Какие единицы измерения RSSI, шума и SNR определены в IEEE 802.11?

Я выпускник CS, но, к моему стыду, очень ограниченные знания в области электротехники и особенно теории антенн.

Насколько я понимаю, RSSI определяет качество того, как измеритель «слышит» измеряемый объект. Шум определяет условия окружающей среды, которые влияют на измеритель. А SNR - это просто насколько RSSI лучше, чем Noise. Эта теория (при условии, что я понял основы) поднимает только один вопрос:

• Как это возможно для одного фиксированного измерителя, чтобы определить и RSSI и шум?

Теперь немного практики. Допустим, измеритель - это встроенный в Macbook Air встроенный инструмент беспроводной диагностики. И измеряемый объект - мой WiFi роутер. Наблюдаемые значения составляют -60 дБм для RSSI и -92 дБм для шума. Следовательно, SNR составляет 32 дБ. То, что я полностью не могу понять, это:

• Почему оба значения отрицательны и измеряются в дБм ?

Насколько я понимаю, -60 дБм означает 10 ^-9 Вт, а -92 дБм означает 10 ^-12 Вт. Но кто излучает эту мощность? Может быть, эта теория представляет шум как еще одну «антенну»? Но почему тогда его стоимость так мала? Или я здесь скучаю по некоторым ключевым моментам? Я буду благодарен за интуитивное объяснение этого материала.

«Как это возможно для одного фиксированного измерителя, чтобы определить и RSSI и шум?» - очень хороший вопрос. Шум, о котором они говорят, это шум приемника, а не мешающий сигнал. При очень низких мощностях шум в основном является тепловым шумом приемника: т. Е. Если вы должны были отсоединить антенну и заменить ее нагрузкой 50 Ом (в большинстве радиочастотных систем 50 Ом), вы будете измерять определенный уровень шума. Таким образом, даже если бы у вас были все идеальные компоненты, ваша мощность шума была бы P = k * T * B * G, где k - постоянная Больцмана, T - температура в K, B - ширина полосы в Гц, а G - усиление вашей системы. На самом деле, каждый компонент добавляет шум, как указано его коэффициентом шума (указан в таблице каждого компонента RF). Если вы снова посмотрите на уравнение мощности шума, вы увидите, что, уменьшив пропускную способность, Вы также уменьшите шум. Однако высокая пропускная способность необходима для высоких скоростей передачи данных, что объясняет необходимость хорошего SNR для высоких скоростей передачи данных.

«Почему оба значения отрицательны и измерены в дБм» - 0 дБм означает, что мощность составляет 1 мВт. -20 дБм означает, что мощность составляет 0,01 мВт. Минус указывает количество дБ ниже 0 дБм. Без минуса это было бы выше 0 дБм

"Но кто излучает эту силу?" - в случае шума он является внутренним, в случае сигнала - передатчиком. Однако принципиально это не имеет значения.

"Но почему тогда его стоимость так мала?" - это происходит от того, что называется формулой передачи Friis. Итак, с несколькими упрощениями представьте, что моя передающая антенна излучает мощность изотропно во всех направлениях. Таким образом, ваша мощность равномерно распределена по поверхности сферы радиуса r (и площади поверхности 4 * pi * r ^ 2), где r - расстояние от передающей антенны. Представьте, что ваша приемная антенна составляет около 1 м ^ 2, и она может захватывать все излучение, попадающее на ее поверхность. Теперь он может захватывать только 1 / (4 * pi * r ^ 2) всего излучения, что делает мощность приема очень малой и радиочастотную обработку сложной поля :). Это очень волнистое объяснение, но я надеюсь, что оно имеет смысл

Они негативные, потому что они действительно маленькие. Шкала дБ представляет собой логарифмическую шкалу с 0 дБм, отнесенной к 1 мВт. Отрицательные значения меньше, а положительные значения больше. Как вы сказали, -60 дБм - 1 нановатт, а -90 дБм - 1 пиковатт. Я на самом деле не уверен, где измерение шума исходит от руки. Радиоприемник действительно генерирует некоторый шум внутри, что не позволяет ему принимать произвольно малый сигнал только из-за особенностей его конструкции. Он содержит много электронов, подпрыгивающих вокруг и создающих шум, и он не сидит на абсолютном нуле, поэтому все вокруг колеблется и генерирует тепловой шум. Подумайте, насколько маленький 1 пиковатт. Это в 100 триллионов раз меньше вашей стандартной 100-ваттной лампочки.

Возможно, что коэффициент шума каким-то образом представляет уровень сигнала на соседних каналах. Вы заметили, что значение шума вообще меняется, или оно всегда -92 дБм? Если он установлен на уровне -92 дБм, то это будет считаться минимальным уровнем шума приемника, и он не сможет принимать сигналы, которые не имеют достаточного запаса выше минимального уровня шума. В этом случае уровень шума не измеряется, это просто характеристика приемника.

Если значение шума меняется, то это, вероятно, измерение шума в канале, когда ни одна из радиостанций Wi-Fi не передает. В системе Wi-Fi все узлы в сети передают на одной частоте в общем канале. Когда ни один узел не передает, приемник может измерить уровень сигнала в канале для измерения фонового шума окружающей среды. Шум в полосе может быть вызван другими сетями Wi-Fi, устройствами Bluetooth, ZigBee, микроволновыми печами, работающими на частоте 2,4 ГГц и т. Д.

Работа, которую Фриис проделал над созданием простой формулы для принимаемой мощности, основывается на предположении о расстоянии - все ставки отключены, если передатчик и приемник находятся вблизи. Это называется ближним полем и стандартным уравнением:

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

..... не работает близко, потому что вы на самом деле не измеряете (или не принимаете) настоящую электромагнитную волну - у вас будет поле E и поле H со всеми видами нечетных фазовых углов друг к другу, и вы на самом деле будет загружать передающую антенну. В дальнем поле (на расстоянии нескольких волн) вы получите что-то вроде этого:

Как только вы окажетесь в дальнем поле, электромагнитные волны с четвертью расстояния удваиваются. Итак, добавив ваши числа в уравнение (где F в МГц, а D в километрах), мы получим это на 300 м: -

потеря связи = 32,45 + 20log (2450 для Wi-Fi) + 20log (0,3) = 32,45 дБ + 67,8 дБ -10,5 дБ = 89,75 дБ.

Это потеря канала в свободном пространстве, и, как грубый ориентир, люди, как правило, прибавляют 30 дБ к этой цифре, чтобы учесть запас на замирание, давая вам потерю канала в 119,8 дБ. Ваши антенны немного украдены, чтобы снизить их до 116 дБ, а ваша мощность передачи + 30 дБм означает, что на 300 м вы можете ожидать: -

86dBm.

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

Если скорость передачи данных составляет 10 Мбит / с, то ваша минимальная мощность приемника составляет -154 дБм + 70 дБм = 84 дБм, что довольно близко, я бы сказал. Возможно, вы захотите повторить вычисления на (скажем) 2,45 м (10 длин волн), чтобы увидеть, начинают ли цифры совпадать.

Смотрите также мои ответы на них: -

Как узнать (или оценить) дальность действия трансивера?

Рассчитать расстояние от RSSI

Дальняя (~ 15 км) беспроводная связь с низкой скоростью передачи данных в горных условиях (без LOS)