Разгоняем 4G: скоростные модемы, агрегация и балансировка / Сетевое оборудование / iXBT Live

Антенна, кабель, модем… Железо — наше всё

Нашли желанную БС — пора выбирать антенну? Неверно: антенну надо выбирать на этапе полевых изысканий. А ещё лучше — не только антенну, но и весь комплект: кабельную сборку, кронштейн/штангу/мачту, модем, роутер… Причины? Да полно! Например, уяснить, сколько дБи вы сможете прибавить к дефолтному сигналу, получится, лишь зная КУ антенны, длину антенного кабеля и его качество (иначе говоря — потери сигнала на метр кабеля).

Или, скажем, возьмёте антенну с одной рабочей частотой, а БС окажется в другой. И не всегда можно узнать её у оператора. Автору, например, в абонентской службе его оператора категорически отказались сообщить рабочие частоты (хотя вопрос был не о конкретных полосах, а о диапазоне вообще).

Закрытая информация, дескать. Впрочем, подозреваю, барышни в колл-центре этого просто не знали, а честно сказать постеснялись. Конечно, можно страховки ради взять широкополосный девайс, поддерживающий весь спектр частот от 1700 до 2600 МГц. Кстати, это наиболее разумный вариант для мест, где развёрнуты сети нескольких операторов, и есть шансы миграции от одного к другому.

Готовые комплекты для усиления 3G/4G-сигнала существуют для любых условий и любого бюджета

2.1. Форм-фактор антенны

На сегодня не имеет принципиального значения, потому что всерьёз не влияет на главное — качество сигнала. Одинаковое усиление можно получить и от «панельки», и от Yagi, и от «тарелки». Поэтому выбор здесь зависит от бюджета и доступности: если поблизости от вас есть фирма, продающая «тарелки», не обязательно стучаться в дальние края к тем, кто делает панельные антенны. Берите то, что под рукою.

Единственное, что хоть как-то влияет на выбор — диаграмма направленности. У антенн типа «волновой канал» она почти лучевая, поэтому их необходимо очень точно ориентировать на БС. Зато они и мощнее остальных. Панельные антенны в целом немного слабее (но отнюдь не фатально), зато из-за более широкого «луча» не столь требовательны к точности ориентирования.

Кроме того, у них, как правило, шире рабочий диапазон, что позволяет, например, переключаться между 3G и 4G по требованию. Конечно, обе БС должны стоять на одной вышке). В районе обитания автора 4G-коннект лучше работает при web-сёрфинге, а вот закачивать большие массивы данных быстрее получается на 3G. Вот и приходится тасовать.

Слева направо: панельная антенна, антенна типа «волновой канал» (Yagi), параболическая антенна с 3G/4G-облучателем

2.2. Расчёт антенны

По идее, эта табличка должна быть и здесь, и в начале текста. Потому что ею стоит пользоваться при определении самой перспективной БС (см. выше). Однако при выборе антенны она не менее важна.

RSRP — уровень (мощность) сигнала от базовой станции. Чем ближе значение этого параметра к нулю, тем сигнал сильнее.

RSRQ — характеристика качества принятых пилотных сигналов. Чем этот параметр меньше по абсолютной величине, тем лучше сигнал.

SINR — соотношение сигнал-шум. Если значение этого параметра 0 dB — уровень сигнала равен уровню шума, если положительное — сигнал выше шума; при отрицательном значении — сигнал ниже шума.

Наиболее важен первый столбец — значение RSRP. Допустим, мы получили для целевой БC средний показатель около -90 дБи. При определении направления на БС использовали антенну Yagi с коэффициентом усиления (КУ) 12 дБи. Кабель снижения длиной 5 м «съедает» на затухании ещё порядка 1,5 дБи, добавим примерно столько же потерь на коннекторах — итого 3 дБи. Соответственно, дефолтный уровень сигнала в данном месте:

-90 — 12 2х1,5 = -99 дБи.

В результате монтажа новой антенны нам требуется гарантированно попасть хотя бы во вторую строку таблицы, в интервал от -90 до -80. В идеале — больше -80, первая строка. Если мы оставляем тот же кабель, нужна антенна с КУ не менее 18, лучше — от 20 (не забываем про погоду и естественное «плавание» сигнала).

На выходе будет если не первая строка, то близко к ней: -99 20 — 2х1,5 = -82 дБи. Результат можно считать очень хорошим: при условии, что показатели RSRQ и SINR изменяются пропорционально RSRP (а обычно так и происходит), мы «вытаскиваем» из коннекта не менее 80% того, что он в принципе может дать. Предположим, что максимальная поддерживаемая скорость на данной БС 30 Мбит/с. Получаем 30 * 0,8 = 24 Мбит/с.

2.3. MIMO — не мимо, а в цель!

Выбор типа антенны когда-то был предметом суровых холиваров. На сегодняшний день вопрос можно считать закрытым: если дом расположен в зоне уверенного покрытия, и не обязательно настраиваться на конкретную БС, вполне достаточно простенькой широкополосной антенны, настроенной на базу с максимальным сигналом. В зоне же нестабильного приёма узконаправленная антенна MIMO — единственное адекватное решение.

Антенны MIMO принимают и передают информацию по двум каналам с разной поляризацией

Проверено на собственной шкуре: при одинаковом КУ панельная MIMO даёт минимум полуторную прибавку к скорости в сравнении с обычной «решёткой», да и собственно качество соединения заметно возрастает. Причём особенно это заметно на RSRP -90 дБи и ниже.

Единственное условие: для сборки MIMO требуется совместимый модем с двумя антенными разъёмами. Например, Huawei E3372/E3372h/827F/M150-2 или ZTE MF831. Собственно, при обращении в фирму вам такой и предложат в составе комплекта. Хинт: модем разумнее брать разлоченный.

2.4. Выбор роутера

Единственное требование к роутеру — совместимость с 3G/4G и достаточно обширный список поддерживаемых модемов. Большинство современных моделей что Zyxel, что D-Link, TP-LINK или ASUS поддерживает большинство же современных (равно как и снятых с производства) модемов. Поэтому здесь определяющий фактор — бюджет и личные склонности.

Хотя и тут возможны повороты сюжета. Так, у автора в купленной сборке оказался модем Huawei 3372, который сперва был залочен под оператора, а потом разлочен. В результате этих пертурбаций в нём заблокированы почти все АТ-команды. Вроде бы ерунда, Keenetic 4G III этот девайс видеть должен (в списке поддерживаемых на второй позиции), а вот не увидел! И переключить в режим modem only нечем, такая незадача. Воткнёшь в ноут — всё работает, в роутер — фигвам!

Повезло, что, шерстя интернеты, наткнулся на нестандартную прошивку для роутера. Решил, что терять уже нечего — и залил её в «кинетика». А оно возьми и сработай! Так до сих пор на ней и сижу, хотя и штатная прошивка, как выяснилось, уже исправлена. О других тонкостях настройки модемов и роутеров вы можете прочитать в статье «Интернет на даче: надёжный 3G/4G для всех устройств в сети».

Некоторые роутеры поддерживают резервирование канала. Для этого понадобятся дополнительный модем с «симкой» резервного оператора и, конечно, удвоенный комплект оборудования

2.5. Кабельные хитрости

Оставляем за кадром полностью ручную сборку — это удел избранных, и им обычно не нужно ничего объяснять. Вариант, который рассматриваем мы — покупка и монтаж готового комплекта. Но и здесь могут поджидать основательные рифы, способные разбить в щепки мечту о хорошем интернете. Один из главных — кабель.

Антенный коаксиал имеет серьёзный недостаток — затухание сигнала. Причём если для низких частот оно не фатально, то вот как раз для LTE может свести на нет все старания. Суммарные потери в конкретной сборке зависят от марки кабеля, его длины, частоты сигнала, количества соединений.

Место и способ монтажа

Учитывая всё предыдущее (и кое-что последующее), место, где вы будете монтировать антенну, должно отвечать следующим критериям:

• максимально возможная высота: чем выше вы поднимете девайс, тем лучше он будет ловить сигнал;
• минимально возможная длина кабеля снижения: чем он короче, тем меньше в нём потерь;
• прочность конструкции: панельная антенна или «тарелка» имеют нехилую парусность, и будет обидно, если аппарат сорвёт первым же штормовым порывом ветра.

Вроде бы довольно противоречиво, да? Не слишком — секрет в пропорциональном сочетании этих требований. Максимальная высота? Да, но ставить для этого отдельную мачту, мягко говоря, нецелесообразно, да и небезопасно (см. ниже). Минимальная длина кабеля?

Выше говорилось: завели в дом — и тут же прикрутили на стенку роутер, не надо тащить на первый этаж в кабинет. Прочность… Я перестраховался — как видно из фотографии, антенна смонтирована под коньком крыши на кронштейне (весьма прочный, центнер выдерживает), и её от ветра почти со всех сторон прикрывает дом.

Важно! Монтаж кронштейна или стойки на высоте шести метров — это по всем нормам техники безопасности настоящие высотные работы. Если у вас нет хорошей лестницы нужной длины и/или монтажного/альпинистского пояса, который можно закрепить на крыше или стене дома, и он вас выдержит — трижды подумайте, прежде чем рисковать.

Грозные дни

Ограничения, накладываемые свойствами кабеля, разумеется, следует учитывать. Однако не стоит забывать о другой проблеме. Выводя антенну даже на 3-4 метра выше крыши, вы создаёте… вспомнили? правильно — отличный молниеотвод. Запросто может случиться так, что ваш усилитель интернета окажется самой высокой точкой в окрестностях.

Кардинальный вариант — установка полноценной молниезащиты. Только стоит это дело, как крыло от «Боинга». И выполнять его должны профессионалы. Альтернатива  — примитивные, но действенные народные методы.

Первый и главный: не выносите антенну слишком высоко. Это для интернета чем выше, тем лучше, для молнии — строго наоборот. Уезжая из дому даже на один день, выдерните кабель/модем из роутера, а сам роутер выключите. Да и вообще дом лучше обесточить, если он не стоит на охране, конечно.

То же надо сделать, если вы сидите дома, а к нему приближается грозовой фронт. Особенно опасны локальные летние грозы — молнии во время них чаще лупят в землю, чем при «большой» грозе. Разряд при этом значительно слабее, но поверьте — его хватит с тысячекратным запасом, чтобы угробить всю бытовую технику в доме, а не только антенну, роутер и прочая.

Абсолютный номер канала

Если знать абсолютный номер канала или по-другому – ARFCN, то можно без труда определить диапазон частот, в котором работает используемый стандарт. Ниже приведённая таблица даёт возможность для такого поиска.

Таблица для определения частотного диапазона по значению ARFCN:

Обратите внимание на слово «band» в приведённой таблице. Оно обозначает спецификацию на частотные полосы. На территории России используются пять основных «бэндов»:

1. «Band 3» – наиболее распространённый «бэнд», полностью покрывающий Подмосковье.
2. «Band 7» – применяется, как правило, в крупных мегаполисах, для обеспечения обслуживания большого потока абонентов.
3. «Band 20» – применяется на территориях с открытым ландшафтом и малочисленным населением. Имеет большой радиус покрытия и способен хорошо проникать в здания.
4. «Band 31» – применяется сотовым оператором «Теле2». Этот диапазон характеризуется наибольшим радиусом охвата. Он отлично подходит для малонаселённых районов, однако способен работать только с модемами и роутерами, поскольку не поддерживает другие мобильные устройства.
5. «Band 38» – применяется исключительно в Москве и Московской области. С этим диапазоном работают такие операторы как – «Мегафон» и «МТС».

Частотных диапазонов конечно намного больше, мы привели наиболее распространённые на нашей территории.

Объединение подключений

Как я писал выше, в тесте использовались сразу два модема и две SIM-карты разных операторов. Для этого варианта можно использовать еще один давно реализованный в прошивках Keenetic способ – штатную функцию объединения подключений.

Настройка простая – закладке «Профили доступа в Интернет» страницы «Приоритеты подключений» создаем новую запись и включаем в нее наши подключения через модемы. Далее на вкладке «Привязка устройств к профилям» выбираем те зарегистрированные устройства локальной сети, которым требуется подобное ускорение.

К сожалению, это еще не все – нужно зайти в консоль роутера и ввести несколько команд для активации функции. Сначала смотрим соответствие внутренних номеров профилей и их пользовательских имен в общем списке:

show ip policy

Потом для соответствующего профиля (в примере – Policy5) включаем режим объединения:

ip policy Policy5<br />multipath<br />exit

Сохраняем конфигурацию и выходим:

system configuration save<br />exit

Подробно эта операция описана в статье базы знаний. В случае, если каналы (модемы, операторы) имеют разные фактические скорости, можно изменить соотношение приоритета каналов для внутреннего алгоритма (это также описано в материале по ссылке).

Результатом будет использование клиентом локальной сети для исходящих соединений одновременно нескольких провайдеров. При этом эффект увеличения общей скорости наблюдается только в случае нескольких множественных подключений. То есть на скорость загрузки файла с сервера FTP это не повлияет, а вот скачивание в сетях p2p будет проходить заметно быстрее.

Негативным моментом реализованной схемы могут быть сложности (в частности отказ в доступе) при работе специальных приложений, в которых, для повышения уровня безопасности, реализована дополнительная проверка IP-адресов клиента в течение сессии. Впрочем, за несколько лет использования этой схемы, я лично с таким не встречался.

На используемом в данной статье оборудовании при объединении каналов на задаче загрузки файлов получались результаты на уровне 200 Мбит/с. При этом в Web-интерфейсе роутера можно было заметить, что использовались именно два канала. Жаль, что на странице «Системный монитор» нельзя одновременно вывести два графика трафика соединений.

Подключение

Учитывая, что первоначально данные модемы были созданы для ноутбуков, их использование с компьютерами обычно не вызывает проблем при наличии свежих версий ОС и драйверов. Но наша цель — совместная работа с беспроводным роутером для раздачи доступа к Интернет для нескольких клиентов.

Прежде чем поговорить о самих роутерах и их прошивках, вспомним, какие используются сегодня варианты протоколов, также называемых в данном случае «режимами», для общения с модемами. Кроме непосредственно подключения к сети Интернет, они отвечают за управление настройками модема, а также мониторинг его состояния.

Учитывая, что речь обычно идёт о решениях на чипах Qualcomm, не удивительно, что наиболее распространенным стоит признать QMI — Qualcomm MSM Interface. Похож на него и относительно недавно появившийся MIBM (Mobile Broadband Interface Model), уже не привязанный к одному производителю. С технической стороны они обычно выглядят как несколько подустройств на шине USB.

Для обсуждаемой темы высоких скоростей остальные протоколы менее актуальны, так что просто упомянем их — NCM, ECM и RNDIS представляют собой реализации «Ethernet через USB» разных поколений.

В большинстве случаев, модемы поддерживают работу по нескольким протоколам, переключение между которыми осуществляется специальными программами или командами. Дополнительно они же могут использоваться и для включения-выключения отдельных портов (например, диагностического порта) или выбора параметров интерфейсов (например, ограничение USB версией 2.0).

Так что выбор роутера/прошивки для нашей задачи очень широкий и зависит как от бюджета, так и уровня технической подготовки пользователя. На одном краю находится известная прошивка OpenWrt, которая доступна для многих аппаратных платформ.

Немного менее «затратный» по времени настройки — основанный на том же OpenWrt проект ROOter. Далее можно вспомнить про известный бренд MikroTik, который во многих своих продуктах поддерживает работу с сотовыми модемами по современным интерфейсам.

Мы же в этот раз используем решение хорошо знакомого бренда — Keenetic. Пусть это будет Keenetic Viva KN-1910 — двухдиапазонный гигабитный роутер с парой портов USB 2.0. До анонса новых моделей верхнего сегмента, это было третье по старшинству устройство — с мощным (для решений этого бренда) процессором, но в отличие от Giga без SFP, только с USB 2.

Преимущества и недостатки второй сим-карты

Несмотря на то, что уже более десяти лет доступно пользоваться телефонами с поддержкой нескольких симок, многие продолжают для второго номера использовать дополнительный телефон. Такой выбор некоторых пользователей связан с тем, что одновременное использование двух симок увеличивает расход зарядки гаджета, что актуально для многих современных смартфонов.

Часто можно встретить отзывы пользователей, пишущих, что одновременная установка двух номеров не дает возможности в полной мере получить все преимущества такого функционала. 

Однако, на самом деле, если со временем автономной работы сложно поспорить, то вот удобство использования зависит от правильной настройки работы двухсимочного устройства.

Основными преимуществами пользования двумя номерами являются:

• Разграничение личного и рабочего общения;
• Экономия на звонках и интернете;
• Выгодные тарифы в роуминге.

Дополнительно стоит выделить возможность использования eSIM, если смартфон поддерживает данную функцию. Одновременно в память виртуальной сим доступно добавить до пяти разных телефонных номеров, и переключаться между ним при необходимости. Не стоит забывать про возможность одновременного использования пластиковых симок вместе с виртуальными.

Поэтому, если телефон поддерживает работу с несколькими симками, то достаточно правильно настроить, чтобы оценить все преимущества данного функционала.

Сравнение вариантов усиления 4g сигнала в загородном доме

Теперь, при помощи таблицы, проведём небольшой сравнительный анализ различных вариантов усиления 4G сигнала, на даче или в загородном доме.

Таблица вариантов усиления 4G сигнала в загородном доме:

* Этот режим поддерживается при подключённой Wi-Fi-точки доступа. Рекомендуется сразу выполнить инсталляцию W-Fi-роуминга бесшовного типа.

Из приведённой таблицы видно, что оптимальным вариантом, помогающим существенно увеличить скорость соединения с интернетом, станет внешняя антенна с интеграцией LTE-роутера. Более доступным шагом станет коммутация роутера с антенной при помощи коаксиального кабеля.

Установка принимающей антенны должна быть выполнена на максимально доступной высоте. Кабель приобретается самого большого сечения с сопротивлением, не превышающим 50 Ом. Телевизионный кабель для этих целей не подходит!

Чем полезно

VoLTE оценили по достоинству крупные производители смартфонов, а  особенно операторы сотовой связи, в том числе и российские. Использование этой технологии позволяет существенно снизить нагрузку на сеть. Но что дает эта настройка среднестатистическому абоненту?

• При обычном телефонном звонке нет возможности использовать интернет 4G, так как аппарат переключается на сеть GSM или 3G при совершении вызова. Иногда мобильный интернет при этом вообще отключается. VoLTE дает возможность одновременно говорить по телефону и пользоваться интернетом на высоких скоростях.
• Переключение  обычных телефонов с мобильного интернета на сеть GSM занимает около двух секунд — именно столько приходится ждать перед звонком, прежде чем произойдет соединение. VoLTE исключает эту задержку.
• Абоненты, использующие VoLTE, отмечают лучшую слышимость, чем во время звонка через GSM/3G, даже если аппарат собеседника не поддерживает эту технологию. Исключены задержки и прерывания связи во время разговора, как это бывает при голосовых звонках через WhatsApp и другие мобильные приложения.
• При звонке через VoLTE не расходуются гигабайты из пакета интернета — только минуты. Несмотря на то, что вызов идет по 4G, операторы засчитывают его как обычный телефонный разговор, а не звонок через интернет. Особенно это ценно в поездках за границу — качественная голосовая связь, которая не расходует гигабайты.
• Экономия заряда аккумулятора. Звонок по VoLTE расходует немного меньше энергии, чем через GSM, за счет режима DRX. DRX означает, что телефон при голосовом вызове будет принимать сигнал с промежутками. Перерывы не влияют на качество связи, но экономят заряд, так как антенна в этот момент отключается.