A 868 MHz-es Bázisállomások Problémaköre

A Meshtastic állomások örvendetes módon szaporodnak, de a közvetlen környezetemben is többen ütköztek már nehézségekbe az állomásuk telepítése során. Ezúttal, a 868MHz-es sávú bázisállomások problémáját járjuk körbe.

Amint az (1.) ábrán láthatjátok, adott, egy tőlem 26Km távolságban lévő bázisállomás. A -110dBm RSSI (térerő) és a -3 SNR (Signal to Noise Ratio, jel-zaj viszony) jó vételnek számít nálam, elvileg örülhetek. De sajnos csak örülhetnék, mert az a távoli állomás nem veszi az én itthoni állomásom kéréseit ilyen jól, sőt sehogyan sem veszi azokat, nem reagál a hívásokra. Csupán a körülötte lévő néhány, 1-2Km távolságra lévő node jeleit veszi és továbbítja. Több panaszt végighallgattam már ugyanerre a sémára, hogy 20-30Km-ről már sokszor bizonytalan, vagy használhatatlan a bázis állomás, közben külföldi Mesh fórumokon vígan építenek ugyanezekkel az eszközökkel és teljesítménnyel 100+ Km távolságú linkeket. Kezdjük a probléma megfejtését felülről:

Antennák

Kapható minden féle hosszúságú, nyereségű, színű-szagú antenna a piacon, de elég kevés a valóban jól használható, jó karakterisztikájú minőségi darab. A leggyakoribb, kínai piacokon föllelhető antenna analizátor görbéit a (3.) ábra mutatja. Ezt látva, hogy az antenna "mindenhol megy" (majdnem 200MHz sávszélesség!) sokan elégedetten csettintenek. Telepítés után pedig jön a "hááát nem egy nagy cucc" érzés. Igen. Az az antenna, amelyik "mindenhol jó" az igazából nem jó sehol sem. Létezik egy kevésbé tárgyalt antenna tulajdonság ugyanis, ami több figyelmet érdemelne: Ez pedig a Q, azaz a körjóság, (Quality Factor). A (3.) ábra tipikus példája a rossz körjóságú antennának. Hogy érthető legyen, minél jobb az antenna körjósága, tehát minél inkább csak egy adott, szűkebb frekvencia tartományban működőképes, vételi oldalon annál nagyobb szintű hasznos jelet szolgáltat, valamint adás oldalon annál nagyobb térerőt hoz létre az ellenállomás antennája körül. Hiába mutat "szép" SWR értéket az ilyen alacsony körjóságú antenna, igen nagy a sugárzási ellenállása és a betáplált teljesítmény jelentős részét alakítja hővé lesugárzás helyett. (Gondoljunk csak az 50 Ohm-os műterhelésre, kiváló SWR mindenhol, mégsem tudunk rádiózni vele). Ezzel szemben a (4.) ábrán egy nagy körjóságú, a gyakorlatban kiválóan teljesítő antenna görbéit láthatjuk.

Ez az általam is használt antenna a (2.) ábrán legalul látható. Beszerzési linkje: https://vi.aliexpress.com/item/1005007463706065.html

Még egy szó az antenna hossz-ról és nyereségről: Tisztában kell lenni azzal, hogy minél hosszabb, nagyobb nyereségű antennát vásárolunk, annak annál keskenyebb lesz a vízszintes irányú kilövési szöge. Ez, pláne magas helyekre telepített bázisállomásoknál kimondottan hátrányos, mert a "térerő elmegy a város fölött" azaz nem "lát" maga alá az ilyen antenna. A nagy nyereség ellenére az alatta elterülő területen igen gyatrán fog teljesíteni az ilyen "nagy nyereségű" antenna. 868MHz-nél maradva, az 55cm hossz környéki, 8dBi feltüntetett nyereségű antennák a legideálisabbak kísérleteim szerint.

Sávszűrők

Talajszinten működtetett, hordozható, vagy mobil állomások "arasznyi" antennával még nem igénylik, de stabil, vagy bázis állomások esetén nagyobb magasságban, kollineár antennával mindenképp alkalmazzunk jó minőségű sávszűrőt! Az olcsó, kis méretű SAW szűrőkről most nem beszélek, mert gyakorlatilag nem hoznak annyi "hasznot" a konyhára, mint amekkora veszteséget okoznak a beiktatási csillapításuk és a nem kívánt frekvenciák gyengébb elnyomása miatt. A sávszűrők mérésénél (6.) ábra általában elégedetten hátradőlünk, ha 1dB vagy az alatti beiktatási csillapítást látunk a használni kívánt frekvencián. Viszont van még egy nagyon fontos tulajdonság, a nem kívánt frekvenciák csillapítása, ami legalább ugyanilyen fontos. Ezért ne csak beiktatási csillapítást mérjünk 868MHz-en, hanem elnyomást is 821MHz-en és 925MHz-en úgyszintén.

Nézzük most meg ezt a témát bővebben, miért is használunk a Mesh állomásunkon sávszűrőt? Elsősorban azért, hogy az érzékeny vevőbemenetünkre ne jussanak be a nagy teljesítményű GSM bázisállomások jelei és ne "ültessék le" a vevőnket, ezáltal megsüketítve az állomásunkat. A két "fő ellenség" a B20-as LTE sáv downlink tartománya 791-821 MHz között, valamint a GSM 925-960 MHz között található downlink frekvenciái. A Mesh frekvencia közelsége miatt a kihelyezett bázisantennánkon ezek a GSM bázisállomások akár több, mint -30dBm jelszintet is képesek produkálni. Az általunk venni és demodulálni kívánt Mesh jelek sokszor csak kevesebb, mint -120dBm jelszinttel érik el az antennánkat. Szegény vevő bemenetünknek több, mint 100dB dinamika tartománnyal kellene rendelkeznie, hogy ezt a helyzetet le tudja kezelni és képes legyen a gyenge bejövő jelet demodulálni ilyen erős "GSM vakítás" mellett. Sajnos ennek az elvárt értéknek közelében sincs a kis SX1262 típusú LORA chip-ünk képessége, ezért GSM térerő függvényében többé-kevésbé megsüketül a vevőnk jó pozíción és nagy antennán. Ezért a sávszűrő kiválasztásánál nagyon fontos, hogy a kis beiktatási csillapítás (jellemzően 1dB környéke) mellett az említett 821MHz és 925MHz-et elérve, legalább -50dB csillapítást mutassanak (7.) ábra.

Egy általam használt, kiváló minőségű szűrő 1dB beiktatási csillapítással és több, mint 70dB GSM tartomány elnyomással beszerezhető: https://vi.aliexpress.com/item/1005004294226132.html
A vízálló "outdoor FM" típust kell kiválasztani.

Fontos: Ezek a szűrők finomhangolhatóak, "hazai" frekvencia viszonyokra tovább optimalizálhatóak, de műszerezettség és gyakorlat nélkül eszedbe se jusson eltekergetni! Csak rosszabb lesz! Bízd szakemberre, vagy ne piszkáld!

Magyarország-specifikus frekvenciahasználat

A végére hagytam a Magyarország-specifikus bónuszt, a használt frekvencia kérdését. A Meshtastic eszközöd beállításakor, amikor kiválasztod az "EU-868" beállítást, a készüléked az alapértelmezett 869.525 MHz-es frekvenciára kerül. Lényegében ez a közepe az adatfolyamhoz használt 250KHz szélességű "csatornának". Miért pont ide tesz? Elsősorban azért, mert ebben a tartományban megengedett Európa-szerte az 500mW ERP teljesítmény, valamint a 10%-os adásidő kitöltés. Ezt meglovagolva költséghatékony megoldásként (dehogy bérelnek ők külön frekvenciát) ide telepedett számos LoraWAN céges szolgáltató. Sajnos ezek a jellemzően országszerte magas helyekre, műsorszóró adók, reléállomások alá telepített LoraWAN állomások folyamatosan tolják a "szemetet" hajszál pontosan a Meshtastic alapértelmezett csatornánkra. A (8.) ábrán egy Fót-on készült SDR felvétel látható. A világos szürke sáv az alapértelmezett 250KHz széles Mesh csatorna. A három sárga csík Meshtastic eszköz kommunikáció, a mérhetetlen sok apró pirosas színű szemét pedig a LoraWAN állomások terméke.

Nos Lora-moduláció és FEC hibajavítás ide vagy oda, ez az állapot ország szerte olyan hihetetlenül rossz jel/zaj viszonyt eredményez az alapértelmezett 869.525 MHz-es csatornán, hogy emiatt jócskán lecsökken az eszközeink "látótávolsága", valamint bizonytalan, hol válaszol - hol nem válaszol link minőséget tapasztalhatunk már sokszor néhány kilométer távolságra a bázisállomásunktól. Szintén megfigyelhetjük az ábrán, hogy az "eggyel alattunk" lévő csatorna már kellemesen tiszta, szemétmentes. A (9.) ábra egy Velencei-tónál készült felvétel, a szürke csatornajelző sáv az ott is tiszta, 869.250 MHz-es alternatív, általam javasolt csatornát mutatja. Mellette, az alapértelmezett csatorna láthatóan erősen szennyezett. Kész csoda, ha Mesh eszközök képesek egyáltalán kommunikálni ebben a zajban. Arról nem is beszélve, hogy sokszor -még ha bázisállomásunk meg is hall- azért nem kapunk tőle választ, mert a LoraWAN zavar miatt foglalt-nak érzékeli a frekvenciát.

Kézenfekvő megoldás, hogy az alapértelmezett frekvencia felülírásával (10.) ábra kihasználhatjuk a LORA rádiónk hatótávolságának, adatátviteli képességeinek a zavartalan, fizikai határait. Frekvenciaváltás esetén, ha szabálykövető módon kívánunk rádiózni, akkor az adott sávrészben megengedett, kisebb teljesítményre állíthatjuk vissza a LORA rádiónkat a "TX power" mezőnél. Bár 433MHz-en csináltam ezt a kísérletet, de a Pilistető-i bázisállomás 10mW "megszólításra" 96Km távolságból, még stabilan válaszolt. Rendkívül sokat jelent a "csendes csatorna" és a minél jobb jel/zaj viszony biztosítása.