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

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.

"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

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.

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: -

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

..... 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: -

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.

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

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)