La mayoría de los sistemas de comunicación (habla humana, sonar, microondas, radio, coaxial, fibra óptica, par trenzado, etc.) se describen simplemente en términos de:

Potencia del transmisor
Degradación de la ruta de transmisión
Sensibilidad del receptor (potencia)

Por lo tanto, es bastante natural que los ingenieros de comunicaciones utilicen un sistema de unidades y medidas que permita definir y calcular fácilmente estos tres elementos.

Tenga en cuenta que la potencia del transmisor y la sensibilidad del receptor son niveles de potencia absolutos (por ejemplo, vatios o dBm), mientras que la degradación de la ruta de transmisión es un valor relativo (por ejemplo,% de reducción de señal o dB), que generalmente es independiente del nivel de potencia real involucrado. La degradación de la ruta puede implicar una combinación de factores, como la atenuación y la dispersión. Los factores de no atenuación, como la dispersión, a menudo se resumen como una simple penalización de "pérdida equivalente", por lo que pueden tratarse de la misma manera,

El sistema de medición universal adoptado para este propósito es el Decibel, que es una unidad logarítmica. La unidad de decibelios permite calcular fácilmente estos parámetros del sistema 3 por suma y resta, en lugar de multiplicación y división.

Ejemplo
La forma en que esto simplifica los cálculos se muestra en un ejemplo de un sistema de transmisión de fibra óptica:

Los niveles de potencia absolutos en este ejemplo se expresan en dBm y generalmente se refieren a niveles de potencia de entrada y salida. La 'm' se refiere al nivel de referencia utilizado, en este caso mW (milivatios).

El nivel de referencia para los sistemas ópticos suele ser 1 mW, ya que la potencia absoluta del transmisor suele ser aproximadamente este nivel de potencia, por lo que es un punto de referencia conveniente. Un valor de 0 dBm es 1 mW.

Echemos un vistazo al presupuesto de pérdidas permitido para un sistema típico:

Degradación permitida o presupuesto de pérdida: -4 -27 = 23 dB.
Tenga en cuenta que "pérdida" realmente significa "negativo", por lo que una pérdida de 23 dB significa una pérdida permisible de -23 dB.
(Una pérdida negativa sería una ganancia)

La atenuación de la señal en este ejemplo se define en unidades de dB y generalmente se refiere a las pérdidas de la ruta de transmisión (ruta de transmisión con pérdida)

Echemos un vistazo a la pérdida de las longitudes reales de fibra 3 unidas:

Entonces, la degradación de transmisión calculada del enlace completo es 7.3 + 4.8 + 6.9 = 19 dB

Por lo tanto, margen de reserva del sistema -19 - (-23) = 4 dB
En este sistema de ejemplo, si la pérdida total de transmisión es 19 dB, entonces el margen de reserva del sistema es 4 dB.

Sin embargo, se deben tener en cuenta las incertidumbres de medición de potencia y pérdida. Suponga que la precisión de la prueba es más o menos 0.41 dB dB (por ejemplo, 10%) para cada una de las 2 medidas de potencia absoluta, y cada una de las 3 medidas de pérdida, entonces son 5 lotes de incertidumbre de 0.41 dB. Aquí es donde las matemáticas se ponen un poco difícil, ya que las incertidumbres en dB no solo suman y, y en cualquier caso, las incertidumbres lineales se agregan más fácilmente usando un método rms.

Aquí hay un resumen de resultados matemáticos incorrectos y correctos:

¡Incorrecto! Incertidumbre = 5 x 0.41 dB = 2.05 dB
¡Incorrecto! Incertidumbre = "rms de 5 x .41 dB" = 0.92 dB (no muy lejos)
¡Incorrecto! Incertidumbre = 5 x 10% = 50% = 1.76 dB
¡Correcto! Incertidumbre = "rms de 5 x 10%" = 22.4% = 0.88 dB
Entonces, en este caso, el margen real del sistema corregido para esta incertidumbre de medición es 4 - 0.88 = 3.12 dB

Tenga en cuenta que hay algunas formas de calcular "correctamente" la incertidumbre. La más reciente es la ecuación de Welch-Satterthwaite, sin embargo, esta es más compleja y está más allá de este artículo. Se utiliza en laboratorios de calibración y puede dar lugar a valores de incertidumbre ligeramente menores. El método RMS tradicional que se muestra aquí se entiende más fácilmente y es bastante adecuado para la mayoría de los propósitos.

En este caso, debido a la incertidumbre de medición, un margen medido entre 3.12 y 4.88 es realmente marginal, por ejemplo, podría ser bueno o malo, dependiendo.

Por lo tanto, la precisión de la prueba es importante para reducir la incertidumbre de medición. La precisión mejorada de la prueba resulta directamente al permitir más variabilidad en los criterios de aceptación Por ejemplo, un margen medido permisible de 3.12 dB en el caso anterior no sería aceptable si la incertidumbre de la prueba es mayor, lo que resulta en un mayor retrabajo.

La definición de la unidad dBm es:

Si P2 no es fijo, esto también se conoce como la 'definición de decibelios (o dB)'.
Algunos valores de muestra:

Para las mediciones relativas de dB, el usuario define arbitrariamente P2:

¿Cuánta resolución de medición dBm / dB necesito?
Los medidores están disponibles con una resolución que varía de 0.1 a 0.001 dB / dBm, con diferencias de costos que coinciden:

La resolución 0.001 dBm / dB puede ser útil ocasionalmente en condiciones de laboratorio cuidadosamente controladas, sin embargo, incluso en esta situación, es muy difícil utilizar esta resolución.

La resolución 0.1 dB puede no ser suficiente. Este rendimiento a menudo es adecuado para medir niveles de potencia absolutos, pero no puede medir la pérdida de empalme o conector con suficiente precisión, ya que la incertidumbre de medición involucrada es mayor que el valor de prueba esperado. La incertidumbre debe ser superior a ± 0.14 dB (p. Ej. ± dígito 1, sobre mediciones 2).

La resolución 0.01 dB (0.23%) es ideal para la mayoría de los trabajos en sistemas de fibra. Es por esta razón que los instrumentos Kingfisher generalmente proporcionan una resolución de 0.01 dB.

Cálculo de la incertidumbre de medición en dBm
Para calcular la incertidumbre de medición total, las siguientes reglas son útiles:

La incertidumbre lineal se puede agregar utilizando el método RMS habitual. Por ejemplo, el total de incertidumbres 3 de 4%, 3% y 2%, = √ (42 + 32 + 22) = 5.4% (no 9%).
Sin embargo, los valores de incertidumbre dBm / dB deben convertirse a valores lineales y luego promediarse utilizando el método anterior.
En la práctica, este inconveniente a menudo se puede evitar mediante el uso de una regla práctica de "decibelios matemáticos" de la siguiente manera:

Si el valor logarítmico más alto de 2nd es menor que 80% del valor más alto, la incertidumbre se aproxima al valor más grande.
Si el valor más alto de 2nd está por encima del 80% del valor más alto, multiplique el valor más alto por 1.4 para la cifra combinada.

En situaciones prácticas, una o dos cifras de incertidumbre tienden a dominar a las demás. Aquí hay unos ejemplos:
Tres valores diferentes de incertidumbre de 0.3 dB, 0.2 dB, 0.1 dB, dan una incertidumbre combinada de 0.35 dB. El error al ignorar los valores más bajos es solo 0.05 dB.
Dos valores de incertidumbre similares de 0.3 y 0.29 dB, dan una incertidumbre combinada de 0.39 dB. La cifra aproximada es 0.42 dB, solo por 0.03 dB.
Cinco valores diferentes de incertidumbre de 0.4, 0.2, 0.1,, 0.09, 0.05 dB dan una incertidumbre combinada de 0.42 dB. Esto está dentro de 0.02 dB de la cifra aproximada de 0.4 dB.

promedio de dB

Dentro de la industria de las telecomunicaciones, la atenuación de enlace se calcula comúnmente promediando una medición bidireccional. Existen varias razones para esto, pero las razones prácticas más importantes son que este método elimina los errores de calibración del medidor y minimiza los efectos de la deriva de la fuente. Por supuesto, esto es algo simple, sin embargo, la falla oculta es que es matemáticamente incorrecto que las unidades logarítmicas o dB se traten de esta manera. El método correcto es convertir primero a lineal, luego promedio y finalmente volver a convertir a dB. Puede encontrar más información sobre este tema en Kingfisher Application Note A14, Mejorando la precisión de la medición de atenuación

Conversión electroóptica:
Las señales ópticas generalmente se convierten en una corriente eléctrica, que luego se mide como un voltaje a través de una resistencia (en un amplificador de impedancia trans).
La potencia eléctrica disipada por la resistencia aumenta con el cuadrado del voltaje.
Por lo tanto, la potencia del receptor óptico también aumenta con el cuadrado de la señal óptica.

Entonces, cuando se trabaja en voltios, la relación se define como: