Quali sono le unità di RSSI, rumore e SNR definite da IEEE 802.11?

Sono laureato in CS, ma per mia vergogna ho una conoscenza molto limitata dell'ingegneria elettrica e in particolare della teoria delle antenne.

A quanto ho capito, RSSI determina la qualità di come il misuratore "sente" l'oggetto da misurare. Il rumore determina le condizioni ambientali che influiscono sul misuratore. E SNR è semplicemente quanto RSSI è meglio di Noise. Questa teoria (supponendo che avessi le basi giuste) solleva una sola domanda:

• In che modo è possibile che un singolo misuratore fisso determini sia RSSI che Noise?

Adesso un po 'di pratica. Supponiamo che il misuratore sia il mio Macbook Air con lo strumento diagnostico wireless integrato. E l'oggetto da misurare è il mio router WiFi. I valori osservati sono -60 dBm per RSSI e -92 dBm per il rumore. Pertanto SNR è di 32 dB. Quello che non riesco assolutamente a capire è:

• Perché entrambi i valori sono negativi e misurati in dBm ?

Per quanto ho capito, −60 dBm significa 10 ⁻⁹ W mentre −92 dBm significa 10 ⁻¹² W. Ma chi irradia quella potenza? Forse quella teoria rappresenta il rumore come un'altra "antenna"? Ma allora perché il suo valore è così piccolo? O mi mancano alcuni punti chiave qui? Sarò grato per una spiegazione intuitiva di queste cose.

"Come è possibile anche per un singolo misuratore fisso determinare sia RSSI che Noise?" - ottima domanda. Il rumore di cui stanno parlando è il rumore del ricevitore e il segnale non interferisce. A potenze molto basse, il rumore è principalmente il rumore termico del ricevitore: cioè, se si dovesse scollegare l'antenna e sostituirla con un carico di 50 Ohm (la maggior parte dei sistemi RF sono 50 Ohm) si misurerà un certo livello di rumore. Quindi, anche se avessi tutti i componenti ideali, la tua potenza del rumore sarebbe P = k * T * B * G, dove k è la costante di Boltzmann, T è la temperatura in K, B è la larghezza di banda in Hz e G è il guadagno del tuo sistema. In realtà, ogni componente aggiunge rumore come specificato dalla sua figura di rumore (elencata nella scheda tecnica di ogni componente RF). Se guardi di nuovo l'equazione della potenza del rumore, vedrai che riducendo la larghezza di banda, riduci anche il rumore. Tuttavia, è necessaria un'elevata larghezza di banda per velocità dati elevate, il che spiega perché è necessario un buon SNR per velocità dati elevate.

"Perché entrambi i valori sono negativi e misurati in dBm" - 0 dBm significa che la potenza è 1 mW. -20 dbm significa che la potenza è di 0,01 mW. Il segno meno indica il numero di dB sotto 0 dBm. Senza il segno negativo, sarebbe stato superiore a 0 dBm

"Ma chi irradia quel potere?" - in caso di rumore, è interno, in caso di segnale, il trasmettitore. Tuttavia, fondamentalmente non importa.

"Ma allora perché il suo valore è così piccolo?" - deriva da quella che viene chiamata formula di trasmissione Friis. Quindi, con diverse semplificazioni, immagina che la mia antenna di trasmissione irradi isotropicamente energia in tutte le direzioni. Quindi, la tua potenza è uniformemente distribuita sulla superficie di una sfera di raggio r (e area di superficie 4 * pi * r ^ 2), dove r è la distanza dall'antenna di trasmissione. In Imagine, l'antenna di ricezione è di circa 1 m ^ 2 e può catturare tutta la radiazione che colpisce la sua superficie. Ora può catturare solo 1 / (4 * pi * r ^ 2) di tutte le radiazioni, rendendo la potenza di ricezione molto piccola e l'ingegneria RF un campo complesso :). Questa è una spiegazione molto ondulata, ma spero che abbia senso

Sono negativi perché sono davvero piccoli. La scala dB è una scala logaritmica, con 0 dBm riferito a 1 mW. I valori negativi sono più piccoli e i valori positivi sono più grandi. Come hai detto, -60 dBm è 1 nanowatt e -90 dBm è 1 picowatt. In realtà non sono sicuro da dove provenga la misurazione del rumore dalla mano. Il ricevitore radio genera internamente un po 'di rumore che gli impedisce di ricevere un segnale arbitrariamente piccolo solo a causa della natura di costruzione del ricevitore. Contiene molti elettroni che rimbalzano e generano rumore e non si trovano allo zero assoluto, quindi le cose si muovono e generano rumore termico. Pensa a quanto è piccolo 1 picowatt. È 100 trilioni di volte più piccolo della tua lampadina standard da 100 watt.

È possibile che la figura del rumore rappresenti in qualche modo il livello del segnale sui canali adiacenti. Hai notato che il valore del rumore varia o è sempre -92 dBm? Se è fissato a -92 dBm, allora sarebbe considerato il rumore di fondo del ricevitore e non è in grado di ricevere segnali che non hanno un margine sufficiente sopra il rumore di fondo. In questo caso il livello di rumore non viene misurato, è semplicemente una caratteristica del ricevitore.

Se il valore del rumore varia, allora è probabilmente una misura del rumore sul canale quando nessuna delle radio wifi sta trasmettendo. In un sistema wifi, tutti i nodi di una rete trasmettono sulla stessa frequenza in un canale condiviso. Quando nessun nodo sta trasmettendo, il ricevitore può misurare il livello del segnale sul canale per una misura del rumore ambientale di fondo. Il rumore nella banda potrebbe essere causato da altre reti wifi, dispositivi bluetooth, zigbee, forni a microonde che funzionano a 2,4 GHz, ecc.

Il lavoro svolto da Friis sullo sviluppo di una formula semplice per la potenza ricevuta fa un presupposto di base sulla distanza: tutte le scommesse sono disattivate se il trasmettitore e il ricevitore sono ravvicinati. Questo è chiamato campo vicino ed equazione standard di: -

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

..... non funziona da vicino perché non stai davvero misurando (o ricevendo) una vera onda elettromagnetica - avrai il campo E e il campo H ad ogni sorta di angoli di fase dispari tra di loro e tu in realtà caricherò l'antenna di trasmissione. Nel campo lontano (a diverse lunghezze d'onda) otterrai qualcosa del genere: -

Una volta che sei nel campo lontano, la potenza delle onde EM si riduce con il raddoppio della distanza. Quindi, inserendo i tuoi numeri nell'equazione (dove F è in MHz e D in chilometri) lo otteniamo a 300m: -

perdita del collegamento = 32,45 + 20 log (2450 per wifi) + 20 log (0,3) = 32,45 dB + 67,8 dB -10,5 dB = 89,75 dB.

Questa è una perdita di collegamento nello spazio libero e come guida approssimativa la gente tende ad aggiungere 30 dB a questa cifra per tenere conto del margine di dissolvenza che ti dà una perdita di collegamento di 119,8 dB. Le tue antenne rubano un po 'indietro per portarlo a circa 116dB e la tua potenza di trasmissione di + 30dBm significa che a 300m potresti aspettarti di ricevere: -

86dBm.

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

Se la velocità dei dati è 10 Mbps, la potenza minima del ricevitore è -154 dBm + 70 dBm = 84 dBm che è abbastanza vicino direi. Potresti voler replicare i calcoli a (diciamo) 2,45 m (10 lunghezze d'onda di distanza) per vedere se i numeri iniziano a coincidere.

Vedi anche le mie risposte su questi: -

Come conoscere (o stimare) la portata di un ricetrasmettitore?

Calcola la distanza da RSSI

Comunicazione wireless a lungo raggio (~ 15 km) a bassa velocità in un ambiente montano (no LOS)