Které faktory mají negativní vliv na kvalitu příjmu a jak ji lze zlepšit?

LTE router před rádiovým stožárem. Pokud padne volba na přístup k internetu prostřednictvím rádiového média, například 4G LTE nebo 5G, je třeba se přesně seznámit s místními podmínkami. Nejslabším článkem celého řetězce spojení je a zůstává tzv. vzdušné rozhraní, tj. rádiové spojení mezi vlastním terminálem a základnovou stanicí.

Kvalita tohoto připojení je nesmírně důležitá pro výkonnost přístupu k internetu, ale nemusí být nutně zásadně zodpovědná za všechny problémy. Závažným druhotným problémem je skutečnost, že všichni uživatelé v buňce musí sdílet kapacitu tohoto vzdušného rozhraní, což může velmi rychle vést k přetížení. To se také označuje jako "sdílené médium". Zejména v době "špičky" kolem 20:00 hodin lze pozorovat silné výpadky i za ideálních příjmových podmínek. To je jeden z důvodů, proč je praxe škrcení bohužel obecně nezbytná. Dobré rádiové spojení je však nejdůležitějším základem pro stabilní spojení bez rušení.

Ti, kteří si nyní plánují objednat vlastní připojení LTE (viz Domácí tarify s LTE), by měli od počátku posoudit a zohlednit co nejvíce důležitých parametrů. Za tímto účelem je třeba vědět, které faktory negativně ovlivňují rádiové spojení a která protiopatření by mohla být účinná. V následujícím textu vám podrobně ukážeme, o co se jedná. Jdeme na to!

Od roku 2020 jsou k dispozici také tarify pro domácnosti prostřednictvím 5G (viz zde). V zásadě pro ně samozřejmě platí totéž, co je zde popsáno pro 4G. Liší se pouze frekvence.

1. Negativní faktory ovlivňující kvalitu příjmu

Největším problémem rádiového spojení je prostě vzdálenost. Již několik metrů po vyzařování z antény se intenzita pole vyzařované vlny prudce sníží, jak ukazuje následující obrázek.



Již po jednom metru klesne síla signálu o 30 dB. To odpovídá snížení na jednu tisícinu! S rostoucí vzdáleností však rádiová vlna slábne stále méně; křivka má logaritmickou funkci. Nicméně příjmový výkon, který musí být nakonec absorbován a využit příslušným přijímačem, je velmi nízký. Zcela běžná hodnota příjmu -100 dBm odpovídá výkonu 0,0000000000001 W = 1-13 W = 1 pW (pikowatt). Nyní by mělo být každému jasné, proč je třeba tomuto citlivému spojení věnovat pozornost. K dalšímu útlumu tohoto příjmu dochází, pokud je přerušena viditelnost nebo je přijímací zařízení umístěno v budově (s izolací a tepelně izolačním zasklením). V tomto případě musí rádiové vlny překonat další překážku.

1.1 Problém při provozu terminálu uvnitř (izolované) budovy

Kromě útlumu příjmu signálu 5G nebo LTE při vstupu do budovy jsou rádiové vlny také dále pohlcovány a odráženy pokaždé, když narazí na další překážku v místnosti. Tyto odrazy pak tvoří tzv. interferenční obrazec, stejný signál se pak v místnosti vyskytuje několikrát s různou dobou šíření. To může vést k překrývání rádiových vln, které se mohou střídavě sčítat nebo rušit. Problém se sčítáním vln spočívá v tom, že se jedná o signály s různou dobou šíření, které se překrývají. V případě zrušení jsou pak uprostřed místnosti náhle rádiové mezery.

Problém s různými dobami šíření může také vést k delším časům pingu, protože terminál musí vždy nejprve zkontrolovat, který signál je "nejlepší" a nejaktuálnější.

Kromě toho existuje možnost, že se úroveň příjmu neustále mění v důsledku rušení vln. To přirozeně vede ke kolísání rychlosti přenosu dat, když je úroveň příjmu příliš nízká. Tyto výkyvy mohou být obzvláště silné, pokud se mění interferenční vzor, který se v místnosti vytváří. Například úpravou předmětů nebo osob v místnosti (pohyb). Toto "narušení" pak způsobí trvalou změnu v polích. Takovým rušivým elementem může být například otevření dveří nebo přechod přes místnost.

Stejně jako u přijímacího signálu (downlink) platí tyto věci i pro vlastní vysílací signál (uplink). Než se začne šířit směrem k základnové stanici, je xkrát zeslabeno nebo odraženo zdivem. Přitom vznikají přesně stejné interference, rušení a časové posuny šíření. Tato rušení mají zároveň vliv na kvalitu spojení. Vzhledem k tomu, že vlastní vysílací signál je nejslabším článkem celého signálového řetězce (bez MIMO, s nízkým vysílacím výkonem a menšími anténami), mohou být účinky při odesílání ještě výraznější.

1.2 Více základnových stanic v okolí

V zásadě je žádoucí, aby poskytovatel sítě zajistil velmi hustou síť základnových stanic. To znamená dobré pokrytí a kapacitu pro mnoho uživatelů - zatížení buňky se tak snižuje. Více vysílacích stanovišť tedy znamená vyšší stabilitu a rychlost přenosu dat. Ale to jen polovina pravdy. Bohužel to má i negativní důsledky, které se projeví zejména u uživatelů, kteří chtějí používat velmi rychlé datové připojení (s vysokou přenosovou rychlostí).

Kde je tedy problém? Většina základnových stanic poskytovatele používá stejné frekvence. Pokud jsou dvě základnové stanice umístěny v přibližně stejné vzdálenosti od sebe, může být výkon vlastního připojení poněkud zhoršen. Váš vlastní terminál je vždy připojen pouze k jedné základnové stanici. Všechny signály z této stanice lze "přijmout" a všechna "vlastní data" lze normálně odeslat. Rádiové signály z jiné stanice jsou však "cizí" a terminál je nemůže zpracovat. Tyto signály tedy působí jako rušivé signály, které spadají do frekvenčního kanálu vlastního připojení.

1.3 Další vlivy

Bohužel i pověstné počasí může zhatit vaše připojení. Nepříznivé povětrnostní podmínky (mlha), husté sněžení nebo déšť mohou výrazně ztížit šíření rádiových vln. Totéž platí pro překážky mezi zamýšlenou přímou viditelností z vysílače na přijímač (tj. na vás). Ideální je rovná viditelnost, což je výhoda na moři, pokud nekotvím u ostrova, který omezuje přímou vyditelnost na převaděč.

Jen pro zajímavost. Obvyklými překážkami jsou lesy, kopce nebo vysoké budovy, například kostely. Lesy jsou problémem zejména tehdy, když na jaře začíná růst listí. Pak se totiž může stát, že připojení, které je jinak v zimě perfektní, má najednou jen zlomek výkonu. V tomto článku však ukážeme, že nedostatek přímé viditelnosti nemusí být nutně problém.

2 Pozitivně ovlivněte a optimalizujte příjem - takhle!

2.1 Ideální poloha antény

Nezáleží na tom, zda používáte externí venkovní anténu nebo interní antény zařízení. S "dobrým" umístěním antény lze dosáhnout hodně.

Co ale znamená dobrý? Antény (nebo koncové zařízení při použití antén zařízení) by měly být umístěny co nejvýše. Zejména v případě, že není přímá viditelnost, je každý přírůstek výšky žádoucí. Jedině tak se lze dostat z difúzního rozptylového pole vlnového difrakčního rozsahu do blízkosti přímého signálu. Externí antény by měly být vždy umístěny venku a co nejvýše.

Výhody použití externí antény LTE

Největší výhodou venkovní antény je možnost libovolného výběru nejlepšího možného umístění. Zatímco jednoduchý terminál s interními anténami je spíše vázán na místo, například z hlediska napájení / dosahu WLAN, externí anténu LTE lze namontovat i na nejvyšší bod. V tomto případě lepší umístění (venku a v dobré výšce) a pravděpodobný zisk antény obvykle více než kompenzují ztráty anténního kabelu. I s 10 až 15 metry anténního kabelu je zlepšení příjmu o 15 ... 20 dB zcela reálné. To lze samozřejmě dále optimalizovat použitím vysoce kvalitních kabelů. Bohužel jsou také poměrně drahé.

Více k tématu zisku antény

Téměř všechny problémy s příjmem uvedené na začátku lze v zásadě odstranit pomocí externí antény. Montáží antény venku a ve vhodné výšce lze zcela eliminovat problémy, které se vyskytují uvnitř budovy v podobě rušení. Navíc anténa v této poloze a bez přímé viditelnosti funguje mnohem lépe, protože s každým metrem výškového zisku se zvyšuje i podíl přímého signálu.

Závěr

-    Při použití vnitřních přijímačů se ujistěte, že jsou vystavené a v blízkosti okna, pokud je to možné,
-    
-    nainstalujte vhodnou externí anténu LTE co nejvýše, ale ujistěte se, že kabely jsou krátké. Takže hledání kompromisu.
-    
-    optimálně nastavit anténu -> takto to funguje
-    
-