RSRP multi-beam 5G NR : comprendre SSB, RSRP₀ vs RSRP₁ et stabilité...

En LTE, une cellule correspond à un signal omnidirectionnel : le RSRP mesure la puissance de ce signal unique. En 5G NR, cette simplification n’existe plus. Une cellule 5G NR émet plusieurs faisceaux (beams) directionnels, chacun avec son propre RSRP. Le RSRP affiché dans la majorité des outils est celui du meilleur beam — mais c’est la relation entre le meilleur beam et les beams secondaires qui détermine la robustesse réelle de la couverture.

Cet article explique le fonctionnement du multi-beam 5G NR, la signification du delta RSRP₀ vs RSRP₁, et comment exploiter ces métriques pour diagnostiquer la stabilité des handovers sur le terrain.

SSB : le signal de référence directionnel de la 5G NR

Qu’est-ce qu’un SSB (Synchronization Signal Block) ?

Le SSB est le signal de base que chaque cellule 5G NR émet pour permettre aux terminaux de la détecter, de se synchroniser et de mesurer la couverture. Un SSB contient :

PSS (Primary Synchronization Signal) : synchronisation temporelle initiale
SSS (Secondary Synchronization Signal) : identification de la cellule (PCI)
PBCH (Physical Broadcast Channel) : informations système essentielles (MIB)
PBCH DMRS : signaux de référence pour la démodulation du PBCH

En LTE, les signaux de référence (CRS) sont émis de manière omnidirectionnelle et sont répartis sur toute la bande passante. En 5G NR, les SSB sont émis de manière directionnelle — chaque SSB est associé à un faisceau (beam) pointant dans une direction spécifique.

SSB Burst Set : le balayage spatial

Une cellule 5G NR n’émet pas un seul SSB, mais un ensemble de SSB appelé SSB Burst Set. Chaque SSB du burst set est émis dans une direction différente, couvrant collectivement l’ensemble du secteur de la cellule.

Le nombre de SSB dans un burst set dépend de la bande de fréquence :

Bande de fréquence	SSB max par burst set	Cas d’usage
< 3 GHz (FR1 low)	4	Bandes Sub-3 GHz (n1, n3, n28)
3 - 6 GHz (FR1 high)	8	Bande n78 (3.5 GHz), n77
> 6 GHz (FR2, mmWave)	64	Bandes 26/28/39 GHz

Sur la bande n78 (3.5 GHz), la plus déployée en Europe et en Afrique, une cellule émet donc jusqu’à 8 SSB beams, chacun couvrant un secteur angulaire d’environ 15 à 30 degrés selon la configuration d’antenne.

SSB Index : l’identifiant du beam

Chaque SSB dans le burst set est identifié par un SSB Index (0, 1, 2, … jusqu’à L_max - 1). Ce SSB Index est l’équivalent d’un “numéro de beam” : il identifie de manière unique la direction du faisceau.

Le terminal (UE) mesure le RSRP de chaque SSB Index détecté et rapporte ces mesures au réseau. C’est sur la base de ces mesures per-beam que le réseau prend ses décisions de beam management et de handover.

RSRP₀ et RSRP₁ : le meilleur beam et son challenger

Définition

RSRP₀ : le RSRP du SSB beam ayant la puissance la plus élevée parmi tous les beams détectés de la cellule servante. C’est le “meilleur beam”.
RSRP₁ : le RSRP du deuxième SSB beam le plus fort de la même cellule. C’est le “second meilleur beam” ou “beam de secours”.

Dans les spécifications 3GPP, ces mesures correspondent au concept de L1-RSRP par SSB Index, reporté dans les mesures de beam management.

Pourquoi RSRP₀ seul est insuffisant

La majorité des outils de mesure terrain affichent un seul RSRP par cellule : le RSRP₀, soit le meilleur beam. Cette simplification masque une information critique sur la résilience de la couverture.

Considérons deux situations avec le même RSRP₀ = -80 dBm :

Situation A — Couverture résiliente :

RSRP₀ = -80 dBm (SSB Index 3)
RSRP₁ = -83 dBm (SSB Index 4)
Delta = 3 dB

Situation B — Couverture fragile :

RSRP₀ = -80 dBm (SSB Index 3)
RSRP₁ = -98 dBm (SSB Index 2)
Delta = 18 dB

Dans la Situation A, si le beam 3 est obstrué (mouvement de l’utilisateur, obstacle temporaire), le beam 4 prend immédiatement le relais avec seulement 3 dB de perte. Le service est maintenu sans interruption perceptible.

Dans la Situation B, si le beam 3 est obstrué, le beam 4 est 18 dB plus faible — soit une puissance 60 fois inférieure. Le terminal perd la connexion au beam principal sans alternative viable sur la même cellule. Résultat : un handover d’urgence, une coupure de service, ou un re-beam qui prend plusieurs centaines de millisecondes.

Interprétation du delta RSRP₀ - RSRP₁

Delta (dB)	Interprétation	Risque handover
0 - 3	Excellent : deux beams de puissance quasi égale	Minimal — basculement transparent
3 - 6	Bon : beam secondaire viable	Faible — transition rapide
6 - 10	Moyen : dépendance au beam principal	Modéré — latence de transition perceptible
10 - 15	Élevé : beam principal dominant	Élevé — risque de coupure au beam switch
> 15	Critique : un seul beam utile	Très élevé — comportement quasi-omnidirectionnel dégradé

Seuil opérationnel recommandé : un delta RSRP₀ - RSRP₁ < 6 dB est le seuil à viser pour une couverture 5G NR robuste en zone urbaine. Au-delà de 10 dB, l’ingénieur RF doit investiguer l’orientation et le tilt des panneaux d’antenne.

Impact sur la stabilité handover en 5G NR

Beam management vs handover : deux niveaux de mobilité

En 5G NR, la mobilité du terminal se gère à deux niveaux :

Beam management (intra-cellule) : le terminal change de beam au sein de la même cellule (même PCI). C’est un processus L1/L2 rapide, piloté par les mesures SSB-RSRP par beam index.
Handover inter-cellule : le terminal change de cellule (changement de PCI). C’est un processus L3 (RRC Reconfiguration) plus lent, impliquant une signalisation avec le réseau.

Le delta RSRP₀/RSRP₁ impacte principalement le beam management intra-cellule, mais a des effets indirects sur le handover inter-cellule.

Scénario : handover erratique en zone de bord de cellule

En bord de cellule 5G NR, le terminal reçoit des beams de la cellule servante et des beams de la cellule voisine. Si le delta RSRP₀/RSRP₁ de la cellule servante est élevé (couverture fragile) :

Le beam principal de la cellule servante fluctue
Le terminal détecte ponctuellement un beam voisin plus fort
L’événement de mesure A3 (neighbor > serving + offset) se déclenche
Le handover est initié
Mais le beam principal de la cellule servante revient (fluctuation)
Le handover est annulé ou un nouveau handover est déclenché en sens inverse

Ce phénomène de ping-pong handover est directement corrélé à un delta RSRP₀/RSRP₁ élevé. En LTE, le signal omnidirectionnel est plus stable et ce problème est moins prononcé. En 5G NR, la directivité des beams amplifie les fluctuations.

Mesurer la stabilité handover sur le terrain

Pour évaluer la stabilité handover en 5G NR, il faut capturer simultanément :

RSRP per-beam (SSB Index) de la cellule servante : RSRP₀ et RSRP₁ minimum
PCI serving et PCI neighbors : identifier les cellules en compétition
Events A2, A3, A5 : les déclencheurs de handover configurés par l’opérateur
Messages RRC : RRC Reconfiguration (handover réussi), RRC Re-establishment (handover échoué)

HiCellTek capture l’ensemble de ces KPIs en temps réel sur le terrain, avec affichage simultané du RSRP per-beam et des messages Layer 3 associés. Le delta RSRP₀/RSRP₁ est calculé et affiché en continu, permettant d’identifier les zones de couverture fragile sans post-processing. Découvrez l’ensemble des capacités sur la page meilleur outil drive test Android.

Pour un rappel des fondamentaux RSRP, RSRQ et SINR, consultez notre guide terrain RSRP/RSRQ/SINR.

Causes d’un delta RSRP₀/RSRP₁ élevé

1. Tilt mécanique ou électrique mal configuré

Si le tilt du panneau d’antenne est trop prononcé (downtilt excessif), les beams supérieurs (SSB Index élevés, pointant vers le haut) sont fortement atténués par rapport au beam principal pointant vers le sol. Le delta augmente car un seul beam est utile à une distance donnée.

Diagnostic : le delta RSRP₀/RSRP₁ varie fortement avec la distance à l’antenne. Proche de l’antenne, le delta est faible (plusieurs beams convergent). Loin de l’antenne, le delta explose.

2. Obstruction partielle du panneau d’antenne

Un obstacle physique (bâtiment, structure métallique, panneau publicitaire) peut bloquer certains beams sans affecter les autres. Le beam principal est dans une direction dégagée, mais les beams adjacents sont obstrués.

Diagnostic : le delta est élevé dans un secteur angulaire spécifique et normal dans les autres. Un drive test en arc de cercle autour du site révèle le pattern.

3. Configuration beamforming sous-optimale

Le nombre de SSB beams actifs et leur espacement angulaire sont configurables par l’opérateur. Une configuration avec trop peu de beams actifs (ex. : 4 au lieu de 8 sur n78) crée des “trous” entre beams où le RSRP₁ chute significativement.

4. Réflexion multipath dominante

En environnement urbain dense, le beam principal peut être renforcé par une réflexion favorable (mur, façade vitrée) tandis que les beams adjacents ne bénéficient pas de cette réflexion. Le delta élevé est alors un artefact de propagation, pas un défaut d’antenne.

Méthode de diagnostic terrain avec HiCellTek

Protocole de mesure multi-beam

Activer la capture per-beam : dans HiCellTek, activer le mode “Multi-beam SSB” qui décode les mesures RSRP par SSB Index depuis les messages Layer 3 (MeasurementReport, MeasResults)
Drive test / walk test : parcourir la zone d’intérêt en capturant les KPIs multi-beam en continu
Analyse en temps réel : surveiller le delta RSRP₀/RSRP₁ affiché en direct. Les zones où le delta dépasse 10 dB sont marquées automatiquement
Corrélation Layer 3 : HiCellTek affiche simultanément les messages RRC de handover. Vérifier si les zones de delta élevé correspondent à des handovers ou des RRC Re-establishment
Export : générer un rapport avec les KPIs per-beam, les événements Layer 3 et les coordonnées GPS pour transmission à l’équipe planification

Indicateurs clés à surveiller

KPI	Source	Seuil d’alerte
RSRP₀ (best beam)	L1 measurement	< -100 dBm
Delta RSRP₀ - RSRP₁	L1 measurement	> 10 dB
Nombre de beams > -110 dBm	L1 measurement	< 2
Fréquence beam switch	L1/L2 events	> 5/min en stationnaire
Handover ping-pong	RRC messages	> 2 allers-retours en 60 s

Pour approfondir l’analyse des messages RRC en 5G NR, consultez notre guide d’optimisation réseau 5G.

Cas pratique : diagnostic d’un handover instable sur la bande n78

Contexte

Un opérateur reporte des coupures d’appels VoNR sur un axe routier en zone urbaine. Les KPIs macro (RSRP moyen, SINR moyen) sont corrects (-85 dBm, 12 dB). Les coupures sont intermittentes et non reproductibles avec les outils traditionnels.

Diagnostic avec HiCellTek

Un drive test avec capture multi-beam révèle :

Zone 1 (km 0-0.5) : RSRP₀ = -82 dBm, RSRP₁ = -85 dBm, delta = 3 dB. Couverture stable, aucun événement L3 anormal.
Zone 2 (km 0.5-0.8) : RSRP₀ = -84 dBm, RSRP₁ = -101 dBm, delta = 17 dB. Couverture mono-beam fragile.
Zone 3 (km 0.8-1.0) : RSRP₀ oscille entre -88 et -96 dBm toutes les 2-3 secondes. Handover vers cellule voisine déclenché, puis retour. Ping-pong confirmé par les messages RRC.

Cause identifiée

Le site couvrant la Zone 2 a un panneau d’antenne partiellement obstrué par un échafaudage de chantier. 5 des 8 SSB beams sont bloqués. Le beam restant (SSB Index 2) est le seul à atteindre la zone, d’où le delta de 17 dB et l’instabilité en Zone 3 quand ce beam unique fluctue.

Résolution

Demande de retrait de l’obstruction transmise au propriétaire du site avec le rapport HiCellTek incluant les KPIs per-beam, les traces Layer 3 et les coordonnées GPS de la zone impactée. Résolution confirmée par un second drive test après retrait de l’échafaudage : delta ramené à 4 dB, ping-pong éliminé.

Conclusion

Le RSRP affiché par un outil de mesure 5G NR n’est que la partie visible de l’iceberg. La vraie question n’est pas “quel est le RSRP ?” mais “combien de beams contribuent à ce RSRP ?”. Le delta RSRP₀/RSRP₁ est l’indicateur manquant qui permet de distinguer une couverture robuste d’une couverture fragile — à RSRP égal.

HiCellTek expose les mesures per-beam SSB directement sur le terrain, en temps réel, corrélées aux événements Layer 3 de handover. Cette visibilité permet d’identifier et de résoudre des problèmes de stabilité 5G NR qui sont invisibles avec un simple RSRP agrégé.

Vous travaillez sur l’optimisation 5G NR et les problèmes de handover ? Contactez-nous à sales@hicelltek.com ou visitez hicelltek.com pour tester HiCellTek et ses KPIs multi-beam en conditions réelles.

RSRP multi-beam 5G NR : comprendre SSB, RSRP₀ vs RSRP₁ et stabilité handover