Exemple de conversion de la puissance reçue en niveaux d'exposition

Les 2 images sont extraites d'un rapport d'étude 2001 intitulé "Analyse de champ proche et de couverture radioélectrique" - ENST Bretagne et ANFR.

La fréquence d'émission de l'antenne située sur l'immeuble de gauche est de 900 MHz. 

Vérification de la formule utilisée dans le rapport ENST - ANFR pour passer de l'image de gauche à l'image de droite

Sur l'image à droite, l'iso-niveau 41 V/m correspond à la limite entre la zone en rouge foncé et la zone en rouge-orange, juste à droite de l'antenne. Sur l'image de gauche, cette limite correspond au passage de la couleur orange à la couleur jaune et est renseignée dans la légende comme la valeur 16 dBm. On peut donc intuiter à partir des 2 images qu'une puissance reçue de 16 dBm correspond à une Exposition de 41 V/m pour une fréquence de 900 MHz. L'utilitaire "dBm vers V/m" le confirme puisque pour une puissance de 16 dBm et une fréquence de 0,9 GHz, il donne une Exposition de 41,198 V/m. La formule utilisée dans l'utilitaire est mentionnée dans la présentation "Les opérateurs parlent en dBm et nous en V/m", slide n° 39.

Passer du RSRP au RSSI pour les signaux 5G - Théorie

En 5G, il y a quelques différences importantes par rapport à la 4G LTE, notamment en ce qui concerne la gestion de la bande passante, les Resource Blocks, et les fréquences utilisées.

1. Bande passante en 5G

La 5G utilise un spectre plus large que la 4G, avec des bandes de fréquences supplémentaires pour permettre des débits beaucoup plus élevés et une latence réduite. Actuellement, on distingue 2 types de 5G :

• La 5G DSS (Dynamic Spectrum Sharing) :

  • 700 MHz (fréquence déjà utilisée pour la 4G LTE),

  • 2100 MHz (fréquence déjà utilisée pour la 4G LTE),

  • Ici, la bande passante est partagée dynamiquement entre la 4G et la 5G pour optimiser l'utilisation des ressources.

• La 5G NR (New Radio) :

  • 3500 MHz (bande 78), considérée comme la vraie 5G en France,

  • Cette bande offre une bande passante beaucoup plus large et permet d'atteindre des débits bien plus élevés que les bandes 700 et 2100 MHz.

2. Largeur de bande en 5G

Contrairement à la 4G, où les bandes passantes allouées sont souvent limitées à 10, 15 ou 20 MHz par opérateur, la 5G NR permet aux opérateurs d'utiliser des bandes passantes plus larges, comme 100 MHz ou 200 MHz, si celles-ci leur sont attribuées. Bien que la largeur de bande allouée à un opérateur soit fixe, la 5G NR offre plus de flexibilité dans l'allocation des ressources internes et l'utilisation efficace de cette bande. 

La 5G utilise également des Resource Blocks, mais avec des sous-porteuses plus larges en fonction de la fréquence :

• 15 kHz pour les bandes basses (comme 700 MHz et 2100 MHz, largeur similaire à la 4G),

• 30 kHz pour la bande 3500 MHz,

• 60 kHz et plus pour les fréquences millimétriques (au-delà de 24 GHz, pas encore utilisées en France pour la 5G).

3. Adaptation de la formule RSSI = RSRP + 10 × log(12 × N) au cas de la 5G

La formule utilisée pour la 4G LTE doit être adaptée pour la 5G NR, car les sous-porteuses et les Resource Blocks fonctionnent différemment.

En 5G :

• La taille d'un Resource Block dépend de la largeur de la sous-porteuse, qui varie en fonction de la fréquence utilisée (comme décrit ci-dessus),

• La formule pour convertir le RSRP en RSSI reste globalement la même, mais le facteur 12 × N doit être ajusté en fonction de la largeur de la sous-porteuse :  RSSI = RSRP + 10 × log​(k×N), où k est le nombre de sous-porteuses par Resource Block, dépendant de la largeur de la sous-porteuse et N est le nombre de Resource Blocks alloués au téléphone considéré dans la bande de fréquence donnée.

Formules pour calculer le RSSI maximal :

• pour la 5GDSS 700 MHz (largeur de bande de 10 MHz) : largeur d'une sous-porteuse : 15 kHz, nombre de sous-porteuses par ressource Block (nombre k) : 12, nombre maximal de Resource Blocks (N) : 50 = > RSSI maximal = RSRP + 27,78 dBm

• pour la 5GDSS 2100 MHz (largeur de bande de 20 MHz) : largeur d'une sous-porteuse : 15 kHz, nombre de sous-porteuses par ressource Block (nombre k) : 12, nombre maximal de Resource Blocks (N) : 100 => RSSI maximal = RSRP + 30,79 dBm

• pour la 5G NR 3500 MHz (largeur de bande typique de 100 MHz en France) :  largeur d'une sous-porteuse : 30 kHz (le double de celle en 4G), nombre de sous-porteuses par Resource Block (nombre k) : 24, nombre maximal de Resource Blocks (N) : 273 (pour une bande passante de 100 MHz avec sous-porteuse de 30 kHz) =>  RSSI maximal = RSRP + 37,36 dBm

4. Formules à utiliser pour passer du RSRP au RSSI pour la 5G

Le RSSI minimal est obtenu en faisant N = 1 (1 seul Bloc de Ressources est alloué au téléphone considéré). On obtient alors les 3 formules suivantes permettant d'encadrer le RSSI en fonction du RSRP :

• RSRP + 10,79 dBm < = RSSI <= RSRP + 27,78 dBm pour la 5GDSS 700 MHz

• RSRP + 10,79 dBm < =  RSSI <= RSRP + 30,79 dBm pour la 5GDSS 2100 MHz

• RSRP + 13,8 dBm < = RSSI <= RSRP + 37,36 dBm pour la 5G NR 3500 MHz

COMMENT LE TÉLÉPHONE CALCULE LE RSRP À PARTIR DES SYMBOLES DE RÉFERENCE

 1. Qu'est-ce que le RSRP ?

Le RSRP (Puissance Reçue du Signal de Référence) est une mesure clé utilisée dans les réseaux 4G LTE pour évaluer la qualité du signal radio reçu par le terminal mobile. Le RSRP est spécifiquement basé sur la puissance des symboles de référence que le téléphone reçoit depuis une station de base (antenne-relais).

2. Qu'est-ce qu'un symbole de référence ?

Les symboles de référence sont des signaux spéciaux insérés périodiquement dans les Blocs de Ressources d'un canal LTE. Ils servent à :

• Aider les téléphones à synchroniser leur réception avec le signal de la station de base.

• Permettre aux téléphones de mesurer la puissance du signal et la qualité du canal (RSRP, RSRQ, etc.).

3. Comment les symboles de référence sont-ils disposés dans un Bloc de Ressources ?

• Un Bloc de Ressources en 4G LTE est constitué de 12 sous-porteuses sur une durée de 7 symboles OFDM (en mode normal).

• Les symboles de référence sont insérés à des emplacements spécifiques dans les Blocs de Ressources, en fonction du schéma d'antenne utilisé (SISO, MIMO, etc.).

• Typiquement, dans un Bloc de Ressources, 4 ou 6 Éléments de Ressource sont réservés pour ces symboles de référence.

4. Comment le téléphone calcule le RSRP ?

Le calcul du RSRP par le téléphone se fait comme suit :

1. Détection des symboles de référence :

   • Le téléphone identifie les Éléments de Ressource contenant des symboles de référence dans chaque Bloc de Ressources qu'il reçoit.

2. Mesure de la puissance :

   • Pour chaque RE contenant un symbole de référence, le téléphone mesure la puissance reçue (en dBm).

   • La puissance d'un RE avec un symbole de référence reflète la force du signal provenant de l'antenne relais.

3. Calcul de la moyenne :

   • Le téléphone prend la moyenne de la puissance mesurée sur tous les symboles de référence reçus dans la bande passante allouée.

   • Le RSRP est donc la puissance moyenne des symboles de référence mesurés sur toutes les sous-porteuses dédiées aux symboles de référence.

5. Formule simplifiée pour le calcul du RSRP

Le RSRP est défini comme la moyenne des puissances des symboles de référence sur les sous-porteuses dédiées, mais il n'inclut pas les autres types de symboles, ni le bruit, ni les interférences.

6. Un Exemple pour illustrer

Supposons que le téléphone reçoit plusieurs Blocs de Ressources et détecte des symboles de référence avec les puissances suivantes :

• Puissance du symbole de référence 1 : -90 dBm

• Puissance du symbole de référence 2 : -92 dBm

• Puissance du symbole de référence 3 : -91 dBm

Le téléphone fait la moyenne :

RSRP = (−90 + (−92) + (−91))/3= −91 dBm

7. Pourquoi le RSRP est-il important ?

• Le RSRP est utilisé pour la sélection de cellule et le handover dans les réseaux LTE, car il fournit une mesure plus précise de la qualité du signal utile par rapport au RSSI, qui inclut le bruit et les interférences.

• Un RSRP élevé indique une bonne qualité de signal, tandis qu'un RSRP faible suggère une couverture réseau moins bonne.

Conclusion

Le téléphone calcule le RSRP en mesurant la puissance des symboles de référence qu'il reçoit, puis en prenant la moyenne de ces mesures. Cela permet d'estimer la qualité du lien radio de manière fiable, indépendamment des interférences et du bruit ambiant.

COMMENT LE TÉLÉPHONE CALCULE LE RSSI

Le RSSI (Received Signal Strength Indicator) est une mesure de la puissance totale du signal reçu par le téléphone dans un réseau 4G LTE. Contrairement au RSRP, qui se concentre sur la puissance des symboles de référence (RS), le RSSI prend en compte l'ensemble du spectre utilisé pour la transmission, y compris le bruit et les interférences. Voici comment le RSSI est mesuré par le téléphone.

1. Qu'est-ce que le RSSI ?

Le RSSI est une mesure de la puissance totale reçue par le téléphone sur la bande de fréquence à laquelle il est connecté. Cela inclut :

• Le signal utile (tous les symboles, y compris les données, les symboles de référence, et les symboles de contrôle),

• Le bruit ambiant présent dans la bande de fréquence,

• Les interférences provenant d'autres cellules ou sources de bruit.

2. Comment le téléphone mesure-t-il le RSSI ?

Le calcul du RSSI par le téléphone se fait de la manière suivante :

1. Détection de la bande passante :

   • Le téléphone identifie la largeur de bande allouée par la station de base (par exemple, 10 MHz, 15 MHz, ou 20 MHz).

2. Mesure de la puissance totale :

   • Le téléphone mesure la puissance totale reçue sur tous les Resource Blocks actifs dans la bande passante allouée. Certains de ces blocs peuvent être destinés à d'autres utilisateurs que celui du téléphone considéré.

   • Cette mesure inclut :

     • Les données utilisateur,

     • Les symboles de référence,

     • Les symboles de contrôle (PDCCH, PHICH, etc.),

     • Le bruit ambiant et les interférences.

3. Moyennage :

   • Le RSSI est calculé comme la somme de la puissance reçue sur tous les éléments actifs (y compris le bruit et les interférences) dans la bande passante mesurée.

3. Pourquoi le RSSI est-il important ? 

• Le RSSI donne une indication globale de la force du signal reçu, mais il inclut également les effets du bruit et des interférences.

• Il est utilisé pour évaluer la puissance du signal total, mais il n'est pas aussi précis que le RSRP pour évaluer la qualité du lien radio, car le RSSI est influencé par des facteurs externes.

Conclusion

Le téléphone mesure le RSSI en prenant en compte tous les éléments reçus dans la bande passante allouée, y compris le signal utile, le bruit, et les interférences. Cela en fait une mesure plus globale, mais moins précise pour évaluer la qualité spécifique du signal comparé au RSRP, qui se concentre uniquement sur les symboles de référence. 

Dans le cadre de l'utilisation de "l'UTILITAIRE dBm vers V/m", l'indicateur de puissance reçue à renseigner est le RSSI quand celui-ci est disponible (cas par exemple du Wifi), et à défaut, le RSSI recalculé à partir de l'indicateur RSRP.