@关于RSSI在实际测试环境中的应用

一:什么是RSSI

Received Signal Strength Indication接收的信号强度指示,用来判定连接质量,以及是否增大广播发送强度。
接收的信号强度指示:RSSI只是信号强度的一个指示值!
因为无线信号多为mW级别,所以对它进行了极化,转化为dBm而已,不表示信号是负的。1mw就是0dBm,小于1mw就是负数的dBm数。

二:功率和RSSI之间的关系

功率和RSSI之间的关系(一)

1.dBm:是一个表示功率绝对值的值(也可以认为是以1mw功率为基准的一个比值)

计算公式为:10lgP(功率值/1mw)。
[例1] 如果发射功率P为1mw,折算为dBm后为0dBm。
10lg (1mw/1mw)=10lg0=0dBm。
[例2] 对于40W的功率,按dBm单位进行折算后的值应为:
10lg(40W/1mw)=10lg(40000)=10lg4+10lg10+10lg1000=46dBm。

2.dBw:与dBm一样,dBw是一个表示功率绝对值的单位(也可以认为是以1W功率为基准的一个比值)
计算公式为:10log(功率值/1w)。
dBw与dBm之间的换算关系为:0 dBw = 10log1 W = 10log1000 mw = 30 dBm。

3.dB:是一个表征相对值的值,纯粹的比值,只表示两个量的相对大小关系
当考虑甲的功率相比于乙功率大或小多少个dB时,按下面计算公式:10lg(甲功率/乙功率)
[例3] 甲功率比乙功率大一倍,那么10lg(甲功率/乙功率)=10lg2=3dB。也就是说,甲的功率比乙的功率大3 dB。
[例4] 如果甲的功率为46dBm,乙的功率为40dBm,则可以说,甲比乙大6 dB。

4.dBi 和dBd:是表示天线功率增益的量,两者都是一个相对值,但参考基准不一样。dBi的参考基准为全方向性天线,dBd的参考基准为偶极子,所以两者略有不同。一般认为,表示同一个增益,用dBi表示出来比用dBd表示出来要大2.15。
[例] 对于一面增益为16dBd的天线,其增益折算成单位为dBi时,则为18.15dBi(一般忽略小数位,为18dBi)。

功率和RSSI之间的关系(二)

无线电波的能量减少有一个专用术语,称为“衰减。 从无线电波的特性而言,存在一种现象,也就是频率越高,相应的波长越短(根据 v=fλ,可得出),能量衰减越快。

我们常说的电磁波的功率大,是指它的振幅很大(也就是所携带的能量很大),在介质中传输(比如空气),那么它会随着传输距离增大,振幅会减小。

android rssi值越大越好吗_android rssi值越大越好吗


相同位置,相同频率,衰减是一定的;功率越大(携带的能量越大),信号越强。

功率的大小,主要考虑传输距离和衰减情况。频率越低,衰减越慢。
eg:核潜艇的通信系统,使用的是频率超低的长波无线电,波长10000米以上,传输距离可以达到10000公里以上。在这时候,可以看出,超远距离通信,首先要保证大功率,其次要使用低频率。

频率的高低,主要考虑传输方式和信息传输速率,而且首先是信息传输速率。
eg:说室内的无线局域网,使用的是比手机更高的2.4GHz频段,障碍物多且近,对于各种通信系统来说都不是好事,原理上看都没有特别好的办法。实际中是采用小功率+高频率,主要保证传输速率。

功率和RSSI之间的关系(三)

  • 很多人都以为无线网桥的发射功率越大越好,他们都认为发射功率是影响无线网桥传输距离的最大因素。

实际上,无线网桥的发射功率的确能够影响传输距离,但这并不意味这越大越好,不然按照这个说法,当无线网桥的发射功率无限大的时候,它的传输距离也是无限大了。显然,这是不可能的。如果一个无线网桥的传输距离极限为10公里,那么,无论怎么提高它的发射功率,它都不可能传输到11公里的。

发射功率只不过是无线网桥传输距离的影响因素之一,其他还包括硬件、软件、天线增益、天线角度、极化方向、环境等,当这些条件都达到理想状态时,无线网桥就会发挥出它最理想的效果。

  • 那么,为什么无线网桥会给人一种发射功率越大,传输距离就越远的错觉呢?

其实,发射功率就相当于发射信号的一个强度,当发射功率变大时,信号的发射强度就越大。可是,无线网桥进行无线传输时,是要靠发射端和接收端一起工作才能够实现的。当发射功率过大时,就很容易影响接收端对数据的回收,这不但不能够使无线传输效果正常发挥,反而会导致信号延迟、丢包等不良现象出现。

举例:

android rssi值越大越好吗_接收端_02

上面我们有提到说,功率越大,振幅越大,所携带的能量越大,在传播的途径中能量衰减的比较缓慢,那我们的AP可监听的范围也随之增大(如上图所示),原来AP只能监听到3个设备,增大功率后可监听7个设备,原本AP想要给设备1发送数据,只要监听到设备2、3没有和设备1进行通讯,AP和设备1进行RTS、CTS等报文交互后就可进行数据交互。增大监听范围之后,现在AP想要给设备1发送数据,监听到设备2、3没有和设备1进行通讯,但是监听到设备4正在和设备1进行通讯,那么AP就得在设备4给设备1发送数据的时候保持沉默,等信道空闲时才会发送数据,这就影响无线传输效果的正常发挥。

三:RSSI与802.11协议帧

  • RSSI是否是802.11协议帧中的字段呢?
  • android rssi值越大越好吗_android rssi值越大越好吗_03

  • 802.11物理层PHY是介质访问控制层MAC与无线介质之间的接口,它传输和接收共享无线介质上的数据帧。
    802.11将PHY进一步划分为两个组成元件:
    一是物理汇聚过程子层(Physical Layer ConvergenceProcedure,简称PLCP),结合来自Mac层的数据帧与空气中所传输的无线电波,负责将MAC帧对映到传输介质,为射频电路将数据帧发出做准备;
    另一是物理媒介相关子层(Physical Medium Dependent,简称PMD),负责将PLCP传来的数据帧以位的形式利用天线发射出去。
    MSDU(MAC层业务数据单元。这是最原始的待发数据信息)经过封装变成MPDU(MAC层协议数据单元),MPDU传到PLCP子层变成PSDU(PLCP子层业务数据单元),PSUD经过封装变成PPDU(PLCP子层协议数据单元)。
  • android rssi值越大越好吗_android rssi值越大越好吗_04

    android rssi值越大越好吗_字段_05

  • 从以上帧格式中,我们并没有发现RSSI数据字段,那么RSSI的值我们究竟是从哪里得到?
    根据802.11-2007标准的描述,“RSSI是接收到的射频能量的测量值。RSSI与实际接收功率的映射是独立实施的。”换句话说,无线局域网供应商可以按照私有的方式定义RSSI值。通过标准中的描述我们知道,RSSI是接收方网卡测出来的,中间有路径衰减,所以发送方没办法确定接收方的具体接收功率。
    (试想AP位置固定,功率固定,在8米外接收和1米外接收,接收端的信号强度会一样吗?如果不一样,而RSSI又是协议中的字段,那发送端发送这个字段时,这个字段的值到底该是多少呢?)

四:RSSI的计算过程

RSSI=发射功率+发送端的天线增益-空间损耗(LP)+接收端的天线增益。

LP=32.5+20lg(F)+20lg(D)

android rssi值越大越好吗_android rssi值越大越好吗_06


自由空间损耗:

android rssi值越大越好吗_字段_07


eg:Tenda O2V1.0在1公里的距离RSSI计算:LP=32.5+20lg(5)+20lg(1000)=106.479≈107

RSSI=23+11-107+11=-62dBm

结论:功率固定情况下 :距离一定,频率越高,损耗越大,RSSI越小; 频率一定,距离越远,损耗越大,RSSI越小

五:传输速率和误码率

误码:误码的产生是由于在信号传输中,衰变改变了信号的电压,致使信号在传输中遭到破坏,产生误码。噪音、交流电或闪电造成的脉冲、传输设备故障及其他因素都会导致误码(比如传送的信号是1,而接收到的是0;反之亦然)。由于种种原因,数字信号在传输过程中不可避免地会产生差错。

误码率:误码率(SER:symbol error rate)是衡量数据在规定时间内数据传输精确性的指标。误码率=传输中的误码/所传输的总码数*100%。如果有误码就有误码率。

android rssi值越大越好吗_误码率_08


传输速率低,携带的数据位少,误码率小,传输越稳定传输速率高,携带的数据位多,星座映射时,容易发生偏差,误码率大,传输不稳定

六:跑流前看RSSI还是跑流时看

结论:
应该在跑流前的时候去看RRSI的值。 DTU在屏蔽房跑流的时候RSSI的值会增大,一开始以最大的速率进行传输,不稳定,跑流时会丢帧,丢帧误码率增大,为了降低误码率,设备会降低传输速率,速率降低,功率增大。那么功率增大,在天线增益以及自由空间损耗一定的情况下,RSSI就会增大。
RSSI=发射功率+发射端天线增益-自由空间损耗+接收端的天线增益
我们在实际的使用环境中,一个摄像头的业务流量1-2M,吞吐量满足使用需求,传输速率不会降低,所以在屏蔽房测试的时候,我们应该看跑流前的RSSI即我们在实际使用环境中的信号质量。