Sensitivity 靈敏度介紹

 

靈敏度 Sensitivity 是通訊領域接收端的重要指標, 包含有線通信, 無線通信都包含了這類規格或是等效性能要求. 光通信產品, 靈敏度一般是以 光功率 dBm 作為單位, 測試環境模擬真實應用環境的狀況下, 衰減弱化檢光器所能接收到的光強度, 直到通信品質下降到規格值以下, 此時的接收光強度即為該接收端的靈敏度.

 

靈敏度 Sensitivity 的意義

不涉及深入的理論, 我們以直觀的試驗來說明靈敏度. 其實, 能夠接收光學信號的東西, 我們大家都有. 沒錯, 我們的眼睛. 因此, 人的眼睛也必然有 Sensitivity 這規格, 以下圖說明.

這張圖其實就代表了電腦螢幕正在傳遞信號給你. 螢幕是信號發射端, 你的眼睛是信號接收端. 圖內的雪花背景代表雜訊, 白色字體代表光強度. 所以只要光強度高於背景雜訊, 我們的眼睛都可以辨識出螢幕所要傳達給我們的訊息. 發射端所發射的信號, 接收端充分可以理解, 通信成功. 接著看這一張,

字體的光強度降低了, 到達我們眼睛光弱了. 不過信號仍比雜訊強, 不至於影響我們辨識內容. 這樣的傳輸系統仍然是可靠的. 實際上這更符合真實世界的通信, 信號經過長距離的傳輸, 在到達接收端的時候, 已經不如初始發射時的強度.

進一步衰減信號的強度, 此時雜訊已經愈來愈不可忽視了. 信號跟雜訊的邊界, 肉眼漸漸無法辨識.

到一個臨界點, 我們將不能有效判讀電腦想要傳達什麼信息給我們. 所謂的有效判讀是可以量化定義的. 譬如, 每一百個字, 只能接受錯認五十個字. 定義了這個標準, 逐步調降信號的亮度, 最終錯認率達 50%, 此時的光強度就是我們眼睛的靈敏度.

一個接收端的靈敏度規格其實涵蓋了多個影響因子. 如雜訊的強度, 信號強度需要與雜訊競爭, 一旦背景雜訊太強, 或是有人為不相干強信號的干擾, 就像無線廣播被蓋台, 都會導致靈敏度劣化. 此外, 目前傳遞的編碼內容是中文字, 如果改用英文字母, 數字或是經過設計的符號, 也有助於肉眼在較差的信號條件下, 判讀訊息內容. 概念上等同通信領域的編碼, 經過編碼的信號, 是可以改善靈敏度, 提升通信性能.

不過, 不能說是信號比雜訊強, 接收端就一定能解讀信號, 看看下圖

雖然信號極強, 但我們的眼睛已經無法依序辨識出每一個字. 這樣的通信速度超過我們眼睛所能操作的速度. 專業術語叫做通信頻寬不足, 顯然人眼不是為這個畫面信號設計的. 為了提升靈敏度達到極限, 一般通信接收端須針對應用的速度, 作最佳化的設計.

 

小結

由於處在長距離的傳輸之後, 通訊信號的品質已經經過傳輸介質的衰減及失真, 光通信系統的接收端能否自雜訊滿布之中辨識出信號內容, 便成為通信成功與否最關鍵的一環. 合格的靈敏度規格, 扮演重要的角色.