Prueba de antenas y del filtro con un alto nivel de ruido

Lugar de las pruebas

Desde este lugar se disfruta de una hermosa vista de las montañas al norte y, hacia el sur, de la panorámica de la ciudad de Alcobendas y más allá de Madrid.

Sería un lugar excelente para realizar pruebas de comunicación Meshcore, pero cerca hay una torre con muchas antenas funcionando 24/7 y aparece el problema de fuertes interferencias.

Os preguntaréis: ¿qué tan fuertes son? Pues tan fuertes que prácticamente impiden cualquier comunicación a través de Meshcore. El cliente BT no detecta nada, los mensajes no llegan y no se puede enviar casi nada.

Dos pruebas preliminares realizadas con antenas conectadas al conector SMA de mi companion radio.

La primera con una pequeña antena de 5 cm

La segunda prueba con una antena Ziisor de 3,5 dBi (≈20 cm de longitud), una antena estándar que utilizo para repetidores y en salidas para pruebas a mayor distancia.

Se observa una clara diferencia en la cantidad de interferencias captadas; una antena con mayor ganancia no solo recoge la señal útil, pero capta con mayor intensidad todas las señales.

Con un noise floor de -85 dB, la radio no escucha absolutamente nada.

Origen de la realización de las pruebas

Bien, ya conocemos este lugar en cuanto a condiciones, así que podemos pasar a la parte principal de las pruebas. Para este experimento preparé dos repetidores solares idénticos, ambos equipados con protecciones básicas, como el apantallamiento de la carcasa con lámina metálica y ferritas en los cables de alimentación. Nada especial. La única diferencia entre estos dos repetidores era que uno estaba equipado con un filtro SAW DIY basado en el módulo TA2532A.

El objetivo de la prueba es comprobar en qué medida puedo mejorar las condiciones de instalación de la antena, y la medida del éxito será el número final de vecinos que el repetidor puede encontrar en estas condiciones (el noise floor es un elemento de las pruebas que no siempre se traduce directamente en el éxito o fracaso final de la solución).

¿Por qué estoy probando esto en primer lugar? Pues bien, una de mis ubicaciones tiene un gran problema con el noise floor. Tengo acceso limitado a ese lugar, aunque es una ubicación excelente, elevada y con vistas espectaculares, presenta un gran problema de interferencias locales. El noise floor cambia aleatoriamente en cuestión de momentos, desde -115 hasta -80. Estas pruebas son preparativos para la batalla final contra este enemigo: las interferencias.

Para las pruebas, además de los dos repetidores, también utilizaré mi companion radio (sin ningún tipo de filtro ni apantallamiento, con una placa faketec en su interior y una carcasa de plástico impresa en 3D). Compararé las siguientes antenas:

• Generic 5cm mini sma antena

• Ziisor SMA (TX868-JKD-20)

• Gizont SMA 20cm

• Ziisor N-type fiber 55cm - 8dbi ( Prueba con cable de 1 m y sin él, el cable fue suministrado con la antena por el fabricante)

Método de realización de las pruebas:

• conexión de la antena,

• sincronización del reloj,

• lectura del nivel de NF (para cada configuración, la medición del NF se realizó 10 veces en intervalos de tiempo aleatorios, de aproximadamente 1 minuto).

• El segundo parámetro analizado fue el número de vecinos que el repetidor podía encontrar. La búsqueda de vecinos se forzaba mediante la función del repetidor > neighbours > discovery neighbours. Para cada configuración, la búsqueda se forzaba múltiples veces, repitiendo el proceso hasta que tres intentos consecutivos no descubrieran nuevos vecinos.

No es un método ideal, no todos los repetidores a los que se envía una solicitud responden. Dejar el repetidor en una ubicación durante 24 horas (según mi experiencia) daría mejores resultados, pero con varias antenas este tipo de pruebas durarían más de una semana, y lamentablemente no puedo permitírmelo. Este método ofrece resultados aproximados. Pruebas anteriores de este tipo mostraron que el error en el número de vecinos no supera el 5-10%.

Para mis necesidades, esta precisión es suficiente. A continuación se presentan los resultados de las pruebas. En caso de resultados similares, se podría discutir si el método es adecuado, pero con diferencias tan evidentes, la precisión del método no es estadísticamente relevante.

Resultados y conclusiones:

La tabla muestra los resultados sucesivos de las lecturas de NF para cada configuración. En la parte inferior se encuentra el valor medio de NF y el número de vecinos encontrados.

Antes de analizar las distintas configuraciones, vale la pena fijarse en la diferencia entre la lectura de NF realizada con el companion radio, que solo tiene una carcasa de plástico, usando la antena Ziisor de 3,5 dBi, y la primera medición donde se utiliza la misma placa Faketec con la misma antena. El apantallamiento con lámina metálica (una jaula de Faraday DIY), junto con dos ferritas en los cables de alimentación y la propia carcasa con panel solar, reducen significativamente las interferencias, pasando de aproximadamente -85 a alrededor de -100.

Resultados y conclusiones:

La tabla muestra los resultados sucesivos de las lecturas de NF para cada configuración. En la parte inferior se encuentra el valor medio de NF y el número de vecinos encontrados.

Solar rpt + Ziisor 3,5dbi + no filter

Nada especial, lo trato como punto de referencia para comparaciones posteriores. El conjunto funciona muy bien en condiciones “normales”, sin interferencias extremas. Normalmente, con esta configuración, el NF oscila entre -110 y -120, dependiendo de la ubicación.

Solar rpt + Gizont 20cm + no filter

Resultado similar al de la Ziisor; la diferencia está dentro del margen de error de la medición. Un vecino más, nada digno de destacar

Solar rpt + Ziisor 3,5dbi + TA2532A

En esta configuración empieza a ponerse interesante: el filtro SAW TA2532A funciona de maravilla. En condiciones tan extremas se lograron recuperar 10 dB, y de 5 vecinos se pasó a 10.

Solar rpt + Gizont 20cm + TA2532A

Es una antena que llevo probando desde hace unos días y debo admitir que me ha sorprendido muy positivamente. En las mismas condiciones, normalmente ofrece mejores resultados que mi antena base Ziisor: se observan valores de NF más bajos y mejor nivel de señal. Puede que tengamos un nuevo rey. Sin duda habrá más pruebas, con versiones de 20 cm y 40 cm. La versión de 17 cm la tengo desde hace tiempo y no me impresionó. En esta prueba, la Gizont de 20 cm superó a la Ziisor de 3,5 dBi, ofreciendo mejor NF y 16 vecinos.

El filtro SAW sacó esta antena del infierno a un nivel de NF bastante aceptable

Antes de pasar al análisis de las dos últimas pruebas, comparamos antenas SMA, con un precio de unos 2 € para la Ziisor y 6–7 € para la Gizont con una antena de fibra, tipo N de 55 cm que cuesta alrededor de 35 €. Además, se necesitan adaptadores, conectores y otros accesorios. Por lo tanto, estamos comparando una solución económica con otra claramente más cara.

Ziisor fibra, 8dbi, 55cm + TA2532A + 1m cable de extension ( oryginal )

Una antena con una ganancia de 8 dBi, en condiciones tan extremas, con filtro, obtiene un resultado de 116,4 y solo 4 vecinos...

¿Qué ha pasado?

Un cable de baja calidad ha anulado todas las ganancias procedentes de la antena y del filtro. El cable original suministrado por el fabricante es un desastre.

Descalificada, el cable a la basura.

Ziisor fibra, 8dbi, 55cm + TA2532A + Conexión directa.

El mejor resultado de las pruebas: en condiciones difíciles, el conjunto rpt + filtro + antena obtuvo el mayor número de vecinos - 25.

Recuerdo que empezamos desde cero, sin filtros, sin apantallamiento. El cliente no era capaz de escuchar nada. Esta solución ofrece claramente el mejor rendimiento de todos los probados hoy. A continuación, una tabla con la comparación de señales de los dos favoritos de la prueba “repetidores vs interferencias”.

Bonus:

Esto es lo que ocurre si, en un entorno con muchas interferencias, en lugar de controlarlas añades una “mejor antena” con mejor gancia dBi...

Parece dinero desperdiciado… este conjunto estará completamente sordo.

¿Se puede hacer algo al respecto? Como prueba, instalé un filtro (en versión con conectores SMA) y los resultados me sorprendieron; vedlo vosotros mismos.

¿Quién es el ganador?

Si miramos la tabla y el criterio de victoria es únicamente el número de vecinos (o, en realidad, de señales útiles), el ganador indiscutible es la Ziisor de fibra de 8 dBi y 55 cm. Sin embargo, hay que tener en cuenta que este tipo de antena será más difícil de instalar y llamará mucho más la atención. Como resultado, todo el conjunto será más caro que un repetidor basado en una antena SMA

Si observamos el segundo lugar en número de vecinos encontrados, la Gizont de 20 cm obtuvo aproximadamente un 30% menos. El precio de la antena de fibra es de unos 35 euros, a lo que hay que añadir accesorios, soportes, etc. En total, serán al menos 50–60 euros por la antena con instalación (sin contar el precio del propio repetidor), lo cual sigue siendo un precio razonable. Cada vecino cuesta unos 2 euros.

Por otro lado, la antena Gizont cuesta unos 6–7 euros, es decir, el “coste por vecino” sería de unos 0,5 euros.

La conversión de vecinos a euros puede parecer una broma, pero el parámetro “price to performance” es totalmente serio. Y por el precio de una antena de fibra con su instalación, puedes montar incluso otro repetidor con antena SMA.

Para mi, la conclusión más importante de esta prueba es que el control de las condiciones y la capacidad de gestionarlas es clave para el rendimiento del repetidor. Y la verdadera estrella de esta prueba es el filtro SAW DIY, que fue capaz de sacar a cualquier antena de una situación prácticamente imposible.

Sin duda seguiré realizando más pruebas, con antenas y filtros en distintas combinaciones, y los resultados serán publicados.

Os deseo a todos un nivel de noise floor bajo y muchos vecinos en vuestros repetidores.

¡Saludos!