Радиосвязь

Опорные величины и обозначения уровней

Если в качестве одной из величин отношения (в знаменателе) выступает общепринятая исходная (или опорная) величина X_ref, то отношение, выраженное в децибелах, называют уровнем (иногда называют абсолютным уровнем) соответствующей физической величины X и обозначают L_X (от англ. level).

В соответствии с действующими стандартами при необходимости указать исходную величину её значение помещают в скобках после обозначения логарифмической величины. Например, уровень L_P звукового давления P можно записать: L_P (исх. 20 мкПа) = 20 дБ, а с использованием международных обозначений — L_P (re 20 µPa) = 20 dB (re — сокращение от англ. referred to, «отнесённое к»). Допускается указывать значение исходной величины после значения уровня, в скобках после обязательного пробела, например: 20 дБ (исх. 20 мкПа). Также используется краткая форма, например, уровень L_W мощности W можно записать: L_W/1 мВт = 30 дБ, или L_W = 30 дБ (1 мВт). Для сокращения записи широко используются специальные обозначения, например: L_W = 30 дБм. Запись означает, что уровень мощности составляет +30 дБ относительно 1 мВт, то есть мощность равна 1 Вт.

Специальные обозначения

Приведены некоторые специальные обозначения, которые в предельно краткой форме указывают на значение исходной (опорной) величины, по отношению к которой определён соответствующий уровень, выраженный в децибелах. Для указанных ниже опорных величин под электрическим напряжением понимается его среднеквадратичное (эффективное) значение.

• dBW (русское дБВт) — опорная мощность 1 Вт. Например, уровень мощности +30 дБВт соответствует мощности 1 кВт.
• dBm (русское дБм) — опорная мощность 1 мВт.
• dBm0 (русское дБм0) — опорная мощность 1 мВт. Обозначение применяется в электросвязи для указания абсолютного уровня мощности, приведённого к так называемой .
• dBV (русское дБВ) — опорное напряжение 1 В.
• dBuV или dBμV (русское дБмкВ) — опорное напряжение 1 мкВ.

Схематическое представление соотношения между дБн (источник напряжения) и дБм (мощность, рассеиваемая в тепло на резисторе 600 Ом)

• dBu (русское дБн) — опорное напряжение 0,600{\displaystyle {\sqrt {0{,}600}}} ≈ 0,775 В, соответствующее мощности 1 мВт на нагрузке 600 Ом.
• dBrn — опорное напряжение соответствует мощности теплового шума идеального резистора с сопротивлением R{\displaystyle R}, равным 50 Ом, при комнатной температуре в полосе частот 1 Гц: Uтш=4kBTR⋅1 Гц≈9⋅10−10 В{\displaystyle U_{\text{тш}}={\sqrt {4k_{\rm {B}}TR\cdot 1~{\text{Гц}}}}\approx 9\cdot 10^{-10}~{\text{В}}}. Это значение соответствует уровню напряжения −61 dBμV или уровню мощности −168 dBm.
• dBFS (от англ. full scale — «полная шкала») — опорный сигнал (мощность, напряжение) соответствует полной шкале аналого-цифрового преобразователя.
• dB SPL (от англ. sound pressure level — «уровень звукового давления») — опорное значение амплитуды звукового давления составляет 20 мкПа и соответствует порогу слышимости гармонического звукового колебания с частотой 1 кГц.
• dB(A), dB(B), dB(C) — эти символы применяются для обозначения взвешенного уровня звукового давления относительно 20 мкПа, когда при измерениях используются фильтры с соответствующими стандартными частотными характеристиками.
• dBc (русское дБн) — опорная величина соответствует мощности излучения на частоте несущего сигнала (англ. carrier).
• dBi (русское дБи) — изотропный децибел. Обозначение применяется для описания характеристик антенны (коэффициент направленного действия, коэффициент усиления) по сравнению с гипотетической изотропной антенной, которая равномерно излучает энергию по всем направлениям.
• dBd (русское дБд) — децибел относительно полуволнового вибратора (диполя). Обозначение применяется для описания характеристик антенны по сравнению с полуволновым вибратором (0 dBd = 2,15 dBi).
• dBsm (от англ. square meter, русское дБкв.м или дБ(м²)) — децибел относительно одного квадратного метра. Характеризует эффективную поверхность рассеяния рассеивателя в радиолокации.
•  — используется в радарной технике (в основном в метеорадарах); опорным уровнем является коэффициент отражения капли дождя диаметром 1 мм; значения свыше 20 dBZ обычно указывают на выпадение осадков.

По аналогии образуются составные единицы, например уровня спектральной плотности мощности: дБВт/Гц — «децибельный» аналог единицы Вт/Гц (мощность на номинальной нагрузке в полосе частот 1 Гц с центром на заданной частоте) — здесь опорный уровень равен 1 Вт/Гц.

Как измерить уровень сигнала 3G/ 4G

Основное назначение 3G/ 4G антенны — увеличить уровень сигнала, уменьшить помехи, в том числе от вышек других операторов,  что в свою очередь приводит к увеличению скорости беспроводного Интернета. Исходя из того на сколько нужно увеличить уровень сигнала подбирается антенна.

В этой статье мы подскажем Как узнать/ измерить уровень сигнала 3G или 4G.

Существует несколько способов это сделать:

Узнать уровень сигнала 3G/ 4G на модеме

Информацию о уровне сигнала можно получить практически на любом 3G/ 4G модеме. Для этого достаточно зайти в его настройках и найти пункт «Уровень сигнала» или «RSSI«.

Ниже пример где можно узнать уровень сигнала в 3G модеме Билайн.

Подключите 3G/ 4G модем к компьютеру/ ноутбуку, запустите программу для работы модема, зайдите в меню «Настройки» выберите пункт «Информация о модеме», в нем вы увидите строку «Уровень сигнала».

В модемах Мегафона, запустите программу «Мегафон | модем» нажмите кнопку «Справка» — «Диагностика».

Откройте меню «Состояние сети». В ней вы увидите уровень сигнала модема (RSSI).

Измерить уровень сигнала 3G/ 4G модема с помощью сторонних программ

Измерить уровень сигнала 3G/ 4G модема можно так же сторонними программами, например Mobile Data Monitoring Aplication (MDMA).

Первым делом необходимо скачать программу MDMA, устанавливать ее не нужно, достаточно разархивировать и открыть скаченный файл.

Внимание!!! для работы программы Mobile Data Monitoring Aplication (MDMA) нужно закрыть родную программу 3G/ 4G модема. Вы должны увидеть такую картину, где в сроке RSSI будет указан уровень сигнала

Вы должны увидеть такую картину, где в сроке RSSI будет указан уровень сигнала.

Если программа отработала не корректно, посмотрите в диспетчере задач, какой порт использует ваш 3G/ 4G модем.

Затем создайте ярлык программы.

В свойствах ярлыка укажите COM порт который использует модем.

Теперь можете запускать ярлык программы.

Минус этой программы в том, что она подходит для большинства 3G модемов, но не 4G

Узнать уровень сигнала 3G/ 4G с помощью планшета/ смартфона

Измерить уровень сигнала можно и на смартфоне/ планшете, вот как это сделать на гаджетах с операционной системой Андроид.

Зайдите в Play Market.

С помощью поиска найдите программу «Network signal Info» и установите ее.

Откройте ее после установки, выберите меню «Мобильный» и на графике или в строке «Уровень сигнала» вы можете увидеть значения уровня сигнала.

Не забудьте предварительно выбрать в основном меню смартфона желаемый режим сетей, а именно «Е», «3G», «Н» или 4G

Таким образом можно без труда узнать качество сигнала 3G/ 4G (LTE).

Вывод

Все это отлично помогает правильно установить на сигнал 3G/ 4G антенну Это полезно при монтаже усилителя сотовой связи и при установке 4G антенны для модема и роутера

После того как вы определили уровень сигнала 3G/ 4G отнесите его в соответствующую группу:

1 группа, от -50 dBm до -60 dBm — отличный уровень сигнала;

2 группа, от -60 dBm до -70 dBm — хороший уровень сигнала;

3 группа, от -70 dBm до -80 dBm — средний уровень сигнала;

4 группа, от -80 dBm до — 90 dBm — плохой уровень сигнала;

5 группа, от -90 dBm до — 100 dBm и меньше — отвратительный уровень сигнала.

Если ваш результат попал в первую группу, то 3G/ 4G антенна вам не нужна, поскольку существенного увеличения скорости Интернета не произойдет.

Если ваш уровень сигнала во второй или третьей группе вам достаточно приобрести самую простую антенну, для 3G это — 3G антенна 14 dBi.

Если результат измерений попадает в предпоследнюю или последнюю группу, вам необходимо приобрести антенну с высоким коэффициентом усиления для 3G это будет — 3G антенна UMTS HSDPA 21 dBi, для 4G — 4G Антенна MIMO 2x20dBm.

Если у вас вообще не ловит сигнал 3G, но вы знаете, что вышка оператора находится до 30 км.

от вас, вам поможет антенна с усилением 24-26 dBi (2100 Мгц или 900 Мгц) с его помощью вы сможете «поймать» сигнал 3G и у вас появится возможность пользоваться высокоскоростным Интернетом.

Нужно учитывать, что сигнал 3G в городах почти везде на частоте 2100 Мгц, а в отдалённых регионах очень часто сигнал 3G работает на частоте 900 Мгц. Это необходимо уточнять до покупки антенны.

Если вы не можете «поймать» 4G сигнал, но знаете, что вышка оператора находится на расстоянии до 15 км от вас, вы можете приобрести 4G комплект, который позволит  усилить сигнал 4G , подключиться к долгожданному 4G (LTE) и наслаждаться Интернетом по WiFI дома и на даче

…изменение мощности…

Я намеренно писал выше только о мощностях. Мощность имеет квадратичную
зависимость от напряжения и от тока, а изменение на 3 децибелла —
это всегда и во всех случаях изменение мощности в 2 раза.
Как мы помним, мощность зависит от квадрата напряжения или от квадрата тока:

• Всё начинается с закона Ома:
• И определения мощности через напряжение и ток
• Выразим ток через напряжение:
  Получается, мощность зависит от квадрата напряжения
• Выразим напряжение через ток:
  Получается, мощность зависит от квадрата тока

Помним, что логарифм степени есть произведение показателя степени и
логарифма основания. Показатель степени — это двойка, и умножать надо не
на 10, а на 20. Выразим 2 Вольта в децибел-вольтах, и 3 децибел-вольта в
Вольтах:
Просто и нестрашно!

• В расчётах энергетических величин (мощность) фигурирует число 10
• В расчётах силовых величин (напряжение, ток) фигурирует число 20

Применение

Децибелы широко применяются в областях техники, где требуется измерение или представление величин, меняющихся в широком диапазоне: в радиотехнике, антенной технике, в системах передачи информации, автоматического регулирования и управления, в оптике, акустике (в децибелах измеряется уровень громкости звука) и др. Так, в децибелах принято измерять или указывать динамический диапазон (например, диапазон громкости звучания музыкального инструмента), затухание волны при распространении в поглощающей среде, коэффициент затухания радиочастотного кабеля, коэффициент усиления и коэффициент шума усилителя.

Акустика

Основная статья: Звуковое давление

Звуковое давление — силовая величина, а интенсивность звука, пропорциональная квадрату звукового давления, — энергетическая величина. Например, если громкость звука (субъективно определяемая его интенсивностью) возросла на 10 дБ, то это значит, что интенсивность звука возросла в 10 раз, а звуковое давление — приблизительно в 3,16 раза.

Использование децибелов при указании громкости звука обусловлено человеческой способностью воспринимать звук в очень большом диапазоне изменений его интенсивности. Применение линейной шкалы оказывается практически неудобным. Кроме того, на основании закона Вебера — Фехнера, ощущение громкости звука пропорционально логарифму его интенсивности. Отсюда удобство логарифмической шкалы. Диапазон величин звукового давления от минимального порога слышимости звука человеком (20 мкПа) до максимального, вызывающего болевые ощущения, составляет примерно 120 дБ. Например, утверждение «громкость звука составляет 30 дБ» означает, что интенсивность звука в 1000 раз превышает порог слышимости звука человеком.

Для выражения громкости звука также используют единицы фон и сон, учитывающие частотную и субъективную восприимчивость звука человеком.

Удобства применения децибелов

Прежде всего следует отметить удобство децибела по сравнению с единицей бел. Для практических применений бел оказался слишком крупной единицей, часто предполагающей дробную запись значения логарифмической величины. Перечисленные ниже удобства так или иначе связаны с применением не только децибелов, а логарифмической шкалы и логарифмических величин вообще.

• Характер отображения в органах чувств человека и животных изменений течения многих физических и биологических процессов пропорционален логарифму интенсивности раздражителя (см. Закон Вебера — Фехнера). Эта особенность делает применение логарифмических шкал, логарифмических величин и их единиц вполне естественным. Например, одной из таких шкал является музыкальная равномерно темперированная шкала частот.
• Логарифмическая шкала даёт наглядное графическое представление и упрощение анализа величины, изменяющейся в очень широких пределах (примеры — диаграмма направленности антенны, амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) системы автоматического регулирования). Это же относится к передаточным частотным характеристикам электрических фильтров (см. Логарифмическая амплитудно-фазовая частотная характеристика). При этом форма кривой упрощается и возможно применение кусочно-линейной аппроксимации, при которой скорость убывания частотной характеристики имеет размерность дБ/декада или дБ/октава. Упрощается анализ частотной характеристики фильтров, составленных из последовательно включенных звеньев с независимыми друг от друга частотными характеристиками. Следует заметить, что построение графиков в логарифмическом масштабе требует определённого навыка (см. Логарифмическая бумага).
• Логарифмическое представление некоторых относительных величин в ряде случаев упрощает математические операции с ними, в частности, умножение и деление заменяются сложением и вычитанием. Например, если собственные коэффициенты усиления последовательно включённых усилителей выражены в децибелах, то общий коэффициент усиления находится как сумма собственных коэффициентов.

RSSI

RSSI (англ. received signal strength indicator) (Показатель уровня принимаемого сигнала) — полная мощность принимаемого приёмником сигнала. Измеряется приёмником по логарифмической шкале в дБм (dBm, децибел относительно 1 милливатта). Значение RSSI плохо коррелирует с качеством сигнала, но может использоваться для его приблизительной оценки. Более точную оценку можно получить с помощью параметра индикатор качества сигнала (LQI). Если говорить простым языком, то RSSI — это измерение того насколько «громко» ваше устройство слышит сигнал идущий от точки доступа или маршрутизатора

Важно понимать, что RSSI — это не то же самое, что и мощность передатчика точки доступа. Стандарт IEEE 802.11 определяет, что RSSI может принимать значение между 0 и 255 и каждый производитель беспроводных модулей сам определяет собственное максимальное значение RSSI

Например, у Cisco это значения 0-100, у Atheros 0-60.

RSSI vs dBm

dBm и RSSI это разные единицы измерения, которые представляют одно и то же: уровень сигнала. Разница в том, что RSSI — это относительный индекс, а dBm — это относительное значение представляющие уровень мощности в мВт.

Применение

Децибелы широко применяются в областях техники, где требуется измерение или представление величин, меняющихся в широком диапазоне: в радиотехнике, антенной технике, в системах передачи информации, автоматического регулирования и управления, в оптике, акустике (в децибелах измеряется уровень громкости звука) и др. Так, в децибелах принято измерять или указывать динамический диапазон (например, диапазон громкости звучания музыкального инструмента), затухание волны при распространении в поглощающей среде, коэффициент затухания радиочастотного кабеля, коэффициент усиления и коэффициент шума усилителя.

Акустика

Звуковое давление — силовая величина, а интенсивность звука, пропорциональная квадрату звукового давления, — энергетическая величина. Например, если громкость звука (субъективно определяемая его интенсивностью) возросла на 10 дБ, то это значит, что интенсивность звука возросла в 10 раз, а звуковое давление — приблизительно в 3,16 раза.

Использование децибелов при указании громкости звука обусловлено человеческой способностью воспринимать звук в очень большом диапазоне изменений его интенсивности. Применение линейной шкалы оказывается практически неудобным. Кроме того, на основании закона Вебера — Фехнера, ощущение громкости звука пропорционально логарифму его интенсивности. Отсюда удобство логарифмической шкалы. Диапазон величин звукового давления от минимального порога слышимости звука человеком (20 мкПа) до максимального, вызывающего болевые ощущения, составляет примерно 120 дБ. Например, утверждение «громкость звука составляет 30 дБ» означает, что интенсивность звука в 1000 раз превышает порог слышимости звука человеком.

Для выражения громкости звука также используют единицы фон и сон, учитывающие частотную и субъективную восприимчивость звука человеком.

Удобства применения децибелов

Прежде всего следует отметить удобство децибела по сравнению с единицей бел. Для практических применений бел оказался слишком крупной единицей, часто предполагающей дробную запись значения логарифмической величины. Перечисленные ниже удобства так или иначе связаны с применением не только децибелов, а логарифмической шкалы и логарифмических величин вообще.

• Характер отображения в органах чувств человека и животных изменений течения многих физических и биологических процессов пропорционален логарифму интенсивности раздражителя (см. Закон Вебера — Фехнера). Эта особенность делает применение логарифмических шкал, логарифмических величин и их единиц вполне естественным. Например, одной из таких шкал является музыкальная равномерно темперированная шкала частот.
• Логарифмическая шкала даёт наглядное графическое представление и упрощение анализа величины, изменяющейся в очень широких пределах (примеры — диаграмма направленности антенны, амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) системы автоматического регулирования). Это же относится к передаточным частотным характеристикам электрических фильтров (см. логарифмическая амплитудно-фазовая частотная характеристика). При этом форма кривой упрощается и возможно применение кусочно-линейной аппроксимации, при которой скорость убывания частотной характеристики имеет размерность дБ/декада или дБ/октава. Упрощается анализ частотной характеристики фильтров, составленных из последовательно включенных звеньев с независимыми друг от друга частотными характеристиками. Следует заметить, что построение графиков в логарифмическом масштабе требует определённого навыка (см. Логарифмическая бумага).
• Логарифмическое представление некоторых относительных величин в ряде случаев упрощает математические операции с ними, в частности, умножение и деление заменяются сложением и вычитанием. Например, если собственные коэффициенты усиления последовательно включённых усилителей выражены в децибелах, то общий коэффициент усиления находится как сумма собственных коэффициентов.

dBi, dBm и Ватты

ЛикБез > Измерения

Децибел— логарифмическая единица уровней, затуханий и усилений.Величина, выраженная в децибелах, численно равнадесятичному логарифмубезразмерного отношения физической величины к одноимённой физической величине, принимаемой за исходную, умноженному на десять:

Децибел— это безразмерная единица, применяемая для измерения отношения некоторых величин— «энергетических» (мощности, энергии, плотности потока мощности ит.п.) или «силовых» (силы тока, напряжения ит.п.). Иными словами, децибел— это относительная величина. Не абсолютная, как, например,ваттиливольт, а такая же относительная, как кратность («трёхкратное отличие») илипроценты, предназначенная для измерения отношения («соотношения уровней») двух других величин, причём к полученному отношению применяетсялогарифмический масштаб.Русское обозначение единицы «децибел»— «дБ», международное— «dB» (неправильно: дб, Дб).Децибел не является официальной единицей в системе единицСИ, хотя по решениюГенеральной конференции по мерам и весамдопускается его применение без ограничений совместно с СИ, аМеждународное бюро мер и весоврекомендовала включить его в эту систему.Сравнение с другими логарифмическими единицами

Области примененияДецибелы широко применяются в любых областях техники, где требуется измерение величин, меняющихся в широком диапазоне: в радиотехнике, антенной технике, в системах передачи информации, в оптике, акустике (в децибелах измеряетсяуровень громкости звука) и др. Так, в децибелах принято измерятьдинамический диапазон (например, диапазон громкости звучания музыкального инструмента), затухание волны при распространении в поглощающей среде, коэффициент усиления и коэффициент шума усилителя.Децибелы используются не только для измерения отношения физических величин второго порядка (энергетических:мощность, энергия) и первого порядка (напряжение, сила тока). В децибелах можно измерять отношения любых физических величин, а также использовать децибелы для представления абсолютных величин (см.опорный уровень).Переход к децибелам

Причины использования децибеловДля применения децибелов и оперирования логарифмами вместо процентов или долей есть ряд причин:

• Характер отображения в органах чувств человека и животных изменений течения многих физических и биологических процессов пропорционален не амплитуде входного воздействия, а логарифму входного воздействия (живаяприрода живёт по логарифму). Поэтому вполне естественно шкалы приборов и вообще шкалы единиц устанавливать именно в логарифмические, в том числе, используя децибелы. Например музыкальная равномерно темперированная шкала частот является одной из таких логарифмических шкал.
• Удобство логарифмической шкалы в тех случаях, когда в одной задаче приходится оперировать одновременно величинами, различающимися не во втором знаке после запятой, а в разы и, тем более, различающимися на много порядков (примеры: задача выбора графического отображения уровней сигнала, частотных диапазонов радиоприемников и др. звуковоспроизводящих устройств, расчет частот для настройки клавиатуры фортепьяно, расчеты спектров при синтезе и обработке музыкальных и других гармонических звуковых, световых волн, графические отображения скоростей в космонавтике, авиации, в скоростном транспорте, графическое отображения других переменных величин, изменения которых в широком диапазоне величин являются критически важными).
• Удобство отображения и анализа величины, изменяющейся в очень широких пределах (примеры— диаграмма направленности антенны, амплитудно-частотная характеристика электрического фильтра).

Программа для пересчета dBm в Ватты (.jar)

Формулы для вычисления децибелов

Бел (Б) = lg (P2/P1)

где

P₁ – мощность до усиления, Вт

P₂ – мощность после усиления или ослабления, Вт

На практике, оказалось, что удобнее пользоваться уменьшенным в 10 раз значением Бел, т.е. децибел, поэтому:

дециБел (дБ) = 10 * lg(P2/P1)

Усиление или ослабление мощности в децибелах выражается формулой:

где

N_дБ – усиление, либо ослабление мощности в децибелах

P₁ – мощность до усиления, Вт

P₂ – мощность после усиления или ослабления, Вт

Значения Бел, децибел могут быть со знаком “плюс”, если P2 > P1 (усиление сигнала)  и со знаком “минус”, если P2 < P1 (ослабление сигнала)

Во многих случаях, сравнение сигналов путем измерения мощностей может быть неудобным или невозможным – проще измерить напряжение или ток.В этом случае, если мы сравниваем напряжения или токи, формула примет уже другой вид:

где

N_дБ – усиление, либо ослабление мощности в децибелах

U₁ – это напряжение до усиления, В

U₂  – напряжение после усиления, В

I₁ – сила тока до усиления, А

I₂ – сила тока после усиления, А

Вот небольшая табличка, в которой приведены основные отношения напряжений и соответствующее число децибел:

Дело в том, что операции умножения и деления над числами в обычном базисе, заменяются операциями сложения и вычитания в логарифмическом базисе. Например, у нас есть два каскадно-включенных усилителя с коэффициентами усиления K1 = 963 и K2 = 48. Какой общий коэффициент усиления? Правильно – он равен произведению K = K1 * K2. Вы можете в уме быстро вычислить 963*48? Я – нет. Я могу прикинуть K = 1000*50 = 50 тыс., не более. А, если нам известно, что K1 = 59 дБ и K2 = 33 дБ, то К = 59+33 = 92 дБ – сложить было не трудно, надеюсь.

Впрочем, актуальность таких вычислений было велика в эпоху, когда ввели понятие Бел и когда не было не то, что айфонов, но и электронных калькуляторов.  Сейчас же достаточно открыть калькулятор на ваших гаджетах и быстренько посчитать , что есть что. Ну и чтобы не париться каждый раз при переводе дБ в разы, удобнее всего найти в интернете онлайн-калькулятор. Да хотя бы вот.