Які одиниці RSSI, шуму та SNR визначені IEEE 802.11?

Я випускник CS, але, на жаль, дуже обмежені знання з електротехніки та особливо теорії антен.

Наскільки я розумію, RSSI визначає якість того, як вимірювач "чує" об'єкт, що вимірюється. Шум визначає умови навколишнього середовища, які впливають на вимірювач. А SNR - це просто наскільки RSSI кращий, ніж шум. Ця теорія (якщо припустити, що я правильно зрозуміла основи) викликає лише одне питання:

• Як можливо навіть одному фіксованому вимірювальному апарату визначити і RSSI, і шум?

Зараз деяка практика. Скажімо, вимірювач - це мій Macbook Air, вбудований в бездротовий інструмент діагностики. Об'єкт, що вимірюється, - це мій WiFi маршрутизатор. Спостережувані значення −60 дБм для RSSI та −92 дБм для шуму. Тому SNR становить 32 дБ. Що я абсолютно не можу зрозуміти, це:

• Чому обидва значення негативні та вимірюються в дБм ?

Наскільки я розумію, -60 дБм означає 10 ⁻⁹ Вт, тоді як −92 дБм означає 10 ⁻¹² Вт. Але хто випромінює цю потужність? Може, ця теорія представляє Шум як чергову "антену"? Але чому його вартість тоді така мала? Або я пропускаю тут дуже ключові моменти? Я буду вдячний за інтуїтивне пояснення цього матеріалу.

"Як можливо навіть одному фіксованому вимірювальному апарату визначити і RSSI, і шум?" - дуже гарне запитання. Шум, про який вони говорять, - це шум приймача, а не перешкоджаючий сигнал. При дуже низьких потужностях шум - це переважно тепловий шум приймача: тобто, якщо ви відключили антену і замінили її навантаженням 50 Ом (у більшості радіочастотних систем 50 Ом), ви вимірюєте певний рівень шуму. Отже, навіть якщо б у вас були всі ідеальні компоненти, ваша потужність шуму була б P = k * T * B * G, де k - константа Больцмана, T - температура в K, B - пропускна здатність у Гц, а G - посилення вашої системи. Насправді кожен компонент додає шум, визначений його показником шуму (перерахований у таблиці даних кожного радіочастотного компонента). Якщо ви знову подивитесь на рівняння потужності шуму, ви побачите, що, зменшивши пропускну здатність, ви також зменшуєте шум. Однак для високої швидкості передачі даних потрібна висока пропускна здатність, що пояснює, чому для високої швидкості передачі даних потрібен хороший SNR.

"Чому обидва значення негативні та вимірюються в дБм" - 0 дБм означає потужність 1 мВт. -20 дБм означає, що потужність становить .01 мВт. Мінус вказує на кількість дБ нижче 0 дБм. Без мінусу він був би вище 0 дБм

"Але хто випромінює цю владу?" - у разі шуму - це внутрішній, у випадку сигналу - передавач. Однак принципово це не має значення.

"Але чому його вартість тоді така мала?" - це походить від того, що називається формулою передачі Фріса. Отже, з кількома спрощеннями, уявіть, що моя передавальна антена випромінює потужність ізотропно у всіх напрямках. Отже, ваша сила рівномірно розподілена на поверхні сфери радіусом r (і площею поверхні 4 * pi * r ^ 2), де r - відстань від передавальної антени. Уявіть, що ваша приймальна антена становить приблизно 1 м ^ 2, і вона може захоплювати все випромінювання, яке потрапляє на її поверхню. Тепер він може зафіксувати лише 1 / (4 * pi * r ^ 2) всього випромінювання, що робить потужність прийому дуже крихітною, а радіочастотна інженерія - складним полем :). Це дуже хвилясте пояснення, але я сподіваюся, що це має сенс

Вони негативні, тому що вони насправді маленькі. Шкала dB - це логарифмічна шкала з 0 dBm на 1 мВт. Негативні значення менші, а позитивні - більше. Як ви сказали, -60 дБм - 1 нановатт, а -90 дБм - 1 піковат. Я насправді не впевнений, звідки вимірювання шуму береться безперервно. Радіоприймач всередині генерує деякий шум, який заважає йому приймати довільно малий сигнал саме через характер побудови приймача. Він містить велику кількість електронів, що підстрибують навколо та генерують шум, і він не сидить при абсолютному нулі, тому речі хитаються навколо та генерують тепловий шум. Подумайте, наскільки маленький 1 піковат. Це в 100 трильйонів разів менше, ніж ваша стандартна лампочка на 100 Вт.

Можливо, що показник шуму якимось чином представляє рівень сигналу на сусідніх каналах. Ви помітили, що значення шуму взагалі змінюється, або це завжди -92 дБм? Якщо він закріплений на рівні -92 дБм, то це вважатиметься підлогою шуму приймача, і він не здатний приймати сигнали, які не мають достатнього запасу над підлогою шуму. У цьому випадку рівень шуму не вимірюється, це просто характеристика приймача.

Якщо значення шуму змінюється, то, ймовірно, це вимірювання шуму на каналі, коли жодне з радіостанцій Wi-Fi не передає. У системі wifi всі вузли мережі передають на одній і тій же частоті спільний канал. Коли жодні вузли не передають, приймач може виміряти рівень сигналу на каналі для вимірювання фонового шуму навколишнього середовища. Шум у діапазоні може бути викликаний іншими мережами Wi-Fi, пристроями Bluetooth, зигбі, мікрохвильовими печами, що працюють на частоті 2,4 ГГц тощо.

Робота, яку Фріс робив над розробкою простої формули для отриманої потужності, дає основне припущення про відстань - усі ставки вимикаються, якщо передавач і приймач розташовані близько. Це називається близьким полем і стандартним рівнянням:

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

..... не працює впритул, тому що ви насправді не вимірюєте (або не отримуєте) справжню електромагнітну хвилю - у вас будуть поле E та H поле під різними кутами непарних фаз один до одного, і ви Я фактично завантажую передавальну антену. У дальньому полі (на відстані декількох хвиль) ви отримаєте щось подібне: -

Опинившись у віддаленому полі, енергетичні хвилі електромагнітних хвиль з подвоєнням відстані Отже, підключаючи ваші числа до рівняння (де F - МГц, а D - у кілометрах), ми отримуємо це на 300м: -

linkloss = 32,45 + 20log (2450 для wifi) + 20log (0,3) = 32,45 дБ + 67,8 дБ -10,5 дБ = 89,75 дБ.

Це втрата посилань у вільному просторі, і, як груба інструкція, люди, як правило, додають 30 дБ до цієї цифри, щоб врахувати запас швидкості, що дасть вам втрату посилання в 119,8 дБ. Ваші антени трохи крадуть назад, щоб знизити їх до 116 дБ, а ваша потужність передачі + 30 дБм означає, що на 300 м ви можете розраховувати на отримання: -

86dBm.

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

Якщо швидкість передачі даних становить 10 Мбіт / с, то ваша мінімальна потужність приймача становить -154dBm + 70dBm = 84dBm, що досить близько, я б сказав. Ви можете скопіювати обчислення на (скажімо) 2,45 м (на відстані 10 довжин хвиль), щоб побачити, чи починають цифри рахуватись.

Дивіться також мої відповіді на це: -

Як знати (або оцінити) дальність трансивера?

Обчисліть відстань від RSSI

Далекий бездротовий зв’язок з низькою швидкістю передачі (~ 15 км) у гірських умовах (без LOS)