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[技术交流] 【蓝牙Mesh】精品系列之十三——RSSI(上)

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发表于 2019-7-5 14:59:06 | 显示全部楼层 |阅读模式
RSSI:Received Signal Strength Indiction,接收信号强度指示。
Bluetooth Core_v5.0中,英文原文解释RSSI为“The meaning of the RSSI metric is an absolute receiver signal strength value in dBm to ± 6 dB accuracy. If the RSSI cannot be read, the RSSI metric shall be set to 127.”分为以下几个部分别阐述:
上篇讲述3个部分:
1、[What]RSSI是什么?
2、[Where]RSSI从哪里来?
3、[Why]RSSI如何测出?
下篇讲述3个部分:
4、[How]如何获取RSSI?
5、[How]RSSI有什么应用?
如果文中有不正确或者描述不清楚之处,欢迎各位指出,共同学习。
1、[What]RSSI是什么?
RSSI:Received Signal Strength Indiction,接收信号强度指示。
Bluetooth Core_v5.0中,英文原文解释RSSI为“The meaning of the RSSI metric is an absolute receiver signal strength value in dBm to ± 6 dB accuracy. If the RSSI cannot be read, the RSSI metric shall be set to 127.”
也就是说,在Bluetooth Core_v5.0中,RSSI是以dBm为单位,+-6dB精度以内的接收信号强度指示值的绝对值。如果RSSI值为+127,则表示RSSI不能被获取。
RSSI的单位是dBm,而不是dB。dB是输出和输入功率的比例值,而dBm确是一个绝对值。dBm是一个表示功率绝对值的单位,他的计算公式为10lg(功率值/1mw)。例如如果接收到的功率为1mw,按照dBm单位进行折算后的值应该为10lg 1mw/1mw=0dBm。当然在实际传输过程中接收机是很难达到接收功率1mw的。
图片1.png
Bluetooth Core_v5.0中,规定了RSSI值得范围,但是在帧结构中是没办法规定RSSI的,原因请看第二部分。
2[Where]RSSI从哪里来?
Bluetooth Core_v5.0中,英文原文解释RSSI为“The meaning of the RSSI metric is an absolute receiver signal strength value in dBm to ± 6 dB accuracy. If the RSSI cannot be read, the RSSI metric shall be set to 127.”换句话说,蓝牙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是接收机测出来的,中间有路径衰减,所以发射机没办法确定接收方的具体接收功率,又怎么在发射的信息(帧结构)中含有RSSI呢?
举个例子,发射机在A点以固定功率发射,在1m和10m的接收机接收到的信号强度肯定不一样。除非发射机能“预知”接收机的距离、增益、损耗等,才能在发射的帧结构中告诉接收机RSSI值是多少,但这是不可能的。那么,发射的结构不含有RSSI,接收机怎么知道的RSSI?很简单,接收机从接收到的信号中测试出接收到的信息强度,即自测出RSSI。
接收信号强度指示(RSSI)是接收机对发射机射频功率输入的测量。RSSI值是接收机基于RX链路增益和测量到的信号电平得到的。在RX模式下,可以从RSSI状态寄存器连续读取RSSI值,直到解调器检测到同步字(启用同步字检测时)。 如果禁用同步字检测,RSSI寄存器将不断更新。
3[Why]RSSI如何测出?
知道了RSSI不是协议中的字段,那么在接收方是根据那些信息得出的RSSI值的呢?
图片2.png
RSSI值一般可通过选取PHY Preamble(前导码)测量。如上图为BLE在Uncoded PHYs模式下数据链路层的数据包格式。在BLE 1M PHY模式下,前导码为1个八位字节(octets);在BLE 2M PHY模式下,前导码为2个八位字节(octets)。
具体实现为:在反向通道基带接收滤波器之后,通过启动接收功率积分等电路获取RSSI。在104us内进行基带IQ功率积分得到RSSI的瞬时值;然后在约1秒内对8192个RSSI的瞬时值进行平均得到RSSI的平均值,即RSSI(平均)=sum(RSSI(瞬时))/8192,同时给出1秒内RSSI瞬时值的最大值和RSSI瞬时值大于某一门限时的比率(RSSI瞬时值大于某一门限的个数/8192)。由于RSSI是通过在数字域进行功率积分而后反推到天线口得到的,反向通道信号传输特性的不一致会影响RSSI的精度。
理论上是对频段去积分求功率,实际上由于是时域采样,所以直接利用采样信息取平均求功率。后续如果有同学想要深入了解RSSI如何测量,可以从LLC(数据链路层)和MAC(媒体访问控制)研究。
这里提供一篇TI的设计文档作为参考《Design Note DN505——RSSI Interpretation and Timing》。 RSSI Interpretation and Timing.pdf (129.88 KB, 下载次数: 1)
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