Измерение мощности радиосигнала и индикатор уровня принимаемого сигнала (RSSI)

Введение

Измерение мощности радиосигнала

В телекоммуникациях индикатор мощности принятого сигнала или индикация мощности принятого сигнала (RSSI) является измерением мощности, присутствующей в принятом радиосигнале. RSSI обычно недоступен пользователю приемного устройства. Однако, поскольку сила сигнала может значительно изменяться и влиять на функциональность беспроводных сетей, устройства IEEE 802.11 часто предоставляют пользователям доступ к этому измерению. RSSI часто определяется на этапе промежуточной частоты (IF) до усилителя IF. В системах с нулевой промежуточной частотой (zero-IF) он определяется в цепочке обработки сигнала базовой полосы, перед усилителем базовой полосы. Выход RSSI часто представляет собой аналоговый уровень постоянного тока. Он также может быть дискретизирован внутренним аналого-цифровым преобразователем (АЦП), а полученные значения предоставляются напрямую или через периферийную или внутреннюю шину процессора.

В реализациях 802.11

В системе IEEE 802.11 RSSI – это относительная мощность принятого сигнала в беспроводной среде, выраженная в произвольных единицах. RSSI является индикатором уровня мощности, принимаемого принимающим радиоприемником после антенны и возможных потерь в кабеле. Следовательно, чем выше значение RSSI, тем сильнее сигнал. Таким образом, когда значение RSSI представлено в отрицательной форме (например, −100), тем ближе значение к 0, тем сильнее был принятый сигнал. RSSI может использоваться внутри беспроводной сетевой карты для определения момента, когда количество радиоэнергии в канале опускается ниже определенного порога, после чего сетевая карта может начать передачу (CTS). Как только карта готова к передаче, может быть отправлен пакет информации. Конечный пользователь, скорее всего, увидит значение RSSI при измерении силы сигнала беспроводной сети с помощью инструмента мониторинга беспроводной сети, такого как Wireshark, Kismet или Inssider. Например, карты Cisco Systems имеют максимальное значение RSSI, равное 100, и сообщают о 101 различном уровне мощности, где значение RSSI находится в диапазоне от 0 до 100. Другой популярный чипсет Wi-Fi производится компанией Atheros. Карта на основе Atheros возвращает значение RSSI от 0 до 127 (0x7f), а 128 (0x80) указывает на недопустимое значение. Нет стандартизированной зависимости между каким-либо конкретным физическим параметром и показаниями RSSI. Стандарт 802.11 не определяет никакой связи между значением RSSI и уровнем мощности в милливаттах или децибелах относительно одного милливатта (дБм). Производители и разработчики чипсетов предоставляют собственные значения точности, гранулярности и диапазона для фактической мощности (измеряемой в милливаттах, которую можно выразить в децибелах относительно одного милливатта) и диапазона значений RSSI (от 0 до максимального RSSI, в произвольных единицах сигнала "asu"). Одна из особенностей метрики 802.11 RSSI заключается в том, что RSSI измеряется только во время преамбулы принимаемого 802.11 фрейма, а не на протяжении всего фрейма. Более поздние исследования смогли воспроизвести эти результаты, используя более совершенные методы. Тем не менее, RSSI не всегда обеспечивает достаточно точные измерения для правимого определения местоположения. Однако RSSI по-прежнему является наиболее целесообразным индикатором для целей локализации, поскольку он доступен практически во всех беспроводных узлах и не требует дополнительного оборудования.

In an IEEE 802.11 system, RSSI is the relative received signal strength in a wireless environment, in arbitrary units. RSSI is an indication of the power level being received by the receiving radio after the antenna and possible cable loss. Therefore, the greater the RSSI value, the stronger the signal. Thus, when an RSSI value is represented in a negative form (e. g. −100), the closer the value is to 0, the stronger the received signal has been. RSSI can be used internally in a wireless networking card to determine when the amount of radio energy in the channel is below a certain threshold at which point the network card is clear to send (CTS). Once the card is clear to send, a packet of information can be sent. The end user will likely observe an RSSI value when measuring the signal strength of a wireless network through the use of a wireless network monitoring tool like Wireshark, Kismet or Inssider. As an example, Cisco Systems cards have an RSSI maximum value of 100 and will report 101 different power levels, where the RSSI value is 0 to 100. Another popular Wi Fi chipset is made by Atheros. An Atheros based card will return an RSSI value of 0 to 127 (0x7f) with 128 (0x80) indicating an invalid value. There is no standardized relationship of any particular physical parameter to the RSSI reading. The 802.11 standard does not define any relationship between RSSI value and power level in milliwatts or decibels referenced to one milliwatt (dBm). Vendors and chipset makers provide their own accuracy, granularity, and range for the actual power (measured as milliwatts, which can be expressed in terms of decibels relative to one milliwatt) and their range of RSSI values (from 0 to RSSI maximum, in arbitrary signal units "asu"). One subtlety of the 802.11 RSSI metric comes from how it is sampledRSSI is acquired during only the preamble stage of receiving an 802.11 frame, not over the full frame. More recent work was able to reproduce these results using more advanced techniques. Nevertheless, RSSI does not always provide measurements that are sufficiently accurate to properly determine the location. However, RSSI still represents the most feasible indicator for localization purposes as it is available in almost all wireless nodes and it does not have any additional hardware requirements.

Показатель мощности канала приема

В основном, RSSI стандарта 802.11 был заменен индикатором мощности принимаемого канала (RCPI). RCPI – это метрика стандарта 802.11, измеряющая мощность радиочастотного сигнала, принятого на выбранном канале, как в преамбуле, так и во всей принятой кадре, и характеризуется определенными абсолютными уровнями точности и разрешения. RCPI используется исключительно в стандарте 802.11 и, следовательно, его точность и разрешение регламентируются стандартом IEEE 802.11k 2008. Оценка уровня мощности принимаемого сигнала – необходимый этап установления соединения для обмена данными между беспроводными узлами. Однако, метрика уровня мощности, такая как RCPI, как правило, не позволяет оценить качество соединения, в отличие от других метрик, например, измерения времени распространения (времени прибытия).

Оценка расстояния на основе RSSI

RSSI широко используется в протоколах беспроводной связи, таких как Bluetooth и ZigBee, для оценки расстояния между узлами. Эта оценка критически важна для позиционирования внутри помещений и часто предпочтительнее благодаря своей простоте и отсутствию необходимости в синхронизации или присвоении временных меток, что требуется в других методах, например, во времени прихода (TOA).

Алгоритмы локализации

Различные алгоритмы локализации, такие как алгоритмы, основанные на опорных точках, используют RSSI. Алгоритмы, основанные на опорных точках, используют узлы с известными координатами (опоры) для определения местоположения неизвестного узла. Точность этих алгоритмов повышается при использовании большего числа известных узлов, поскольку они опираются на время прихода (TOA) и угол прихода (AOA) сигнала для оценки расстояния между известными и неизвестным узлами. Однако на точность этих алгоритмов могут влиять факторы окружающей среды, такие как помехи, препятствия и плотность узлов в области.

Влияние факторов окружающей среды и типа антенны

Такие факторы, как дифракция, отражение, рассеяние и тип антенны, могут существенно влиять на значения RSSI. Эти факторы необходимо учитывать для точной локализации внутри помещений с использованием RSSI.