-- SaRAJEAN - 2019-07-12

In abgelegeneren Gebieten ist es manchmal möglich, einen guten Handyempfang zu erreichen, indem man hoch auf einem Dach steht, um eine Sichtlinie mit einer der lokalen Basisstationen zu erhalten, die bis zu 10 Meilen oder mehr entfernt sein kann. Eine Leiter auf ein Dach zu klettern, um einen Anruf zu tätigen oder dein Facebook-Profil zu überprüfen, ist nicht besonders bequem, besonders bei starkem Wind, Regen oder Schnee. Eine bessere Option ist die Verwendung einer Antenne, um das Signal zum Inneren des nahegelegenen Gebäudes zu leiten.

Theoretisch, wenn die Antenne selbst stark genug wäre und das Kabel aus wirklich dicken Kupferschienen gefertigt wäre, gäbe es keine zusätzliche Elektronik. In der realen Welt werden ein kleiner Verstärker und Filter benötigt, insbesondere bei dem schwachen Signal, das von der Basisstation empfangen wird.

4G-Signale sind stark richtungsabhängig und es kann schwierig sein, sie in Gebäuden einzusetzen, insbesondere wenn das Gesamtsignal schwächer ist. Dieses Gerät erfasst das "gute" externe Signal und verteilt es nach innen.

Das 4G-Signal der lokalen Basisstation wird mit einer externen logarithmischen Yagi-Antenne erfasst, die hoch oben an einem Pol montiert ist. Die Außenantenne ist direkt auf die Basisstation ausgerichtet und muss eine Sichtlinie haben, d.h. es gibt keine größeren Hindernisse wie große Gebäude, Hügel und Bäume im Weg. Sichtlinie' bedeutet nicht, dass wir die Basisstation tatsächlich sehen müssen, es ist eher ein theoretischer Begriff und bedeutet eigentlich nur' keine größeren Hindernisse'. 4G-Signale haben im Allgemeinen eine gute Durchdringungsfähigkeit, gehen aber nicht gerne um große Objekte herum.

Das Signal wird dann durch ein verlustarmes Koaxialkabel geleitet und in den Rx-Port (791 bis 821 MHz für mein Netzwerk) des Duplex-Bandpassfilters (BPF) auf der linken Seite des obigen Diagramms geleitet.

Nach den roten Pfeilen im Diagramm wird das Signal in einen rauscharmen Verstärker (LNA) geleitet, der mit dem Arduino auf drei Arten konfiguriert werden kann: Aus','Ein LNA' und'Beide LNAs'. Die Auswahl beider LNAs kann 37,5 dB Verstärkung bei einem Rauschmaß von nur 0,55 dB liefern.

Als nächstes befindet sich im Signalweg der Verstärker mit variabler Verstärkung (VGA), der vom Arduino über den SPI-Bus gesteuert wird. Diese Komponente enthält tatsächlich zwei kaskadierte Ampere, so dass insgesamt vier kaskadierte Ampere im gesamten Rx-Teil der Schaltung möglich sind. Das VGA ist in der Lage, dem Signal weitere 32 dB Verstärkung hinzuzufügen und kann bis zu 1/2 Watt Leistung bei einem Rauschmaß von 1,5 dB verarbeiten.

Da die Schaltung unerwünschte Störungen aufnehmen kann, wird das Signal nun in einen zweiten identischen BPF geleitet, der dann mit einer im Gebäude befindlichen Plattenantenne verbunden wird. Die BPF-Filter sind "duplexed", so dass dieselbe Antenne für Rx und Tx gleichzeitig verwendet werden kann.

Das starke Signal, das vom Mobiltelefon übertragen wird, beträgt typischerweise etwa 1/4 Watt, wenn es weit von der Basisstation entfernt ist, und schwächer, wenn es in der Nähe der Station liegt. Die Schaltung verfügt über einen VGA zur Übertragung des Mobilfunksignals zurück zur Basisstation, aber dieser wird derzeit nicht verwendet, da die Übertragung verrauschter oder sehr starker Signale an die Basisstation das Netzwerk beschädigen kann. Stattdessen wird der Duplexer verwendet, um die Stärke des Signals des Mobiltelefons über einen RSSI-Chip (Received Signal Strength Indicator) zu überwachen, mit dem überprüft werden kann, ob netzwerkkompatible Telefone vorhanden sind. Die Kompatibilität wird durch die tatsächlich ausgewählten BPFs bestimmt, da sie für jedes Netzwerk unterschiedliche Frequenzbänder aufweisen.
Topic revision: r1 - 2019-07-12, SaRAJEAN
 
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