Nextivity Cel-Fi — интеллектуальный усилитель 3G-сигнала

Наверняка каждый из нас не раз сталкивался с плохим качеством связи — низким уровнем 3G-сигнала. Для кого-то эта проблема некритична, но бывают случаи, когда стабильная связь жизненно важна. Если это ваш случай, рекомендую прочитать данную статью.

Покрытие в России все еще оставляет желать лучшего. Особенно это касается 3G-сетей. Даже на улицах города телефон цепляет 3G далеко не всегда, не говоря уже об офисах в многоэтажных бизнес-центрах, всевозможных подвальных и гаражных помещениях и других железобетонных конструкциях. Центральная часть России в основном равнинная, и за городом сигнал оператора распространяется без существенных помех, вопрос лишь в расстоянии до базовой станции. Однако, в местах с холмистым или горным рельефом либо при плотной городской застройке даже близость БС не дает гарантии уверенного приема.

Многие работают удаленно, отдыхая от города на дачах и в загородных домах. И в этом случае необходимым условием спокойной работы является наличие качественного покрытия, а также стабильного и быстрого интернет-канала.

Вариантов улучшения покрытия известно не так уж много.

В этой статье я хочу познакомить вас с абонентским терминалом Nextivity Cel-Fi RS2. Это сравнительно новое решение, сертифицированное и одобренное операторами «Большой тройки» для применения в России. Оно служит для увеличения зоны уверенного приёма-передачи голоса и данных по технологии 3G.

Для начала рассмотрим распространенные решения, чтобы стало понятно, почему появилась необходимость в чем-то новом.

1. Стандартный проводной 3G-репитер/усилитель.

При его использовании, во-первых, необходимо очень детально разобраться в теме. Дело в том, что двунаправленный усилитель увеличивает сетевой уровень шума (помехи), осложняя для других пользователей доступ к сети. Чтобы минимизировать этот эффект, придется много читать, гуглить, проверять. Во-вторых, надо будет купить правильные комплектующие — внешнюю и внутреннюю антенну, подходящий радиочастотный кабель, разъемы и переходники. Затем смонтировать все это, правильно сориентировать антенны, добиться приемлемого уровня сигнала. Ну и, в третьих, в продаже практически нет готовых комплектов, как нет и сертифицированных решений. Причина в том, что подобные системы портят операторам сигнал, меняют карту покрытия. Из-за того, что такие репитеры обладают фиксированным коэффициентом усиления, независимо от требуемого уровня сигнала и зачастую превышает показатели базовой станции. К тому же передача сигнала вверх (в сторону БС) идет непрерывно.

В результате таких установок, что еще хуже, возникают следующие печальные ситуации: тех. департамент оператора фиксирует воздействие недопустимых радиопомех на БС и инициирует обращение о проверке законности эксплуатации радиоэлектронных средств (РЭС) в адрес Федеральной Службы по Надзору в Сфере Связи, Информационных Технологий и Массовых Коммуникаций (Роскомнадзор). Радиочастотный Центр в свою очередь проводит поисково-пеленгационные мероприятия, анализирует электромагнитную обстановку и выявляет, что источником излучения является репитер. Далее определяется место установки и владелец репитера, а так как у последнего отсутствуют разрешение на использование радиочастотных каналов и нет свидетельства о регистрации такого репитера, Роскомнадзор выносит постановление по делу об административном правонарушении в области связи. Постановлением обязывают виновника оплатить штраф и принять меры по устранению нарушений, что подразумевает полное отключение/снятие репитера.

У операторов также существуют профессиональные репитеры. Они требуют массу настроек и технических согласований. Стоимость их ниже, чем у базовой станции, но все равно это суммы порядка 100-300 тыс. руб. Поэтому ставят такие только на крупные объекты и ключевым клиентам (у которых высокие ежемесячные начисления).

2. Пляски с бубном вокруг 3G-модема: выносная направленная антенна, фокусировочная антенна перенос модема на крышу (на даче) и т.п.

Выглядеть это может вот так:

Вот примеры DIY.

Судя по отзывам, фокусировка сигнала «наугад» — дело почти безнадежное. Здесь требуются кропотливые расчеты. А внешние антенны для модема, опять же, сложны в установке и настройке. К тому же, получаем лишь ограниченный вариант реализации способа №1 — исключительно для интернета. Максимум что можно сделать – установить 3G-ротуер и раздавать интернет по Wi-Fi. Но о разговорах по телефону речь не идет, и если у вас одинаково плохой уровень 2G и 3G – такое решение будет половинчатым.

Однако, кому интересно – по ссылкам выше процесс описан детально, и авторы довольны полученным результатом.

3. Фемтосота («своя» миниатюрная базовая станция).

Может быть полезной в городе, где необходимо обеспечить офисное или любое другое помещение качественной голосовой связью. Для 3G-интернета вещь, можно сказать, бесполезная, потому что сама фемтосота требует стабильного интернет-канала 3-7 Мбит/с. Ну и ее установку надо согласовывать с оператором, а для этого надо быть корпоративным клиентом. Надо добавить, что фемтосоту нет возможности свободного передвигать внутри помещения. И если у вас в локальной сети хранится конфиденциальная информация, то канал на оператора потенциально уменьшает безопасность данных. Плюсом фемтосоты является полное отсутствие необходимости сигнала базовой станции.

Nextivity

На этом распространенные способы улучшения 3G-сигнала, в общем-то, заканчиваются. И теперь, зная теорию вопроса, можем посмотреть, что за устройство разработала компания Nextivity.

Если кратко, то это беспроводная система двустороннего усиления 3G-сигнала на стороне абонента, не требующая настройки, не создающая помех другим пользователям и увеличивающая емкость сотовой сети.

Внешне это выглядит как два черных ящика, правда достаточно стильных, в духе Apple. Комплект состоит из приемного и передающего модулей, общающихся между собой по Wi-Fi (отсюда, видимо, и название устройства — Cel-Fi). Приемник, так называемый Window Unit, устанавливается в зоне c наилучшим уровнем 3G-сигнала, чаще всего ближе к окну. Передатчик можно отнести на расстояние до 25 метров (в открытом пространстве) и расположить так, чтобы покрыть максимальную, либо просто проблемную, зону в помещении. Причем, задача поиска оптимального места очень проста и не требует даже базовых знаний теории. Наверное, проще один раз увидеть.

Теперь более детально разберем принцип работы устройства, применяемые технологии, характеристики и особенности.

Комплектация

Устройство поставляется в увесистой коробке. Маленьким и незаметным его не назовешь – габариты приемника 20×15 см, передатчик чуть поменьше. Разбирать их я не стал, но ощущение, что внутри корпусов обоих модулей довольно пусто. Увы, при всей технологичности антенн их размер имеет значение.

В коробке находятся:

Устройство приема «Window Unit»
Устройство покрытия «Coverage Unit»
Два одинаковых адаптера электропитания
Руководство по установке и подключению

Все подчеркнуто просто, ничего лишнего.

На приемнике снизу есть слот Micro SD (видимо, для настройки под оператора, о чем ниже), порт SMA для внешней антенны, разъем питания, кнопка сброса.

На передней панели индикатор питания и 5 светодиодных индикаторов уровня сигнала зеленого цвета. На первый взгляд, странное решение – достаточно было бы обойтись одним привычным, с 5-ю полосками. Объясняется скорее всего тем, что данные блоки стоят на приличных расстояниях, и в случае изменений пользователю достаточно посмотреть издалека и зафиксировать индикацию.

У модели RS1 были еще прорези для навешивания на стену. У RS2 их нет. Было решено, что это не совсем правильно с точки зрения функционала встроенных антенн. Прикрепляя устройство, например, к бетонной стене, мы напрочь закрывали антенну.

У передатчика также есть вход питания и кнопка сброса. Плюс вход micro-USB – видимо, для прошивки и отладки.

На передней панели числовой светодиодный индикатор зеленого цвета, который показывает числа от 0 до 9 и помогает определить оптимальное расположение передатчика относительно приемника. Также есть красный индикатор, который сигнализирует о неполадке либо о неправильной установке модуля, о чем расскажу ниже, и индикатор питания.

Оба устройства имеют пассивное охлаждение. Тепло рассеивается через многочисленные прорези в корпусе. В эти прорези, наверное, прекрасно набирается пыль.

Адаптеры питания одинаковые, поэтому их не перепутать.

Принцип работы, технологии

Оконный, принимающий, модуль устанавливается в зоне наиболее уверенного приема сигнала оператора – как правило, на подоконнике. Т.к. корпус полуоткрыт, установить его на улице не удастся из-за недопустимых температур и влажности. Но большой разницы для сигнала быть не должно. К тому же дополнительно можно подключить внешнюю антенну, но, как я понимаю, это для совсем уж запущенных случаев.

Принятый сигнал передается на устройство покрытия по Wi-Fi. Блоки связываются между собой на частоте 5 ГГц (диапазоны частот U-NII-1 5.15-5.25 ГГц или 5.25-5.35 ГГц и U-NII-2 5.47-5.725 ГГц). В этом диапазоне пока нет такого мусора, как в обычном Wi-Fi, но приход сюда двухдиапазонного Wi-Fi может повлиять на ситуацию. Однако, в алгоритм процессора заложен 7-микросекундный цикл проверки свободности частоты в данном диапазоне, в случае занятости юниты «спрыгивают» на чистую. если все диапазоны заняты, – блоки, действительно, не смогут связаться с друг-другом.

Расстояние между устройствами в закрытом помещении может составлять до 20 метров, в зависимости от возможных потерь сигнала при прохождении физических преград (стен/перегородок и их конструктивного материала). Опыт использования людьми говорит, что в зонах, где не пробивает Wi-Fi, и этот блок не работает и наоборот. Например, человек пишет, что, разместил передатчик через три стены и примерно в 7.5 метрах от приемника, и модули друг друга не увидели (Wi-Fi сигнала тут также нет). А вот расположив его в районе гостиной, 10 метров, две стены, есть Wi-Fi покрытие, удалось добиться отличной работы Cel-Fi.

Устройство покрытия ретранслирует и усиливает полученный 3G-сигнал оператора на площадь до 1235 м2.

Важно, что сигнал усиливается в обоих направлениях — на абонента и на базовую станцию.

В Cel-Fi установлен процессор IntelliBoost Baseband. Это специализированный процессор, разработанный компанией Nextivity для оптимизации приема-передачи 3G-сигнала внутри помещений. IntelliBoost обладает расширенными возможностями фильтрации, выравнивания сигнала и подавлением эха. Процессор достаточно быстрый, чтобы обеспечить высокую скорость передачи данных и широкое распространение 3G-сигнала в здании. Cel-Fi позволяет одновременно поддерживать до 30 голосовых и 6 дата сессий. IntelliBoost контролирует усиление в реальном времени, автоматически корректируя параметры без отрицательного влияния на макро-сеть. Cel-Fi RS2 поддерживает функцию Power control на линиях вверх и вниз, а также автоматическое отключение передатчика при отсутствии активности абонентского оборудования в зоне охвата абонентского терминала. Вот для наглядности замеры работы данной функции (источник: лаборатория Мегафон):

Абонент в зоне покрытия CU Абонент вышел из зоны покрытия CU

Встроенный софт Cel-Fi защищен кодом производителя и предварительно настраивается для работы с одной из авторизованных сетей операторов сотовой связи России: МТС, МегаФон, ВымпелКом, Ростелеком. Можно создать Firmware под любого оператора «на коленке», но защита не позволит залить прошивку в память устройства. Перепрошить устройство под другого оператора можно в авторизованном центре.
Есть возможность установить от 2 до 100 комплектов в одном секторе базовой станции.

Устройство Cel-Fi не требует активации и регистрации IMSI-списка абонентов, а также разрешений со стороны оператора мобильной связи. Cel-Fi RS2 имеет все необходимые разрешения для установки и использования внутри помещений.

Технические характеристики и особенности

Процессор: Nextivity’s IntelliBoost Baseband II с передачей немодулированных сигналов, высокотехнологичным алгоритмом подавления эхо-сигналов и частотно-селективной фильтрации.
Поддерживаемый стандарт сотовой связи: UMTS 2100 МГц
Рабочая полоса: 5 ГГц, в соответствии с ETSI EN301 893 V1.5.1
Коэффициент усиления: до 100 дБ (до 20 метров между устройством приема и устройством покрытия)
Максимальный EIRP: нисходящий канал связи – (14,7 дБм по линии вниз и до 25,7 дБм по линии вверх).
Чувствительность WU: 104-106 dBm. Если сигнал присутсвует в данном значении, то WU примет-обработает-усилит и передаст сигнал на CU. Для более слабого сигнала можно установить внешнюю антенну. Антенну нужно выбирать в зависимости от условий: панельную (всенаправленная), направленную (яги), параболическую.
Рабочая высота: от -60 до 3050 м. Не знаю, чем обусловлены такие ограничения, но глубина позволяет установить устройство также в метро либо в горных районах, не выше и не ниже, чем обычно живут люди. Возможность использования заявляется более 99,9%. Для экстремальных условий, полагаю, существуют другие, специализированные решения.
Размеры (ширина × глубина × высота):
Устройство приема (Window Unit) 144 × 146 × 212 мм
Устройство покрытия (Coverage Unit) 146 × 59 × 158,5 мм
Вред здоровью: соответствует Правилам обеспечения защиты здоровья людей и окружающей среды WEEE 2002/96/EC). Максимальная мощность изучаемого сигнала 295 мВт. Это меньше, чем пиковая мощность обычного мобильного телефона. Т.е. при гораздо более значительном удалении от человека опасного облучения нет вообще.
Потребляемая мощность: менее 12 Вт на устройство
Рабочая температура: 0-40 градусов, влажность 5-95% без образования конденсата. Это исключает установку Cel-Fi на улице или даже на балконе.

Остальные технические характеристики, интересные, в основном, профильным специалистам (соответствие стандартам, помехоустойчивость, сертификация и т.п.), можно найти в документации к устройству.

Особенности алгоритмов:

алгоритм автоматической регулировки усиления (АРУ) непрерывно отслеживает потери сигнала от базовой станции и передает мощность для обеспечения максимального усиления.
оптимизация коэффициента усиления по линии вверх с целью снижения уровня шумов на входе базовой станции
автоматическое отключение передатчика при отсутствии активности абонентского оборудования в зоне охвата абонентского терминала.
система выключается по команде сети оператора или при обнаружении неисправности (опция в большей степени приоритетна для операторов).

Возможности использования в:

квартирах;
офисах;
дачах ;
удаленных загородных коттеджных комплексах;
бизнес-центрах;
супермаркетах;
складских, подвальных и парковочных зонах;
промышленных объектах;
кафе и ресторанах;
других объектах с неустойчивым и слабым уровнем 3G (UMTS) сигнала.

Включение и настройка

Я планирую сделать отдельную статью с детальным тестированием работы устройства в разных условиях, поэтому опишу сейчас лишь краткий опыт применения.

Я поставил WU на подоконнике, где телефон показывает 2-3 палочки.

Согласно инструкции, CU и WU необходимо разнести таким образом, чтобы добиться максимального числового значения на экране CU.

Переносить передатчик по офису довольно неудобно из-за необходимости каждый раз искать розетку либо таскать за собой провод удлинителя. Я бы добавил небольшой резервный аккумулятор, как делают в некоторых электронных часах, чтобы можно было ненадолго отключить питание и перенести на другое место без отключения устройства. Но в целом, это не критично.

Мне удалось найти в офисе место, где CU показал 8. Находящиеся поблизости телефоны немедленно выдали все «палочки» 3G-сигнала. До включения в этом месте были плавающие 1-2 деления.

Замеры, сделанные на телефоне при помощи Speedtest (download/upload/ping time):

Cel-Fi выключен: 820/45/311
Cel-Fi включен, телефон рядом с CU: 2455/823/132
Cel-Fi включен, телефон примерно в 7 метрах от CU: 1617/729/61
Wi-Fi для сравнения: 19020/15934/8

Естественно, качество голосовой связи в данном случае также повышается, пропадает эхо, задержки, шумы, помехи.

В нашем офисе мне не удалось связать WU и CU даже на 2 соседних этажах. Видимо, проблема в материалах межэтажных перекрытий. Также было место, где сигнал 3G был слабый даже при работающем Cel-Fi. Но чтобы проверить, как и что влияет на уровень сигнала и сделать выводы, я собираюсь провести детальные тесты. Заодно проверю известное мне проблемное место, где телефон без репитера постоянно скачет между 2G и 3G, периодически пропуская входящие звонки.

У меня есть картинки с визуализацией замеров для 3-этажного дома.

Стандартное покрытие 3G

(Фото 14)

Покрытие 3G с Cel-Fi

Выводы

Рассматривать устройство Cel-Fi в плане «точно поможет/не поможет» не совсем корректно. Безусловно, надо пробовать.

Однако, даже то, что я увидел при беглом тестировании, впечатляет. Сигнал 3G достигает максимума, скорость передачи данных заметно возрастает.

Немаловажным плюсом может стать экономия заряда аккумулятора в телефоне: Cel-Fi управляет уровнем мощности между базовой станцией оператора и пользовательскими устройствами с целью продления срока работы батарей абонентских устройств.

Есть и значимые плюсы использования Cel-Fi для мобильных операторов: повышение емкости сетей, увеличение трафика, сокращение числа разрывов связи и, как следствие, повышение лояльности пользователей и снижение нагрузки на техподдержку.

Полезные ссылки

Для справки, компания Nextivity основана в 2006 году. Штаб-квартира находится в Сан-Диего (Калифорния). Nextivity Inc. является проектировщиком и разработчиком закрытых сотовых систем операторского класса, а также лежащего в их основе программного обеспечения. Опыт команды включает в себя участие в более двадцати start-up проектах и сотрудничество с такими крупными компаниями, как Qualcomm, Broadcom, HP, Motorola и Intel. Штаб-квартира в Сан-Диего поддерживает офисы продаж и технической поддержки во всем мире посредством партнеров. С июля 2009 года поставки Cel-Fi-систем операторам Европы, Северной Америки, Азии, Ближнего Востока и Африки составили десятки тысяч комплектов.

Хронология выпуска и продаж продуктов компании Nextivity модели Cel-Fi RS:
Cel-Fi RS 1 поддержка UMTS 2100 (снято с производства)