¿Cuáles son las unidades de RSSI, ruido y SNR definidas por IEEE 802.11?

Soy un graduado de CS, pero para mi vergüenza tengo un conocimiento muy limitado de ingeniería eléctrica y especialmente de teoría de antenas.

Según tengo entendido, RSSI determina la calidad de cómo el medidor "escucha" el objeto que se mide. El ruido determina las condiciones ambientales que afectan al medidor. Y SNR es simplemente cuánto RSSI es mejor que Ruido. Esta teoría (suponiendo que tenga los conceptos básicos correctos) plantea una sola pregunta:

  • ¿Cómo es posible que un solo medidor fijo determine tanto el RSSI como el ruido?

Ahora un poco de práctica. Digamos que el medidor es mi Macbook Air con la herramienta de diagnóstico inalámbrico incorporada. Y el objeto que se está midiendo es mi enrutador WiFi. Los valores observados son −60 dBm para RSSI y −92 dBm para ruido. Por lo tanto, la SNR es de 32 dB. Lo que no puedo entender completamente es:

  • ¿Por qué ambos valores son negativos y se miden en dBm ?

Según tengo entendido, −60 dBm significa 10 −9 W mientras que −92 dBm significa 10 −12 W. Pero, ¿quién irradia esa potencia? ¿Quizás esa teoría representa al Ruido como otra "antena"? Pero, ¿por qué su valor es tan pequeño entonces? ¿O me pierdo algunos puntos clave aquí? Estaré agradecido por una explicación intuitiva de estas cosas.

Respuestas (3)

"¿Cómo es posible que un solo medidor fijo determine tanto el RSSI como el ruido?" - muy buena pregunta. El ruido del que están hablando es el ruido del receptor y no una señal de interferencia. A potencias muy bajas, el ruido es principalmente el ruido térmico del receptor: es decir, si desconectara la antena y la reemplazara con una carga de 50 ohmios (la mayoría de los sistemas de RF son de 50 ohmios), medirá un cierto nivel de ruido. Entonces, incluso si tuviera todos los componentes ideales, su potencia de ruido sería P = k*T*B*G, donde k es la constante de Boltzmann, T es la temperatura en K, B es el ancho de banda en Hz y G es la ganancia de su sistema. En realidad, cada componente agrega ruido según lo especificado por su figura de ruido (enumerado en la hoja de datos de cada componente de RF). Si observa nuevamente la ecuación de potencia de ruido, verá que al reducir el ancho de banda, también reduce el ruido. Sin embargo, se necesita un gran ancho de banda para velocidades de datos altas, lo que explica por qué necesita una buena SNR para velocidades de datos altas.

"Por qué ambos valores son negativos y se miden en dBm": 0 dBm significa que la potencia es de 1 mW. -20 dbm significa que la potencia es de 0,01 mW. El signo menos indica el número de dB por debajo de 0 dBm. Sin el menos, habría estado por encima de 0 dBm

"¿Pero quiénes irradian ese poder?" - en caso de ruido, es interno, en caso de señal, el transmisor. Sin embargo, fundamentalmente no importa.

"Pero, ¿por qué su valor es tan pequeño entonces?" - Proviene de lo que se llama fórmula de transmisión de Friis. Entonces, con varias simplificaciones, imagine que mi antena transmisora ​​irradia energía isotrópicamente en todas las direcciones. Entonces, su potencia se distribuye uniformemente en la superficie de una esfera de radio r (y área de superficie 4*pi*r^2), donde r es la distancia desde la antena transmisora. En Imagine, que su antena receptora tiene aproximadamente 1 m ^ 2 y puede capturar toda la radiación que golpea su superficie. Ahora, solo puede capturar 1/(4*pi*r^2) de toda la radiación, lo que hace que la potencia de recepción sea muy pequeña y que la ingeniería de RF sea un campo complejo :). Esta es una explicación muy ondulada a mano, pero espero que tenga sentido.

Entonces, si mi antena receptora fuera otra esfera circunscrita alrededor de su antena transmisora, ¿el RSSI estaría muy cerca de la potencia que irradia su antena? Aún así, el valor de 1 nanovatio me parece muy pequeño... ¿Tal vez podrías señalarme alguna hoja de ejemplos del mundo real?
No, su antena receptora sería solo un pequeño parche en esa esfera imaginaria. Piensa en el sol irradiando cantidades increíbles de energía en todas las direcciones. Aquí en la Tierra, cada metro cuadrado que mira hacia el sol recibiría aproximadamente 1/(4*pi*r^2) fracción de la energía del sol, donde r es la distancia desde la tierra hasta el centro del sol. en.wikipedia.org/wiki/Friis_transmission_equation
Tengo tu idea. Estoy preguntando por otra situación imaginaria. Considerando tu ejemplo con el Sol y la Tierra, imagina la Tierra y el Núcleo Interno de la Tierra. En este caso, la Tierra absorbe toda la energía radiada desde el núcleo. ¿Estoy en lo correcto?
No estoy seguro de entender completamente la pregunta...
@Kentzo sí, eso es correcto. En realidad, puedes ser más riguroso: recibirá el 100% de la señal radiada porque no tiene a dónde ir.

Son negativos porque son muy pequeños. La escala de dB es una escala logarítmica, con 0 dBm referenciado a 1 mW. Los valores negativos son más pequeños y los valores positivos son más grandes. Como dijiste, -60 dBm es 1 nanovatio y -90 dBm es 1 picovatio. En realidad, no estoy seguro de dónde proviene la medición del ruido. El receptor de radio genera algo de ruido internamente que evita que reciba una señal arbitrariamente pequeña debido a la naturaleza de la construcción del receptor. Contiene muchos electrones que rebotan y generan ruido, y no se encuentra en el cero absoluto, por lo que las cosas se mueven y generan ruido térmico. Piensa en lo pequeño que es 1 picovatio. Es 100 billones de veces más pequeña que una bombilla estándar de 100 vatios.

Es posible que la cifra de ruido represente el nivel de la señal en los canales adyacentes de alguna manera. ¿Ha notado que el valor del ruido varía en absoluto, o es siempre -92 dBm? Si se fija en -92 dBm, se consideraría el ruido de fondo del receptor y no es capaz de recibir señales que no tengan un margen suficiente por encima del ruido de fondo. En este caso no se está midiendo el nivel de ruido, es simplemente una característica del receptor.

Si el valor del ruido varía, probablemente sea una medida del ruido en el canal cuando ninguna de las radios wifi está transmitiendo. En un sistema wifi, todos los nodos de una red transmiten en la misma frecuencia en un canal compartido. Cuando no hay nodos transmitiendo, el receptor puede medir el nivel de la señal en el canal para medir el ruido ambiental de fondo. El ruido en la banda puede ser causado por otras redes wifi, dispositivos bluetooth, zigbee, hornos de microondas que funcionan a 2,4 GHz, etc.

El ruido varía de − 92 a − 80 . ¿Qué pasa con RSSI? ¿Por qué el valor es tan pequeño, o tales valores son comunes en RF y es suficiente para enviar y recibir datos?
Es muy común. Es probable que el transmisor solo transmita a un máximo de 10 dBm. Y la potencia cae con el inverso del cuadrado de la distancia, por lo que una vez que esté a unas pocas decenas de metros del transmisor, verá un nivel de señal bastante bajo. La señal también es atenuada por cualquier obstrucción, por ejemplo, paredes. Además, debe tener en cuenta el hecho de que las antenas de su computadora portátil son muy pequeñas y, por lo tanto, bastante ineficientes. Sin embargo, tendré que ver cómo mide el ruido el receptor. No estoy seguro de lo que está haciendo para llegar a ese número.
Este transmisor está transmitiendo a 30 d B metro + 2 d B i antenas También se sabe que funciona dentro 300 metro radio. ¿No significaría también que RSSI aumentará significativamente una vez que me acerque al transmisor? Pero sólo se eleva hasta − 10 d B metro incluso si pongo mi computadora portátil encima del enrutador.
Estos números tienen mucho sentido y están muy cerca de lo que he observado trabajando en este tipo de sistemas. Entonces, -10 dBm es 50 dB (o 100 000 veces el aumento de potencia) en comparación con -60 dBm. El otro problema podría ser la falta de coincidencia de polarización y el blindaje de la computadora portátil. Las antenas de las computadoras portátiles generalmente se colocan en la parte superior de la pantalla. La mejor recepción posible sería colocar una computadora portátil abierta frente al enrutador al mismo nivel
También es posible que la parte frontal analógica de la radio se sature a -10 dBm. Los receptores están diseñados para funcionar principalmente con niveles de potencia bajos porque eso es lo que determina el alcance máximo.

El trabajo que Friis hizo para desarrollar una fórmula simple para la potencia recibida hace una suposición básica sobre la distancia: todas las apuestas están canceladas si el transmisor y el receptor están cerca. Esto se llama el campo cercano y la ecuación estándar de: -

Pérdida de enlace (dB) = 32.45 + 20 yo o gramo 10 ( F ) + 20 yo o gramo 10 ( D )

..... no funciona de cerca porque realmente no está midiendo (o recibiendo) una verdadera onda electromagnética: tendrá el campo E y el campo H en todo tipo de ángulos de fase impares entre sí y usted De hecho, estará cargando la antena de transmisión. En el campo lejano (a varias longitudes de onda de distancia) obtendrás algo como esto: -

ingrese la descripción de la imagen aquí

Una vez que esté en el campo lejano, la potencia de la onda EM se divide en cuartos y la distancia se duplica. Entonces, reemplazando sus números en la ecuación (donde F está en MHz y D está en kilómetros) obtenemos esto a 300 m: -

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

Esta es una pérdida de enlace de espacio libre y, como guía aproximada, la gente tiende a agregar 30 dB a esta cifra para tener en cuenta el margen de desvanecimiento, lo que le da una pérdida de enlace de 119,8 dB. Sus antenas retroceden un poco para reducirlo a aproximadamente 116 dB y su potencia de transmisión de +30 dBm significa que a 300 m puede esperar recibir: -

86dBm.

Su receptor necesita más potencia recibida para un mayor ancho de banda (porque la potencia de ruido es proporcional al ancho de banda) y otra buena regla general es que la potencia recibida mínima requerida es − 154 d B metro + 10 yo o gramo 10 ( d a t a r a t mi ) d B metro .

Si la velocidad de datos es de 10Mbps, entonces la potencia mínima del receptor es -154dBm + 70dBm = 84dBm, lo que diría que es bastante parecido. Es posible que desee replicar los cálculos a (digamos) 2,45 m (10 longitudes de onda de distancia) para ver si los números comienzan a cuadrar.

Vea también mis respuestas sobre estos: -

¿Cómo saber (o estimar) el alcance de un transceptor?

Calcular la distancia desde RSSI

Comunicación inalámbrica de largo alcance (~15 km) de baja velocidad en baudios en un entorno montañoso (sin LOS)

Gracias por la respuesta. ¿Quizás conoce alguna visualización en 3D como la de la figura con todos los ángulos de fase configurados correctamente para campos eléctricos y magnéticos?
@Kentzo Intentaría buscar visualizaciones de campo cercano y lejano: la figura que incluí es la que más significa para mí. Es muy complejo en el campo cercano y tal vez demasiado complejo para tener más sentido que lo que realmente está en mi imagen.
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