Radio, spettro e dBm

Una lettura del segnale è una misura di potenza

Un valore in dBm è una misura di potenza riferita a un milliwatt, ed è per questo che la maggior parte delle letture è negativa. Zero dBm equivalgono a 1 mW; −30 dBm equivalgono a un microwatt; −105 dBm sono molto al di sotto di entrambi. Il telefono riporta la potenza ricevuta di un segnale di riferimento, quindi il numero descrive ciò che è arrivato all’antenna, non ciò che la rete ha promesso.

Il decibel è un rapporto, non un gradino su una scala lineare. Una variazione di 3 dB dimezza o raddoppia la potenza. Una variazione di 10 dB la moltiplica o la divide per dieci. Una variazione di 20 dB la moltiplica o la divide per cento. Per questo una lettura di −105 dBm e una di −95 dBm differiscono di un fattore dieci, non di dieci punti su un quadrante.

L’RSRP è la misura citata di solito per LTE e 5G. È la potenza media ricevuta del segnale di riferimento, in dBm. RSRQ e SINR descrivono la qualità anziché l’intensità: l’RSRQ confronta il segnale con il rumore e l’interferenza circostanti, e il SINR confronta il segnale utile con l’interferenza. Un RSRP forte con RSRQ o SINR scarsi è una condizione reale e frequente.

I decibel si sommano quando le potenze si moltiplicano. Un segnale che perde 20 dB attraversando un muro e 10 dB attraversando una finestra arriva 30 dB più debole di quando è partito. Per questo un solo muro può trasformare una lettura utilizzabile in una debole, e spostare un dispositivo di un metro può cambiare il numero più di un cambio di banda.

La banda bassa copre, la banda alta trasporta

A una frequenza più bassa l’attenuazione di spazio libero è minore a parità di antenne, e il segnale attraversa meglio i muri e aggira meglio gli ostacoli, quindi arriva più lontano. A una frequenza più alta l’attenuazione di spazio libero è maggiore a parità di antenne, quindi una cella copre un’area più piccola. È questo il compromesso: la banda bassa offre copertura e penetrazione indoor, la banda alta offre capacità in un’area più ridotta.

La banda alta offre più capacità perché lì è disponibile più spettro contiguo. Un canale ampio trasferisce più dati a parità di qualità del segnale. La banda bassa ha canali stretti e meno spazio, quindi serve un’area maggiore con meno capacità. Nessuna delle due bande è migliore; risolvono problemi diversi nella stessa rete.

Una banda è un intervallo di frequenze definito, accoppiato per FDD e non accoppiato per TDD, non un’etichetta di velocità. La banda 28 si colloca intorno a 700 MHz ed è usata per la copertura; n78 si colloca intorno a 3,5 GHz ed è usata per la capacità nelle città. Il raggio effettivo di una cella dipende da potenza di trasmissione, altezza dell’antenna, terreno, edifici e dispositivo, quindi nessuna tabella può indicare una distanza valida ovunque.

Leggere tre numeri, non le tacche

Le tacche di un telefono sono un elemento dell’interfaccia del dispositivo. È il produttore a decidere dove inizia e dove finisce ogni tacca, e le soglie cambiano tra modelli e versioni software. Un telefono con cinque tacche e uno con tre possono riportare lo stesso RSRP. Le tacche servono a notare una variazione; la misura serve a spiegarla.

RSRP, RSRQ e SINR vanno letti insieme. L’RSRP indica quanto segnale è arrivato. L’RSRQ indica quanto è pulito rispetto al carico circostante. Il SINR indica di quanto il segnale utile supera l’interferenza. Un dispositivo può mostrare un buon RSRP e un SINR scarso in una cella affollata, e il risultato è una sessione lenta o instabile.

È l’applicazione a stabilire che cosa è utilizzabile. Un sensore che invia poche centinaia di byte al giorno può funzionare a −105 dBm su un bearer stretto a bassa velocità. Una videochiamata richiede un throughput sostenuto e un segnale migliore. NB-IoT rinuncia alla velocità in cambio di link budget: penetra più a fondo negli edifici e negli scantinati, ma non trasporta video.

Si misuri due volte nello stesso punto e nello stesso modo. Si mantengano costanti dispositivo, antenna e orientamento, poi si cambi una sola variabile: banda, altezza o posizione. Una lettura presa accanto a una finestra e una presa in uno scantinato non sono confrontabili, e un fornitore che le confronta non sta misurando la rete.

Chiedere la misura, non la mappa

Una mappa di copertura è una previsione costruita da un modello. Una lettura del dispositivo è una prova. Si chiedano la lettura, la banda, la tecnologia, l’ora e il luogo. Senza questi cinque elementi, un’affermazione sul segnale non può essere verificata né ripetuta.

Si chieda quale banda ha usato il dispositivo, non solo a quale rete si è agganciato. La stessa rete può servire un dispositivo a 700 MHz al margine di una cella e a 3,5 GHz vicino al centro. La banda spiega perché due dispositivi nello stesso punto riportano letture diverse.

Una singola lettura è un’istantanea. Si chieda una breve serie: prima del guasto, durante il guasto e dopo una modifica. Una serie mostra se il problema dipende dal luogo, dall’ora, dal carico o da un componente guasto. Un numero può avviare una diagnosi; una serie può concluderla.