無線、周波数帯、dBm

信号の読み取り値は電力の測定値

dBmの値は1ミリワットを基準とした電力の測定値であり、そのため読み取り値の多くは負になります。0 dBmは1 mWに等しく、−30 dBmは1マイクロワットに等しく、−105 dBmはそのどちらよりもはるかに低い値です。端末は参照信号の受信電力を報告します。そのため、この数値はネットワークが約束した内容ではなく、アンテナに実際に届いたものを表します。

デシベルは比率であり、線形スケール上の目盛りではありません。3 dBの変化で電力は半分または2倍になります。10 dBの変化で電力は10倍または10分の1になります。20 dBの変化で電力は100倍または100分の1になります。そのため、−105 dBmと−95 dBmの読み取り値の差は、ダイヤル上の10ポイントではなく、10倍の差です。

RSRPは、LTEと5Gで一般的に用いられる測定値です。参照信号の平均受信電力をdBmで表したものです。RSRQとSINRは、強さではなく品質を表します。RSRQは信号を周囲の雑音や干渉と比較し、SINRは目的の信号を干渉と比較します。RSRPが強くてもRSRQやSINRが悪いという状態は、実際によく見られます。

電力が掛け算になるとき、デシベルは足し算になります。壁で20 dB、窓で10 dBを失った信号は、送信時より30 dB弱くなって届きます。このため、壁1枚で使用可能な読み取り値が弱い値に変わることがあります。また、端末を1メートル動かすだけで、バンドを変えるよりも数値が大きく変わることがあります。

ローバンドはカバレッジ、ハイバンドは容量

周波数が低いほど、同じアンテナでの自由空間伝搬損失は小さくなります。また、信号は壁を透過しやすく、障害物を回り込みやすくなるため、より遠くまで届きます。周波数が高いほど、同じアンテナでの自由空間伝搬損失は大きくなるため、1つのセルがカバーする範囲は狭くなります。これがトレードオフです。ローバンドはカバレッジと屋内への到達性をもたらし、ハイバンドは狭い範囲での容量をもたらします。

ハイバンドがより大きな容量を運べるのは、そこに連続した周波数帯域がより多くあるためです。広いチャネルは、同じ信号品質でより多くのデータを運びます。ローバンドはチャネルが狭く余地も少ないため、より少ない容量でより広いエリアを担います。どちらのバンドが優れているということはなく、同じネットワークの中で異なる課題を解決します。

バンドとは、FDDではペア、TDDでは非ペアとして定義された周波数範囲であり、速度を示すラベルではありません。Band 28は700 MHz付近にあり、カバレッジに使われます。n78は3.5 GHz付近にあり、都市部の容量確保に使われます。セルの実際の半径は、送信電力、アンテナの高さ、地形、建物、端末によって決まります。そのため、どこでも通用する距離を表で示すことはできません。

バーではなく3つの数値を読む

スマートフォンのアンテナバーは、端末のインターフェースです。各バーの開始点と終了点はベンダーが決めており、しきい値は機種やソフトウェアのバージョンによって異なります。バーが5本の端末と3本の端末が、同じRSRPを報告することもあります。バーは変化に気づくために使い、その説明には測定値を使います。

RSRP、RSRQ、SINRはまとめて読みます。RSRPは、どれだけの信号が届いたかを示します。RSRQは、周囲の負荷に対して信号がどれだけクリーンかを示します。SINRは、目的の信号が干渉をどれだけ上回っているかを示します。混雑したセルでは、RSRPが良好でもSINRが悪い場合があり、その結果、セッションが遅くなったり不安定になったりします。

何をもって使用可能とするかは、アプリケーションが決めます。1日に数百バイトを送るセンサーは、狭帯域で低レートのベアラであれば−105 dBmでも動作し得ます。ビデオ通話には、持続的なスループットとより良い信号が必要です。NB-IoTは、レートと引き換えにリンクバジェットを確保します。建物の奥や地下まで届きますが、動画は運べません。

同じ場所で、同じ方法で2回測定します。端末、アンテナ、向きを一定に保ち、そのうえでバンド、高さ、位置のいずれか1つの変数だけを変えます。窓際での読み取り値と地下での読み取り値は比較できません。それらを比較するベンダーは、ネットワークを測定しているとは言えません。

マップではなく測定値を求める

カバレッジマップは、モデルから作られた予測です。端末からの読み取り値は証拠です。読み取り値、バンド、技術、時刻、場所を求めてください。この5項目がなければ、信号に関する主張は検証も再現もできません。

端末がどのネットワークに接続したかだけでなく、どのバンドを使用したかを確認してください。同じネットワークでも、セルの端では700 MHz、中心付近では3.5 GHzで端末にサービスを提供することがあります。同じ場所にある2台の端末が異なる読み取り値を報告する理由は、バンドで説明できます。

1回の読み取り値はスナップショットにすぎません。障害の発生前、発生中、変更後という短い系列を求めてください。系列を見れば、問題が場所、時間、負荷、部品の故障のいずれにあるかがわかります。1つの数値で診断を始めることができ、系列があれば診断を完了できます。