Ujemny SINR – co oznacza i kiedy występuje

Ujemny SINR – co oznacza i kiedy występuje

Dziś przyjrzymy się przypadkowi, gdy wskaźnik SINR przyjmuje wartości ujemne. Choć może się to wydawać nielogiczne na pierwszy rzut oka, w praktyce komunikacji bezprzewodowej takie sytuacje są powszechne i mają konkretne znaczenie techniczne. Zrozumienie, kiedy SINR jest ujemny, pozwala lepiej interpretować jakość połączeń, efektywność transmisji i przyczyny degradacji sygnału.

Definicja SINR i kontekst użycia

SINR (Signal to Interference plus Noise Ratio) to stosunek mocy sygnału użytecznego do sumy mocy zakłóceń i szumu. Wzór matematyczny dla SINR można przedstawić następująco:

SINR = S / (I + N)

Gdzie:

• S – moc sygnału użytecznego
• I – moc zakłóceń od innych źródeł
• N – moc szumu tła

Wartość SINR najczęściej wyrażana jest w decybelach (dB), według zależności:

SINR(dB) = 10 × log₁₀(S / (I + N))

Wartości dodatnie SINR oznaczają, że moc sygnału jest większa niż suma zakłóceń i szumu. Gdy SINR spada poniżej zera, mamy do czynienia z odwrotną sytuacją – zakłócenia i szum dominują nad sygnałem.

Dlaczego SINR może być ujemny?

Ujemny SINR pojawia się w sytuacjach, gdy jakość kanału komunikacyjnego jest bardzo niska. Może to wynikać z różnych czynników:

1. Wysokie zakłócenia interferencyjne: obecność wielu nadajników pracujących na podobnych częstotliwościach prowadzi do interferencji, szczególnie w systemach komórkowych (np. LTE, NR, Wi-Fi). Sygnały nakładają się, redukując efektywność transmisji.
2. Niska moc sygnału użytecznego: odległość od stacji bazowej, tłumienie propagacyjne, przeszkody terenowe i urbanistyczne obniżają poziom odbieranego sygnału.
3. Wysoki poziom szumu: może wynikać z obecności urządzeń przemysłowych, elektroniki generującej szumy elektromagnetyczne, a także z naturalnych źródeł zakłóceń (szum termiczny, kosmiczny).

Wartości ujemne SINR oznaczają, że odbiornik odbiera więcej szumu i zakłóceń niż samego sygnału, co skutkuje obniżeniem jakości transmisji, zwiększoną liczbą błędów, a często całkowitym brakiem możliwości dekodowania danych.

Interpretacja wartości SINR w dB

Przykład sytuacji z ujemnym SINR

Wyobraźmy sobie użytkownika końcowego znajdującego się w piwnicy budynku biurowego, z daleka od stacji bazowej sieci komórkowej. Ściany zbrojone, wiele źródeł interferencji z pobliskich access pointów Wi-Fi oraz urządzeń przemysłowych – wszystko to prowadzi do sytuacji, w której sygnał użyteczny jest ekstremalnie słaby, natomiast poziom szumu i zakłóceń wysoki.

Załóżmy, że:

Obliczmy SINR:

SINR = 0.1 / 1.0 = 0.1

SINR(dB) = 10 × log₁₀(0.1) ≈ -10 dB

To oznacza, że moc zakłóceń i szumu jest dziesięciokrotnie większa niż sygnału użytecznego – transmisja w takich warunkach jest bardzo trudna lub niemożliwa bez zastosowania korekcji błędów i retransmisji.

Ujemny SINR a poziom modulacji i MCS

W systemach takich jak LTE i NR (5G), wartość SINR bezpośrednio wpływa na dobór schematu modulacji (QPSK, 16-QAM, 64-QAM itd.) oraz MCS (Modulation and Coding Scheme). Ujemny SINR powoduje wybór najniższych dostępnych poziomów modulacji, co redukuje przepływność danych i wymusza częste retransmisje. W skrajnych przypadkach może dojść do utraty synchronizacji z siecią lub zerwania połączenia.

Ujemny SINR a jakość usług i pokrycie sieci

Obszary, w których SINR jest często ujemny, traktowane są jako „martwe strefy” w zasięgu. Operatorzy monitorują takie miejsca, analizując logi radiowe urządzeń (np. raporty RSRP, RSRQ i SINR), aby poprawić pokrycie – poprzez dodanie nowych stacji bazowych, small cells, lub zastosowanie beamformingu. Jednocześnie użytkownicy mogą odczuwać degradację usług takich jak VoLTE, strumieniowanie wideo czy mobilny dostęp do internetu.

Środki zaradcze i optymalizacja

W przypadku częstego występowania ujemnych wartości SINR, stosuje się różne techniki optymalizacyjne:

• Power Control: dynamiczne zwiększanie mocy transmisji, jeśli pozwala na to budżet energetyczny.
• Interference Coordination: np. ICIC (Inter-Cell Interference Coordination), eICIC, CoMP – techniki redukcji zakłóceń z sąsiednich komórek.
• Antenna Tuning: optymalizacja kierunku i schematów nadawania anteny.
• Handover do innej komórki: przeniesienie urządzenia do mniej zatłoczonej stacji bazowej.
• Beamforming: ukierunkowanie sygnału w stronę odbiornika z pominięciem źródeł interferencji.

Techniki te są implementowane zarówno po stronie sieci, jak i w oprogramowaniu urządzeń końcowych, w celu maksymalnego zwiększenia efektywności transmisji nawet przy niskim SINR.

Różnica między SINR a SNR i RSRQ

Aby lepiej zrozumieć sytuacje z ujemnym SINR, warto odróżnić ten wskaźnik od podobnych:

Ujemny SINR to znak, że głównym problemem nie jest tylko szum, lecz przede wszystkim interferencje – np. od sąsiednich komórek lub użytkowników współdzielących zasoby.

Na zakończenie, jeśli interesuje Cię, jak w praktyce sieci mobilne radzą sobie z zarządzaniem zakłóceniami, przeczytaj również o technikach ICIC i eICIC – szczególnie przydatnych w zatłoczonych środowiskach miejskich.