Jakie są jednostki RSSI, szum i SNR zgodnie z definicją IEEE 802.11?

Jestem absolwentem CS, ale, ku mojemu wstydowi, mam bardzo ograniczoną wiedzę z zakresu elektrotechniki, a zwłaszcza teorii anteny.

O ile rozumiem, RSSI określa jakość tego, w jaki sposób mierniczy „słyszy” mierzony obiekt. Hałas determinuje warunki otoczenia wpływające na mierniczego. SNR jest po prostu o ile RSSI jest lepszy od szumu. Ta teoria (zakładając, że dobrze zrozumiałem podstawy) rodzi tylko jedno pytanie:

• Jak to możliwe, że pojedynczy mierniczy może określić zarówno RSSI, jak i hałas?

Teraz trochę praktyki. Powiedzmy, że miernikiem jest mój MacBook Air z wbudowanym narzędziem do diagnostyki bezprzewodowej. A mierzonym obiektem jest mój router WiFi. Zaobserwowane wartości wynoszą -60 dBm dla RSSI i -92 dBm dla Szumu. Dlatego SNR wynosi 32 dB. To, czego całkowicie nie rozumiem, to:

• Dlaczego obie wartości są ujemne i mierzone w dBm ?

O ile rozumiem, −60 dBm oznacza 10 ⁻⁹ W, podczas gdy −92 dBm oznacza 10 ^{12 12} W. Ale kto promieniuje tą mocą? Może ta teoria przedstawia hałas jako kolejną „antenę”? Ale dlaczego jego wartość jest tak mała? Czy brakuje mi tutaj niektórych bardzo kluczowych punktów? Będę wdzięczny za intuicyjne wyjaśnienie tych rzeczy.

„Jak to możliwe, że pojedynczy stały miernik może określić zarówno RSSI, jak i hałas?” - bardzo dobre pytanie. Szum, o którym mówią, to szum odbiornika i nie zakłócający sygnał. Przy bardzo niskich mocach hałas jest głównie hałasem termicznym odbiornika: tzn. Jeśli miałbyś odłączyć antenę i zastąpić ją obciążeniem 50 Ohm (większość systemów RF ma 50 Ohm), zmierzysz pewien poziom hałasu. Tak więc, nawet gdybyś miał wszystkie idealne komponenty, twoja moc hałasu wynosiłaby P = k * T * B * G, gdzie k jest stałą Boltzmanna, T jest temperaturą w K, B jest szerokością pasma w Hz, a G jest zysk twojego systemu. W rzeczywistości każdy komponent dodaje szum zgodnie z jego liczbą szumów (wymienioną w arkuszu danych każdego komponentu RF). Jeśli ponownie spojrzysz na równanie mocy hałasu, zobaczysz to, zmniejszając przepustowość, redukujesz również hałas. Jednak wysoka przepustowość jest niezbędna dla wysokich prędkości transmisji danych, co wyjaśnia, dlaczego potrzebujesz dobrego współczynnika SNR dla wysokich prędkości transmisji danych.

„Dlaczego obie wartości są ujemne i mierzone w dBm” - 0 dBm oznacza, że ​​moc wynosi 1 mW. -20 dbm oznacza, że ​​moc wynosi 0,01 mW. Minus wskazuje liczbę dB poniżej 0 dBm. Bez minus byłby wyższy niż 0 dBm

„Ale kto promieniuje tą mocą?” - w przypadku szumu jest to wewnętrzny, w przypadku sygnału, nadajnik. Zasadniczo jednak nie ma to znaczenia.

„Ale dlaczego jego wartość jest tak mała?” - pochodzi od tak zwanej formuły transmisji Friis. Tak więc, z kilkoma uproszczeniami, wyobraź sobie, że moja antena nadawcza promieniuje moc izotropowo we wszystkich kierunkach. Zatem twoja moc jest równomiernie rozłożona na powierzchni kuli o promieniu r (i powierzchni 4 * pi * r ^ 2), gdzie r jest odległością od anteny nadawczej. W Wyobraź sobie, że twoja antena odbiorcza ma około 1 m ^ 2 i może przechwytywać całe promieniowanie, które uderza na jej powierzchnię. Teraz może wychwycić tylko 1 / (4 * pi * r ^ 2) całego promieniowania, dzięki czemu moc odbioru jest bardzo mała, a inżynieria RF złożonym polem :). To jest bardzo faliste wyjaśnienie, ale mam nadzieję, że ma sens

Są negatywne, ponieważ są naprawdę małe. Skala dB jest skalą logarytmiczną, z 0 dBm odniesioną do 1 mW. Wartości ujemne są mniejsze, a wartości dodatnie większe. Jak powiedziałeś -60 dBm to 1 nanowatt, a -90 dBm to 1 pikowatt. Właściwie nie jestem pewien, skąd pochodzi pomiar hałasu z ręki. Odbiornik radiowy generuje wewnętrzny szum, który uniemożliwia mu otrzymanie arbitralnie małego sygnału ze względu na naturę budowy odbiornika. Zawiera wiele elektronów, które podskakują i generują hałas, i nie siedzi na absolutnym zera, więc rzeczy się kręcą i generują hałas termiczny. Pomyśl, jak mały jest 1 picowatt. Jest 100 trylionów razy mniejszy niż standardowa 100 watowa żarówka.

Możliwe, że liczba szumów w jakiś sposób reprezentuje poziom sygnału na sąsiednich kanałach. Czy zauważyłeś, że wartość hałasu w ogóle się zmienia, czy zawsze wynosi -92 dBm? Jeśli zostanie ustalona na -92 dBm, to będzie to uważane za poziom szumu odbiornika i nie będzie w stanie odbierać sygnałów, które nie mają wystarczającego marginesu powyżej poziomu szumu. W tym przypadku poziom hałasu nie jest mierzony, jest to po prostu cecha odbiornika.

Jeśli wartość szumu jest różna, to prawdopodobnie jest to pomiar hałasu na kanale, gdy żadne z radiotelefonów WiFi nie transmituje. W systemie Wi-Fi wszystkie węzły w sieci transmitują na tej samej częstotliwości we wspólnym kanale. Gdy żadne węzły nie transmitują, odbiornik może zmierzyć poziom sygnału na kanale w celu pomiaru szumu tła. Hałas w paśmie może być powodowany przez inne sieci Wi-Fi, urządzenia Bluetooth, zigbee, kuchenki mikrofalowe działające na 2,4 GHz itp.

Praca Friis nad opracowaniem prostej formuły dla odbieranej mocy opiera się na podstawowym założeniu dotyczącym odległości - wszystkie zakłady są wyłączone, jeśli nadajnik i odbiornik są z bliska. Jest to nazywane równaniem bliskiego pola i równaniem standardowym:

$32.45 + 20 log_{10}(F) + 20 log_{10}(D)$

..... nie działa z bliska, ponieważ tak naprawdę nie mierzysz (ani nie odbierasz) prawdziwej fali elektromagnetycznej - będziesz mieć pole E i pole H przy różnych kątach faz nieparzystych względem siebie, a ty Załaduję antenę nadawczą. W dalekim polu (w odległości kilku długości fali) otrzymasz coś takiego: -

Gdy znajdziesz się w dalekim polu, ćwiartki mocy fal elektromagnetycznych z podwojeniem odległości. Tak więc, wstawiając liczby do równania (gdzie F jest w MHz, a D jest w kilometrach), otrzymujemy to na 300m:

linkloss = 32,45 + 20log (2450 dla Wi-Fi) + 20log (0,3) = 32,45dB + 67,8dB -10,5dB = 89,75dB.

Jest to utrata łącza w wolnej przestrzeni i jako szorstki przewodnik zwykle dodaje 30 dB do tej liczby, aby uwzględnić margines zanikania, co daje utratę łącza 119,8 dB. Twoje anteny kradną trochę z powrotem, aby obniżyć go do około 116dB, a twoja moc transmisji + 30dBm oznacza, że ​​na 300m możesz oczekiwać:

86dBm.

$-154dBm + 10log_{10} (data rate) dBm$

Jeśli szybkość transmisji danych wynosi 10 Mb / s, to minimalna moc odbiornika wynosi -154dBm + 70dBm = 84dBm, co jest całkiem blisko. Możesz powtórzyć obliczenia na (powiedzmy) 2,45 m (10 długości fali od siebie), aby sprawdzić, czy liczby zaczynają się sumować.

Zobacz także moje odpowiedzi na następujące tematy:

Jak poznać (lub oszacować) zasięg urządzenia nadawczo-odbiorczego?

Oblicz odległość od RSSI

Daleki zasięg (~ 15 km) komunikacja bezprzewodowa o niskiej prędkości transmisji w środowisku górskim (bez LOS)