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RSRP et RSRQ

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Cet article a été mis à jour le 11/11/2021

En allant sur les forum 4G, je m’aperçois que plusieurs topics traitent du problème suivant : Pourquoi le RSRQ=-3dB au maximum?

Hypothèse : Si l’on suppose que seul le signal de référence est transmis dans les ressources blocks, et que l’on ne prend pas en compte ni les données (que les RS), ni le bruit, ni les interférences alors dans ce cas RSRQ=-3dB.

Les raisons évoquées dans les forums me paraissaient flous, comme par exemple les liens suivants

Je vous propose donc dans cet article de revenir sur ces notions RSRP, RSRQ et RSSI pour expliquer :

Pourquoi RSRQ=-3dB si l’on suppose que seul le signal de référence est transmis.

(Ce cours est un extrait des formations proposées sur la 4G, cf http://www.mooc-ipad-formation.eu/ ou http://blogs.univ-poitiers.fr/f-launay/modules-de-formation/ ou contactez moi)

Mais avant cela, revenons sur les définitions et les fonctions du RSRP, RSRQ et RSSI. Nous en profiterons aussi pour revenir sur des notions similaires en 3G en lisant les articles suivants :

Avant d’aborder le problème, revenons une fois de plus sur les définitions :

3GPP TS 36.214  V9.2.0

Reference signal received power (RSRP), is defined as the linear average over the power contributions (in [W]) of the resource elements that carry cell-specific reference signals within the considered measurement frequency bandwidth.

Le RSRP correspond à la puissance moyenne d’un RE dans lequel le signal de référence CRS est transmis et sur l’antenne 0 et éventuellement l’antenne R1.

Pour comprendre la mesure, il est donc nécessaire de revenir sur le mapping physique d’une trame LTE (sur une sous-trame soit 2 RB consécutifs) :

FFigure 1 : Un exemple de répartiton des signaux de références RS

Un RB est composé de 84 RE (7 symboles, 12 sous-porteuses), il y a 4 RS et dans l’exemple traité (pas de données), 80 RE qui ne transportent aucune information.

Mais, Le RSRP mesure la puissance transportée par le signal de référence dans un RE, le RSSI quant à lui mesure sur la bande totale, sur N RB.

D’après le mapping, seuls les symboles 0 et 4 de chaque slot transmettent des RS et sur chaque symbole, il y a 2 sous porteuses  sur 12 qui transportent le message de référence.

Sur le premier temps symbole, sur les 12 sous-porteuses, le terminal va mesurer la puissance contenue dans les éléments de ressource RE qui transportent le signal de référence RS. La puissance RSRP est la moyenne des puissances mesurées.

Ainsi, sur l’exemple de la figure 1, en se basant sur un seul RB, la valeur RSRP correspond à la 1/2 de la puissance totale mesurée sur le 1er symbole sur les sous-porteuses 6 et 12.

La sous-porteuse 6 et 12 ne transportent a priori que le signal de référence. Les autres sous-porteuses 1 à 5, 7 à 11 transportent le trafic utile.

La valeur du RSSI est mesurée sur toutes les sous-porteuses du premier temps symbole du RB. Sur un  seul RB , le RSSI par RB est donc égale à 12*RSRP.

Supposons que la station de base ne transmette aucun trafic, alors les RE des sous-porteuses 1 à 5 et 7 à 11 ont une puissance nulle. Ainsi, sur N RB alors la valeur du RSSI=12*N*RSRP

Le RSRQ est égale à 10*log10(N*RSRP/RSSI) vaut donc ½ soit -3dB dans notre exemple.

Hypothèse 2 : Si maintenant on suppose que des Données sont transmises sur chaque sous porteuses à la même puissance que le signal de référence. Dans un RB il y a 2 RE ou le signal de référence RS est transmis, et il y a 10 RE pour les données. Chaque RE portant la même puissance (égale à RSRP par hypothèse), la puissance transportée par RB est donc égale à 12 RSRP.

Donc si l’on suppose que les données sont transmises avec la même puissance, le RSRQ vaut 1/12 soit RSRQ=-10,79 dB

Quelle est la plage de valeur du RSSI ?

Selon les sites, la plage de valeur de RSSI varie entre -53 dBm à -95 dbm, ou de -40 dBm à -130 dBm, mais en fait il n’y a pas de réponse absolue mais des mesures pratiques.

Le RSSI est une mesure sur la bande totale incluant le bruit, les interférences issues des stations de base voisine et le signal de la station de base serveuse.

Dans l’exemple 2, on supposait que les stations de bases voisines n’émettaient rien et on supposait que la puissance reçue sur chaque RE est égale à la puissance le signal de référence. Ainsi, sur 1 RB on mesure RSSI=12*RSRP

Sur la bande totale (N RB) alors le RSSI=12*N*RSRP, valeur que l’on retrouve parfois dans la littérature. Mais il faut prendre en compte l’hypothèse forte le signal reçu sur chaque RE est égale à la puissance reçue RSRP.

En dB, on a RSSI=RSRP+10*log10(N), avec N compris à 6 (pour 1.4 MHz de bande) à 100 (pour 20 MHz de bande). On trouve ainsi dans la littérature que RSSI est supérieure à RSRP d’une valeur de 20 dB (10*log10(12*6) = 18,57 dB) à 30 dB (10*log10(12*30)=30,8 dB), ce qui n’est pas exact puisqu’on suppose qu’il n’y a pas d’interférence (pas de station de base voisine ou pas de MIMO)

Le RSRP à une valeur comprise entre -44 dBm à -140 dBm (3GPP TS 36.133 V8) donc au mieux on peut considérer que le RSSI est compris entre -14 dBm (20 MHz de bande) à -120 dBm (1,4 MHz de bande) dans l’hypothèse précédente.

Dans la pratique, on peut considérer que :

  • Canal mauvais : RSSI < -80 dBm
  • Canal moyen : – 70 dBm < RSSI < – 80 dBm
  • Canal bon : – 60 dBm < RSSI < – 70 dBm
  • Canal excelle : – 50 dBm < RSSI < – 60 dBm

Exemple issu d’un forum (https://lafibre.info/bboost/rssi/) :

Et le SINR -Signal Interfence Noise Ratio?

La valeur du SINR n’est pas définie au niveau du standard 3GPP et pourtant cette valeur apparaît comme mesure de la qualité du signal.

Le SINR est le rapport de puissance entre le signal utile et le bruit auquel on rajoute les interférence SINR=P/(N+I). Cette valeur s’exprime en dB : 10.log10[P/(N+I)]

  • S est la puissance utile mesurée au niveau du signal de référence ou du canal PDSCH
  • I est la puissance des interférences créé par les cellules voisines
  • N est le bruit thermique

Le calcul est donc le suivant (cf. https://www.cablefree.net/wirelesstechnology/4glte/lte-rsrq-sinr/)