W oparciu o wyniki pomiarów rozwartości oka Q-factor czterech torów światłowodowych wskaż wykres, który charakteryzuje się największą wartością bitowej stopy błędów BER.
Wykres 3.
Wykres 4.
Wykres 1.
Wykres 2.
Pytanie z egzaminu CKE, czerwiec 2021 (arkusz EE.20-SG-21.06).
Poprawnie wskazany został Wykres 4, ponieważ to właśnie on przedstawia najmniejszą rozwartość oka, czyli najgorszy Q‑factor, a co za tym idzie – największą bitową stopę błędów BER. W analizie diagramu oka patrzymy przede wszystkim na wysokość i szerokość „otwartego” obszaru w środku. Im oko jest bardziej otwarte w pionie, tym większy odstęp między poziomem logicznego „0” i „1”, a więc lepszy stosunek sygnału do szumu i mniejsze prawdopodobieństwo błędu decyzji w odbiorniku. Q‑factor jest w praktyce miarą odległości między tymi poziomami w jednostkach odchylenia standardowego szumu. Dla wysokiej jakości łączy według zaleceń ITU‑T (np. G.959.1, G.691) dąży się do wysokiego Q (typowo powyżej 6) i bardzo małego BER, rzędu 10^-12 lub lepiej. Na Wykresie 4 oko jest prawie zamknięte, poziomy logiczne nachodzą na siebie, a jitter i szum powodują, że punkt decyzji odbiornika znajduje się w bardzo „brudnym” obszarze. To typowy obraz dla toru z dużą dyspersją chromatyczną, nieliniowościami lub niewłaściwym budżetem mocy. W praktyce przy uruchamianiu łączy światłowodowych (np. 10GBASE‑LR, 40G, 100G) inżynierowie transmisji używają analizatorów protokołów i oscyloskopów z funkcją eye‑diagram, żeby sprawdzić, czy oko jest wystarczająco otwarte w stosunku do wymagań standardu. Jeżeli widoczny jest stan podobny do Wykresu 4, to z mojego doświadczenia oznacza to konieczność korekcji: albo skrócenia odcinka, zastosowania wzmacniacza/regeneratora, włączenia kompensacji dyspersji, albo chociaż regulacji poziomu mocy nadajnika. W systemach z FEC (Forward Error Correction) dopuszcza się nieco większy BER na poziomie fizycznym, ale nawet wtedy tak mocno zamknięte oko jak na Wykresie 4 jest sygnałem alarmowym i sugeruje, że tor pracuje daleko poza optymalnym punktem.
Kluczowy błąd przy tym pytaniu to myślenie wprost: „ładniejszy”, bardziej wyraźny wykres oka oznacza zawsze gorszy BER. W rzeczywistości jest odwrotnie – im bardziej otwarte oko, tym lepsza jakość transmisji i mniejsze prawdopodobieństwo błędu. W diagramie oka interesuje nas rozwartość w pionie i w poziomie. Rozwartość pionowa mówi o marginesie amplitudowym, czyli jak duży mamy zapas między poziomem „0” a „1” przy obecnym szumie. Rozwartość pozioma odzwierciedla jitter i zniekształcenia czasowe. Wysoki Q‑factor oznacza duży margines decyzji, a przy danym modelu szumu przekłada się na niski BER zgodnie z zależnością BER ≈ 0,5·erfc(Q/√2). Jeżeli więc ktoś wybiera wykres z szerokim, wyraźnym okiem, to nieświadomie wskazuje układ o lepszych parametrach, czyli mniejszej bitowej stopie błędów, a nie większej. Drugie typowe nieporozumienie dotyczy „gęstości” punktów na diagramie. Dużo czarnych kropek nie zawsze znaczy gorzej – często to po prostu efekt dłuższego czasu akwizycji. O jakości świadczy to, jak bardzo chmury punktów dla stanów „0” i „1” nakładają się na siebie w pobliżu progu decyzji. Jeśli są wyraźnie rozdzielone, BER jest niski, nawet jeśli sam wykres wygląda wizualnie „ciemno”. Z mojego doświadczenia uczniowie często mylą też efekt dyspersji z szumem. Rozciągnięcie zboczy w czasie (oko spłaszczone w poziomie, ale nadal wysokie) oznacza głównie problemy z pasmem i dyspersją, jednak dopóki środek oka pozostaje czytelny, odbiornik wciąż ma spory margines. Najgorsza sytuacja, prowadząca do największego BER, to właśnie oko prawie zamknięte: poziomy 0 i 1 przenikają się, środek oka jest wypełniony punktami, a strefa bezpiecznej decyzji praktycznie znika. Dlatego odpowiedzi wskazujące wykresy z dużą rozwartością oka wynikają z odwrócenia logiki: patrzymy na „ładniejszy” obraz zamiast na minimalny margines sygnał–szum. Poprawne podejście, zgodne z dobrą praktyką pomiarową w systemach optycznych i z zaleceniami ITU‑T oraz IEEE, to zawsze szukanie najmniejszego oka, czyli najmniejszego Q‑factora, gdy pytamy o największy BER.