Les opérateurs de téléphonie couvrent 99% de la population française en téléphonie mobile GSM… Il « ne reste que » près de 700 000 personnes qui n’ont pas accès au téléphone mobile. Certains me diront que c’est tant mieux. On a le droit ne ne pas être du même avis, surtout quand on habite une région un peu vallonnée qui comporte de nombreuses zones où l’utilisation du téléphone mobile est difficile voire impossible. J’ai voulu tester cet amplificateur de signal GSM Nikrans pour me faire ma propre idée sur ce type de matériel.

Test d’un amplificateur de signal GSM Nikrans LCD-130

On m’a parfois posé la question de l’installation de ce type d’amplificateur et j’avoue que même comme amateur de radiocommunication je n’avais pas testé cette solution. J’ai abordé la question sous ses différents aspects techniques et réglementaires. On va commencer par les aspects techniques et en particulier la couverture réseau. Je suis abonné Orange/Sosh c’est donc sur ce réseau que j’ai fait quelques recherches.

La couverture réseau dans la région

Contrairement à ce qui se passe dans les zones à forte densité de population, vous voyez sur cette carte de ma région qu’en dehors des agglomérations la couverture est plus problématique. Des zones blanches il y en a, des zones où la couverture est limitée aussi. Ça veut dire quoi limitée ? Si tu veux téléphoner, il faut sortir et te mettre au bout du chemin, ou alors dans un autre cas, le téléphone passe, mais juste à côté de la fenêtre qui est dans la montée d’escalier (véridique). La réception d’appels est plus délicate car dans de nombreux endroits on ne reçoit rien… ou pas tout le temps.

Les cartes de l’Arcep confirment l’existence de ces nombreuses zones où la couverture est mauvaise voire inexistante. On comprend que l’installation d’antennes pour résorber ces zones mal couvertes est coûteuse mais dans des régions à faible population ou à relief important, le téléphone portable a autant (et même souvent plus) d’importance que dans les villes. Si on y ajoute le fait que l’Internet subsiste encore à de nombreux endroits via ADSL et des lignes de téléphone plus ou moins pourries, on comprend l’intérêt de la 3G et de la 4G…

Par exemple la Base Station de Luchet est bien placée à 410 mètres (+ la hauteur du pylone) mais pour quelqu’un qui habiterait le lieu dit « Les Chevreaux » (367 mètres) un coup d’œil au profil du terrain montre bien la difficulté qui se présente :). Juste à droite des Chevreaux en direction de l’émetteur, on a une butte à 444 mètres avec une pente assez raide… On peut parfois bénéficier du fait qu’en sommet de crête les ondes diffractent et peuvent « arroser » ce qui se trouve plus bas. Mais ce n’est pas toujours le cas.

C’est dans ce créneau que se sont positionnés les fabricants d’amplificateurs de réseau GSM.

L’amplificateur de signaux GSM

Le déballage

Dans un carton épais j’ai trouvé :

Deux rouleaux de câble (extérieur et intérieur)

Les pièces de fixation de l’antenne au mat, plaque, brides et visserie.

Deux antennes, une extérieure et une intérieure.

Un carton fort renfermant l’amplificateur protégé par une coque en plastique. Au dessus de l’amplificateur on trouve du velcro adhésif qui pourra servir à fixer l’amplificateur sur une cloison de façon non définitive.

Dans un logement sous l’amplificateur, une alimentation 5 volts.

Utilisation de l’amplificateur GSM

Le principe est de mettre en place une antenne directive extérieure placée suffisamment haut et tournée en direction du pylône GSM (appelé station de base ou BS) pour capter suffisamment de signal. Le signal est transmis à un boîtier « intelligent » comportant un amplificateur. Après traitement, le signal est réémis dans la maison via une antenne omnidirectionnelle. Dans l’autre sens, les signaux émis par les téléphones sont eux aussi amplifiés avant d’être transmis vers la station de base. Un système de Contrôle Automatique de Gain (AGC = Automatic Gain Control) est chargé de régler les gains des différents amplificateurs pour assurer un fonctionnement correct.

Principe de l’amplificateur GSM

Un amplificateur GSM comme le LCD-130 est full-duplex, c’est à dire qu’il travaille dans les deux directions, de l’extérieur vers l’intérieur et inversement. Une antenne extérieure directive de type Log-périodique (à large bande) est en charge de la liaison avec la station de base GSM (le pylône de téléphonie). Elle est connectée à la prise BS (Base Station). Des documents en ligne vous permettront d’en apprendre plus sur la technologie GSM.

• En réception depuis la Base Station, le signal traverse un duplexeur destiné à permettre la réception et l’émission simultanées, tout en séparant les signaux. Il est envoyé à un LNA (Low Noise Amplifier ou Amplificateur à Faible Bruit) dont le rôle va être d’amplifier le signal reçu sur l’antenne, sans lui ajouter trop de bruit. Le signal traverse ensuite un filtre passe-bande (Band Pass Filter) ou BPF qui va limiter les fréquences indésirables. Pour finir le signal est appliqué à un PA (Power Amplifier) ou Amplificateur de Puissance qui va délivrer le signal à l’antenne omnidirectionnelle intérieure pour diffusion dans la maison.
• En émission le téléphone portable émet un signal qui est reçu par l’antenne intérieure connectée à MS (Mobile station). Un duplexeur assure la séparation avec le signal arrivant de la BS. Un circuit équivalent au précédent amplifie et met en forme le signal avant de l’envoyer vers la Base Station de l’opérateur.

Le matériel

L’ampli que j’ai reçu est un modèle LCD-300 qui couvre les bandes de 800 à 915 MHz et 935 à 960MZ. D’après Wikipedia les fréquences des opérateurs sont couvertes, en cas de soute, il vaut mieux consulter le fournisseur de l’amplificateur pour confirmer.

On voit que deux bandes différentes sont utilisées pour le UL (upload) et DL (download), d’où le rôle du duplexeur qui va séparer ces deux bandes en entrée et en sortie de l’amplificateur et permettre ainsi leur utilisation simultanée.

Antenne Extérieure

L’antenne extérieure est de type Log-périodique à large bande passante. Elle doit en effet couvrir les deux bandes en 800 et 900 MHz avec une bande passante de 100 MHz, ce qui impose ce genre d’antenne. Ici l’antenne est protégée par une coque en ABS mais on aperçoit les dipôles qui la constituent par transparence. Elle ressemble à quelque chose comme ceci :

L’utilisation de dipôles de différentes longueurs a une structure fractale (l’impédance et le diagramme de rayonnement sont répétitifs selon une loi logarithmique en fonction de la fréquence, d’où son nom).

 

Une étiquette précise le type d’antenne à l’arrière du boîtier.

L’étanchéité est assurée par un cordon de silicone (flèche rouge) le long du couvercle du cache d’antenne. Deux trous (flèche bleue) en bas du boîtier serviront pour évacuer l’humidité. Il faudra bien respecter le sens de montage vers le haut et bas, repéré à l’arrière du boîtier de l’antenne.

Le câble qui sort de l’antenne est équipé d’un connecteur de Type N femelle. C’est un bon choix pour des fréquences UHF (faibles pertes, conservation de l’impédance).

Câble extérieur

L’amplificateur est livré avec 15 mètres de câble 3D-FB, un câble 50Ω destiné aux applications de téléphonie.

C’est un câble de très bonne qualité. L’âme centrale est en cuivre plein (1,07mm) et le diélectrique (isolant) est en téflon. Un premier blindage est constitué d’une feuille d’aluminium. Il est doublé par une tresse en cuivre étamé. L’ensemble assure une impédance constante et des pertes limitées (une trentaine de dB pour 100m). Le rayon de pliage minimum est de 27mm. si vous tordez ou pliez le câble à un rayon inférieur vous provoquerez une détérioration qui va impacter la qualité de transmission des signaux. Faites attention de ne pas plier ou rouler le câble trop serré !

Le câble comporte un marquage de distance ici on voit que c’est du 3D-FB et que la distance (depuis le début du rouleau est de 4m.

A une extrémité on trouve un connecteur de type N mâle pour la connexion de l’antenne.

A l’autre extrémité du câble on trouve une prise SMA destinée à se connecter sur les connecteurs de l’amplificateur. A nouveau c’est un choix cohérent, ce câble est bien adapté également pour ces connecteurs.

Antenne intérieure

L’antenne a une forme presque conique. Elle est destinée à être montée au plafond d’une pièce. Le capot est en ABS.

A l’arrière de l’antenne on trouve une plaque métallique qui sert de plan de masse. L’étiquette indique une bande passante de 800 à 2700 MHz.

A l’intérieur du cache on trouve une antenne constituée de 2 cônes, le plus grand relié à la masse du câble, le plus petit est l’élément radiant. C’est une antenne biconique ou bicone à large bande.

L’âme du câble est soudée sur le petit cône qui va rayonner le signal dans la maison.

Cette antenne est également équipée d’un connecteur de type N.

Câble intérieur

Rien de spécial à propos de ce câble. Il est lui aussi muni de ses deux connecteurs (N et SMA). Sa longueur est moindre que celle du câble extérieur puisqu’on n’a que 5 mètres de câble ici.

Alimentation

Que du classique ici avec une alimentation au format de prise électrique EU. C’est une petite alimentation 5 volts 2A. Seul reproche, je trouve le fil un peu rigide et surtout un peu court, ce qui oblige à placer l’ampli près d’une prise de courant ou à tirer une rallonge…

Amplificateur

Le boîtier de l’amplificateur est simple. Il comporte un écran LCD, deux boutons poussoirs et au dessus les deux prises BS et MS ainsi que le jack d’alimentation.

A l’arrière on a l’identification du produit qui est conforme à la norme CE. Comme l’indique le site gouv.fr : « Le marquage « CE » figure sur la majorité des produits non alimentaires. Il matérialise l’engagement du fabricant du produit sur sa conformité aux exigences fixées par la réglementation communautaire. Il doit être apposé avant qu’un produit ne soit mis sur le marché européen.« 

Ici sur le dessus du boîtier on trouve les deux prises SMA qui se connectent aux antennes. La prise d’alimentation se trouve entre les deux. Ça fait un peu bizarre de trouver cette prise sur le dessus du coffret. quand vous le posez au mur, en général la prise électrique se trouve près du sol et j’aurais aimé avoir cette prise 5 volts sous le boîtier pour éviter de remonter le fil d’alim au dessus… Mais bon, c’est comme ça.

Et à l’intérieur ?

Vous commencez à me connaître, j’aime bien voir ce qui se cache sous les boîtiers, d’autant que celui-ci, petit et léger m’intriguait quand même. Du coup ouverture de la bête pour voir ses entrailles.

Au premier coup d’œil ça semble bien propre. Il y a deux cartes, celles du haut supporte les boutons et l’écran LCD. La carte du bas c’est la partie amplificateur.

Le circuit situé au centre de la carte LCD est le microprocesseur STC 15L2K qui gère le tout. Il est compatible avec le 8051, pour les anciens qui ont connu ce processeur… Au siècle dernier j’avais formé les ingés de 2 entreprises à la programmation du 8052AH-BASIC (souvenir…).

Pour la carte amplificateur, toutes les sous parties sont convenablement blindées dans des boîtiers séparés. On repère bien les deux duplexeurs (boîtes plus petites) et les amplis et filtres de bandes dans les 4 boîtes plus grandes. Un ensemble de 3 amplis opérationnels près du connecteur vers le microprocesseur doit être en charge de commande l’AGC… Mais bon, on n’a pas le schéma avec ce gendre de matériel 🙄

Instructions de montage

Montez l’antenne extérieure le plus haut possible. Orientez la vers le pylône de votre opérateur. Il existe des cartes montrant les emplacements mais on peut aussi utiliser le téléphone portable pour trouver le meilleur endroit. De toute façon lisez attentivement et respectez la notice d’installation. L’antenne intérieure doit être séparée d’une dizaine de mètres au moins de l’antenne extérieur et se situer derrière l’antenne (du côté de sa partie la plus grande). Il doit y avoir un mur de séparation (au moins) entre les deux antennes. Tout ceci car les ondes émises par une antenne, si elles sont captées à un niveau trop fort, provoquent une entrée en oscillation (comme l’effet Larsen avec un micro…).

Ce modèle est prévu pour « arroser » une maison particulière (jusque 300m²), mais il existe des modèles plus puissants, acceptant plusieurs antennes intérieures et utilisables pour des bâtiments de plus grande superficie. Vous trouverez tous les modèles sur le site MyAmplifiers.

Installation de l’amplificateur

On commence par poser l’antenne extérieure

Pose de l’antenne sur le mat	Montage des brides de fixation
On peut incliner l’antenne si on vise un sommet de colline pour bénéficier de la diffraction

 

Bien veiller au sens de montage, les trous sont en bas ! On peut ensuite connecter les deux prises N pour relier l’antenne à l’ampli. Comme cette prise est à l’extérieur, je vous conseille de l’étanchéifier avec un adhésif auto vulcanisant (pas du scotch d’électricien !). Si vous êtes dans une zone où la foudre tombe souvent, pensez à intercaler un parafoudre entre l’antenne et le câble de descente de l’antenne extérieure.

Attention,  il faudra relier obligatoirement la masse du parafoudre à la terre par un fil électrique de grosse section pour qu’il serve à quelque chose en cas de foudre proche.

 

Connectez le câble le plus court à l’antenne intérieure et mettez la en place. La bonne position serait vers le centre de la maison, au plafond. Ça peut aussi être un sous-sol où le téléphone ne passe pas… La longueur du câble vous aidera à déterminer la position de l’amplificateur.

Connectez l’amplificateur aux antennes.

Connectez l’antenne extérieure à la prise BS, l’antenne intérieure à MS.

[stextbox id=’warning’ caption=’Connectez les antennes’]Ne connectez pas l’alimentation à l’amplificateur tant que les deux antennes ne sont pas correctement raccordées sous peine de détruire les amplificateurs. Les ondes qui ne seraient pas émises par les antennes reviendraient vers les amplis de sortie et les feraient chauffer…[/stextbox]

Les tests

	Une mesure du signal reçu avec une appli
	La même chose dans les paramètres du téléphone
	Lorsque vous connectez l’alimentation, l’écran s’allume. Il vous incite à patienter le temps que le firmware démarre. L’écran s’éteint (mode veille) après une période de non utilisation.
	Le système commence par faire des mesures pour estimer la façon doit les amplificateurs doivent être réglés.
	Ici l’antenne intérieur est posée presque dans l’axe, devant l’antenne extérieure. C’est volontaire, pour tester la signalisation de problèmes.  Le système détecte une détérioration de la qualité du signal
	La mauvaise position des antennes provoque une oscillation indiquée par la croix dans OSC.
	Un appui sur le bouton poussoir en face avant précise les problèmes rencontrés : Il faut éloigner les antennes l’une de l’autre, Mettre l’antenne extérieure plus haut et s’assurer qu’il y a -au moins- un mur entre les antannes
	Après correction des défauts comme indiqué ci-dessus on remet en route
	Cette fois les valeurs se stabilisent et l’AGC est en service. L’installation est opérationnelle.

On a gagné une barre sur l’indicateur de puissance. On passe d’une utilisation possible mais un peu perturbée parfois à une utilisation sans problème…

Le côté légal

Ce genre d’amplificateur est susceptible de provoquer des perturbations avec les téléphones mobiles voisins en zone de forte densité de population. Il est plus adapté à la campagne et dans des zones grises où la réception est problématique car la couverture du réseau GSM n’est pas un souci pour les opérateurs du fait de la faible densité de population.

Nikrans possède les certifications CE et ROHS, ce qui en garantit la qualité de fabrication et le respect des normes européennes. Par contre l’ARCEP qui, par ailleurs, demande aux opérateurs de supprimer les zones blanches (Le Monde juillet 2019) réserve l’utilisation des amplificateurs GSM aux opérateurs. C’est le cas de Femtocell d’Orange qui disparaîtra d’ailleurs en août 2021 car c’est de la 3G. Ces amplificateurs sont maintenant remplacés par des appels et des SMS via le Wi-Fi de la Box. Si c’est jouable en zone urbaine, on se rend compte que l’ARCEP ne connait pas les campagnes françaises où on n’a pas forcément une Box (il me semble que ce n’est pas obligatoire, non ?) et où quand il y a de l’ADSL ce n’est pas le top pour utiliser le Wi-FI. J’ai dans mes souvenirs une semaine en gite vers Limoux où le GSM ne passait pas et où il n’y avait pas de Wi-Fi 🙂 Il fallait attendre de redescendre en ville pour consulter ses mails, où faire 1/2 heure de marche dans la broussaille pour atteindre le sommet de la butte et pourvoir passer (parfois) un appel.

Si vous utilisez ce type de matériel que savez que vous avez franchi la ligne blanche. L’ANFR est chargée en France de la détection des perturbations et est susceptible de vous enjoindre d’arrêter votre système. Contactez alors le fournisseur pour la reprise du matériel.

Video

Conclusion

Myamplifiers distribue cette gamme d’ amplificateurs depuis 10 ans. Ils sont garantis 3 ans et vous avez 30 jours pour essayer et retourner le produit si vous n’êtes pas satisfait(e).
Du fait de la réception d’un kit complet et prêt à installer, la mise en œuvre est relativement simple. Prévoyez quand même de l’adhésif auto-vulcanisant pour étanchéifier la prise de l’antenne extérieure.
A condition de respecter les consignes de montage (hauteur de l’antenne extérieure, direction de l’antenne intérieure par rapport à l’antenne extérieure, distance minimum et présence d’au moins un mur de séparation) l’ampli fonctionne de façon stable et améliore l’utilisation du téléphone portable en zone de mauvaise couverture.

[stextbox id=’warning’ caption=’Attention’]Il vous appartient de vérifier si l’utilisation de cet amplificateur de signal est autorisée dans votre pays. framboise314 ne pourra être tenu responsable en cas de problème avec les autorités gérant ou contrôlant l’utilisation des fréquences.[/stextbox]

Sources

• Modèle testé dans l’article : https://www.myamplifiers.com/fr/repeater-12/
• Modèle avec petite antenne intérieure  : https://www.myamplifiers.com/fr/repeater-106/
• Notice d’installation : https://www.framboise314.fr/wp-content/uploads/2021/04/2_manual_product_106.pdf
• Caractéristiques : https://www.framboise314.fr/wp-content/uploads/2021/04/2_datasheet_product_106.pdf
• Duplexeur : https://fr.wikipedia.org/wiki/Duplexeur
• Passe bande : https://fr.wikipedia.org/wiki/Filtre_passe-bande
• LNA  : https://fr.wikipedia.org/wiki/Amplificateur_faible_bruit
• Relais GSM : https://blog.juliendelmas.fr/IMG/pdf/les_relais_gsm_20072006.pdf