Sieć 5G - jak dobrać antenę?

Usługi bezprzewodowego dostępu do Internetu świadczone przez operatorów sieci komórkowych stanowią coraz bardziej popularną i coraz częściej wybieraną przez abonentów metodę dostępową.

Sieć 5G to piąta generacja standardów telekomunikacyjnej technologii bezprzewodowej, która oferuje znacznie większą prędkość transferu danych w stosunku do wcześniejszych generacji 3G oraz 4G. 5G ma potencjał zmiany sposobu w jaki ludzie, pojazdy i urządzenia będą się ze sobą komunikowały. Oprócz szybkiego transferu danych, sieć 5G zapewnia niższe opóźnienia oraz większą pojemność komórek sieci (obsługiwanych przez 1 nadajnik), co pozwala obsługiwać znacznie większą liczbę urządzeń jednocześnie. Dzięki temu 5G jest kluczowym elementem dla rozwoju technologii, takich jak samochody autonomiczne, Internet rzeczy (IoT), gry w chmurze czy rozszerzona rzeczywistość (AR).

Maksymalne prędkości osiągane przez sieć 5G mogą się różnić w zależności od wielu czynników: mechanizmów transmisji wykorzystywanych przez konkretnego operatora sieci, wykorzystanego pasma częstotliwości, dostępności infrastruktury oraz warunków środowiskowych. Ogólnie rzecz biorąc sieć 5G ma potencjał oferowania prędkości transferu danych nawet do kilku gigabitów na sekundę. W praktyce jednak, typowe prędkości 5G mogą być znacznie niższe. Nie zmienia to faktu, że sieć 5G zapewnia znacznie wyższe prędkości niż te oferowane przez wcześniejsze generacje sieci bezprzewodowych. W zależności od konkretnych warunków prędkości te mogą wynosić od kilkudziesięciu do kilkuset megabitów na sekundę (Mb/s).

W Europie pasma częstotliwościowe wykorzystywane do komunikacji bezprzewodowej, w tym do technologii mobilnych, są regulowane przez Europejską Konferencję Administracji Pocztowej i Telekomunikacyjnej (CEPT) oraz Europejską Agencję ds. Komunikacji Elektronicznych (BEREC). Najczęściej używane pasma częstotliwościowe obejmują:

Warto zaznaczyć, że konkretna alokacja pasm częstotliwościowych może się różnić między krajami, ponieważ decyzje w tej kwestii często zależą od lokalnych regulacji.

W Polsce przewidziane są następujące pasma dla 5G:

Parametry odbieranego sygnału 5G mogą być różne w zależności od konkretnych warunków środowiskowych, odległości od nadajnika, używanych częstotliwości oraz konfiguracji sieci. Oto kilka kluczowych parametrów, które należy odczytać z modemu lub routera 5G:

Antena zewnętrzna do modemu może poprawić parametry radiowe połączenia zarówno poprzez zwiększenie czułości (odbieranie sygnału) jak i sprawności (nadawanie sygnału). Anteny zewnętrzne często mają lepsze charakterystyki, co pozwala im efektywniej "zbierać" i emitować sygnał radiowy w porównaniu do anten wbudowanych w modemach.

Zmiana anteny może skutkować lepszym odbiorem sygnału nawet w miejscach, gdzie sygnał jest słaby, co przekłada się na mniejszą ilość błędów i wyższą przepustowość łącza. Dodatkowo, anteny zewnętrzne kompensują tłumienie sygnału spowodowane przeszkodami (ściany, okna), co przekłada się na jakość oraz stabilność połączenia.

1. Zbadanie środowiska: należy przeprowadzić ocenę warunków otoczenia, identyfikując ewentualne przeszkody i inne czynniki wpływające na odbiór sygnału (źródła potencjalnych zakłóceń itp.). Należy sprawdzić czy istnieje możliwość zainstalowania anteny na budynku tak, aby była skierowana w stronę BTS-a i nie była niczym zasłonięta.

2. Sprawdzenie dostępności sygnału: przed zakupem anteny należy ocenić siłę sygnału w danym obszarze, korzystając z dostępnego sprzętu pomiarowego. Należy wykonać pomiary sygnału sieci np. za pomocą telefonu, routera, bądź modemu 5G i porównać z wartościami:

• RSSI: -100 dBm
• RSRP: -110 dBm
• SINR: 10 dB

Jeśli zmierzone wartości są niższe, konieczne jest zastosowanie anteny zewnętrznej.

3. Wybór rodzaju anteny: na podstawie analizy środowiska wybierz odpowiedni rodzaj anteny, biorąc pod uwagę jej zastosowanie i kierunkowość. Jeśli antena przeznaczona jest do domu, należy wybrać antenę kierunkową. Jeśli natomiast antena stosowana ma być z modemem wykorzystywanym w podróży (samochód ciężarowy, kamper itp.) należy zastosować antenę dookolną.

Wybór pasma częstotliwościowego: upewnij się, że antena obsługuje pasmo częstotliwościowe używane przez Twojego dostawcę usług. W przypadku anten 5G należy stosować anteny szerokopasmowe od 700 - 3800 MHz. Wyjątkiem jest sytuacja, gdy stacja bazowa oddalona jest powyżej 10 km, wówczas należy dobrać antenę na konkretne pasmo. Mają one nieco większy zysk niż szerokopasmowe anteny uniwersalne.

4. Sprawdzenie kompatybilności: większość routerów (modemów) stacjonarnych posiada złącze SMA i antena może być podłączana bezpośrednio do urządzenia. W przypadku routerów mobilnych może być wymagana przejściówka na złącze TS5 lub TS9.

5. Zakup i instalacja: po dokonaniu wyboru anteny należy zamontować ją zgodnie z instrukcjami producenta. Antenę należy zamontować w polaryzacji pionowej oraz poziomej w przypadku anten MIMO. Dopuszczalne jest również zastosowanie polaryzacji X-cross.

6. Testowanie: po instalacji przetestuj wydajność anteny, dokonując pomiarów siły sygnału przed i po jej zamontowaniu. Testy takie najlepiej wykonywać w godzinach nocnych tak, aby uniknąć zbyt dużego przeciążenia BTS-u związanego z obsługą dużej liczby klientów.

7. Optymalizacja: w razie potrzeby dokonaj korekty pozycji anteny, aby uzyskać jak najlepsze rezultaty.

Decyzja o zastosowaniu anteny zewnętrznej w sieciach bezprzewodowych, w tym w sieciach 5G, zależy od wielu czynników. Można jednak przyjąć, że przy parametrach gorszych niż przedstawione niżej należy zastosować antenę zewnętrzną:

Antena logarytmiczna posiada duży zysk. Jest to jednak związane z jej dużym rozmiarem, co może być problem podczas instalacji anteny na maszcie (należy pamiętać o zachowaniu odległości minimum 37 cm między antenami).

Antena panelowa cechuje się mniejszymi gabarytami, ale i nieco mniejszym zyskiem.

Długość przewodu antenowego wpływa na tłumienie sygnału. Tłumienie to nie jest jednak aż tak istotne i nie należy za wszelką cenę walczyć o oszczędność na każdym metrze kabla. W większości sytuacji pozostanie bez znaczenia, czy kabel przyłączeniowy będzie miał 5 czy 15 metrów. Oczywiście długość tę należy dobrać możliwie optymalnie.

Najczęściej modem z wbudowanymi antenami umieszczany jest w domu, gdzie ściany, okna czy dach skutecznie tłumią sygnał. Zastosowanie anteny zewnętrznej powoduje "ominięcie" wyżej wymienionych przeszkód, przez co sygnał docierający do modemu jest znacznie silniejszy. Tłumienie wnoszone przez kabel jest relatywnie niższe, niż to wnoszone przez ściany, okna czy dach.

W modemach 5G często stosowane są różnego rodzaju złącza antenowe, umożliwiające podłączenie zewnętrznej anteny do urządzenia. Oto kilka powszechnych rodzajów złącz antenowych stosowanych w modemach 5G:

Należy upewnić się, jaki typ złącza posiada urządzenie, do którego podłączona ma być antena zewnętrzna.

Lista modemów ze złączem SMA:

Lista modemów ze złączem TS9. W przypadku anten ze złączem SMA należy zastosować przejściówkę E83206.