RSSI, SNR ve dBm Nedir? Wi-Fi Sinyal Gücü

Wi-Fi ekranlarında sinyal değerleri farklı biçimlerde karşımıza çıkar: bir yerde “−65 dBm”, başka bir yerde “SNR 27 dB”, telefonda dört çubuk, Windows’ta “%80”. Bu yazı bu değerlerin ne anlattığını ve birbirinden nasıl ayrıldığını açıklıyor. Sonunda dB ile dBm’i ayırabilecek, negatif değerleri doğru okuyabilecek ve sinyal ile gürültüden SNR’yi kendiniz hesaplayabileceksiniz.

Sinyal kalitesinin bağlantı hızını nasıl belirlediği 1200 Mbps Görünüyor, Neden 300 Mbps Alıyoruz? yazısında, kanal ve girişim sorunları Wi-Fi Çekiyor Ama Yavaş yazısında anlatılıyor. Burada yalnızca ölçü birimlerine ve okumaya odaklanıyoruz.

dBm: güç için logaritmik bir ölçü

Radyo sinyalinin gücü çok geniş bir aralıkta değişir. Bir AP’nin anteninden çıkan güç miliwatt düzeyindeyken, birkaç oda ötedeki bir istemciye ulaşan güç milyarda bir miliwatt düzeyine iner. Bu kadar farklı sayıları watt cinsinden yan yana yazmak zordur. Bu yüzden logaritmik bir ölçü kullanılır: dBm.

dBm, gücün 1 miliwatta (mW) göre kaç desibel olduğunu söyler:

0 dBm = 1 mW. Referans noktası budur.
Pozitif değerler 1 mW’tan büyük güçlerdir: 20 dBm = 100 mW.
Negatif değerler 1 mW’tan küçük güçlerdir: −30 dBm = 1 µW (mikrowatt, miliwattın binde biri), −60 dBm = 1 nW (nanowatt), −90 dBm = 1 pW (pikowatt).

Wi-Fi’da alınan sinyal neredeyse her zaman 1 mW’tan çok küçük olduğu için alıcı tarafında gördüğünüz değerler negatiftir. Okurken tek kural yeterlidir: sıfıra yakın olan daha güçlüdür. −50 dBm, −70 dBm’den güçlüdür; −70 dBm de −90 dBm’den güçlüdür.

dBm, 1 mW'a göre logaritmik güçtür. Cetvelde her 10 dB'lik adım gücü on kat değiştirir; Wi-Fi alıcısında görülen değerler bu yüzden küçük negatif sayılardır.

dB ve dBm: oran ile mutlak güç

İki terim çok benzer görünür ama farklı şeyler anlatır:

dBm mutlak bir güçtür; “1 mW’a göre” diye sabit bir referansı vardır. “−65 dBm” tek başına anlamlıdır.
dB iki güç arasındaki oranı anlatır; kendi başına bir güç değildir. “Sinyal 10 dB düştü” ya da “SNR 27 dB” ifadelerinde bir şeyin bir başka şeye göre ne kadar farklı olduğu söylenir.

Bu yüzden iki dBm değerinin farkı dB’dir: −65 dBm ile −75 dBm arasındaki fark 10 dB’dir. dBm’leri toplamak ya da çarpmak anlamlı değildir; dBm’den dBm çıkarılır ve sonuç dB olur.

3 dB ve 10 dB kuralı

Logaritmik ölçekte toplama ve çıkarma, gerçek güçte çarpma ve bölmeye karşılık gelir. Akılda tutulacak iki değer:

+10 dB = 10 kat güç, −10 dB = gücün onda biri. −60 dBm, −70 dBm’den on kat güçlüdür.
+3 dB ≈ 2 kat güç, −3 dB ≈ gücün yarısı. Bu yaklaşık bir değerdir; tam karşılığı 1,995 kattır. 20 dBm (100 mW) olan bir verici gücü 17 dBm’e indirilirse güç yaklaşık 50 mW olur.

Bu kural yalnızca güç içindir. 3 dB daha güçlü bir sinyal, iki kat Wi-Fi hızı ya da iki kat kapsama mesafesi demek değildir:

Hız sinyalle doğrusal artmaz. AP ile istemci sinyal kalitesine göre bir modülasyon ve kodlama düzeyi seçer; bu düzeyler basamaklıdır ve birkaç dB’lik iyileşme hiçbir basamağı değiştirmeyebilir. Ayrıntısı PHY hızı yazısında.
Mesafe de güçle doğrusal ilişkili değildir. Boş alanda mesafeyi iki katına çıkarmak alınan gücü yaklaşık 6 dB düşürür; bina içinde duvarlar, insanlar ve eşyalar bu kaybı artırır. Yani gücü iki katına çıkarmak menzili iki katına çıkarmaz.

RSSI: cihazın kendi sinyal göstergesi

RSSI (Received Signal Strength Indicator), alıcının aldığı sinyalin gücü için verdiği göstergedir. RSSI ile dBm sık sık aynı şeymiş gibi kullanılır, ama aynı şey değildir. dBm bir ölçü birimidir; RSSI ise bir cihazın ya da sürücünün sinyali nasıl ölçüp raporladığıdır. Aynı yerde duran iki farklı telefon ya da iki farklı kablosuz kart, ölçüm donanımı ve sürücüsü farklı olduğu için farklı değerler gösterebilir.

Raporlama biçimi de değişir:

Bazı cihaz ve araçlar RSSI’yi doğrudan dBm olarak gösterir.
Windows’un kablosuz ağ programlama arayüzü (WLAN API) sinyal kalitesini yüzde olarak verir. Microsoft’un belgesine göre %0, −100 dBm’lik bir RSSI’ye, %100 ise −50 dBm’e karşılık gelir; aradaki değerler doğrusal olarak hesaplanır. Bu yüzden −50 dBm’den güçlü her sinyal %100 görünür.
Cisco Meraki panelinde istemcinin “Signal” değeri SNR’dir; Meraki belgesi bağlantı kalitesinin göstergesi olarak SNR’yi kullandığını belirtir.
Telefonlardaki çubuklar genellikle üreticinin kendi eşikleriyle çizilir; bir modeldeki üç çubuk, başka bir modeldeki üç çubukla aynı sinyali göstermeyebilir.

Pratik sonucu şudur: iki ölçümü karşılaştırırken aynı cihazla, aynı araçla ve aynı birimle ölçmek gerekir. Bir ekranda gördüğünüz değerin dBm mi, yüzde mi, SNR mi olduğunu bilmeden yorum yapmamak gerekir.

Noise floor: arka plandaki gürültü

Alıcı yalnızca istediği sinyali duymaz; ortamda her zaman bir miktar radyo enerjisi vardır. Alıcının çözemediği bu arka plan enerjisine noise floor (gürültü tabanı) denir. Meraki’nin tanımında noise floor, uzaktaki cihazlardan ya da aynı frekanstaki girişimden gelen istenmeyen arka plan yayınlarıdır. Değeri de dBm ile ifade edilir ve yine negatiftir; örneğin −92 dBm. Noise floor ne kadar düşükse (−92, −80’den düşüktür) ortam o kadar sessizdir.

Üç kavram sık karıştırılır:

Noise floor, alıcının çözemediği arka plan enerjisidir. Mikrodalga fırın gibi Wi-Fi dışı kaynaklar onu yükseltebilir.
Wi-Fi girişimi, başka Wi-Fi cihazlarının yayınıdır. Alıcı bu çerçeveleri çözebiliyorsa onlar gürültü olarak değil, kanalın meşgul olduğu süre olarak görünür.
Channel utilization (kanal kullanımı), kanalın ne kadar süre meşgul olduğudur; bu süreye Wi-Fi trafiği de Wi-Fi dışı enerji de katkı verebilir.

Bu yüzden aynı kanaldaki komşu AP’ler (co-channel interference) her durumda noise floor’u yükseltmez; çoğu zaman etkileri kanal kullanımında görülür. Bu ayrımın sahadaki teşhisi Wi-Fi Çekiyor Ama Yavaş yazısında.

SNR: sinyal gürültünün ne kadar üstünde?

SNR (Signal-to-Noise Ratio), sinyalin gürültüden ne kadar güçlü olduğunu söyler. Meraki’nin tanımıyla SNR, alınan sinyal ile noise floor arasındaki farktır. İkisi de dBm olduğu için hesap bir çıkarmadır ve sonuç dB’dir:

SNR (dB) = sinyal (dBm) − noise floor (dBm)

Aynı −65 dBm sinyali iki farklı ortamda düşünelim:

Sessiz ortam: Noise floor −92 dBm. SNR = −65 − (−92) = −65 + 92 = 27 dB.
Gürültülü ortam: Noise floor −80 dBm. SNR = −65 − (−80) = −65 + 80 = 15 dB.

Sinyal aynı kalsa da gürültü yükselince SNR düşer. Sinyal değerine tek başına bakmak, alıcının sinyali gürültüden ne kadar rahat ayırdığını söylemez.

Sinyal aynıdır, ama ikinci ortamda sinyal gürültünün yalnızca 15 dB üstündedir. Alıcı, sinyali gürültüden ayırmakta daha çok zorlanır ve genellikle daha düşük bir hız düzeyine iner. Bu yüzden yalnızca sinyal değerine bakmak yanıltıcı olabilir: “−65 dBm iyi bir sinyal” demek, gürültüyü bilmeden eksik bir yorumdur.

SNR’yi karşılaştırırken sinyal ve gürültünün aynı alıcıda ve karşılaştırılabilir koşullarda ölçülmüş olması gerekir. Bir cihazın ölçtüğü sinyalden başka bir cihazın ölçtüğü gürültüyü çıkarmak anlamlı bir SNR vermez. Kanal genişliği de bir koşuldur: alıcının dinlediği bant genişledikçe içeri giren gürültü de artar, bu yüzden 20 MHz’te ve 80 MHz’te ölçülen gürültü değerleri doğrudan karşılaştırılmaz.

Üretici hedefleri: eşik değil, bağlam

Üreticiler tasarım için hedef değerler önerir. Bunlar evrensel eşikler değildir; hangi uygulama, hangi cihaz ve hangi koşul için önerildikleriyle birlikte okunmalıdır. İki örnek:

Cisco Meraki, SNR belgesinde veri ağları için 20 dB ve üzerini, ses uygulamaları kullanan ağlar için 25 dB ve üzerini önerir.
Cisco’nun Voice over WLAN 4.1 tasarım rehberi, ses için hücre sınırını −67 dBm olarak önerir; bu öneri rehberde Cisco Unified IP Phone 7921G ve genel ses tasarımı için verilir. Aynı rehber Vocera rozetleri için −65 dBm önerir.

Bu değerler bir başlangıç noktasıdır. Farklı istemciler, farklı uygulamalar ve farklı ortamlar farklı hedefler gerektirebilir; asıl karar, kullanılacak istemcilerle yapılan ölçümle verilir.

Kendinizi deneyin

Alıştırma 1: Öğretici bir örnek: bir dizüstü bilgisayarın kablosuz alıcısında, aynı alıcıda ve karşılaştırılabilir koşullarda elde edildiğini varsaydığımız iki değer var: AP’den gelen sinyal −72 dBm, noise floor −95 dBm. SNR kaçtır? Meraki’nin veri ağları için önerdiği değere göre nasıl yorumlanır?

Cevap ve açıklama

SNR = sinyal − noise floor = −72 − (−95).
Eksi ile eksi artıya döner: −72 + 95 = 23 dB.
Meraki’nin veri ağları için önerdiği değer 20 dB ve üzeridir; 23 dB bu öneriyi karşılar. Ses için önerilen 25 dB’nin ise biraz altındadır.
Hesap, iki değerin aynı alıcıda ve karşılaştırılabilir koşullarda elde edildiği varsayımıyla anlamlıdır. Her kablosuz kart ya da sürücü noise floor bilgisini sunmaz; sahada bu değer çoğu zaman AP’den, controller’dan ya da bir ölçüm aracından okunur.

Alıştırma 2: İki bağımsız örnek:

a) Bir AP’nin verici gücü 20 dBm’den 17 dBm’e indiriliyor. Verici gücü kaç kat değişti?
b) Başka bir durumda, bir istemcinin aldığı sinyal −60 dBm’den −70 dBm’e düşüyor. Alınan güç kaç kat değişti? İstemcinin Wi-Fi hızı on kat düşer mi?