【5G RRC】RSRP、RSRQ以及SINR含义、计算过程详细介绍

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在5G早期负责终端数据业务层、核心网相关的开发工作，目前牵头6G算力网络技术标准研究。


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RSRP、RSRQ以及SINR含义、计算过程详细介绍

一、NR SS-RSRP

       UE对SS-RSRP进行测量，并将其用于小区选择、小区重选、功率控制、移动性和波束管理流程。L1（Phy）和L3（RRC）会产生和上报RSRP测量值。例如，UE在向gNB发送CSI时可以在L1测量SS-RSRP，当发送测量报告时向L3提供测量结果。

       在生成SS-RSRP结果时，允许UE使用PBCH-DMRS的测量结果。DMRS和SS-Signal以相同的功率传输，因此结果可以直接平均。当UE向L1报告测量SS-RSRP时，可以配置UE使用CSI-RS测量作为额外的输入。与SS-Signal和PBCH DMRS相比，CSI-RS可能具有不同的发射功率。gNB会向UE提供偏移量信息，以辅助测量过程。

1.1 SS-RSRP特点

• SS-RSRP是从分配给SS-Signal的单个RE（Resource Element）接收到的平均功率；
• 平均值是用毫瓦（mWatts）的线性单位而不是dBm来计算的；
• 功率是通过测量符号的有用部分接收到的能量来计算的，不包括循环前缀部分；
• 对于FR1，在UE天线连接器上进行测量，假设UE每个接收路径有单个天线单元，而不是天线阵列；
• 对于FR2，假设UE对每个接收路径都有天线阵列，则基于属于单个接收路径的所有天线单元的组合信号强度进行测量；
• 测量值会在L1和L3进行滤波；
• SS-RSRP L1测量对于波束管理流程非常有用，因为这需要UE在波束之间快速切换；
• 3GPP规范38.133规定了L1和L3 RSRP的报告值和测量值之间的映射关系；
• 根据3GPP规范，LTE定义的最小RSRP为-140 dBm，但为了满足eMTC应用的覆盖性能，该值被降低到-156 dBm。为了考虑UE的波束增益，将LTE系统的最大RSRP -44dBm增加到 -31dbm；

1.2 SS-RSRP的 L1 滤波

• L1 滤波是为了消除噪声的影响；
• 与L3 RSRP相比，L1 RSRP的上报范围更小；
• 如果 CSI-ReportConfig 中的 reportQuantity 设置为“ssb-Index-RSRP”，则配置UE报告 L1 的SS-RSRP；
• L1 测量是波束层级而不是小区层级，这意味着每个SS-RSRP的结果都与特定的SS/PBCH Block相关联；
• RSRP值使用7位有效载荷来表示，映射如下表所示：
  
• L1 SS-RSRP或CSI-RSRP可以在16 （- 140dBm）到113 （- 44dbm）之间表示；

1.3 SS-RSRP的 L3 滤波

• 进行L3 滤波是为了消除快速衰落和减少测量结果中的短期变化；
• SS-RSRP L3 测量对切换流程很有用；
• 定义的最大 L3 RSRP为 -31dBm，最小 L3 RSRP为 -156dBm；
• 完整的RSRP范围有128个条目（-31 dBm到-156 dBm），可以用7位来表示；
• L3测量可以是波束层级也可以是小区层级，并可以在测量报告消息中报告给gNB；
• L3测量，gNB为UE提供SS/PBCH Block 测量定时配置（Measurement Timing Configuration）；

二、NR SINR

       SINR（Singal to Interference Noise Ratio，信噪比）是衡量信号质量的一个指标。它可以定义为想要的信号强度与不想要的干扰加上噪声之比。

       良好的SINR有助于获得更高的频谱效率，因为它能够解码更高的调制编码方案（MCS）。网络运营商总是寻求最大化所有站点的SINR，以提供最佳的用户体验，要么提高发射功率，要么减少干扰和噪声。根据Shannon信道容量（C），理论信道容量是带宽（B）和SINR的函数。

因此，优化SINR有助于提高小区容量，支持更高阶的QAM调制，从而提高峰值数据速率，减少掉线次数，最终改善用户体验。

5G NR定义了以下两种类型的SINR：

• SS-SINR：可用于连接模式下的切换过程。期望信号功率和干扰加噪声功率都是从SSS使用的REs中测量得到的；
• CSI-SINR：与SS-SINR类似，它也可以用于连接模式下的切换过程。这里需要的信号功率和干扰加噪声功率由CSI参考信号使用的REs测量得到；

2.1 5G NR SINR关键信息总结

• SS-SINR是一个可选的UE功能，UE必须为FR1和FR2单独声明；
• UE在 MeasAndMobParametersFRX-Diff 参数结构体中使用 ss-SINR-meas 标志通知其SS-SINR能力，使用 CSI-SINR-meas 标志通知其CSI-SINR能力；
• UE在产生SS-SINR结果时测量PBCH解调参考信号（DMRS）；
• 在5G网络中，SINR的值通过测量报告发送给gNB；
• 3GPP规范38.133规定了报告值和测量值之间的映射关系；
• 上报范围为0 ~ 127，共128个值，上报值0等于SINR < -23 dB，上报值127表示SINR > 40 dB;
• 3GPP规范定义了测量报告的精度是0.5 dB；

2.2 SINR和上报值的映射关系

下表显示了SINR的上报值和测量值之间的映射关系。该表适用于SS-SINR和CSI-SINR。

2.3 计算SINR的例子

根据测量报告中UE上报的值，可以计算以dB为单位的SINR值：

• UE上报SINR的索引值 = 73；
• SINR (in dB) = 73/2 -23 = 36.5 – 23；
• SINR (in dB) = 13.5 dB；

三、NR RSRQ

       RSRQ （Reference Signal RecivedQuality，参考信号接收质量）是由UE执行的一种测量，以了解接收到的参考信号的质量。在5G NR中，RSRQ可以是 SS-Reference Siganls 和 CSI-Reference Siganls。SS-RSRQ测量可用于小区选择、小区重选和移动性，而CSI-RSRQ测量只能用于移动性。

3.1 5G NR RSRQ关键信息总结

• 它是对接收到的SS（同步信号）或CSI（信道状态信息）参考信号的量化度量；
• RSRQ的测量单位是dB，而RSSI和RSRP的测量单位是dBm；
• RSRQ测量可用于小区选择、重选和切换过程；
• RSRQ有两种形式，即SS-RSRQ和CSI-RSRQ；
• 5G RSRQ范围定义为 -43dB到 20dB；
• 5G RSRQ可以是正值，也可以是负值，而LTE RSRQ总是负值；
• 规范定义的RSRQ的精度为0.5dB；
• UE不会以dB为单位报告RSRQ，而是报告一个索引值；
• 0.5 dB的精度，在全范围RSRQ （-43dB ~ 20dB）可以映射到128个索引值（用7位表示），其中索引0 = -43dB RSRQ，索引127 = 20dB；
• 3GPP规范TS 38.133提供了这些索引值到绝对RSRQ值的映射关系；
• 映射关系对于SS-RSRQ和CSI-RSRQ都是通用的；
• 5G RSRQ测量值在 L3 进行滤波，以消除快速衰落的影响，并有助于减少测量值的短期变化；

3.2 RSRQ测量值和索引值的映射关系

下表显示了测量值和索引值的映射关系：

3.3 RSRQ计算过程

SS-RSRQ可以定义为SS-RSRP与RSSI的比值乘以RB号：

CSI-RSRQ可以定义为CSI-RSRP与RSSI的比值乘以RB号：

我们可以用上面的公式计算RSRQ的理论值：

• 5G NR的RSRP范围为 -156 dBm 至 -31 dBm；
• 5G NR的RSSI范围为 -120 dBm 至- 13 dBm；
• 5G资源块（N）的范围为 24 ~ 275 RBs；

由于RSRP （dBm）和RSSI（dBm）是对数，因此需要对上述RSRQ计算公式进行对数转换。在对数中，除法（/）可以表示为减法（-）而乘发可以表示为加法（+），对于RBs，我们需要将它们转换为10 log (RBs)。

• RSRQ的最小值 = -156 – (-120) + 10*log(24) = -22.19 dB
  • 对应的索引值为 42；
• RSRQ的最大值 = -31 – (-13) + 10*log (275) = 6.39 dB
  • 对应的索引值为 99；

3.4 RSRQ计算过程举例

根据测量报告中UE上报的值，可以计算出以dB为单位的RSRQ值：

• UE报告RSRQ索引值= 45；
• RSRQ (in dB) = 45/2 -43 = 22.5 – 43
• RSRQ (in dB) = -20.5 dB

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参考：
3GPP TS 38.215 – 5G NR, Physical layer measurements
3GPP TS 38.133 – 5G NR, Requirements for support of radio resource management
3GPP TS 38.214 – 5G NR, Physical layer procedures for data

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