1

Tråd: Vad är bäst för 4G antenner? Horisontellt/vertikalt eller 45/45?

Antennenwerk antennerna består av en vertikalt och horisontellt polariserad patch panel i ett hölje.

Teoretiskt sett bör det vara bäst för mottagning med +/-45 graders polarisering eftersom det är så antennerna i masterna är orienterade. När polariseringen stämmer mellan sändare och mottagare får man max separation (cross over isolation) mellan antennparen och om signal brusförhållandet för respektive antennpar mast/router är bra kan man få mimomottagning med dubbla strömmar och högre fart.

För signalen upp är det annorlunda. Modem och routrar i cat 3 och cat 4, vilket är vad vi har nu och ett tag framöver, sänder bara på en av antennerna i höljet. Det innebär att om signalstyrkan varierar pga fading blir det bra signalstyrka när polarisationsplanet stämmer för den sändande antennen men dåligt när det är den andra basstationsantennen som borde ta emot pga högre fältstyrka vid denna. För mottagning av signalen upp från användaren används enbart diversitet. Därför borde det optimala här vara att routerns antenn står antingen vertikalt eller horisontellt. Förlusten vid 45 graders fel i förhållande till mastens 45/45 antenner blir måttliga 3 dB.

I huset i Belgien får jag bra signal från en LTE 1800 mast 5,6 km bort. Terrängen är öppen flera km framför. Den använda antennen är en billig dubbelpanel från Antennenwerke med en angiven ehuru föga trovärdig förstärkning på 17 dBi. Klart är i alla fall att den är mycket riktningskänslig. Det är patch paneler vilket sägs bruka innebära att de är inte lika skarpt polarisationsseparerade som en del andra typer, fr a yagi. Jag testade från fönstret en trappa upp.

För att kunna se signalnivåerna mellan respektive sändarantenn som kallas Tx0 och Tx1 till mottagarantennerna kallade Rx0 och Rx1 följer man de fyra signalparen Tx0Rx0, Tx0Rx1, Tx1Rx0 och Tx1Rx1. De anges med olika färger i routern AVM6842's realtidsmonitor. Det finns också en signalöversikt i siffror. De intressanta parametrarna är signalstyrkan RSRP och signal/interferens+brus nivån SINR (signal interference noise ratio).

Routern visar också signalstyrkan från eventuella andra celler från samma operatör som bidrar till interferens. Det finns en till mast från samma operatör på andra sidan huset som ger en mycket bra signal inom samma frekvensblock men tegelhuset gör att den signalen inte ens uppfattas genom antennen som jag testade med vilket visas i nätöversikt.  Ytterligare en till cell från samma operatör, ungefär 20 grader utanför fasadens plan,  kunde fångas upp med antennen utanför fönstret. Men med antennstativet på fönsterbrädan skärmade fönstersmygen av den så att den var mycket svagare. Dessutom låg den väl vid sidan om antennens riktningsmax. 

Jag tar bildtexterna på engelska för att kunna länka tlll dem i utländska forum.

An Antennenwerk LTE 1800 mimo antenna was tested in upright and tilted position 5,6 km from a Proximus.be cell tower,

http://i.imgur.com/dA4l1Bn.png

With the antenna mounted straight, signal separation is insignificant. But as the antenna is tilted like in the preceding photo, signal pair levels immediately diverge.

http://i.imgur.com/K2wMjOQ.png

Separation is increased by adjusting the tilt and orientation. As seen, Rx0Tx0 and Rx1Tx1 show high levels whereas Rx1Tx0 is really low and Rx0Tx1 is also low.

http://i.imgur.com/yuOI7is.png

The LTE signal page in the AVM6842 router shows well separated signals with high SINR for coinciding polarization and low levels for cross polarized signals

http://i.imgur.com/tyScHl9.png

The recent firmware of the AVM LTE router also shows the actual instantaneous datarate over the radio link (Max Datenrate...). Here it is shown as 37795 DL and 19336 UL. I used streaming Swedish TV to keep the link live and busy. That signal stream came in short bursts. The max data rate levels where about 52 mbps DL and 22 mbps UL. Speedtest.net levels where about 5 percent lower but those results are affected by server load and the PC handling the signal. The PC was connected to the router with lan cable.

So what is the effect of optimizing the tilt? Surprisingly, it had very little effect on DL speed. The link was all the time reported as Open loop MIMO. Tilting did not produce Closed loop Mimo as I had hoped. Under cat 3, the max DL speed of this LTE 1800 10 MHz bandwidth signal is about 61 mbps. At SINR 23 dB, datarate is affected by diminishing return over SINR 20. DL speedtest.net rates were about 48 mbps both straight and tilted.

However, tilting the panel antenna to 45 degrees actually decreased the UL rate from 18 to 10 mbps which was verified repeatedly. Tilting the antenna has an impact on the reception at the cell tower of rapidly fading signals. Due to the high cross over isolation, the non co-polarized tower antenna will see a very weak signal. Only one of the panels inside the antenna package will be used for transmission from the router. Regardless of whether the sending antenna is placed horisontally or vertically, the maximum loss in signal strengt at the tower is 3 dB. Hence, both tower antennas can contribute with diversity  reception * if the router antennas are not aligned with the tower antennas as regards polarization. If SINR and Dl speed is low, it might be an advantage to align the router antennas with the polarization plane of the tower antennas. Furthermore, there isn't any change in upload modulation efficiency as SINR in the direction router to tower varies. So all the effect is on other aspects of coding the uplink signal.

Just as a side note, a Galaxy S4 won't even get a 4G signal at the same window and a Nokia 920 struggles.

LTE testare på 4G 2600, 1800, 900, 800 med Fritzbox AVM6840, AVM6842, AVM 6820,  E3276 plus Dovado Tiny, netgear AC785 s, ZTE MF93D, B593, diverse antenner. 3G med Vololink VA 125, Galaxy S4, Nokia lumia 920, Iphone 6 +,Ipad 3. AVM7930 för ADSL

2

Sv: Vad är bäst för 4G antenner? Horisontellt/vertikalt eller 45/45?

AVM6842 Real time Monitor 45/45 to 0/90 polarization

http://i.imgur.com/LDuDX8I.png

Panel Antenna 0/90

http://i.imgur.com/VSzce73.png

Panel Antenna 45/45

http://i.imgur.com/YrZkjmF.png

LTE testare på 4G 2600, 1800, 900, 800 med Fritzbox AVM6840, AVM6842, AVM 6820,  E3276 plus Dovado Tiny, netgear AC785 s, ZTE MF93D, B593, diverse antenner. 3G med Vololink VA 125, Galaxy S4, Nokia lumia 920, Iphone 6 +,Ipad 3. AVM7930 för ADSL

3

Sv: Vad är bäst för 4G antenner? Horisontellt/vertikalt eller 45/45?

Som påpekat tidigare så sjönk UL farten om vid optimerad polarisationsisntällning, dvs +-45 grader vilket kan antas bero på att routerns enda sändarantenn då står rätt vinklad i förhållande till den ena basstationsantennen men helt fel i förhållande till den andra. Det gör att diversitymottagning inte kan fungera på basstationssidan,

Därför kan det vara värt att testa följande om man har två antenner som inte är mekaniskt sammanbyggda. Routerns sändarantenn ställs helt vertikalt eller horisontellt. Egentligen är nog horisontellt bättre ur interferenssynpunkt. Den andra antennen, RX1, som enbart används för mottagning i LTE cat3 och cat4 utrustning, ställs 45 grader vinklad åt endera hållet. Den antenn som är horisontell eler vertikal kommer att vidkännas en signalförlust på 3 dB men det är inte säkert att all MIMO-förmåga försvinner. Man bör åtminstone kunna optimera UL fart på detta vis om än med en viss förlust i DL fart.

Ökad åtskillnad mellan radiokanalerna i MImo, t ex genom optimal polariseringsjämkning mellan sändar och mottagarantenner, kan bidra till snabbare dataöverföring. Rodhe & Schwartz har visat i en skrift att om cross decoupling försämras i radiokanalerna som ska bära mimo med dubbla dataströmmar så kan det kompenseras med förbättrat SINR dvssignal/interferensförhållande. Vid mycket bra SINR (över 20 dB) kan mimo förekomma även vid bristfällig decoupling.

Det visar sig med AVM routrarna, vilka visar om det är mimo eller diversitymottagning, att Open loop mimo bibehålls även om man vinklar antennerna hit och dit. Det enda fall av diversitymottagning som jag hört talat om är från en tyskt forum där användaren hade två vertikalt ställda logaritmiska wittembergantenner L22 (11 dBi) monterade en meter ifrån varandra. En nyutvecklad logfunktion kunde påvisa att routern ibland under korta ögonblick slog över till diversitymottagning varvid datarate sjönk kraftigt momentant men att routern mycket snabbt återgick till mimo. Sedan monteringen ändrats till en vertikalt och en horisontellt med ett avstånd av två meter observerades inga fler skiften till diversity och farten upp och ned var mycket god.

LTE testare på 4G 2600, 1800, 900, 800 med Fritzbox AVM6840, AVM6842, AVM 6820,  E3276 plus Dovado Tiny, netgear AC785 s, ZTE MF93D, B593, diverse antenner. 3G med Vololink VA 125, Galaxy S4, Nokia lumia 920, Iphone 6 +,Ipad 3. AVM7930 för ADSL