อะไรคือหน่วยของ RSSI, สัญญาณรบกวนและ SNR ตามที่กำหนดโดย IEEE 802.11?

ฉันเป็นบัณฑิต CS แต่สำหรับความอัปยศของฉันมีความรู้ จำกัด ด้านวิศวกรรมไฟฟ้าโดยเฉพาะอย่างยิ่งทฤษฎีเสาอากาศ

เท่าที่ฉันเข้าใจ RSSI กำหนดคุณภาพของวิธีการวัด "ได้ยิน" วัตถุที่ถูกวัด เสียงดังเป็นตัวกำหนดสภาพแวดล้อมที่ส่งผลกระทบต่อเครื่องวัด และ SNR เป็นเพียงแค่ RSSI นั้นดีกว่า Noise ทฤษฎีนี้ (สมมติว่าฉันมีพื้นฐานถูกต้อง) ทำให้เกิดคำถามเดียว:

• เป็นไปได้ยังไงที่ผู้ประเมินคงที่รายเดียวจะกำหนดทั้ง RSSI และ Noise

ตอนนี้ฝึกบ้าง สมมติว่าเครื่องมือวัดนั้นเป็นเครื่อง Macbook Air ของฉันที่รันในเครื่องมือวินิจฉัยไร้สายในตัว และวัตถุที่ถูกวัดนั้นคือเราท์เตอร์ไร้สายของฉัน ค่าที่สังเกตได้คือ −60 dBm สำหรับ RSSI และ −92 dBm สำหรับสัญญาณรบกวน ดังนั้น SNR คือ 32 dB สิ่งที่ฉันไม่เข้าใจอย่างสมบูรณ์คือ:

• ทำไมค่าทั้งสองเป็นเชิงลบและวัดในdBm ?

เท่าที่ฉันเข้าใจ −60 dBm หมายถึง 10 ⁻⁹ W ในขณะที่ −92 dBm หมายถึง 10 ⁻¹² W. แต่ใครเป็นผู้กระจายพลังนั้น? บางทีทฤษฎีนั้นอาจเป็นสัญญาณรบกวนว่าเป็น "เสาอากาศ" อีกอัน? แต่ทำไมมูลค่าถึงน้อยมาก หรือฉันพลาดประเด็นสำคัญบางอย่างที่นี่? ฉันจะขอบคุณสำหรับคำอธิบายที่เข้าใจง่ายของสิ่งนี้

"เป็นไปได้ยังไงที่ผู้ประเมินคงที่รายเดียวจะกำหนดทั้ง RSSI และเสียงรบกวน" - คำถามที่ดีมาก เสียงที่พวกเขากำลังพูดถึงคือเสียงของตัวรับสัญญาณและไม่รบกวนสัญญาณ ที่พลังที่ต่ำมากเสียงส่วนใหญ่จะเป็นเสียงความร้อนของตัวรับสัญญาณ: เช่นถ้าคุณต้องการตัดการเชื่อมต่อเสาอากาศและแทนที่ด้วยโหลด 50 โอห์ม (ระบบ RF ส่วนใหญ่คือ 50 โอห์ม) คุณจะวัดระดับเสียงบางอย่าง ดังนั้นแม้ว่าคุณจะมีองค์ประกอบในอุดมคติทั้งหมดแล้วพลังเสียงรบกวนของคุณก็คือ P = k * T * B * G โดยที่ k คือค่าคงที่ของ Boltzmann, T คืออุณหภูมิใน K, B คือแบนด์วิดท์ใน Hz และ G คือ กำไรของระบบของคุณ ในความเป็นจริงทุกองค์ประกอบจะเพิ่มสัญญาณรบกวนตามที่ระบุไว้ในรูปเสียง (แสดงอยู่ในแผ่นข้อมูลของส่วนประกอบ RF ทุกตัว) ถ้าคุณดูสมการกำลังเสียงอีกครั้งคุณจะเห็นว่าโดยการลดแบนด์วิดท์ คุณยังลดเสียงรบกวน อย่างไรก็ตามแบนด์วิดท์สูงเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับอัตราการส่งข้อมูลสูงซึ่งจะอธิบายว่าทำไมคุณต้อง SNR ที่ดีสำหรับอัตราการส่งข้อมูลที่สูง

"ทำไมค่าทั้งสองเป็นค่าลบและวัดเป็น dBm" - 0 dBm หมายถึงพลังงานคือ 1 mW -20 dbm หมายถึงพลังงานคือ. 01 mW เครื่องหมายลบแสดงจำนวน dB ต่ำกว่า 0 dBm หากไม่มีเครื่องหมายลบจะสูงกว่า 0 dBm

"แต่ใครจะเปล่งพลังนั้น?" - ในกรณีที่มีสัญญาณรบกวนมันเป็นภายในในกรณีของสัญญาณเครื่องส่งสัญญาณ อย่างไรก็ตามพื้นฐานมันไม่สำคัญ

"แต่ทำไมมันถึงมีค่าน้อยมาก" - มันมาจากสิ่งที่เรียกว่า Friis สูตรการส่ง ดังนั้นด้วยการทำให้เข้าใจง่ายหลายอย่างให้จินตนาการว่าเสาอากาศที่ส่งของฉันแผ่พลังงานออกมาแบบกระจายในทุกทิศทาง ดังนั้นพลังงานของคุณจะกระจายอย่างสม่ำเสมอบนพื้นผิวของรัศมี r (และพื้นที่ผิว 4 * pi * r ^ 2) โดยที่ r คือระยะทางจากเสาอากาศส่ง ใน Imagine นั้นเสาอากาศรับของคุณมีขนาดประมาณ 1 m ^ 2 และสามารถรับรังสีทั้งหมดที่กระทบกับพื้นผิวของมัน ตอนนี้มันสามารถจับรังสีทั้งหมด 1 / (4 * pi * r ^ 2) เท่านั้นทำให้กำลังรับได้น้อยมากและวิศวกรรม RF เป็นสนามที่ซับซ้อน :) นี่เป็นคำอธิบายที่เป็นคลื่น แต่ฉันหวังว่ามันจะสมเหตุสมผล

พวกมันเป็นลบเพราะมันเล็กมาก สเกล dB เป็นสเกลลอการิทึมโดยมี 0 dBm อ้างอิงถึง 1 mW ค่าลบจะเล็กลงและค่าบวกจะใหญ่กว่า อย่างที่คุณบอกว่า -60 dBm คือ 1 nanowatt และ -90 dBm คือ 1 picowatt จริง ๆ แล้วฉันไม่แน่ใจว่าการวัดเสียงรบกวนมาจากอะไร เครื่องรับวิทยุสร้างเสียงภายในที่ป้องกันไม่ให้รับสัญญาณขนาดเล็กโดยพลการเพียงเพราะลักษณะของวิธีการสร้างเครื่องรับ มันมีอิเล็กตรอนจำนวนมากที่กระเด้งไปมาและสร้างเสียงรบกวนและมันไม่ได้นั่งอยู่ที่ศูนย์สัมบูรณ์ดังนั้นสิ่งต่างๆจึงสั่นคลอนไปรอบ ๆ และสร้างเสียงความร้อน ลองคิดดูว่ารูป 1 picowatt มีขนาดเล็กแค่ไหน มีขนาดเล็กกว่าหลอดไฟ 100 วัตต์มาตรฐาน 100 ล้านเท่า

มีความเป็นไปได้ที่ตัวเลขเสียงจะแสดงระดับสัญญาณของช่องสัญญาณที่อยู่ติดกันในบางวิธี คุณสังเกตุว่าค่าเสียงรบกวนเปลี่ยนแปลงไปหรือไม่หรือ -92 dBm อยู่ตลอด? หากได้รับการแก้ไขที่ -92 dBm ดังนั้นจะถือว่าเป็นชั้นเสียงของเครื่องรับและจะไม่สามารถรับสัญญาณที่ไม่มีระยะขอบที่เพียงพอเหนือพื้นเสียงได้ ในกรณีนี้ระดับเสียงไม่ได้ถูกวัดเป็นเพียงลักษณะของเครื่องรับ

หากค่าเสียงแตกต่างกันไปก็อาจเป็นการวัดสัญญาณรบกวนในช่องสัญญาณเมื่อไม่มีสัญญาณวิทยุ wifi ในระบบ wifi โหนดทั้งหมดในเครือข่ายจะส่งผ่านความถี่เดียวกันในแชนเนลที่แชร์ เมื่อไม่มีโหนดส่งสัญญาณผู้รับสามารถวัดระดับสัญญาณบนช่องสัญญาณเพื่อวัดเสียงรบกวนของสภาพแวดล้อมในพื้นหลัง เสียงรบกวนในย่านความถี่อาจเกิดจากเครือข่าย wifi อื่น ๆ อุปกรณ์บลูทู ธ zigbee เตาอบไมโครเวฟที่ทำงานที่ 2.4 GHz เป็นต้น

Friis ทำงานได้พัฒนาสูตรอย่างง่ายสำหรับกำลังรับที่ได้รับทำให้สมมติฐานพื้นฐานเกี่ยวกับระยะทาง - การเดิมพันทั้งหมดปิดหากตัวส่งสัญญาณและตัวรับสัญญาณอยู่ใกล้ สิ่งนี้เรียกว่า near-field และสมการมาตรฐานของ: -

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

..... ไม่ทำงานอย่างใกล้ชิดเพราะคุณไม่ได้ทำการวัด (หรือรับ) คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่แท้จริง - คุณจะมีสนาม E และสนาม H ที่มุมเฟสแปลก ๆ ซึ่งกันและกันและคุณ จริง ๆ แล้วจะโหลดเสาอากาศส่งสัญญาณ ในสนามไกล (ความยาวคลื่นไกลออกไป) คุณจะได้รับสิ่งนี้: -

เมื่อคุณอยู่ในสนามไกล EM กำลังสร้างคลื่นด้วยการเพิ่มระยะทางเป็นสองเท่า ดังนั้นการเสียบตัวเลขของคุณเข้ากับสมการ (โดยที่ F อยู่ใน MHz และ D อยู่ในกิโลเมตร) เราจะได้สิ่งนี้ที่ 300m: -

linkloss = 32.45 + 20log (2450 สำหรับ wifi) + 20log (0.3) = 32.45dB + 67.8dB -10.5dB = 89.75dB

นี่คือการสูญเสียการเชื่อมโยงพื้นที่ว่างและเป็นคำแนะนำอย่างคร่าวๆชาวบ้านมักจะเพิ่ม 30dB ในรูปนี้เพื่อบัญชีสำหรับระยะขอบจางหายไปให้คุณสูญเสียการเชื่อมโยงของ 119.8dB เสาอากาศของคุณขโมยกลับมาเล็กน้อยเพื่อลดความแรงให้เหลือเพียง 116dB และพลังการส่ง + 30dBm ของคุณหมายความว่าที่ 300m คุณอาจคาดหวังว่าจะได้รับ: -

86dBm

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

หากอัตราการส่งข้อมูลเป็น 10Mbps พลังการรับสัญญาณขั้นต่ำของคุณคือ -154dBm + 70dBm = 84dBm ซึ่งใกล้เคียงกับที่ฉันพูด คุณอาจต้องการจำลองการคำนวณที่ (พูด) 2.45m (ห่างจากความยาวคลื่น 10 ออกไป) เพื่อดูว่าตัวเลขเริ่มนับหรือไม่

ดูคำตอบของฉันในสิ่งเหล่านี้: -

จะทราบช่วงของตัวรับส่งสัญญาณได้อย่างไร (หรือประมาณ)

คำนวณระยะทางจาก RSSI

ระยะไกล (~ 15 กม.) การสื่อสารไร้สายความเร็วต่ำในสภาพแวดล้อมที่เป็นภูเขา (ไม่มี LOS)