无线、频谱与 dBm

为什么负数是测量值,以及低频与高频为什么各有所长。

basics · 4 分钟阅读 · 第 2 / 10

dBm 是以 1 毫瓦为基准的功率测量,所以收到的信号大多是负值。功率变化 3 dB 就是减半或翻倍。低频覆盖更远、穿墙更好,高频容量更大。信号格是设备界面,不是测量。

要点

  • dB 是比值:−3 dB 是功率减半,+3 dB 是翻倍。
  • RSRP 是以 dBm 表示的接收功率。−105 dBm 对视频偏弱,但能支撑低速率传感器。
  • 低频覆盖更远、穿墙更好,高频容量更大。
  • 信号格是设备界面,RSRP、RSRQ 和 SINR 才是测量。

学完本模块,您能

  • 读出一个 RSRP 值,并判断它对某个应用够不够用。
  • 解释为什么频率越低覆盖越大,但容量越小。
  • 设备报信号弱时,判断该向对方要哪项测量。

信号读数是功率测量

dBm 是以 1 毫瓦为基准的功率值,所以读数大多是负的。0 dBm 等于 1 毫瓦,−30 dBm 等于 1 微瓦,−105 dBm 比两者都低得多。手机报的是参考信号的接收功率,这个数字说明天线收到了多少,不说明网络承诺了多少。

分贝是比值,不是线性刻度上的一格。变化 3 dB,功率减半或翻倍;变化 10 dB,乘十或除以十;变化 20 dB,乘一百或除以一百。−105 dBm 与 −95 dBm 相差十倍,不是刻度上的十个点。

LTE 和 5G 常引用 RSRP。它是参考信号的平均接收功率,单位 dBm。RSRQ 和 SINR 描述质量,不是强度。RSRQ 把信号与周围的噪声和干扰相比,SINR 把有用信号与干扰相比。RSRP 很强、RSRQ 或 SINR 很差,是常见状态。

功率相乘时,分贝相加。信号穿一堵墙损失 20 dB,再穿一扇窗损失 10 dB,到达时就比发出时弱 30 dB。所以一堵墙就能把可用的读数变成弱信号。设备挪一米,数字的变化可能比换频段还大。

从 −140 到 −40 dBm

-95 dBm 可用

从 −140 到 −40 dBm
数值 区间 含义
-120 dBm -120 不可用
-105 dBm -105 可用
-95 dBm -95 可用
-85 dBm -85 良好
-70 dBm -70 强

LTE

每 10 dB 是十倍的功率变化,3 dB 是一半。分区标签是现场经验,不是规范。 来源: 3GPP TS 36.133:测量要求;分区为经验参考
文字说明

刻度覆盖 −140 到 −40 dBm。标记显示 −120 极弱、−105 弱、−95 可用、−85 良好、−70 强。分区只是现场读数的参考。设备、频段和应用不同,可用点也不同。

低频管覆盖,高频管容量

频率越低,同样天线下的自由空间损耗越小,信号穿墙和绕过障碍物的能力也更强,所以传得更远。频率越高,同样天线下的自由空间损耗越大,小区覆盖范围就越小。取舍就在这里:低频换来覆盖和室内穿透,高频换来小范围内的容量。

高频容量大,是因为那里有更多连续频谱。信号质量相同时,信道越宽,数据越多。低频信道窄、空间少,覆盖大但容量小。两种频段没有优劣,它们在同一张网里解决不同问题。

频段是一段定义好的频率范围(FDD 成对,TDD 不成对),不是速度标签。B28 在 700 MHz 附近,用来做覆盖,n78 在 3.5 GHz 附近,用来做城区容量。小区的实际半径取决于发射功率、天线高度、地形、建筑和设备,所以没有一张表能给出到处都成立的距离。

五个频段,两种任务

五个频段,两种任务
数值 区间 含义
B28 700 MHz 低频 · 95%
B3 1800 MHz 中频 · 65%
B7 2600 MHz 中高频 · 45%
B41 2500 MHz 宽中频 · 50%
n78 3500 MHz 5G 中频 · 30%

B28 · 相对覆盖

柱形比较的是相对覆盖,不是覆盖地图。低频走得更远,宽中频容量更大。相对覆盖取决于功率、地形和遮挡。 来源: GSMA 5G 频谱指南;频段安排见 ITU-R M.1036
文字说明

B28 在 700 MHz 附近,相对覆盖最大,信道最窄。B3 在 1800 MHz、B7 在 2600 MHz,位于中间。B41 在 2500 MHz,是宽中频。n78 在 3.5 GHz,相对覆盖最小,但留给宽信道的空间最多。这张图只比较覆盖,不是覆盖预测。

看三个数,不看信号格

手机上的信号格是设备界面。每一格从哪里开始、到哪里结束由厂商决定,不同机型和软件版本的阈值并不一样。五格的手机和三格的手机,可能报出同一个 RSRP。信号格用来发现变化,测量用来解释变化。

把 RSRP、RSRQ 和 SINR 一起看。RSRP 说明收到了多少信号。RSRQ 说明信号相对周围负载有多干净。SINR 说明有用信号比干扰高多少。拥挤的小区里,设备可能 RSRP 很好、SINR 很差,结果就是会话很慢或不稳。

应用决定什么叫可用。每天只发几百字节的传感器,在窄带低速率承载上,−105 dBm 也能工作。视频通话需要持续吞吐和更好的信号。NB-IoT 用速率换链路预算。它能进更深的楼宇和地下室,但带不动视频。

在同一个位置、用同一种方式测两次。设备、天线和朝向保持不变,一次只改一个变量:频段、高度或位置。窗边测一次、地下室测一次,两个数不可比。拿它们比较的供应商,测的不是网络。

给一次现场读数打分

读数留在浏览器里。改 RSRP、RSRQ 和 SINR,看评级怎么变。

填入您已有的读数,任意一项即可。

读数数值评级

    评级采用常见的现场门限;LTE-M 与 NB-IoT 本就设计为在更低电平下工作。仅供参考,不是规范。

    打开工具

    要测量,不要地图

    覆盖地图是模型算出来的预测,设备读数才是证据。要读数、频段、制式、时间和位置。五项缺一项,信号结论就无法核对,也无法复现。

    问设备用的是哪个频段,不要只问连上了哪张网。同一张网可以在小区边缘用 700 MHz 服务设备,也可以在中心附近用 3.5 GHz。频段能解释为什么同一地点的两台设备读数不同。

    一次读数只是快照。要一小串:故障前、故障中、改动后。一串数据能看出问题出在位置、时间、负载还是某个部件。一个数字能启动诊断,一串数字才能结束诊断。

    信号格不是测量

    误解

    误解:格子越多,服务一定越好。

    事实

    事实:信号格是厂商对一项或多项读数的汇总。吞吐还取决于频段、负载、干扰和应用。满格也可能打开一个很慢的页面。

    自测

    1. 为什么 −105 dBm 在 NB-IoT 上可用,在视频上不可用?

      NB-IoT 以低速率发小报文,链路预算更大。视频需要持续吞吐和更干净信号。同样的功率能传一条传感器报文,却撑不起视频通话。

    2. −3 dB 是什么意思?

      功率减半。+3 dB 是翻倍,−3 dB 是减半。

    3. 地下室的表计该选哪个频段,要放弃什么?

      选 700 MHz 附近的低频,因为它穿墙更好。要放弃容量和宽信道,还要确认设备支持这个频段。

    答案按需展开。不评分、不存储、不外传。

    常见问题

    RSRP 就是信号格吗?

    不是。RSRP 是以 dBm 表示的接收功率测量。信号格是设备界面,由一项或多项读数汇总而成。

    为什么 dBm 是负的?

    因为 0 dBm 是 1 毫瓦,而收到的信号通常远弱于 1 毫瓦。负值是正常现象,不是错误。

    频率越低,连接一定越好吗?

    低频走得更远、穿墙更好,但容量更小。应用和当地无线条件决定哪个频段合适。

    会遇到的术语

    把结论用起来

    告诉我们流量、目的地和需要的测量项,我们会回复下一步。