Pour faire suite aux mesures présentés dans l’article précédent, nous allons maintenant détailler les notions.

J’invite le lecteur à revenir éventuellement sur un précédent article présentant une partie de la couche physique : http://blogs.univ-poitiers.fr/f-launay/2011/09/25/15mhz20mhzdebandes-quellessontlesconsequences/

I) Reference signal Receive Power (RSRP):

RSRP est la mesure la plus basique réalisée par la couche physique du l’UE, permettant d’obtenir une valeur moyenne de la puissance reçue du signal de référence (RS) émise par la station de base par RE (Resource Element). La mesure s’exprime en Watt ou en dBm. La valeur est comprise entre -140 dBm à -44 dBm par pas de 1dB.

Puisque le signal de référence RS n’est émis qu’à un instant donné sur une seule bande de fréquence, la mesure n’est réalisée que dans cette bande de fréquence (correspondant à un RE : Ressource Element). Sur la figure ci-dessous, on présente la position des signaux de référence dans un RB (transmis sur les symboles 1 et 5 sur cette figure ou sur les symboles 0 et 4 selon la numérotation du premier symbole)

De par la sélectivité en fréquence du canal de propagation, la valeur du RSRP n’est pas identique d’un RE à l’autre, cependant afin d’optimiser la bande de fréquence pour les communications, il n’est pas prévu de réaliser des mesures de RS sur toutes les ressources symboles mêmes si des mesures précises doivent être réalisées pour estimer au mieux la qualité du lien radio. On note ici la différence principale entre le RSRP et le RSSI (Reference Signal Strength Indicator) lequel est une mesure de puissance sur toute la bande de fréquence, et pas seulement sur un RE comme c’est le cas pour le RSRP.

A partir des mesures effectuées par l’UE, il est possible de récupérer le RSRP de la cellule principale et des cellules voisines, mesures effectuées sur la même fréquence ou deux fréquences différentes (même RE sur une ou plusieurs antennes dans la cadre du MIMO).

On distingue deux types d’exigences sur la précision de la mesure, la précision absolue du RSRP et la précision relative RSRP.

• La précision absolue du RSRP consiste à comparer le RSRP mesurée dans une cellule par rapport au RSRP mesuré par la cellule principale (serving cell).
• La précision relative du RSRP consiste à comparer le RSRP mesurée dans une cellule par rapport au RSRP mesuré dans une autre cellule autrement dit entre deux cellules qui ne sont pas définie comme la cellule de référence (serving cell). Il est ensuite possible de différencier la précision relative et absolue intra-fréquentielle et inter-fréquentielle. Intra-fréquentielle signifie que les mesures sont réalisées sur la même fréquence, et inter-fréquentielle pour traduire l’idée que la mesure entre les 2 RSRP est effectuée sur 2 bandes de fréquences différentes.

La connaissance du RSRP absolu permet à l’UE de connaitre la fiabilité de la cellule à partir de laquelle on estime l’atténuation apporté par le canal, ce qui conditionne la puissance optimale de fonctionnement du mobile pour interagir avec la station de base.

Le RSRP est utilisé à la fois en mode de veille qu’en cours de communication. Le RSRP relatif est utilisé comme un paramètre de choix dans le cas de scénarios multi-cellules.

Le RSRP est donc utilisé soit à des fins de Handover dans le cas d’une communication, soit à la définition de la cellule de référence. Cependant, dans le cas du Handover, il est préférable de s’appuyer sur le RSRQ qui est un indicateur de qualité de la communication.

Le RSRP est un indicateur de l’atténuation subit dans le canal, bien que différent de la puissance totale reçue (puissance du signal transmis et du bruit), cet indicateur peut être comparé à l’indicateur CPICH RSCP (Received Signal Code Power)  effectuée dans le cadre du WCDMA (3G) pour sélectionner le choix de transmission (3G ou 4G). Le RSCP est la mesure de puissance d’un canal pilote WCDMA (CPICH : Common Pilot Indicator Channel) sur une bande de 5 MHZ. Cela prend en compte le signal reçu dans sa globalité, c’est-à-dire avec le bruit et les interférences.  La comparaison entre le RSRP et le RSCP permet de choisir la techno en cas de changement de RAT ainsi que pour le Handover.

Différence entre le RSRP et le RSCP?

Afin de bien différencier les sigles, je vous propose de re-définir chacun d’entre eux :

RSCP : Received Signal Code Power (UMTS) représente le niveau de la puissance reçue de la fréquence pilote d’une station de base (Nœud B ou nB). Dans le cadre de la 3G, le multiplexage est réalisé par code, plusieurs nB peuvent transmettre sur la même fréquence, avec des codes spécifiques. Le RSCP permet de calculer le niveau de puissance d’une station de base, c’est-à-dire après démultiplexage du code.

RSRP : Reference Signal Receive Power (LTE) représente la puissance reçue sur un RB en provenance d’une cellule (les séquences de CRS sont différentes d’une cellule à l’autre grâce aux propriétés d’intercorrélation et d’autocorrélation des séquences de Zadoff-Chu),

Pour simplifier, le RSRP est la mesure équivalente au RSCP pour la 3G, c’est deux notions sont donc identiques dans la fonction, mais s’applique à deux technos différentes.

RSSI 3G : Pour la 3G, le RSSI (Received Signal Strength Indicator) s’appuie sur la puissance du signal sur la bande de 5 MHz, il s’agit donc de la puissance mesurée en provenance de toutes les stations de base.

RSSI 4G (E-UTRA RSSI) : Pour la 4G, le RSSI représente la puissance totale mesurée par le mobile, sur toute la bande (Wideband) ou sur une bande de 6 PRB (Narrowband). La durée est paramétrable (par la couche supérieure) sur une sous-trame ou plusieurs sous-trames.

La puissance moyenne est mesurée par défaut sur l’antenne 0.

Ainsi, le signal mesuré comprend :

• les symboles CRS de la cellule serveuse;
• les symboles de trafic et de contrôle (canal PDSCH/PDCCH) de la cellule serveuse
• les symboles de trafic/contrôle et CRS des cellules voisines.

La mesure est donc une moyenne linéaire des symboles OFDM de référence de la cellule serveuse sur la puissance totale (comprenant la puissance des signaux de référence, l’interférence co-canal de la cellule serveuse et les interférences des cellules voisines ; définition 3GPP – Document TS.36.214).

Definition : E-UTRA Received Signal Strength Indicator (RSSI), comprises the linear average of the total received power (in [W]) observed only in the configured OFDM symbol and in the measurement bandwidth over N number of resource blocks, by the UE from all sources, including co-channel serving and non-serving cells, adjacent channel interference, thermal noise etc.

Avant la R.12, la mesure de puissance n’est réalisée que sur l’antenne 0. A partir de la R.12, le choix de la mesure au niveau des antennes est paramétrable (par la couche supérieure mais par défaut la mesure est faite sur l’antenne 0).

Concernant la durée :

• de quelques symboles de la sous trames ou de plusieurs sous trames consécutives;
• de tous les symboles de la sous-trame ou de plusieurs sous-trames consécutives;
• de tous les symboles de différentes sous-trames non consécutives.

TS 36.214 (R.12 et supérieure) Unless indicated otherwise by higher layers, RSSI is measured only from OFDM symbols containing reference symbols for antenna port 0 of measurement subframes. If higher layers indicate all OFDM symbols for performing RSRQ measurements, then RSSI is measured from all OFDM symbols of the DL part of measurement subframes. If higher-layers indicate certain subframes for performing RSRQ measurements, then RSSI is measured from all OFDM symbols of the DL part of the indicated subframes.

Pour récupérer cette valeur sur un modem, la commande AT à utiliser est AT+CSQ qui retourne la valeur RSSI.

II) Reference Signal Receive Quality (RSRQ):

Bien que le RSRP soit une mesure importante, il ne donne aucune information sur la quatité de la transmission. Le LTE s’appuie alors sur l’indicateur RSRQ, défini comme le rapport entre le RSRP et le RSSI. Le RSSI représente la puissance totale du signal reçu, cela englobe le signal transmis, le bruit et les interférences.

RSRQ=10*log(N*RSRP/RSSI)

N étant le nombre de ressource block.

Mesurer le RSRQ est intéressant particulièrement aux limites des cellules, positions pour lequelles des décisions doivent être prises pour accomplir des Handovers et changer de cellule de références. Le RSRQ mesuré varie entre -19,5dB à -3dB par pas de 0.5dB.

Le RSRQ n’est utile uniquement lors des communications, c’est-à-dire lors de l’état connecté. La précision absolue (Intra- et inter-frequentiel) varie de ±2.5 à  ±4 dB.

Le RSRQ pour la 4G peut être comparé à l’indicateur CPICH Ec/No réalisé en 3G

EcNo (3G) : Ec est l’énergie reçue par chip (terme réservé à la 3G) du canal pilote divisé par le bruit total. Cela revient à estimer une image du rapport Signal Sur Bruit, lequel conditionne (Cf. Shannon) la capacité du canal, autrement dit le débit maximum de transmission sans erreur. EcNo est donc égal au RSCP (3G) divisé par le RSSI (bruit total). La meilleure valeur de EcNo correspond à la marge de puissance entre le signal reçue et le bruit sur le signal pilote (et uniquement sur le signal pilote). C’est pour cette raison que la valeur est indicative du rapport signal à bruit pour la transmission de données mais n’est pas la valeur du rapport Signal à Bruit (SNR) de la transmission des informations.

L’indicateur RSRQ fournit des informations supplémentaires quand le RSRP n’est pas suffisant pour faire le choix d’un handover ou d’une re-sélection de cellules.

Pour finir, un petit tableau récapitulatif

Avec des valeurs sur le RSSI (ASU – Active State Update est dérivé du RSSI) :