Quelles sont les unités de RSSI, de bruit et de SNR telles que définies par IEEE 802.11?

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Je suis diplômé CS, mais à ma honte, j'ai des connaissances très limitées en génie électrique et en particulier en théorie des antennes.

Pour autant que je sache, RSSI détermine la qualité de la façon dont le mesureur "entend" l'objet mesuré. Le bruit détermine les conditions environnementales qui affectent le mesureur. Et le SNR est simplement la quantité de RSSI meilleure que le bruit. Cette théorie (en supposant que j'ai les bonnes bases) ne soulève qu'une seule question:

  • Comment est-il même possible pour un seul mesureur fixe de déterminer à la fois le RSSI et le bruit?

Maintenant, un peu de pratique. Disons que le mesureur est mon outil de diagnostic sans fil intégré MacBook Air. Et l'objet mesuré est mon routeur WiFi. Les valeurs observées sont de -60 dBm pour RSSI et de -92 dBm pour le bruit. Le SNR est donc de 32 dB. Ce que je ne comprends absolument pas, c'est:

  • Pourquoi les deux valeurs sont négatives et mesurées en dBm ?

Pour autant que je comprends, −60 dBm signifie 10 −9 W tandis que −92 dBm signifie 10 −12 W. Mais qui rayonne cette puissance? Peut-être que cette théorie représente le bruit comme une autre "antenne"? Mais pourquoi sa valeur est-elle si petite alors? Ou je manque quelques points très importants ici? Je serai reconnaissant pour une explication intuitive de ce genre de choses.

Kentzo
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Réponses:

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"Comment est-il même possible pour un seul mesureur fixe de déterminer à la fois le RSSI et le bruit?" - très bonne question. Le bruit dont ils parlent est le bruit du récepteur et non le signal parasite. À très faible puissance, le bruit est principalement le bruit thermique du récepteur: c'est-à-dire que si vous débranchez l'antenne et la remplacez par une charge de 50 Ohm (la plupart des systèmes RF sont de 50 Ohm), vous mesurerez un certain niveau de bruit. Donc, même si vous aviez tous les composants idéaux, votre puissance de bruit serait P = k * T * B * G, où k est la constante de Boltzmann, T est la température en K, B est la bande passante en Hz et G est le gain de votre système. En réalité, chaque composant ajoute du bruit comme spécifié par sa figure de bruit (répertoriée dans la fiche technique de chaque composant RF). Si vous regardez à nouveau l'équation de puissance de bruit, vous verrez qu'en réduisant la bande passante, vous réduisez également le bruit. Cependant, une bande passante élevée est nécessaire pour des débits de données élevés, ce qui explique pourquoi vous avez besoin d'un bon SNR pour des débits de données élevés.

"Pourquoi les deux valeurs sont négatives et mesurées en dBm" - 0 dBm signifie que la puissance est de 1 mW. -20 dbm signifie que la puissance est de 0,01 mW. Le moins indique le nombre de dB en dessous de 0 dBm. Sans le moins, il aurait été supérieur à 0 dBm

"Mais qui rayonne ce pouvoir?" - en cas de bruit, il est interne, en cas de signal, l'émetteur. Cependant, fondamentalement, cela n'a pas d'importance.

"Mais pourquoi sa valeur est-elle si petite alors?" - il provient de ce qu'on appelle la formule de transmission Friis. Donc, avec plusieurs simplifications, imaginez que mon antenne d'émission émet de la puissance de façon isotrope dans toutes les directions. Ainsi, votre puissance est uniformément répartie à la surface d'une sphère de rayon r (et de surface 4 * pi * r ^ 2), où r est la distance de l'antenne d'émission. Dans Imagine, votre antenne de réception mesure environ 1 m ^ 2 et peut capturer tout le rayonnement qui frappe sa surface. Maintenant, il ne peut capturer que 1 / (4 * pi * r ^ 2) de tout le rayonnement, ce qui rend la puissance de réception très petite et l'ingénierie RF un champ complexe :). Ceci est une explication très ondulée, mais j'espère que cela a du sens

Yuriy
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Donc, si mon antenne de réception était une autre sphère circonscrite autour de votre antenne d'émission, le RSSI serait très proche pour alimenter votre antenne rayonne? Pourtant, la valeur de 1 nanowatt me semble très petite… Peut-être pourriez-vous me pointer vers une feuille d'exemples du monde réel?
Kentzo
Non, votre antenne de réception ne serait qu'un petit patch sur cette sphère imaginaire. Pensez au soleil qui émet des quantités incroyables d'énergie dans toutes les directions. Ici sur Terre, chaque mètre carré faisant face au soleil recevrait à peu près 1 / (4 * pi * r ^ 2) fraction de la puissance du soleil, où r est la distance de la terre au centre du soleil. en.wikipedia.org/wiki/Friis_transmission_equation
Yuriy
J'ai une idée. Je pose des questions sur une autre situation imaginaire. En considérant votre exemple avec le Soleil et la Terre, imaginez la Terre et le Noyau Intérieur de la Terre. Dans ce cas, la Terre absorbe toute la puissance rayonnée par le cœur. Ai-je raison?
Kentzo
Je ne suis pas sûr d'avoir bien compris la question ...
Yuriy
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@Kentzo oui, c'est exact. En fait, vous pouvez être plus rigoureux: il recevra 100% du signal rayonné car il n'y a nulle part où aller.
alex.forencich
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Ils sont négatifs parce qu'ils sont vraiment petits. L'échelle dB est une échelle logarithmique, avec 0 dBm référencé à 1 mW. Les valeurs négatives sont plus petites et les valeurs positives sont plus grandes. Comme vous l'avez dit, -60 dBm est de 1 nanowatt et -90 dBm est de 1 picowatt. Je ne sais pas vraiment d'où vient la mesure du bruit. Le récepteur radio génère un bruit interne qui l'empêche de recevoir un signal arbitrairement petit simplement en raison de la façon dont le récepteur est construit. Il contient beaucoup d'électrons rebondissant et générant du bruit, et il n'est pas assis à zéro absolu, donc les choses se tortillent et génèrent du bruit thermique. Pensez à la petite taille de 1 picowatt. Elle est 100 000 milliards de fois plus petite que votre ampoule standard de 100 watts.

Il est possible que le chiffre de bruit représente le niveau du signal sur les canaux adjacents d'une manière ou d'une autre. Avez-vous remarqué que la valeur du bruit varie ou est-elle toujours de -92 dBm? S'il est fixé à -92 dBm, cela serait considéré comme le plancher de bruit du récepteur, et il n'est pas capable de recevoir des signaux qui n'ont pas une marge suffisante au-dessus du plancher de bruit. Dans ce cas, le niveau de bruit n'est pas mesuré, c'est simplement une caractéristique du récepteur.

Si la valeur du bruit varie, il s'agit probablement d'une mesure du bruit sur le canal lorsqu'aucune des radios wifi ne transmet. Dans un système wifi, tous les nœuds d'un réseau transmettent sur la même fréquence dans un canal partagé. Quand aucun nœud ne transmet, le récepteur peut mesurer le niveau du signal sur le canal pour une mesure du bruit ambiant de fond. Le bruit dans la bande peut être provoqué par d'autres réseaux wifi, appareils Bluetooth, zigbee, fours à micro-ondes fonctionnant à 2,4 GHz, etc.

alex.forencich
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9280
C'est très courant. L'émetteur n'émet probablement qu'à 10 dBm maximum. Et la puissance diminue avec le carré inverse de la distance, donc une fois que vous serez à quelques dizaines de mètres de l'émetteur, vous verrez un niveau de signal assez bas. Le signal est également atténué par toute obstruction - par exemple des murs. De plus, vous devez tenir compte du fait que les antennes de votre ordinateur portable sont très petites et donc plutôt inefficaces. Je devrai cependant voir comment le récepteur mesure le bruit. Je ne sais pas ce qu'il fait pour arriver à ce chiffre.
alex.forencich
30dBm2dBi300m10dBm
Ces chiffres ont beaucoup de sens et ils sont très proches de ce que j'ai observé en travaillant sur ces types de systèmes. Ainsi, -10 dBm correspond à 50 dB (ou 100 000 fois l'augmentation de puissance) par rapport à -60 dBm. L'autre problème pourrait être l'inadéquation de la polarisation et le blindage des ordinateurs portables. Les antennes pour ordinateur portable sont généralement placées en haut de l'écran. La meilleure réception possible serait de placer un ordinateur portable ouvert face au routeur au même niveau
Yuriy
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Il est également possible que le frontal analogique de la radio passe en saturation à -10 dBm. Les récepteurs sont conçus pour fonctionner principalement à de faibles niveaux de puissance, car c'est ce qui détermine la portée maximale.
alex.forencich
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Le travail que Friis a fait sur le développement d'une formule simple pour la puissance reçue fait une hypothèse de base sur la distance - tous les paris sont désactivés si l'émetteur et le récepteur sont proches. C'est ce qu'on appelle le champ proche et l'équation standard de: -

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

... ne fonctionne pas de près parce que vous ne mesurez pas (ou ne recevez pas) vraiment une véritable onde électromagnétique - vous aurez le champ E et le champ H à toutes sortes d'angles de phase impairs l'un par rapport à l'autre et vous va en fait charger l'antenne d'émission. Dans le champ lointain, (à plusieurs longueurs d'onde), vous obtiendrez quelque chose comme ceci: -

entrez la description de l'image ici

Une fois que vous êtes dans le champ lointain, les quarts de puissance des vagues EM avec doublement de la distance. Donc, en branchant vos nombres dans l'équation (où F est en MHz et D en kilomètres), nous obtenons ceci à 300m: -

perte de liaison = 32,45 + 20log (2450 pour le wifi) + 20log (0,3) = 32,45dB + 67,8dB -10,5dB = 89,75dB.

Il s'agit d'une perte de liaison en espace libre et, à titre indicatif, les gens ont tendance à ajouter 30 dB à ce chiffre pour tenir compte de la marge de fondu, ce qui vous donne une perte de liaison de 119,8 dB. Vos antennes volent un peu en arrière pour la ramener à environ 116 dB et votre puissance de transmission de + 30 dBm signifie qu'à 300 mètres, vous pourriez vous attendre à recevoir: -

86dBm.

154dBm+10log10(datarate)dBm

Si le débit de données est de 10 Mbps, la puissance minimale de votre récepteur est de -154 dBm + 70 dBm = 84 dBm, ce qui est assez proche, je dirais. Vous voudrez peut-être reproduire les calculs à (disons) 2,45 m (à 10 longueurs d'onde) pour voir si les chiffres commencent à correspondre.

Voir aussi mes réponses sur celles-ci: -

Comment connaître (ou estimer) la portée d'un émetteur-récepteur?

Calculer la distance de RSSI

Communication sans fil à faible débit en bauds longue portée (~ 15 km) dans un environnement montagneux (pas de LOS)

Andy aka
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Merci pour la réponse. Peut-être connaissez-vous des visualisations 3D comme celle de la figure avec tous les angles de phase correctement définis pour les champs électriques et magnétiques?
Kentzo
@Kentzo J'essaierais de rechercher des visualisations en champ proche et lointain - la figure que j'ai incluse est celle qui compte le plus pour moi. C'est très complexe dans le champ proche et peut-être trop complexe pour avoir plus de sens que ce qui est réellement sur ma photo.
Andy aka