MOTORBOAT
Прием отличный! - фото Прием отличный! - фото

Прием отличный!

# Электроника # Связь

С началом пандемии объемы потребляемого мобильного трафика заметно выросли не только на суше, но и в море. Стараясь получить максимальную скорость передачи данных, судовладельцы стали обновлять оборудование, выбирая то, которое обеспечит устойчивое соединение в различных условиях на максимальном удалении от берега. Речь идет в первую очередь о сотовой связи, так как до запуска глобальных спутниковых интернет-провайдеров дело пока не дошло, а пользоваться существующими низкоскоростными спутниковыми каналами вблизи цивилизации слишком дорого и нелогично. В большинстве стран с развитым судоходством прибрежные акватории хорошо покрыты сотовыми сетями четвертого поколения (4G/LTE), а кое-где им на смену уже приходят сети 5G, обеспечивающие еще более высокую пропускную способность.

Теория

Используемая на яхтах приемо-передающая аппаратура для работы в сотовых сетях принципиально не отличается от таковой на суше, но важные нюансы все же присутствуют. Если роутер — это мозг всей системы, то антенны — ее глаза и уши. Именно они являются критическим элементом, и без хороших антенн в море бесполезен даже самый передовой роутер.

Приемо-передающие антенны преобразуют распространяющиеся в пространстве электромагнитные волны в высокочастотные колебания и наоборот. При выборе антенны учитывают диапазон рабочих частот, направленность, задачи, которые ей предстоит решать, а также габариты и способ монтажа. На яхтах, как правило, используются всенаправленные антенны с минимальной парусностью, которые принимают сигнал независимо от положения судна по отношению к передатчику и способны выдерживать сильный ветер и шторм.

 

Мощные современные роутеры поддерживают по несколько SIM-карт, и одной антенны для них недостаточно. Чтобы не городить «антенное поле», придумали технологию MIMO (Multiple Input Multiple Output), позволяющую увеличить полосу пропускания канала за счет системы из нескольких антенн, размещенных под одним кожухом. Работающие на прием и передачу антенны разнесены в этой конструкции так, чтобы интерференция электромагнитных волн была минимальной. MIMO позволяет принимать множественные сигналы — прямые и отраженные, а значит, приемник необязательно должен находиться в зоне прямой видимости передатчика. Как следствие, повышается пропускная способность и снижается вероятность потери пакетов данных.

Объективно сравнивать антенны между собой можно, лишь зная их диаграммы направленности, которые наглядно демонстрируют зависимость коэффициента усиления (КУ) антенны от направления ее в заданной плоскости. Здесь важно правильно понимать термин «усиление», физической сутью которого, если говорить об антеннах, является коэффициент направленного действия. Дело в том, что антенна не усиливает приходящую или отходящую энергию, а концентрирует ее в некоторый «объемный» сектор пространства.

Гнаться за высоким КУ в случае морских антенн стоит далеко не всегда, поскольку на волнении, когда судно качает, их сравнительно узкая вертикальная апертура гораз­­до чаще «смотрит» в воду и в небо, чем в сторону базовых станций на берегу. Это приводит к постоянной флуктуации сигнала, что в случае 4G/5G весьма критично, так как на скорость передачи данных здесь влияет не столько качество сигнала, сколько соотношение сигнал/шум.

Часто можно слышать вопрос: на каком максимальном расстоянии от берега сохраняется связь 4G? Существуют формулы для приблизительной оценки, которые учитывают ряд факторов. В частности, на дальность приема влияет высота размещения базовой станции (на холме или на уровне моря), направленность ее антенн (в море или в сторону города на побережье), а также высота и КУ антенны на судне. Эмпирические данные говорят о том, что в хороших условиях связь устойчиво работает на расстоянии до 40 миль (75 км).

Другой распространенный вопрос: не лучше ли использовать Wi-Fi, когда яхта стоит в марине? Оказывается, нет, поскольку почти всегда скорость передачи данных через сотовую сеть будет выше (при условии агрегации SIM-карт), а связь дешевле и безопаснее.

Практика

До недавнего времени на яхтах в основном использовали одну или несколько всенаправленных антенн SISO (Single Input Single Output), которые приходилось разносить по горизонтали (желательно на 4 м и более) и вертикали, насколько допускала надстройка. Появление MIMO-антенн позволило улучшить качество приема, повысить скорость передачи данных и освободить место на мачтах.

 

Внешне они выглядят практически одинаково, поскольку спрятаны под кожухами из атмосферостойкого пластика ASA (аналог ABS) или устойчивого к УФ-излучению стеклопластика, которые защищают их от влаги и механических повреждений. Одним из лидирующих производителей 4G/5G-антенн для нишевых рынков является южноафриканская компания Poynting, хорошо известная в яхтенной индустрии благодаря многодиапазонным антеннам OMNI 400‑й серии с КУ до 9 дБи. В конце прошлого года Poynting представила новую линейку Narwhal, в которую вошли модели с разными комбинациями MIMO (2 × 2; 4 × 4) и диапазоном частот на все случаи жизни, включая 71‑й (5G/LTE, 617–698 МГц), который с 2017 года стремительно развивается в США и постепенно распространяется по всему миру.

Пожалуй, наиболее любопытная среди них — OMNI‑904, в которой совмещены две антенны с низким КУ (2 дБи) и две с высоким (8 дБи), что позволяет повысить качество приема там, где нужна широкая апертура. Речь идет не только о качке: многие марины окружены горами и высокими зданиями, на которых расположены базовые станции, и антенны с высоким КУ там малоэффективны. Это может быть весьма критичным, когда, например, на подходе к порту из-за плохого приема капитан не может быстро получить актуальные данные ECDIS.

Не менее остро вопрос с антеннами стоит на чартерных суперяхтах с высоким потреблением трафика, где гости активно загружают и транслируют потоковое видео. В этом случае одной антенны MIMO 4 × 4 может не хватить, а потому Poynting предложила кардинальное решение под названием Wavehunter. Под куполообразным кожухом этого антенного комплекса находится связка из шести направленных высокочувствительных антенн Poynting XPOL‑2–5G [6 × (MIMO 4 × 4) = MIMO 24], которые стоят «на вооружении» у скандинавских операторов Telenor и TDC. За счет того, что в каждом секторе Wavehunter четыре разные поляризации, этот антенный комплекс может без потерь принимать и передавать радио­волны в любом направлении, а значит, качество связи не ухудшится, даже если поместить его рядом с мачтой или другой помехой. К одному Wavehunter можно подключить до шести мультисимочных роутеров и в многопоточном режиме качать данные со всех доступных базовых станций в радиусе приема. Теоретическая максимальная дальность приема и в идеальных условиях достигает 100 км, максимальная скорость передачи данных — 6 Гбит/с, а предельный КУ — 11 дБи.

В хороших условиях связь устойчиво работает на расстоянии до 40 миль

Учитывая довольно высокую стоимость Wavehunter (порядка € 15 000), возникает вопрос: не проще ли поставить шесть обычных всенаправленных антенн MIMO 4 × 4? По словам представителя Poynting Хьюго Карвалью, стоимость такого решения будет не многим меньше, а вот производительность ниже по причине интерференции и снижения мощности сигнала в кабелях, которые соединяют антенны с роутерами. Чем они длиннее, тем больше потерь на пути к роутеру. В случае с Wavehunter эту проблему полностью устранили, поместив роутер(ы) рядом с антеннами внутри кожуха, из которого выходит лишь провод питания и сетевой кабель. Разумеется, в этом случае потребуется использовать выносной модуль для SIM-карт (SIM injector) или виртуальные eSIM, чтобы менять операторов связи, когда яхта пришла в другой регион.

Основание корпуса Wavehunter имеет стандартную посадочную площадку  - фото
Основание корпуса Wavehunter имеет стандартную посадочную площадку
Для улучшения отвода тепла от роутеров предусмотрены металлические пластины - фото
Для улучшения отвода тепла от роутеров предусмотрены металлические пластины
Под кожухом скрыты шесть антенн Poynting XPOL‑2–5G (диапазон рабочих частот 617 - 4200 мГц) - фото
Под кожухом скрыты шесть антенн Poynting XPOL‑2–5G (диапазон рабочих частот 617 - 4200 мГц)
Диаграмма направленности и поляризации Wavehunter - фото
Диаграмма направленности и поляризации Wavehunter
Диаграммы направленности Wavehunter (вид сверху и сбоку) - фото
Диаграммы направленности Wavehunter (вид сверху и сбоку)
Результаты тестовых замеров скорости передачи данных на разном расстоянии от берега - фото
Результаты тестовых замеров скорости передачи данных на разном расстоянии от берега

Подбирая новую аппаратуру сотовой связи для своей яхты, помните: в отличие от роутеров, которые быстро эволюционируют и легко заменяются, антенная система служит по меньшей мере 10–15 лет. А потому разумно выбирать антенны с запасом на будущее по диапазону частот, прочности и возможностям масштабирования. 

Похожие статьи