Umwandlung der Signalstärke in dBm in Prozent in WiFi Explorer

WiFi Explorer, wie auch andere drahtlose Scan-Tools, bietet eine Option zur Anzeige der Signalstärke in dBm oder Prozentwerten. Der Zweck dieses Blogs ist es, diesen Konvertierungsprozess im WiFi Explorer zu beschreiben. Er soll auch klären, warum die Prozentwerte im WiFi Explorer so unterschiedlich aussehen können, wenn wir sie mit den Werten vergleichen, die wir in anderen Tools sehen.

Bevor wir uns mit der Umrechnung beschäftigen, sollten wir uns folgende Frage stellen: Wenn wir sagen, dass ein Netzwerk eine Signalstärke von 75 % hat, was bedeutet das? Nehmen wir für einen Moment an, dass dieser Wert den Prozentsatz der Sendeleistung darstellt, mit dem das Signal empfangen wird. Wenn der Zugangspunkt also beispielsweise mit 100 mW sendet, würden 90 % bedeuten, dass das gesendete Signal mit 90 mW empfangen wird, 80 % mit 80 mW usw. Leider funktioniert das so nicht.

Aufgrund der Physik und Isaac Newtons Gesetz des umgekehrten Quadrats schwächen sich Signale innerhalb weniger Meter vom Sender sehr schnell ab und werden am Empfänger immer unter 1 mW gemessen, so dass es unpraktisch ist, auf diese Weise Prozentwerte zu verwenden. Das ist der Grund, warum wir stattdessen dBm verwenden. dBm ist eine Vergleichseinheit und wir verwenden sie, um ein Signal mit einer Leistung von 1 Milliwatt zu vergleichen. Sie ermöglicht es, sowohl sehr große als auch sehr kleine Werte in einer kurzen Form auszudrücken:

Milliwatt-Werte können mit der folgenden Formel in dBm umgerechnet werden:

PdBm = 10 x log10(PmW)

Um umgekehrt dDm in Milliwatt-Werte umzurechnen, verwendet man:

PmW = 10(PdBm/10)

Im Kontext von 802.11-Netzen würde ein Signal, das mit -40 dBm (0,0001 mW) empfangen wird, als sehr starkes Signal gelten, während ein Signal, das mit -80 dBm (0,00000001 mW) empfangen wird, als sehr schwach gelten würde. Daraus können Sie schließen, dass das Signal umso stärker ist, je näher der dBm-Wert bei 0 liegt. In der Praxis liegen typische dBm-Messungen in einem Bereich von -20 bis -95 dBm. Um Signalstärken von -20 dBm zu sehen, muss man sich direkt neben dem AP befinden, aber andererseits hängt es von der Empfindlichkeit des Empfängers und dem Grundrauschen (dem Hintergrundrauschen) ab, wie schwach ein Signal vom Empfänger „gehört“ werden kann.

An dieser Stelle liegt es nahe, eine einfache Eins-zu-Eins-Umwandlung vorzunehmen, um dBm-Werte als Prozentsatz auszudrücken, zum Beispiel: 0 dBm = 100%, -1 dBm = 99%, -2 dBm = 98%, …, -98 dBm = 2%, -99 dBm = 1%, kein Signal = 0%. Wir können das Modell sogar so anpassen, dass es nur den Bereich der dBm-Werte berücksichtigt, den wir in der Praxis erwarten. Wenn wir beispielsweise eine maximale Signalstärke von -20 dBm und eine minimale Signalstärke von -85 dBm annehmen, kann der Prozentwert durch lineare Interpolation wie folgt berechnet werden:

Prozent = 100 x (1 – (PdBm_max – PdBm) / (PdBm_max – PdBm_min))

Das Problem bei diesem Ansatz ist, dass sich HF-Signale nicht linear ausbreiten! Betrachten wir zum Beispiel einen empfangenen Signalwert von -40 dBm. Bei einem linearen Modell entspräche dies einer Signalstärke von 60 %, was man als nicht sehr starkes Signal ansehen würde, aber in Wirklichkeit ist es das. Bei -40 dBm ist nicht nur das Signal stark, sondern Ihr Netz kann auch sehr hohe Übertragungsraten erreichen (unter der Annahme einer idealen Umgebung). Daher ist die Verwendung eines linearen Modells nicht angemessen.

Wenn ein lineares Modell keine gute Wahl ist, wie erfolgt dann die Umwandlung im WiFi Explorer? Vor ein paar Jahren stieß ich bei meinen Recherchen über die Umwandlung von dBm in Prozent und deren Implementierung im WiFi Explorer auf dieses Dokument mit dem Titel Signal Quality as a Percent for IPW2200. In diesem Dokument beschreibt der Autor verschiedene Konvertierungsmodelle: das lineare Modell, das wir gerade besprochen haben, Nachschlagetabellen, die auf einer Wahrnehmung der Leistung des Netzwerks bei verschiedenen Signalpegeln basieren (ausgezeichnet, sehr schnell, langsam, nicht assoziiert, usw.), und quadratische Modelle. Nachschlagetabellen wie beschrieben sind sehr subjektiv (was für Sie als „schnell“ empfunden wird, muss für andere nicht dasselbe sein), aber quadratische Modelle scheinen eine mathematische und konsistente Zuordnung zwischen dBm, Prozentwerten und den Erwartungen des Benutzers an die Qualität des Netzwerks bei verschiedenen Signalpegeln zu liefern.

WiFi Explorer verwendet ein quadratisches Modell, das von der Implementierung des IPW2200-Treibers abgeleitet ist. Die Parameter des Modells wurden auf der Grundlage meiner eigenen Beobachtungen angepasst, und obwohl wir immer noch darüber streiten können, dass die Genauigkeit des Modells vielleicht nicht die beste ist, glaube ich, dass es konsistenter ist als die Nachschlagetabelle und besser als eine lineare Konvertierung, vor allem, wenn man sich wieder die Frage stellt, was 75 % Signalstärke bedeutet, nicht nur aus der Sicht eines Benutzers, sondern auch, wie es sich auf die ursprüngliche dBm-Messung bezieht.

Unten sehen Sie einen Vergleich des linearen Modells und des quadratischen Modells, das im WiFi Explorer verwendet wird:

Und nur als Referenz füge ich hier die Liste der dBm-Prozentwert-Zuordnungen ein, die von diesem Modell erzeugt werden.