¿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 está midiendo. El ruido determina las condiciones ambientales que afectan al medidor. Y SNR es simplemente cuánto RSSI es mejor que el ruido. Esta teoría (suponiendo que entendí bien lo básico) plantea una sola pregunta:

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

Ahora algo de práctica. Digamos que el medidor es mi Macbook Air con una herramienta de diagnóstico inalámbrica integrada. Y el objeto que se mide 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 por completo 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 el ruido como otra "antena"? Pero, ¿por qué su valor es tan pequeño entonces? ¿O extraño algunos puntos clave aquí? Estaré agradecido por una explicación intuitiva de estas cosas.

"¿Cómo es posible que un solo medidor fijo determine tanto RSSI como ruido?" Muy buena pregunta. El ruido del que están hablando es el ruido del receptor y no la señal de interferencia. A potencias muy bajas, el ruido es principalmente el ruido térmico del receptor: es decir, si fuera a desconectar la antena y reemplazarla 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 reduces el ruido. Sin embargo, un ancho de banda alto es necesario 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 .01 mW. El signo menos indica el número de dB por debajo de 0 dBm. Sin el signo negativo, habría estado por encima de 0 dBm.

"¿Pero quién irradia 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 Friis. Entonces, con varias simplificaciones, imagine que mi antena de transmisión 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 de transmisión. En Imagine, su antena receptora mide aproximadamente 1 m ^ 2 y puede capturar toda la radiación que llega a 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 la ingeniería de RF en un campo complejo :). Esta es una explicación muy ondulada, pero espero que tenga sentido

Son negativos porque son realmente pequeños. La escala dB es una escala logarítmica, con 0 dBm referenciada a 1 mW. Los valores negativos son más pequeños y los valores positivos son más grandes. Como dijiste, -60 dBm es 1 nanowatt y -90 dBm es 1 picowatt. En realidad, no estoy seguro de dónde proviene la medición de ruido de forma accidental. El receptor de radio genera algo de ruido interno que evita que reciba una señal arbitrariamente pequeña solo debido a la naturaleza de cómo está construido el 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 picowatt. Es 100 billones de veces más pequeño que su bombilla estándar de 100 vatios.

Es posible que la figura de ruido represente el nivel de señal en canales adyacentes de alguna manera. ¿Has notado que el valor del ruido varía o es siempre -92 dBm? Si se fija a -92 dBm, entonces 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, el nivel de ruido no se mide, es simplemente una característica del receptor.

Si el valor de ruido varía, entonces probablemente sea una medida del ruido en el canal cuando ninguna de las radios wifi está transmitiendo. En un sistema wifi, todos los nodos en una red transmiten en la misma frecuencia en un canal compartido. Cuando no se transmiten nodos, el receptor puede medir el nivel de 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 trabajo que hizo Friis para desarrollar una fórmula simple para la potencia recibida hace una suposición básica sobre la distancia: todas las apuestas están desactivadas si el transmisor y el receptor están cerca. Esto se llama campo cercano y la ecuación estándar de: -

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

..... no funciona de cerca porque en realidad no estás midiendo (o recibiendo) una onda electromagnética verdadera: tendrás el campo E y el campo H en todo tipo de ángulos de fase impares entre sí y tú En realidad, estaré cargando la antena de transmisión. En el campo lejano, (a varias longitudes de onda de distancia) obtendrá algo como esto:

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

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

Esta es una pérdida de enlace de espacio libre y, como guía aproximada, la gente tiende a agregar 30dB a esta cifra para tener en cuenta el margen de desvanecimiento que le brinda una pérdida de enlace de 119.8dB. Sus antenas roban un poco hacia atrás para reducirlo a aproximadamente 116dB y su potencia de transmisión de + 30dBm significa que a 300m puede esperar recibir:

86dBm.

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

Si la velocidad de datos es de 10Mbps, entonces la potencia mínima de su receptor es -154dBm + 70dBm = 84dBm, que está bastante cerca, diría yo. Es posible que desee replicar los cálculos a (por ejemplo) 2,45 m (10 longitudes de onda de distancia) para ver si los números comienzan a coincidir.

Ver también mis respuestas sobre estos: -

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

Calcular distancia desde RSSI

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