Перед тем, как подробно поговорить о бюджете оптических модулей, мы расскажем о том, что такое дБм (децибел-милливатт) и о том, как мощность может измеряться в децибелах.
В нашей предыдущей статье Что такое децибел?, мы рассказали об этой безразмерной единице измерения, которая показывает разницу между величинами.
Но ситуация, когда мощность излучения измеряется в ваттах, а затухания и усиления измеряются в децибелах, не очень удобна. Сложно сравнивать оптические бюджеты оптических линий и параметры передатчиков и приемников оборудования.
Чтобы было удобно производить расчеты, используется специальная единица измерения, называемая дБм (децибел-милливатт).
Это очень простая единица измерения, она показывает, во сколько раз измеряемая мощность больше или меньше 1 милливатта. Покажем это в таблицах:
|
Мощность выражена в дБм |
Мощность выражена в мВт |
|
|
0 дБм |
1 милливатт |
Мощность равна 1 милливатту |
|
3 дБм |
2 милливатта |
Мощность в 2 раза больше 1 милливатта |
|
7 дБм |
5 милливатт |
Мощность в 5 раз больше 1 милливатта |
|
10 дБм |
10 милливатт |
Мощность в 10 раз больше 1 милливатта |
|
17 дБм |
50 милливатт |
Мощность в 50 раз больше 1 милливатта |
|
20 дБм |
100 милливатт |
Мощность в 100 раз больше 1 милливатта |
|
27 дБм |
500 милливатт |
Мощность в 500 раз больше 1 милливатта |
|
30 дБм |
1000 милливатт |
Мощность в 1000 раз больше 1 милливатта |
Как вы увидели, ничего страшного в этой единице измерения нет, все просто. Прелесть децибела по сравнению с милливаттами – в замене умножения и деления на сложение и вычитания (в тех случаях, когда надо умножать или делить). Таких случаев много, поэтому измерение в децибелах часто удобно. К примеру, если сигнал мощностью 10 дБм был ослаблен на 4 дБ, то его мощность будет равна 6 дБм.
Однако, есть расчеты, при которых уровни энергии надо именно складывать, а не умножать. Например, для расчета суммарной мощности группового сигнала на выходе мультиплексора нужно складывать уровни входящих сигналов, выраженных в милливаттах.
В случае, когда мощность сигнала меньше 1 милливатта, величина в децибелах будет отрицательной:
|
Мощность выражена в дБм |
Мощность выражена в мВт |
|
|
0 дБм |
1 милливатт |
Мощность равна 1 милливатту |
|
-3 дБм |
0,5 милливатта |
Мощность в 2 раза меньше 1 милливатта |
|
-7 дБм |
0,2 милливатт |
Мощность в 5 раз меньше 1 милливатта |
|
-10 дБм |
0,1 милливатт |
Мощность в 10 раз меньше 1 милливатта |
|
-17 дБм |
0,02 милливатт (20 микроватт) |
Мощность в 50 раз меньше 1 милливатта |
|
-20 дБм |
0,01 милливатт (10 микроватт) |
Мощность в 100 раз меньше 1 милливатта |
|
-27 дБм |
0,002 милливатт (2 микроватта) |
Мощность в 500 раз меньше 1 милливатта |
|
-30 дБм |
0,001 милливатт (1 микроватт) |
Мощность в 1000 раз меньше 1 милливатта |
Обращаем ваше внимание – отрицательное значение мощности в децибелах не означает, что сама мощность отрицательна. Отрицательные децибелы означают, что измеряемый сигнал меньше опорного.
Чтобы показать, как удобно пользоваться децибел-милливаттом, мы решим простую задачу в дБм и в разах.
|
Условия:
Оптический сигнал мощностью 7,4 дБм подан в линию, которая вносит затухание в 4,8 дБ. Определите, может ли уверенно работать линия связи с чувствительностью приемника 1,4 дБм? |
Условия:
Оптический сигнал мощностью 5,5 мВт подан в линию, которая вносит затухание в 3 раза. Определите, может ли уверенно работать линия связи с чувствительностью приемника 1,5 мВт? |
|
Решение:
7,4 (мощность) – 4,8 (затухание) = 2,6 (выходная мощность)
Так как выходная мощность 2,6 дБм больше чем чувствительность 1,4 дБм то работать будет. |
Решение:
5,5 / 3 = …….. не хочется лезть за калькулятором, проще было с дБм посчитать в уме. |
Как вы видите, считать мощности в децибел-милливаттах проще и удобнее, в большинстве случаев простые задачи можно решить в уме. В сложных задачах удобство заключается в том, что операции сложения и вычитания не дают большого количества знаков после запятой, а в операциях деления они возникают постоянно, это неудобно.
С сфере оптических линиях связи все мощности указываются в дБм. Теперь мы готовы рассказать, что такое оптический бюджет модуля.
Оптический бюджет – это величина затухания в линии, при которой сигнал еще достаточно мощный, чтобы приемник модуля мог его принять без ошибок.
Бюджет оптического модуля = мощности передатчика – чувствительность приемника.
Обе эти величины можно легко найти в спецификациях на оборудование. Например, на странице, модуля MT-SFPp-10G-DF-55-ZR-CD есть подробная спецификация. Приведем вырезки из нее.
Как вы видите, мощность передатчика этого модуля может варьироваться от 0 до +4 дБм. Любой модуль MT-SFPp-10G-DF-55-ZR-CD на заводе признается годным, если результат измерения находится в этих пределах.
Если мощность модуля ниже, к примеру -1 или -2 дБм, то такой модуль ModulTech бракуется, этикетка ModulTech на такой модуль не наклеивается. Мы очень надеемся, что такой модуль не попадает на российский рынок под каким-либо другим брендом, хотя в нашей практике были случаи, которые наводят на такие мысли.
Чувствительность приемника также указана в спецификации. Для этого модуля она равна -24 дБм.В результате:
Гарантированный бюджет модуля = 0 (мощность передатчика) – (-24) (чувствительность приемника) = 24 дБ.
Если ваша оптическая линия имеет общее затухание менее 24 дБ, то работать модуль MT-SFPp-10G-DF-55-ZR-CD на такой линии будет. Если затухание линии имеет затухание более 24дБ, то этот модуль на такой линии может не заработать или работать с ошибками.
Как и в нашей предыдущей статье, мы приведем таблицу бюджетов разных трансиверов, чтобы читатель смог получить общее представления об этом параметре.
|
Трансивер 1G |
Бюджет трансивера в дБ |
Предельное затухание сигнала (разы) |
|
MT-SFP-G-DF-55-40-CD (40 км) |
16 |
40 |
|
MT-SFP-G-DF-55-80-CD (80 км) |
24 |
250 |
|
MT-SFP-G-WDM-45-120-CDL и MT-SFP-G-WDM-54-120-CDL (120 км) |
28 |
630 |
|
MT-SFP-G-DF-55-160-CD (160 км) |
35,5 |
3550 |
|
Трансивер 10G |
Бюджет трансивера в дБ |
Предельное затухание сигнала (разы) |
|
MT-SFPp-10G-DF-31-10LR-CD (10 км) |
11 |
12,6 |
|
MT-SFPp-10G-DF-55-ER-CD (40 км) |
15 |
31,6 |
|
MT-SFPp-10G-DF-55-ZR-CD (80 км) |
23 |
200 |
При измерении чувствительности модуля есть еще несколько нюансов:
Чувствительность 10Г модулей зависит от скорости передачи: для STM-64 (9.9Гбит/с) она больше, для 10GBase-ZR (10.3Гбит/с) она меньше. Чувствительность модуля измеряется при определенном допустимом уровне ошибок (обычно – 10). Если допускается больший уровень ошибок (например, если за трансивером стоит FEC-декодер), то чувствительность модуля будет на несколько децибел больше. Это допущение на жаргоне называется FEC Coding Gain.
Итак, мы рассказали об измерении мощности в децибел-милливаттах и о том, что такое оптический бюджет трансивера. С помощью этой статьи теперь вы сможете лучше понимать таинственные цифры спецификаций и правильно выбирать трансиверы для своих линий связи.