หน่วยและการแปลงหน่วย

งานด้านออปติกเกี่ยวข้องกับกำลังไฟแบบลอการิทึม ความยาวคลื่น ความถี่ อัตราบิต และอัตราโบด์ผสมกัน หน้านี้รวบรวมการแปลงหน่วยที่ต้องใช้บนโต๊ะทดสอบ พร้อมวิธีคำนวณลัดในหัวที่วิศวกรใช้กันจริง

dB และ dBm

dB คือ อัตราส่วน: 10 · log10(P₁/P₂) ใช้อธิบายอัตราขยายหรือการสูญเสีย
dBm คือกำลังไฟ สัมบูรณ์ อ้างอิงกับ 1 mW: P(dBm) = 10 · log10(P/1 mW)
การนำค่าการสูญเสียหน่วย dB ไปรวมกับระดับสัญญาณหน่วย dBm จะได้ระดับสัญญาณเป็น dBm เช่นกัน: −3 dBm − 7 dB = −10 dBm ห้ามนำค่า dBm สองค่ามาบวกกัน

dB	อัตราส่วนกำลัง	กฎคร่าว ๆ
0	×1	—
1	×1.26	มากขึ้นประมาณหนึ่งในสี่
3	×2	เพิ่มเป็นสองเท่า / ลดลงครึ่งหนึ่ง
6	×4	—
10	×10	หนึ่งเดเคด
20	×100	—
30	×1000	—

dBm	mW	µW	ความหมายทั่วไป
+10	10	10 000	เอาต์พุตของตัวขยายสัญญาณ (booster) กำลังส่งเข้าระบบ DWDM
+3	2	2 000	ตัวส่งสัญญาณ LR/ER กำลังแรง
0	1	1 000	Tx ซิงเกิลโหมดทั่วไป
−3	0.5	500	Tx ระยะสั้นทั่วไป
−10	0.1	100	Rx ปกติดีบนลิงก์ระยะสั้น
−18	0.016	16	ความไวของตัวรับ PIN (10G)
−24	0.004	4	ความไวของตัวรับ APD
−30	0.001	1	อ่อนมาก — ตรวจสอบลิงก์
−40	0.0001	0.1	ขีดจำกัดความละเอียดของ DDM: “ไม่มีแสง”

ค่ากำลังไฟดิบของ DDM ถูกเก็บเป็นขั้นละ 0.1 µW: ค่าดิบ = µW × 10 (0 dBm → 10 000) รายละเอียดใน พารามิเตอร์และหน่วยของ DDM

การคำนวณงบประมาณลิงก์

Budget      = Tx power (min)  −  Rx sensitivity            [dB]
Losses      = fibre (km × dB/km) + connectors + splices + mux/demux + margin
Margin left = Budget − Losses                                (should stay ≥ 0, ideally ≥ 3 dB)

ตัวอย่างการคำนวณและการสูญเสียของส่วนประกอบ: มัลติเพล็กเซอร์/ดีมัลติเพล็กเซอร์ CWDM และงบประมาณลิงก์

รายการ	การสูญเสียทั่วไป
ใยแก้วนำแสงซิงเกิลโหมด 1310 nm	0.33–0.35 dB/km
ใยแก้วนำแสงซิงเกิลโหมด 1550 nm	0.18–0.22 dB/km
ใยแก้วนำแสงมัลติโหมด 850 nm	2.5–3.5 dB/km
คู่คอนเนกเตอร์ (สะอาด)	0.1–0.3 dB
จุดเชื่อมแบบฟิวชัน	0.05–0.1 dB
จุดเชื่อมแบบกลไก	0.2–0.5 dB
สปลิตเตอร์ 1:2	~3.5 dB; การเพิ่มเป็นสองเท่าในแต่ละครั้งถัดไป +3–3.5 dB
มัลติเพล็กเซอร์ CWDM (8 ช่องสัญญาณ)	1.0–2.5 dB
มัลติเพล็กเซอร์ AWG แบบ DWDM (40 ช่องสัญญาณ)	4–7 dB

ความยาวคลื่น ↔ ความถี่

λ · f = c โดย c ≈ 299 792 458 m/s รูปแบบที่สะดวกต่อการใช้งาน:

λ (nm)   = 299 792.458 / f (THz)
f (THz)  = 299 792.458 / λ (nm)

ความยาวคลื่น	ความถี่	หมายเหตุ
850 nm	352.7 THz	VCSEL มัลติโหมด
1310 nm	228.8 THz	แบนด์ O
1490 nm	201.2 THz	ขาลงของ GPON
1528.77 nm	196.1 THz	ขอบบนของแบนด์ C (C61)
1550 nm	193.4 THz	กึ่งกลางแบนด์ C
1552.52 nm	193.1 THz	จุดยึดของ ITU (C31)
1563.86 nm	191.7 THz	ขอบล่างของแบนด์ C (C17)

ในแบนด์ C 100 GHz ≈ 0.8 nm และ 50 GHz ≈ 0.4 nm การกำหนดหมายเลขช่องสัญญาณและกริดฉบับเต็ม: DWDM และกริดของ ITU, แบนด์ความยาวคลื่นและผังช่องสัญญาณ

อัตราบิต บอด์ และการเข้ารหัสสาย

ตัวเลขบนฉลาก (10G, 25G, 100G) คืออัตราข้อมูล เพย์โหลด บนใยแก้วนำแสง สัญญาณวิ่งเร็วกว่านั้นเพราะการเข้ารหัสสายและ FEC และ PAM4 บรรจุสองบิตต่อหนึ่งสัญลักษณ์

ค่าตามพิกัด	การเข้ารหัสสาย / FEC	อัตราสัญญาณ	การมอดูเลต	อัตราสัญลักษณ์
1 GbE	8b/10b	1.25 Gb/s	NRZ	1.25 GBd
10 GbE	64b/66b	10.3125 Gb/s	NRZ	10.3125 GBd
8GFC	8b/10b	8.5 Gb/s	NRZ	8.5 GBd
16GFC	64b/66b	14.025 Gb/s	NRZ	14.025 GBd
25 GbE (ต่อเลน)	64b/66b + RS-FEC	25.78125 Gb/s	NRZ	25.78 GBd
32GFC	64b/66b + FEC	28.05 Gb/s	NRZ	28.05 GBd
เลน 50G	RS(544,514)	53.125 Gb/s	PAM4	26.5625 GBd
เลน 100G	RS(544,514)	106.25 Gb/s	PAM4	53.125 GBd
เลน 200G	RS(544,514)	212.5 Gb/s	PAM4	106.25 GBd

กฎ: 64b/66b เพิ่มขึ้น 3.125% (×66/64); RS(544,514) เพิ่มขึ้นอีก ~5.8% (×544/514); PAM4 ลดอัตราสัญลักษณ์ลงครึ่งหนึ่งเมื่อเทียบกับอัตราบิตเท่าเดิม นี่คือเหตุผลที่เลน “100G” วิ่งที่ 53.125 GBd และเหตุผลที่ไบต์ อัตราสัญญาณตามพิกัด ของ DDM อ่านค่าได้ 103 (×100 Mb/s) สำหรับ 10GbE ไม่ใช่ 100 พื้นฐาน: FEC และการฝึกลิงก์

อัตราบิตผิดพลาด

BER	ความหมาย	เวลาเฉลี่ยระหว่างข้อผิดพลาดที่ 10 Gb/s
10⁻⁹	แย่	0.1 s
10⁻¹²	เป้าหมายปลอดข้อผิดพลาดแบบดั้งเดิม (ออปติก NRZ)	~100 s
10⁻¹⁵	เป้าหมายหลัง FEC สำหรับ 25G ขึ้นไป	~28 h
2.4×10⁻⁴	ค่าเกณฑ์ก่อน FEC ทั่วไปสำหรับ RS(544,514)	— แก้ไขจนเหลือ <10⁻¹⁵

หน่วยดิบของ DDM

ค่าที่ตรวจวัด	หน่วยดิบ	การแปลง
อุณหภูมิ	1/256 °C, แบบมีเครื่องหมาย	°C = ค่าดิบ / 256
Vcc	100 µV	V = ค่าดิบ × 0.0001
ไบอัส Tx	2 µA	mA = ค่าดิบ × 0.002
กำลังส่ง (Tx) / กำลังรับ (Rx)	0.1 µW	mW = ค่าดิบ × 0.0001; dBm = 10·log10(mW)

ระยะทางและหน่วยของใยแก้วนำแสง

ฟิลด์ ความยาว ของโมดูล: SMF เป็น km (ไบต์ 14) และ 100 m (ไบต์ 15); มัลติโหมดเป็นหน่วย 10 m (ไบต์ 16–19) หรือเมตรสำหรับทองแดง — ดู แผนผังหน่วยความจำ ฉบับอ้างอิงด่วน
การสูญเสียเพิ่มอีก 1 dB เทียบเท่ากับระยะทางประมาณ 3 km สำหรับซิงเกิลโหมด 1310 nm ประมาณ 5 km สำหรับ 1550 nm และประมาณ 300 m สำหรับมัลติโหมด 850 nm

ใน CodingBox

CodingBox คำนวณการแปลงหน่วยของ DDM ทั้งหมด และแสดงค่าเป็นหน่วยวิศวกรรมที่หน้าจอ DDM พร้อมไบต์ดิบให้ดูใน EEPROM editor เมื่อต้องการตรวจสอบการแปลงหน่วยด้วยมือ

การนำการแปลงหน่วยเหล่านี้ไปใช้กับลิงก์ที่ใช้งานจริง — การสูญเสียที่คาดไว้ ค่าเผื่อ ทั้งสองทิศทาง: กำลัง Rx และงบประมาณลิงก์; ช่วงค่าที่คาดหวังไว้สำหรับเปรียบเทียบ: ค่าทั่วไป

ระยะส่งมาตรฐานตาม PMD และเกรดใยแก้วนำแสงสำหรับใส่ในงบประมาณ: ตารางระยะส่ง; วิธีที่ดาต้าชีตระบุกำลังส่ง (Tx) ความไว และ BER — และวิธีปรับให้เทียบกันได้: การอ่านดาต้าชีต

วิธีออกแบบฉบับเต็มที่อยู่เบื้องหลังการคำนวณนี้ — ค่าเผื่อตามมาตรฐาน ค่าปรับลด นโยบายค่าเผื่อ ตัวอย่างการคำนวณ ตัวลดทอนสัญญาณ: วิศวกรรมงบประมาณลิงก์

ส่วนที่เหลือของการคำนวณด้านใยแก้วนำแสงพร้อมตัวอย่าง — พารามิเตอร์การนำคลื่น ดิสเพอร์ชัน งบประมาณ การสะท้อน ระยะทางจาก OTDR เวลาหน่วง แรงเครียดจากการโค้งงอ: สูตรและการคำนวณ

หากพบข้อมูลที่ไม่ถูกต้องหรือข้อผิดพลาดในบทความนี้ ให้เลือกข้อความส่วนนั้นแล้วกด Ctrl+Enter เพื่อ