или верхнем концах устройства.
Несколько примеров конструкции антенн в смартфонах
Говоря про строение антенны, стоит начать с небольшой теории. Самой простейшей антенной принято считать дипольную:
Допустим, наша полоса низких частот составляет около 810 МГц. Длина волны тогда равна
37 см, поэтому половина длины волны составляет примерно 18,5 см. Как правило, в мобильном телефоне можно разместить антенну длиной около 12-19 сантиметров.
Для эффективного излучения на частотах сотового телефона, антенна должна иметь размер всего устройства. Это означает, что антенна не является изолированным компонентом, она будет использовать всю структуру телефона для наиболее эффективного излучения.
Все антенны современного смартфона имеют сложную геометрию. А с переходом в миллиметровый диапазон 5G сложная геометрия сочетается с крайне минималистичным выполнением таких антенн. Разные элементы этой геометрии подключаются электрическим путем к основной конструкции. Таким образом, происходит изменение диапазона работы антенны. Ниже приведен один из примеров конструкции антенны для смартфона:
На рисунке показана структура патч-антенны, изготовленной на С-образной подложке FR4 с размерами 120×60 мм. Выбранные размеры всей печатной платы и антенны являются приемлемыми для большинства мобильных телефонов. Антенна состоит из монопольной антенны, соединенной в форме лестницы заземляющей полосы, и индуктора (левая верхняя часть рисунка). Управлять полосой пропускания антенны можно, подключая одну из четырех ветвей. Так, в антенну вносятся резонансные моды в более низкие и более высокие полосы частот. Диапазоны частот для работы такой антенны – 2260 МГц, 2740 МГц и 3450 МГц.
А не так давно на рынке появились первые смартфоны с поддержкой 5G. Более высокая скорость передачи данных и низкие задержки для взаимодействия в режиме реального времени привлекают все больше и больше пользователей. Данные аспекты позволяют не только транслировать новые форматы видео (360-градусные например), но и расширят спектр предоставляемых услуг, добавив в список: автономное вождение или, скажем, виртуальную и дополненную реальности. И это ещё не полный список возможностей новой технологии.
Так, например, выглядит 5G-антенна миллиметрового диапазона, разработанная компанией Qualcomm:
Выше показано идеализированное изображение беамформинга. Так его рисуют маркетологи. В реалиях же, если визуализировать диаграмму направленности, то система управления лучом формирует некую субстанцию, которая «вытягивается» в сторону лучшего приема.
Разработанная антенна достаточно мала, чтобы производители смартфонов могли установить ее в лицевую панель телефона. Модем Qualcomm X50 5G уже рассчитан на установку в системы, поддерживающие до четырех антенных решеток, по одной на каждую сторону телефона. Это позволяет использовать всего 16 антенн и гарантирует, что независимо от того, как вы держите телефон, сигнал не будет заблокирован и останется с достаточно хорошим отношением сигнал-шум (SNR).
Часто антенны в смартфонах строят по разнесенному принципу. Работа разнесенной антенны состоит в том, чтобы попытаться предоставить независимую выборку данных из сигналов, попадающих в зону действия телефона. В этом случае, приемник мобильного телефона обычно выполняет переключенное разнесение (то есть, выбирает принимаемый сигнал с наибольшим количеством энергии) или комбинированное разнесение (для суммирования мощностей двух приемных сотовых антенн).
Учитывая, что сотовые антенны требуют много места, можно заметить, что эти две антенны будут независимыми, но, при этом могут испытывать большие взаимные влияния:
У нас есть две антенны, которые расположены близко друг к другу. Передающая антенна хочет связаться с удаленной системой, а приемная антенна пытается поглотить как можно больше энергии вокруг нее. Любая мощность, поглощаемая этой антенной, является потерей эффективности антенны. Такая же ситуация происходит в обратном порядке. Это означает, что энергия, которая была бы поглощена разнесенной антенной, поглощается основной антенной. Это негативно влияет на производительность.
Чтобы максимизировать изоляцию (а также сделать диаграммы излучения несколько отличными), разнесенная антенна обычно размещается на верхней части смартфона.
В связи с появлением телефонов для 5G и уходом в миллиметровый диапазон, возникает большая проблема, связанная с быстрым затуханием высокочастотных сигналов. Именно поэтому в смартфонах пятого поколения планируется устанавливать по 3-4 антенных модуля. Использоваться будет тот, который в момент передачи сигнала не блокируется рукой пользователя. Даже на рекламной информации от Qualcomm это отмечено: расположение антенных модулей по периметру всего смартфона.
К чему это приведет, сказать пока сложно. Но, с учетом предъявляемых требований к системам связи пятого поколения, антенным решеткам быть, и от этого никуда не деться.
Особенности размещения антенн в смартфонах
Не стоит забывать и о том, что в каждом мобильном телефоне находятся не только антенны для сотовой связи, Wi-Fi, GPS, но и дополнительно антенны для совместимости с более старыми стандартами связи 4G, 3G и т.д.
Необходимо точно согласовать все антенные устройства между собой, ведь взаимное влияние и перекрестные помехи продолжают делать свою грязную работу и оказывать негативное влияние на систему в целом.
Оптимальное расположение антенн в телефоне,а также относительно друг друга, будет иметь ключевое значение и сказываться на их работе. Изменение положения на несколько миллиметров будет влиять на качество и стабильность связи работающего устройства. Как правило, на этапе тестовых испытаний вносятся коррективы в расположение антенн для обеспечения их оптимальной работы.
Из-за требований к повышению пропускной способности, используются технологии MIMO и Beamforming. Небольшой размер антенны, работающей на частотах более 28 ГГц увеличивает потенциал используемого стека технологий. Благодаря этому, увеличивается коэффициент усиления.
У высокочастотных антенн конструкция не так сильно связана с общей структурой телефона. Однако, большие проблемы возникают при интеграции антенны в устройство, за металлическую крышку. В этих реалиях она уже не является незаметной преградой на пути распространения волны, а оказывает достаточно сильное влияние на характеристики. И здесь нашли применение методы, используемые для проектирования обтекателей в космической промышленности. Крышка разрабатывается таким образом, что в определенном месте образует линзу, что позволяет улучшить диаграмму направленности, а также характеристики сканирования. При этом, данная проблема не настолько серьезна при размещении за стеклянной или пластиковой крышкой.
Не стоит забывать и о безопасности, особенно для устройства, которое человек носит примерно 80% времени в непосредственной близости от тела.
На частотах ниже 6 ГГц для оценки влияния электромагнитного излучения применяются существующие стандарты SAR (Structure–activity relationship). На частотах миллиметровых волн, электромагнитное поле почти не проникает в организм. Большая часть излучения отражается, а то, что проникает внутрь, полностью рассеивается в пределах 3 миллиметров от поверхности, поэтому SAR не является серьезной угрозой для организма:
