Quais são as unidades de RSSI, ruído e SNR, conforme definido pela IEEE 802.11?

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Sou formado em ciências da computação, mas, para minha vergonha, tenho conhecimentos muito limitados de engenharia elétrica e, principalmente, de teoria de antenas.

Tanto quanto eu entendo, o RSSI determina a qualidade de como o medidor "ouve" o objeto que está sendo medido. O ruído determina as condições ambientais que afetam o medidor. E o SNR é simplesmente o quanto o RSSI é melhor que o Noise. Essa teoria (supondo que eu tenha entendido o básico) levanta apenas uma questão:

  • Como é possível um único medidor fixo determinar o RSSI e o Noise?

Agora alguma prática. Digamos que o medidor seja o meu Macbook Air executando a ferramenta de diagnóstico sem fio integrada. E o objeto que está sendo medido é o meu roteador WiFi. Os valores observados são -60 dBm para RSSI e -92 dBm para Ruído. Portanto, o SNR é de 32 dB. O que eu não consigo entender completamente é:

  • Por que ambos os valores são negativos e medidos em dBm ?

Tanto quanto eu entendo, -60 dBm significa 10-9 W enquanto -92 dBm significa 10 -12 W. Mas quem irradia esse poder? Talvez essa teoria represente o ruído como outra "antena"? Mas por que seu valor é tão pequeno então? Ou eu sinto falta de alguns pontos muito importantes aqui? Serei grato por uma explicação intuitiva dessas coisas.

Kentzo
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Respostas:

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"Como é possível um único medidor fixo determinar o RSSI e o Noise?" - muito boa pergunta. O ruído de que eles estão falando é o ruído do receptor e o sinal não interfere. Em potências muito baixas, o ruído é principalmente o ruído térmico do receptor: ou seja, se você desconectar a antena e substituí-la por uma carga de 50 Ohm (a maioria dos sistemas de RF são 50 Ohm), você medirá um certo nível de ruído. Portanto, mesmo se você tivesse todos os componentes ideais, sua potência de ruído seria P = k * T * B * G, onde k é a constante de Boltzmann, T é a temperatura em K, B é a largura de banda em Hz e G é o ganho do seu sistema. Na realidade, cada componente adiciona ruído conforme especificado por sua figura de ruído (listado na folha de dados de cada componente de RF). Se você olhar novamente para a equação da potência sonora, verá que, reduzindo a largura de banda, você também reduz o ruído. No entanto, é necessária alta largura de banda para altas taxas de dados, o que explica por que você precisa de um bom SNR para altas taxas de dados.

"Por que ambos os valores são negativos e medidos em dBm" - 0 dBm significa que a potência é de 1 mW. -20 dbm significa que a potência é 0,01 mW. O sinal de menos indica o número de dB abaixo de 0 dBm. Sem o sinal de menos, estaria acima de 0 dBm

"Mas quem irradia esse poder?" - em caso de ruído, é interno, em caso de sinal, o transmissor. No entanto, fundamentalmente, isso não importa.

"Mas por que seu valor é tão pequeno então?" - vem do que é chamado de fórmula de transmissão Friis. Então, com várias simplificações, imagine que minha antena de transmissão irradie energia isotropicamente em todas as direções. Portanto, sua potência é distribuída uniformemente na superfície de uma esfera de raio r (e área de superfície 4 * pi * r ^ 2), onde r é a distância da antena de transmissão. Imagine que sua antena de recebimento é de cerca de 1 m ^ 2 e pode capturar toda a radiação que atinge sua superfície. Agora, ele pode capturar apenas 1 / (4 * pi * r ^ 2) de toda a radiação, tornando a potência de recebimento muito pequena e a engenharia de RF um campo complexo :). Esta é uma explicação muito ondulada, mas espero que faça sentido

Yuriy
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Então, se minha antena de recebimento fosse outra esfera circunscrita em torno de sua antena de transmissão, o RSSI estaria muito perto de alimentar sua antena irradia? Ainda assim, o valor de 1 nanowatt parece muito pequeno para mim ... Talvez você possa me indicar alguns exemplos do mundo real?
Kentzo
Não, sua antena de recebimento seria apenas um pequeno pedaço nessa esfera imaginária. Pense no sol irradiando quantidades incríveis de energia em todas as direções. Aqui na Terra, cada metro quadrado de frente para o sol receberia aproximadamente 1 / (4 * pi * r ^ 2) fração da potência do sol, onde r é a distância da terra ao centro do sol. pt.wikipedia.org/wiki/Friis_transmission_equation
Yuriy (
Eu tenho uma ideia. Estou perguntando sobre outra situação imaginária. Considerando o seu exemplo com o Sol e a Terra, imagine a Terra e o Núcleo Interno da Terra. Nesse caso, a Terra absorve toda a energia irradiada do núcleo. Estou correcto?
Kentzo
Não tenho certeza eu entendo totalmente a questão ...
Yuriy
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@ Kentent sim, isso está correto. Na verdade, você pode ser mais rigoroso: ele receberá 100% do sinal irradiado porque não há outro lugar para ele ir.
alex.forencich
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Eles são negativos porque são realmente pequenos. A escala de dB é uma escala logarítmica, com 0 dBm referenciado a 1 mW. Valores negativos são menores e valores positivos são maiores. Como você disse, -60 dBm é 1 nanowatt e -90 dBm é 1 picowatt. Na verdade, não tenho certeza de onde a medição de ruído vem de imediato. O receptor de rádio gera algum ruído internamente que o impede de receber um sinal arbitrariamente pequeno apenas devido à natureza de como o receptor é construído. Ele contém muitos elétrons pulando e gerando ruído, e não está no zero absoluto, então as coisas estão se mexendo e gerando ruído térmico. Pense em quão pequeno é 1 picowatt. É 100 trilhões de vezes menor que a lâmpada padrão de 100 watts.

É possível que a figura do ruído represente o nível do sinal nos canais adjacentes de alguma forma. Você notou que o valor do ruído varia, ou é sempre -92 dBm? Se estiver fixado em -92 dBm, isso seria considerado o piso de ruído do receptor e não será capaz de receber sinais que não tenham uma margem suficiente acima do piso de ruído. Nesse caso, o nível de ruído não está sendo medido, é simplesmente uma característica do receptor.

Se o valor do ruído variar, provavelmente será uma medida do ruído no canal quando nenhum dos rádios wifi estiver transmitindo. Em um sistema wifi, todos os nós em uma rede transmitem na mesma frequência em um canal compartilhado. Quando nenhum nó está transmitindo, o receptor pode medir o nível do sinal no canal para medir o ruído ambiental de fundo. O ruído na banda pode ser causado por outras redes wifi, dispositivos bluetooth, zigbee, fornos de microondas operando a 2,4 GHz, etc.

alex.forencich
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9280
É muito comum Provavelmente, o transmissor está transmitindo apenas no máximo 10 dBm. E a energia diminui com o quadrado inverso da distância; assim, quando você estiver a algumas dezenas de metros do transmissor, verá um nível de sinal bastante baixo. O sinal também é atenuado por qualquer obstrução - por exemplo, paredes. Além disso, você deve levar em consideração o fato de que as antenas do seu laptop são muito pequenas e, portanto, bastante ineficientes. No entanto, terei que examinar como o receptor está medindo o ruído. Não tenho certeza do que está fazendo para chegar a esse número.
46513 alex_forencich
30dBm2dBi300m10dBm
Esses números fazem muito sentido e estão muito próximos do que observei trabalhando nesses tipos de sistemas. Portanto, -10 dBm é 50 dB (ou 100.000 vezes o aumento de potência) em comparação com -60 dBm. A outra questão pode ser a incompatibilidade de polarização e a proteção do laptop. As antenas para laptop geralmente são colocadas na parte superior da tela. A melhor recepção possível seria a de colocar um laptop aberto virado para o roteador no mesmo nível
Yuriy
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Também é possível que o front end analógico do rádio entre em saturação a -10 dBm. Os receptores foram projetados para operar principalmente em baixos níveis de energia, porque é isso que determina o alcance máximo.
22413 alex_forencich
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O trabalho que Friis fez no desenvolvimento de uma fórmula simples para a energia recebida faz uma suposição básica sobre a distância - todas as apostas serão canceladas se o transmissor e o receptor estiverem próximos. Isso é chamado de campo próximo e a equação padrão de: -

32.45+20log10(F)+20log10(D)

..... não funciona de perto porque você não está realmente medindo (ou recebendo) uma verdadeira onda eletromagnética - você terá o campo E e o campo H em todos os tipos de ângulos de fase ímpares entre si e você na verdade, estou carregando a antena de transmissão. No campo distante, (a vários comprimentos de onda), você terá algo assim: -

insira a descrição da imagem aqui

Quando você estiver no campo distante, os quartéis de energia das ondas EM com duplicação de distância. Então, inserindo seus números na equação (onde F está em MHz e D está em quilômetros), obtemos isso em 300m: -

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

Essa é uma perda de link de espaço livre e, como um guia aproximado, as pessoas tendem a adicionar 30dB a esse valor para contabilizar a margem de desbotamento, proporcionando uma perda de link de 119,8dB. Suas antenas roubam um pouco de volta para reduzi-lo a cerca de 116dB e sua potência de transmissão de + 30dBm significa que a 300m você pode esperar receber: -

86dBm.

154dBm+10log10(datarate)dBm

Se a taxa de dados for 10 Mbps, a potência mínima do receptor é -154dBm + 70dBm = 84dBm, o que é bem próximo, eu diria. Você pode replicar os cálculos a (digamos) 2,45 m (10 comprimentos de onda) para ver se os números começam a contar.

Veja também minhas respostas sobre estes: -

Como saber (ou estimar) o alcance de um transceptor?

Calcular distância do RSSI

Comunicação sem fio de baixa taxa de transmissão de longo alcance (~ 15 km) em um ambiente de montanha (sem LOS)

Andy aka
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Obrigado pela resposta. Talvez você conheça alguma visualização em 3D como a da figura com todos os ângulos de fase adequadamente configurados para campos elétricos e magnéticos?
Kentzo 04/11
@Kentzo Eu tentaria procurar visualizações de campo próximo e distante - a figura que incluí é a que mais significa para mim. É muito complexo no campo próximo e talvez muito complexo para fazer mais sentido do que realmente está na minha imagem.
Andy aka