Apa saja unit RSSI, noise dan SNR sebagaimana didefinisikan oleh IEEE 802.11?

Saya seorang lulusan CS, tetapi sayangnya saya memiliki pengetahuan yang sangat terbatas tentang teknik listrik dan terutama teori antena.

Sejauh yang saya mengerti, RSSI menentukan kualitas bagaimana pengukur "mendengar" objek yang sedang diukur. Noise menentukan kondisi lingkungan yang mempengaruhi pengukuran. Dan SNR adalah seberapa banyak RSSI lebih baik daripada Noise. Teori ini (dengan asumsi saya memahami dasar-dasarnya) hanya menimbulkan satu pertanyaan:

Bagaimana mungkin bahkan untuk pengukur tetap tunggal menentukan RSSI dan Noise?

Sekarang beberapa latihan. Katakanlah pengukur adalah Macbook Air saya yang menjalankan alat Diagnostik Nirkabel bawaan. Dan objek yang diukur adalah Router WiFi saya. Nilai yang diamati adalah −60 dBm untuk RSSI dan −92 dBm untuk Noise. Oleh karena itu SNR adalah 32 dB. Apa yang saya benar-benar tidak mengerti adalah:

Mengapa kedua nilai negatif dan diukur dalam dBm ?

Sejauh yang saya mengerti, −60 dBm berarti 10 ⁻⁹ W sementara −92 dBm berarti 10 ⁻¹² W. Tetapi siapa yang memancarkan kekuatan itu? Mungkin teori itu merepresentasikan Noise sebagai "antena" lain? Tetapi mengapa nilainya sangat kecil? Atau saya kehilangan beberapa poin penting di sini? Saya akan berterima kasih atas penjelasan intuitif tentang hal ini.

noise wifi snr Kentzo
sumber

Jawaban:

"Bagaimana mungkin bahkan untuk pengukur tetap tunggal menentukan RSSI dan Noise?" - pertanyaan yang sangat bagus. Suara yang mereka bicarakan adalah suara penerima dan tidak mengganggu sinyal. Pada daya yang sangat rendah, noise sebagian besar adalah noise termal dari penerima: yaitu, jika Anda memutuskan antena dan menggantinya dengan beban 50 Ohm (sebagian besar sistem RF 50 Ohm) Anda akan mengukur tingkat kebisingan tertentu. Jadi, bahkan jika Anda memiliki semua komponen yang ideal, kekuatan noise Anda akan menjadi P = k * T * B * G, di mana k adalah konstanta Boltzmann, T adalah suhu dalam K, B adalah bandwidth dalam Hz, dan G adalah perolehan sistem Anda. Pada kenyataannya, setiap komponen menambahkan noise sebagaimana ditentukan oleh figur noise-nya (tercantum dalam lembar data setiap komponen RF). Jika Anda melihat lagi pada persamaan kekuatan noise, Anda akan melihat bahwa dengan mengurangi bandwidth, Anda juga mengurangi kebisingan. Namun, bandwidth tinggi diperlukan untuk kecepatan data tinggi, yang menjelaskan mengapa Anda membutuhkan SNR yang baik untuk kecepatan data tinggi.

"Mengapa kedua nilai negatif dan diukur dalam dBm" - 0 dBm berarti daya adalah 1 mW. -20 dbm berarti dayanya adalah 0,01 mW. Tanda minus menunjukkan jumlah dB di bawah 0 dBm. Tanpa minus, itu akan berada di atas 0 dBm

"Tapi siapa yang memancarkan kekuatan itu?" - Dalam hal kebisingan, internal, dalam hal sinyal, pemancar. Namun, pada dasarnya itu tidak masalah.

"Tapi mengapa nilainya sangat kecil?" - itu berasal dari apa yang disebut formula transmisi Friis. Jadi, dengan beberapa penyederhanaan, bayangkan antena pengirim saya memancarkan daya secara isotropis ke segala arah. Jadi, kekuatan Anda terdistribusi secara merata pada permukaan bola jari-jari r (dan luas permukaan 4 * pi * r ^ 2), di mana r adalah jarak dari antena pengirim. Di Imagine, antena penerima Anda sekitar 1 m ^ 2 dan dapat menangkap semua radiasi yang mengenai permukaannya. Sekarang, itu hanya dapat menangkap 1 / (4 * pi * r ^ 2) dari semua radiasi, membuat daya terima sangat kecil dan rekayasa RF bidang yang kompleks :). Ini adalah penjelasan bergelombang yang sangat mudah, tetapi saya harap ini masuk akal

Yuriy
sumber

Jadi, jika antena penerima saya adalah bola lain yang dibatasi di sekitar antena pengirim Anda, RSSI akan sangat dekat dengan daya yang dipancarkan antena Anda? Namun, nilai 1 nanowatt tampaknya sangat kecil bagi saya ... Mungkin Anda bisa mengarahkan saya ke beberapa lembar contoh dunia nyata?

Kentzo

Tidak, antena penerima Anda hanya berupa tambalan kecil di bidang imajiner itu. Pikirkan matahari yang memancarkan energi luar biasa ke segala arah. Di sini di Bumi, setiap meter persegi yang menghadap matahari kira-kira akan menerima 1 / (4 * pi * r ^ 2) kekuatan matahari, di mana r adalah jarak dari bumi ke pusat matahari. en.wikipedia.org/wiki/Friis_transmission_equation

Yuriy

Aku punya ide untukmu. Saya bertanya tentang situasi imajiner lain. Mempertimbangkan contoh Anda dengan Matahari dan Bumi, bayangkan Bumi dan Inti Bumi. Dalam hal ini Bumi menyerap semua daya yang dipancarkan dari inti. Apakah saya benar?

Kentzo

Tidak yakin saya sepenuhnya memahami pertanyaan ...

Yuriy

@ Kenzo ya, itu benar. Sebenarnya, Anda bisa lebih teliti: itu akan menerima 100% dari sinyal yang dipancarkan karena tidak ada tempat lain untuk pergi.

alex.forencich

Mereka negatif karena mereka sangat kecil. Skala dB adalah skala logaritmik, dengan 0 dBm dirujuk ke 1 mW. Nilai negatif lebih kecil dan nilai positif lebih besar. Seperti yang Anda katakan -60 dBm adalah 1 nanowatt dan -90 dBm adalah 1 picowatt. Saya sebenarnya tidak yakin dari mana pengukuran kebisingan berasal begitu saja. Penerima radio memang menghasilkan beberapa kebisingan internal yang mencegahnya menerima sinyal kecil sewenang-wenang hanya karena sifat bagaimana penerima dibangun. Ini mengandung banyak elektron yang memantul dan menghasilkan suara, dan itu tidak duduk pada nol mutlak sehingga hal-hal bergoyang-goyang dan menghasilkan suara termal. Pikirkan tentang betapa kecilnya 1 picowatt. Ini 100 triliun kali lebih kecil dari bola lampu 100 watt standar Anda.

Mungkin saja noise figure mewakili level sinyal pada saluran yang berdekatan dalam beberapa cara. Pernahkah Anda memperhatikan nilai kebisingan bervariasi sama sekali, atau apakah selalu -92 dBm? Jika diperbaiki pada -92 dBm, maka itu akan dianggap sebagai lantai derau penerima, dan tidak mampu menerima sinyal yang tidak memiliki margin yang cukup di atas lantai derau. Dalam hal ini tingkat kebisingan tidak diukur, itu hanyalah karakteristik dari penerima.

Jika nilai kebisingan bervariasi, maka itu mungkin merupakan pengukuran kebisingan pada saluran ketika tidak ada radio wifi yang melakukan transmisi. Dalam sistem wifi, semua node dalam jaringan mentransmisikan pada frekuensi yang sama di saluran bersama. Ketika tidak ada node yang mentransmisikan, penerima dapat mengukur level sinyal pada saluran untuk mengukur kebisingan lingkungan latar belakang. Kebisingan pada pita mungkin disebabkan oleh jaringan wifi lain, perangkat bluetooth, zigbee, oven microwave yang beroperasi pada 2,4 GHz, dll.

alex.forencich
sumber

Kebisingan bervariasi dari hingga . Bagaimana dengan RSSI? Mengapa nilainya sangat kecil, atau nilai-nilai tersebut umum di RF dan cukup untuk mengirim dan menerima data?

- 92

$-92$

- 80

$-80$

Kentzo

Ini sangat umum. Pemancar mungkin hanya mentransmisikan pada puncak 10 dBm. Dan daya turun dengan kuadrat terbalik dari jarak, jadi begitu Anda beberapa puluh meter jauhnya dari pemancar Anda akan melihat tingkat sinyal yang cukup rendah. Sinyal juga dilemahkan oleh segala penghalang - misalnya dinding. Juga, Anda harus mempertimbangkan fakta bahwa antena di laptop Anda sangat kecil dan karenanya agak tidak efisien. Saya harus melihat bagaimana receiver mengukur kebisingan. Saya tidak yakin apa yang dilakukannya untuk menghasilkan angka itu.

alex.forencich

Pemancar ini mentransmisikan pada antena + . Ia juga dikenal bekerja dalam radius . Bukankah itu juga berarti RSSI akan naik secara signifikan begitu saya mendekati pemancar? Tapi itu hanya naik hingga bahkan jika saya meletakkan laptop saya di atas router.

30 d B m

$30dBm$

2 d B i

$2dBi$

300 m

$300m$

- 10 d B m

$-10dBm$

Kentzo

Angka-angka ini sangat masuk akal dan sangat dekat dengan apa yang saya amati bekerja pada jenis sistem ini. Jadi, -10 dBm adalah 50 dB (atau peningkatan daya 100.000 kali) dibandingkan dengan -60 dBm. Masalah lainnya mungkin ketidakcocokan polarisasi dan perisai laptop. Antena laptop biasanya diletakkan di atas layar. Penerimaan terbaik untuk menempatkan laptop terbuka menghadap router pada tingkat yang sama

Yuriy

Mungkin juga ujung depan analog radio mencapai saturasi pada -10 dBm. Penerima dirancang untuk beroperasi terutama pada tingkat daya rendah karena itulah yang menentukan kisaran maksimum.

alex.forencich

Pekerjaan yang dilakukan Friis dalam mengembangkan formula sederhana untuk daya yang diterima membuat asumsi dasar tentang jarak - semua taruhan dimatikan jika pemancar dan penerima dekat. Ini disebut medan dekat dan persamaan standar: -

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

..... tidak bekerja secara dekat karena Anda tidak benar-benar mengukur (atau menerima) gelombang elektromagnetik yang sebenarnya - Anda akan memiliki bidang E dan bidang H di segala macam sudut fase aneh satu sama lain dan Anda Sebenarnya akan memuat antena pengirim. Di bidang jauh, (beberapa panjang gelombang jauhnya) Anda akan mendapatkan sesuatu seperti ini: -

masukkan deskripsi gambar di sini

Setelah Anda berada di bidang jauh, kekuatan gelombang EM perempat dengan penggandaan jarak. Jadi, memasukkan angka-angka Anda ke dalam persamaan (di mana F dalam MHz dan D dalam kilometer) kami mendapatkan ini pada 300m: -

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

Ini adalah kehilangan tautan ruang-bebas dan sebagai panduan kasar, orang cenderung menambahkan 30dB ke angka ini untuk memperhitungkan margin fade yang memberi Anda kehilangan tautan sebesar 119,8dB. Antena Anda mencuri sedikit ke belakang hingga sekitar 116dB dan daya transmisi + 30dBm Anda berarti pada 300m Anda mungkin berharap untuk menerima: -

86dBm.

Penerima Anda membutuhkan lebih banyak daya terima untuk bandwidth yang lebih besar (karena daya derau sebanding dengan bandwidth) dan aturan praktis lain yang bagus adalah daya terima minimum yang diperlukan adalah . $-154dBm + 10log_{10} (data rate) dBm$

Jika kecepatan data 10Mbps, maka daya penerima minimum Anda adalah -154dBm + 70dBm = 84dBm yang cukup dekat menurut saya. Anda mungkin ingin mereplikasi perhitungan di (katakanlah) 2,45m (10 panjang gelombang) untuk melihat apakah angka mulai menghitung.

Lihat juga jawaban saya tentang ini: -

Bagaimana cara mengetahui (atau memperkirakan) kisaran transceiver?

Hitung jarak dari RSSI

Komunikasi nirkabel baud rate rendah jarak jauh (~ 15 km) di lingkungan pegunungan (tanpa LOS)

Andy alias
sumber

Terima kasih atas jawabannya. Mungkin Anda tahu ada visualisasi 3D seperti pada gambar dengan semua sudut fase diatur dengan benar untuk medan listrik dan magnet?

Kentzo

@ Kenzo Saya akan mencoba mencari visualisasi lapangan dekat dan jauh - angka yang saya sertakan adalah yang paling berarti bagi saya. Sangat kompleks di bidang dekat dan mungkin terlalu kompleks untuk lebih masuk akal daripada apa yang sebenarnya ada di gambar saya.

Andy alias