LTE Signalstärke und Leistung

Was sind RSRP, RSRQ, RSSI und SINR?

Die wichtigsten Qualitätskriterien für den LTE Empfang sind:

1. RSRP (Referenz-Signal des Empfangspegels)
2. RSRQ (Referenzsignal der Empfangsqualität)
3. SINR (Signal zu Interferenz & Signal Rauschverhältnis)

Der RSRP Wert

RSRP (Referenzsignal der Empfangsfeldstärke am Endgerät) steht für die Signalstärke dbm. Sie ist von größter Bedeutung, da danach die Zellenauswahl und der Einwahl- bzw. Wiedereinwahl-Prozess bestimmt wird. Für mobile Anwendungen wird das Handover (Verbindungsübergabe) davon abhängig gemacht.

Der RSRP-Wert ist ein Dämpfungswert in dBm (Dezibel Milliwatt). Wenn wir uns vorstellen, dass die einzelnen Basisstationen und Endgeräte bei den Nutzern nicht mehr als 23 dBm Sendeleistung ausstrahlen dürfen und auf dem Weg zu dem jeweiligen anderen Empfänger Verluste auftreten, muss der Wert immer geringer als die -23 dBm sein. Optimale Werte des Signals liegen zwischen -50 und -70 dBm und sind für ein WLAN Signal gut. Alles was unter -80 dBm liegt, hat noch einen sehr guten Pegel für den Empfang und benötigt maximal eine kleine Fensterantenne, um das Sendesignal und die WLAN Signalstärke dbm noch zu verbessern. Bis -90 dBm liegt bei LTE noch alles im grünen Bereich und das Telefon sollte auch funktionieren. Oberhalb der -90 dBm wird es mit dem Telefon kritisch. Bis -100 dBm sollte das Internet und die Übertragung der Datenrate im WLAN aber noch relativ stabil funktionieren. Aber ab -110 dBm kommt dann der gesicherte Abriss der Verbindung und es funktioniert nichts mehr. Für die zuletzt genannten Fälle hilft nur eine externe LTE Antenne. Die WLAN Signalstärke der Netzwerke in der Umgebung kann zudem mit Hilfe einer WLAN App gemessen werden.

Die besten WLAN Signalstärke Apps zum Messen der Signalstärke sind NetSpot, WiFi Analyzer oder die Wireshark App.

WLAN Signalstärke dbm Tabelle

RSRQ - die Empfangsqualität

RSRQ (Referenzsignal der Empfangsqualität) ist das Maß der Signalqualität. Der Wert wird vom Nutzer gemessen und an das Netz gesendet. Damit steuert das Netz die Übertragungsgeschwindigkeit und das Handover. Der RSRQ-Wert berechnet sich wie folgt:

RSRQ [W] = N × RSRP [W] / RSSI [W]

N entspricht der Anzahl der Ressourcenblöcke in dem LTE-Netz in dem jeweiligen Frequenzbereich. In dem 800-MHz-Bereich von LTE haben wir meistens 10 MHz Kanalbandbreite, was 50 Ressourcenblöcken entspricht.

RSSI (Received Signal Strength Indicator) stellt einen Indikator für die Stärke des Empfangssignals dar. RSSI ist effektiv ein Maß für die gesamte im entsprechenden Spektrum ( 1,4 MHz; 3,5 MHz; 10 MHz; 15 MHz; 20 MHz) enthaltene Energie. Die gemessene Energie, also der gemessene RSSI Wert, beinhaltet alle Signale, z.B. Signale der Steuerkanäle, der Datenkanäle, der benachbarten Zellen (Interferenz), Hintergrundgeräusche und Störungen. Um relativ genaue Ergebnisse zu erhalten, führt das System permanent über alle Ressourcenblöcke und Frequenzen im Frequenzband die Prüfung durch. Der minimale RSSI-Wert wird deshalb immer besser ausfallen als der RSRP-Wert. RSSI ist die absolute Signalstärke, die von der Antenne empfangen wird.

Wir als Nutzer des LTE Netzes müssen die Werte nicht berechnen können. Wir sollten aber deren Ergebnisse deuten und auswerten können.

SINR Wert - ein Maß der Qualität

Der SINR Wert ist ebenfalls ein Maß der Signalqualität. Der RSRQ-Wert wurde durch die 3GPP-Spezifikationen definiert. Den SINR Wert definierten die Endgerätehersteller. Der SINR-Wert wird nicht vom Netz erfasst.

SINR (signal-to-interference-plus-noise-ratio) setzt also das Signal zu Interferenz und Rauschen ins Verhältnis. Die Leistung des Nutzsignals, geteilt durch die Summe der Leistung des Interferenzsignals (Störungen) und dem Hintergrundrauschen, ergibt den SINR Wert.

SINR(x) = P / I+N

P ist die Leistung des Nutzsignals

I ist die Interferenzleistung

N ist die Rauschzahl

Das SINR wird in dB angegeben

Anhand der Formel sehen wir, dass das SINR steigt, je besser das Nutzsignal und damit der Empfangspegel ist. Umgekehrt können wir feststellen, dass wir bei weniger bis keinen Störungen bei niedrigem Signale Pegel trotzdem ein gutes SINR und guten Datendurchsatz finden.

Messwerte am Beispiel des Teltonika RUTX12

Wie schon im entsprechenden Beitrag beschrieben, können die Netzwerte am Teltonika RUTX12 LTE Router sehr gut abgelesen werden. Unser Kunde die VisixGroup hat hier einmal den Router RUTX12 mit Stabantennen mit einer 5G Außenantenne FTS Complete All 5G von FTS Hennig verwendet und die Signalstärke dbm & Qualität der Datenrate im Netzwerk gemessen.

Statusanzeige für die LTE Verbindung (Signalstärke Signalqualität) des RUTX12 mit Stabantennen (© FTS Hennig)

5G und LTE Empfang verbessern

Sie sehen an den Messwerten, das der Sendemast in 5,9 km Entfernung auf Band 20 und Band 3 sendet. Besonders in Kombination mit der FTS Complete All Antenne ist eine deutliche Verbesserung der Upload- und Downloadraten zu erkennen, wobei das Maximum an Download bei weitem nicht erreicht wird, dies liegt daran das der nächste Sendemast einfach nicht mehr hergibt. Hier wird schon deutlich, das die FTS Complete All selbst wenn vom Sendemast nicht mehr kommt, deutlich bessere Ergebnisse erzielt und gleichzeitig für eine stabile und sichere Verbindung sorgt. Durch die Montage einer Außenantenne würde sich die Signalqualität deutlich verbessern.

Statusanzeige am RUTX12 mit 10-14 dBi Außenantenne (© FTS Hennig)

Wie Sie sehen, verbessert sich mit der 5G Richtantenne der RSRP Wert und das SINR rückt in einen Top-Bereich. Die Datenrate im Netzwerk wurde erhöht und die Geschwindigkeit konnte sich verbessern.

Übrigens sieht man an den Messwerten sehr schön, dass sich wegen der wesentlich besseren Verbindung die notwendige Sendeleistung verringerte. Das LTE Signal kann ungehinderter vom Standort zum Sendemast übertragen werden, die Funk Qualität steigt und trotzdem kann die Strahlung mit Antennen verringert werden. Die geringere Strahlung wirkt sich wieder positiv auf das Netzwerk, Datenrate und andere Nutzer aus.