RSRP, RSRQ, SINR: Die 4G-Signalqualität Ihrer IoT-Geräte verstehen und überwachen

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Eziwan-Team
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IoT-Infrastruktur

Ihr IoT-Gateway zeigt „verbunden“ über 4G an, aber Ihre Daten kommen nur sporadisch an, Ihre VPN-Verbindung bricht stündlich ab und Ihre Warnmeldungen aus dem Außendienst treffen mit 30 Minuten Verspätung ein. Das Netzwerk „funktioniert“ – aber es funktioniert nicht richtig. Der Schlüssel liegt darin, die Kennzahlen zur LTE-Signalqualität zu verstehen und zu wissen, wann ein Alarm ausgelöst werden muss.

Die 4 wichtigsten Kennzahlen des LTE-Signals​

1. RSRP – Empfangslänge des Referenzsignals​

Der RSRP misst die empfangene Leistung eines Referenzsignals auf einem bestimmten LTE-Subträger. Dies ist die am häufigsten verwendete Messung der Signalstärke.

Einheit: dBm (Dezibel-Milliwatt)
Typischer Bereich: -44 dBm (ausgezeichnet) bis -140 dBm (kein Signal)

RSRPQualitätAuswirkungen vor Ort
> -80 dBmAusgezeichnetKeine Probleme zu erwarten
-80 bis -90 dBmGutStabile Verbindung, optimale Datenrate
-90 bis -100 dBmMittelmäßigReduzierte Datenrate, mögliche Verbindungsabbrüche
-100 bis -110 dBmSchwachInstabilität, erhebliche Verzögerungen
< -110 dBmKritischHäufige Verbindungsabbrüche, Datenverluste

Vorsicht vor der Falle: Ein RSRP-Wert von -85 dBm ist nicht immer gleichbedeutend mit einer guten Verbindung. In einem dicht besiedelten Gebiet mit vielen Nutzern, die dieselbe Antenne nutzen, kann das Signal zwar stark sein, die Qualität jedoch schlecht – hier kommt der RSRQ ins Spiel.

2. RSRQ – Empfangsqualität des Referenzsignals​

Der RSRQ misst das Verhältnis von Signalqualität zu Störungen. Er berücksichtigt dabei nicht nur den RSRP, sondern auch das Hintergrundrauschen und Störungen durch benachbarte Zellen.

Formel: RSRQ = (N × RSRP) / RSSI
wobei N = Anzahl der Unterträger, RSSI = empfangene Gesamtleistung

Einheit: dB (Dezibel)
Typischer Bereich: -3 dB (ausgezeichnet) bis -19,5 dB (kritisch)

RSRQQualitätEmpfehlung
> -9 dBAusgezeichnet—
-9 bis -12 dBGutÜberwachen
-12 bis -15 dBMittelmäßigAlarm auslösen, Antenne überprüfen
< -15 dBSchwachMaßnahmen erforderlich

Konkretes Beispiel: Ein Industriestandort in einem Stadtrandgebiet mit RSRP = -82 dBm (gut) und RSRQ = -16 dB (kritisch). Dieser Standort ist zu Spitzenzeiten an eine überlastete Antenne angeschlossen – seine VPN-Verbindungen werden täglich zwischen 12 und 14 Uhr unterbrochen. Die Lösung: Während dieser Zeitfenster auf den sekundären Betreiber (SIM2) umschalten.

3. SINR – Signal-Interferenz-Rausch-Verhältnis​

Der SINR-Wert gibt das Verhältnis von Signal zu Störsignalen und Rauschen an. Er ist der genaueste Indikator für die Demodulationsqualität.

Einheit: dB
Typischer Bereich: > 20 dB (ausgezeichnet) bis < -6 dB (außer Betrieb)

SINRVerwendete ModulationTheoretische Datenrate
> 20 dB64-QAMMaximum (Kat. 4: 150 Mbit/s DL)
10–20 dB16-QAM60–100 Mbit/s DL
0–10 dBQPSK10–30 Mbit/s DL
< 0 dBBPSK< 5 Mbit/s, instabil

Für IoT-Anwendungen (Telemetrie, SCADA-Überwachung, Lightweight-VPN) reicht eine Datenrate von 1–5 Mbit/s aus. Der kritische SINR-Wert liegt bei etwa -3 dB – darunter ist mit häufigen Wiederholungsübertragungen zu rechnen, die die Latenz erhöhen.

4. RSSI – Anzeige der empfangenen Signalstärke​

Der RSSI ist die Gesamtempfangsleistung über den gesamten Kanal hinweg, unter Berücksichtigung aller Unterträger. Er umfasst auch Rauschen und Störungen. Er ist zur Beurteilung der Qualität weniger genau als der RSRP, eignet sich jedoch für eine erste Einstufung.

Einheit: dBm
Typischer Bereich: -50 dBm bis -120 dBm

Häufige Fallstricke in industriellen Umgebungen​

Die Falle der Faraday-Käfige​

Metallschaltkästen, Stahlskelettbauten und abgeschirmte Räume erzeugen einen Faraday-Käfig-Effekt. Ein im Inneren eines Schaltschranks gemessener RSRP von -105 dBm kann bei einer 2 Meter entfernt angebrachten externen Antenne auf -75 dBm ansteigen.

Faustregel: In einer industriellen Umgebung sollten Sie immer eine externe Magnet- oder Standantenne vorsehen, die außerhalb des Schaltschranks angebracht wird.

Die fortschreitende Abnutzung des Antennenkabels​

Ein 3 Meter langes Koaxialkabel vom Typ RG-174 (das dünne Kabel, das oft mit Modems mitgeliefert wird) dämpft das Signal bei 800 MHz um 3 bis 5 dBm. Bei LTE B20 (800 MHz, wird für die flächendeckende Versorgung im ländlichen Raum genutzt) entspricht dies einem Unterschied zwischen -100 und -105 dBm – also einem Rückgang um eine Qualitätsstufe.

Empfehlung: Verwenden Sie für Längen > 2 m LMR-200- oder H155-Kabel. Bei Längen > 5 m sollten Sie LMR-400 bevorzugen.

Industrielle Störungen​

Frequenzumrichter, Lichtbogenschweißen, Elektromotoren und Batterieladegeräte erzeugen HF-Oberschwingungen in den LTE-Bändern. Wenn sich Ihr RSRQ oder SINR während der Produktion regelmäßig verschlechtert, handelt es sich wahrscheinlich um lokale Störungen.

Diagnose: Vergleichen Sie den SINR-Wert in der Nebenzeiten (nachts) mit dem Wert während der Produktionszeiten. Wenn der Unterschied mehr als 10 dB beträgt, suchen Sie nach der Störquelle.

Konfiguration von Benachrichtigungen in Eziwan​

Empfohlene Schwellenwerte für kritische Standorte​

alertes_signal:
  rsrp:
    warning: -100  # dBm — surveiller
    critical: -107  # dBm — basculer SIM
  rsrq:
    warning: -13   # dB — surveiller
    critical: -16   # dB — basculer SIM
  sinr:
    warning: 3     # dB — surveiller
    critical: -1   # dB — basculer SIM

Intelligente Failover-Richtlinie​

Die Eziwan-Plattform wertet kontinuierlich die Kennzahlen beider SIM-Karten aus. Die Umschaltung wird ausgelöst, wenn zwei der drei Kriterien gleichzeitig im kritischen Bereich liegen:

Si (RSRP_SIM1 < -107) ET (RSRQ_SIM1 < -16)
   → Basculer vers SIM2
   → Das Wartungsteam benachrichtigen
   → Das Ereignis mit Metriken protokollieren
   → Zurück zu SIM1 wechseln, wenn RSRP_SIM1 5 Minuten lang > -100 ist

Das Kriterium „5 Minuten lang“ verhindert ein Hin- und Herwechseln (Ping-Pong) zwischen den beiden SIM-Karten, wenn das Signal an der Grenze liegt.

Dashboard zur Signalüberwachung​

Auf der Eziwan-Plattform verfügt jedes Gateway über eine Grafik mit dem Verlauf seiner Kennzahlen:

  • RSRP über 24 Stunden / 7 Tage / 30 Tage
  • RSRQ über dieselben Zeiträume
  • Anzahl der SIM-Wechsel
  • Korrelation zwischen Signal und VPN-Latenz

Anhand dieser Daten lassen sich folgende Probleme erkennen:

  • Allmähliche Verschlechterungen (Antennenverbindung bricht ab, Kabelalterung)
  • Zyklische Probleme (Spitzenzeiten, Produktion)
  • Einmalige Störungen (Ausfall des Netzbetreibers, Netzarbeiten)

Bewährte Verfahren für industrielle IoT-Implementierungen​

1. Vor der Installation immer nachmessen​

Bevor Sie Ihr Gateway endgültig befestigen, sollten Sie die Signalstärke an mehreren Stellen messen. In einer dicht bebauten Industrieumgebung kann sich der Wert innerhalb von 50 cm von -85 auf -95 dBm ändern.

2. Das Nennsignal dokumentieren​

Speichern Sie bei der Installation die Referenzwerte in Eziwan:

  • Nenn-RSRP SIM1 / SIM2
  • Nenn-RSRQ
  • Referenz-VPN-Latenz

Diese Werte dienen als Ausgangsbasis, um künftige Verschlechterungen zu erkennen.

3. Failover unter realen Bedingungen testen​

Simulieren Sie einen Ausfall von SIM1 und überprüfen Sie:

  • Tatsächliche Umschaltzeit (Ziel: < 8 Sekunden)
  • Aufrechterhaltung der VPN-Verbindungen
  • Empfang der Umschaltwarnungen
  • Automatische Rückkehr zu SIM1

4. Die Netzabdeckung der beiden Anbieter prüfen​

Wählen Sie nicht einfach zwei Anbieter nach dem Zufallsprinzip aus. Nutzen Sie die Netzabdeckungskarten der Anbieter und führen Sie vor allem einen Praxistest mit beiden SIM-Karten vor Ort durch. Die Leistung verschiedener Anbieter kann je nach Frequenzband und lokaler Antennendichte sehr unterschiedlich ausfallen.

Fallbeispiel: Diagnose einer problematischen Website​

Situation: Pumpstation in ländlicher Gegend, fehlende Telemetriedaten für 3 bis 4 Stunden pro Tag.

Erfasste Messwerte:

SIM1 (Orange) — RSRP: -104 dBm, RSRQ: -14 dB, SINR: 2 dB
SIM2 (SFR)    — RSRP: -88 dBm,  RSRQ: -10 dB, SINR: 12 dB
Aktives Failover: 0 Mal in den letzten 30 Tagen

Diagnose: SIM1 ist als Hauptkarte konfiguriert, wobei die Failover-Schwellenwerte zu großzügig eingestellt sind (-110 dBm). Der Standort arbeitet mit einem Signal am Grenzwert auf SIM1, obwohl SIM2 deutlich besser wäre.

Lösung:

  1. Die Prioritätsreihenfolge umkehren (SIM2 als Hauptkarte)
  2. Den RSRP-Failover-Schwellenwert auf -98 dBm senken
  3. Die externe Antenne um 40 cm versetzen (Änderung von -104 auf -96 dBm auf SIM1)

Ergebnis: 0 fehlende Daten in den folgenden 30 Tagen.

Die Wahl des richtigen LTE-Bands für Ihre industriellen Implementierungen​

LTE nutzt verschiedene Frequenzbänder, von denen jedes seine eigenen Eigenschaften aufweist. In Frankreich sind die wichtigsten Frequenzbänder:

LTE-BandFrequenzNetzbetreiberStärkenEinschränkungen
Band 20 (B20)800 MHzOrange, SFR, BouyguesMaximale Abdeckung im ländlichen Raum, hervorragende Durchdringung von GebäudenBegrenzte Übertragungsrate (max. 20 MHz Bandbreite)
Band 28 (B28)700 MHzBouygues (im Aufbau)Ähnlich wie B20, gute AbdeckungWeniger verfügbar
Band 3 (B3)1800 MHzAlleGutes Verhältnis von Datenrate und AbdeckungMittlere Gebäudedurchdringung
Band 1 (B1)2100 MHzOrange, SFRHohe Datenrate in dicht besiedelten GebietenGeringe Gebäudedurchdringung, begrenzte Reichweite
Band 7 (B7)2600 MHzOrange, SFR, BouyguesSehr hohe Datenrate (4G+)Sehr kurze Reichweite, keine Durchdringung

Für das industrielle IoT: Das Band 20 (800 MHz) ist der Maßstab in industriellen Umgebungen. Seine große Reichweite und seine Durchdringung von Metallgebäuden (Dämpfung ~5 dB gegenüber ~15 dB bei B7) machen es zur besten Wahl für Schaltschränke und Standorte in ländlichen Gebieten.

LTE-Band am Eziwan-Gateway erzwingen:

AT+QCFG="band",F,80000,0      # Force Band 20 uniquement
AT+QCFG="band",F,840000,0    # Force Band 20 + Band 3
AT+QCFG="band",F,0,0          # Auto (toutes bandes)

Das Erzwingen von Band 20 an einem Standort in ländlicher Umgebung, an dem der RSRP für Band 20 bei -95 dBm, der für Band 3 jedoch bei -102 dBm liegt, kann Instabilitäten beseitigen, die durch das automatische Umschalten zwischen den Bändern verursacht werden.

Leitfaden zur Auswahl von LTE-Antennen für die Industrie​

Die Antenne ist oft das vernachlässigte Glied einer industriellen LTE-Anlage. Eine falsche Wahl oder eine fehlerhafte Verkabelung kann einen Verlust von 10 bis 20 dBm an Verstärkung bedeuten – das ist der Unterschied zwischen einer stabilen Verbindung und einer Verbindung am Rande des Empfangsbereichs.

Antennentypen und Anwendungsfälle​

TypVerstärkungMontageEmpfohlene Verwendung
Magnetische Rundstrahlantenne2–5 dBiSchrankdachStandardstandorte, gutes Signal, schnelle Installation
Magnetische Rundstrahlantenne5–7 dBiMast oder WandhalterungStandorte mit mittlerem Signal, direkte Ausrichtung erwünscht
Richtantenne (Patch)9–14 dBiAuf die BTS-Antenne ausgerichtetLändliche Standorte am Rand des Versorgungsbereichs, Richtung bekannt
Yagi14–20 dBiMast, präzise AusrichtungSehr abgelegene Standorte, Fernverbindung >5 km
Innenantenne (am Gehäuse)0–2 dBiIntegriertAußerhalb eines Metallschranks, ausgezeichnetes Signal

Koaxialkabel: Dämpfung in Abhängigkeit von der Länge​

Das Kabel zwischen der Antenne und dem Gateway verursacht einen Verlust in dBm, der zur Dämpfung durch das Medium hinzukommt. Wählen Sie je nach erforderlicher Kabellänge:

KabeltypDämpfung bei 800 MHzEmpfohlene maximale Länge
RG-174 (dünnes Standardkabel)1,8 dB/m<1 m (nur Verlängerungskabel)
RG-580,7 dB/m<3 m
LMR-200 / H1550,35 dB/m<8 m
LMR-400 / H5000,15 dB/m<20 m

Faustregel: Pro Meter RG-174 verlieren Sie 1,8 dBm. Ein 5 m langes RG-174-Kabel kostet 9 dBm – wodurch sich ein RSRP von -95 auf -104 dBm verringern kann, was zwei Qualitätsstufen weniger entspricht.

Die Überwachung von Signalkennzahlen ist kein Luxus – sie ist die Grundlage einer zuverlässigen industriellen IoT-Infrastruktur. Die Eziwan-Plattform erfasst diese Daten kontinuierlich und stellt sie für proaktive statt reaktive Analysen zur Verfügung.

FAQ​

Was ist der Unterschied zwischen RSRP und RSSI? Welchen Wert sollte man vorrangig überwachen? RSSI (Received Signal Strength Indicator) ist die gesamte empfangene Leistung einschließlich aller Störungen – weniger genau. RSRP (Reference Signal Received Power) misst ausschließlich die LTE-Referenzsignale und filtert Störungen heraus – gibt die tatsächliche Qualität des LTE-Signals genauer wieder. In einer industriellen Umgebung mit zahlreichen HF-Störquellen ist der RSRP bei weitem der beste Indikator. Überwachen Sie zunächst den RSRP und anschließend den RSRQ, um die Kanalqualität zu beurteilen.

Mein Gateway zeigt -85 dBm RSRP an – reicht das für die industrielle Überwachung aus? Ja. -85 dBm ist ein ausgezeichnetes LTE-Signal. Hier ist die praktische Referenzskala: > -90 dBm = ausgezeichnet (keine Probleme), -90 bis -100 dBm = akzeptabel (geringe Risiken), -100 bis -107 dBm = beeinträchtigt (externe Antenne in Betracht ziehen), < -107 dBm = kritisch (Maßnahmen erforderlich). Für einen Standort zur industriellen Überwachung mit VPN und MQTT ist ein RSRP > -100 dBm in der Regel ausreichend.

Reicht die interne Antenne des Gateways aus oder ist immer eine externe Antenne erforderlich? Die interne Antenne reicht aus, wenn sich das Gateway in einem nichtmetallischen Gehäuse mit guter Sichtverbindung befindet. In einem metallenen Schaltschrank (Faraday-Käfig) ist eine externe Antenne nahezu unverzichtbar – das Gehäuse dämpft das Signal um 10 bis 20 dB. Investieren Sie bei allen Installationen in Schaltschränken in eine magnetische oder anschraubbare externe Antenne.

Weiterführende Informationen​

Benötigen Sie ein Signalaudit für Ihre bestehenden IoT-Standorte? Wenden Sie sich an unser Technikteam.

Weitere Ressourcen​