광통신 dBm·dB 차이｜송신광파워·수신광파워 수치 읽는 법

광모듈이나 SFP 데이터시트를 보면 Tx Power -3dBm, Rx Power -12dBm, Receiver Sensitivity -20dBm 같은 수치를 볼 수 있습니다.

처음 보면 dB와 dBm이 비슷해 보이지만 의미는 완전히 다릅니다.

가장 간단하게 정리하면

dBm = 실제 광파워의 절대값

dB = 두 광파워 사이의 비율 또는 손실량

입니다.

따라서 광링크를 계산할 때는 보통

송신광파워 = dBm

케이블·커넥터 손실 = dB

수신광파워 = dBm

형태로 사용합니다.

dBm과 dB 기본 차이

구분	dBm	dB
의미	절대적인 광파워	두 값 사이의 비율
기준	1mW	두 Power의 상대비
대표 사용	Tx Power, Rx Power, Sensitivity	Fiber Loss, Connector Loss
예	-3dBm	3dB Loss
계산	10log(P/1mW)	10log(P2/P1)

쉽게 말하면

dBm은 지금 빛이 얼마나 강한지

dB는 지나오면서 얼마나 줄었는지

를 나타낸다고 이해하면 쉽습니다.

dBm에서 m은 무엇일까?

dBm의 m은 milliwatt를 의미합니다.

기준이 되는 값은

1mW

입니다.

따라서

0dBm = 1mW

입니다.

공식은

dBm = 10 log₁₀(PmW / 1mW)

입니다.

광통신에서는 매우 작은 광파워를 다루기 때문에 mW보다 dBm으로 표시하면 계산하기 편리합니다.

대표적인 dBm 값을 알아보자

0dBm을 기준으로 보면 이해하기 쉽습니다.

0dBm = 1mW

+3dBm ≈ 2mW

-3dBm ≈ 0.5mW

-10dBm = 0.1mW

-20dBm = 0.01mW = 10µW

-30dBm = 0.001mW = 1µW

입니다.

즉 dBm이 음수라고 해서 광파워가 없다는 뜻은 아닙니다.

예를 들어 -20dBm도 약 10µW의 실제 광파워가 존재합니다.

-3dBm과 -10dBm 중 어느 쪽이 강할까?

-3dBm이 더 강합니다.

음수라서 헷갈릴 수 있지만 0에 가까울수록 광파워가 큽니다.

광파워 크기를 순서대로 나열하면

0dBm > -3dBm > -10dBm > -20dBm > -30dBm

입니다.

따라서 광모듈에서 Rx Power가

-8dBm에서

-15dBm으로 바뀌었다면

수신되는 광파워가 상당히 약해졌다는 의미입니다.

dB는 무엇을 의미할까?

dB는 절대적인 Power가 아니라 두 Power의 비율입니다.

광통신에서는 주로 Fiber나 Connector를 지나면서 발생한 손실을 표현합니다.

대표 공식은

dB = 10 log₁₀(Pout / Pin)

입니다.

출력 Power가 입력보다 작다면 계산 결과는 음수가 됩니다.

다만 광통신 현장에서는 손실량을

Loss = 10 log₁₀(Pin / Pout)

처럼 양수 dB 값으로 표현하는 경우가 많습니다.

따라서 데이터시트에서 Loss 3dB라고 적혀 있다면 일반적으로 광파워가 약 절반으로 감소했다는 의미입니다.

3dB 손실이면 정말 절반일까?

거의 그렇습니다.

광파워가

1mW

였는데 3dB 감소했다고 가정하겠습니다.

1mW는

0dBm

입니다.

여기에서 3dB가 감소하면

0dBm – 3dB = -3dBm

입니다.

-3dBm은 약

0.5mW

입니다.

따라서 광통신에서는

3dB Loss ≈ Power 절반

으로 기억하면 계산하기 편합니다.

10dB 손실이면 어떻게 될까?

10dB 감소하면 Power는 약 10분의 1이 됩니다.

예를 들어 송신 Power가

0dBm = 1mW

이고 광경로에서

10dB

손실이 발생하면

수신 Power는

0dBm – 10dB = -10dBm

입니다.

-10dBm은

0.1mW

이므로 실제 Power는 10분의 1로 감소했습니다.

마찬가지로

20dB Loss = 약 1/100

30dB Loss = 약 1/1000

입니다.

dBm과 dB는 왜 바로 더하고 뺄 수 있을까?

둘 다 로그 단위를 사용하기 때문입니다.

예를 들어 광모듈의 송신 Power가

Tx = -2dBm

이고 전체 광경로 손실이

8dB

라면 예상 수신 Power는

Rx = -2dBm – 8dB

= -10dBm

입니다.

즉 광링크에서는 복잡한 곱셈 대신 dB 값을 더하고 빼면서 쉽게 Power를 계산할 수 있습니다.

이것이 광통신에서 dB와 dBm을 많이 사용하는 중요한 이유입니다.

Tx Power란?

Tx Power는 광송신기에서 Fiber로 출력되는 송신광파워입니다.

단위는 보통

dBm

입니다.

SFP 데이터시트에서는 하나의 값이 아니라

Tx Power Min

Tx Power Max

범위로 제공되는 경우가 많습니다.

예를 들어

Tx Power: -5 ~ 0dBm

이라고 되어 있다면 정상적인 광모듈의 송신출력이 -5dBm에서 0dBm 범위에 있을 수 있다는 의미입니다.

링크 설계를 할 때는 가장 불리한 조건을 고려하기 위해 Minimum Tx Power를 중요하게 확인합니다.

Rx Power란?

Rx Power는 반대편 광모듈의 Receiver에 실제로 도달한 광파워입니다.

예를 들어 장비의 진단화면에

Tx Power = -2.1dBm

Rx Power = -11.4dBm

이라고 표시될 수 있습니다.

이 경우 송신 Power보다 수신 Power가 낮은 이유는

Fiber Loss
Connector Loss
Splice Loss
Splitter Loss

등이 광경로에 존재하기 때문입니다.

단순히 두 값을 비교하면

-2.1 – (-11.4)

= 약 9.3dB

의 차이가 있습니다.

다만 양방향 링크에서는 상대편 송신기의 실제 Tx Power를 기준으로 계산해야 정확합니다.

Receiver Sensitivity란?

Receiver Sensitivity는 Receiver가 규정된 성능으로 데이터를 수신하기 위해 필요한 최소 광파워 수준을 의미합니다.

예를 들어 데이터시트가

Receiver Sensitivity = -20dBm

이라고 되어 있다고 가정하겠습니다.

수신 Power가

-15dBm

이라면 Sensitivity보다 강한 광신호가 들어오고 있습니다.

반면

-22dBm

이라면 규정된 Sensitivity보다 약한 수준입니다.

이 경우 Link가 불안정해지거나 Error가 발생할 가능성이 있습니다.

따라서 Receiver Sensitivity는 단순한 권장치가 아니라 광 Link Budget 계산의 핵심 기준입니다.

-20dBm과 -30dBm Sensitivity 중 어느 쪽이 더 민감할까?

이 부분도 음수 때문에 헷갈릴 수 있습니다.

-30dBm Receiver가 더 약한 광신호까지 검출할 수 있습니다.

예를 들어

-20dBm ≈ 10µW

-30dBm ≈ 1µW

입니다.

따라서 다른 조건이 같다고 가정하면 -30dBm Sensitivity를 가진 Receiver가 더 작은 광파워까지 수신할 수 있습니다.

즉 Receiver Sensitivity에서는 더 음수 방향의 값이 더 낮은 Power를 검출할 수 있다는 의미입니다.

Receiver Overload도 확인해야 한다

Receiver는 빛이 약한 경우만 문제가 되는 것이 아닙니다.

너무 강한 광파워가 들어와도 정상적인 수신이 어려울 수 있습니다.

그래서 광모듈 데이터시트에서는

Receiver Sensitivity

와 함께

Receiver Overload

또는

Maximum Receiver Input Power

를 확인해야 합니다.

예를 들어

Receiver Sensitivity = -20dBm

Receiver Overload = -3dBm

이라면 개념적으로 Receiver 입력이

-20dBm보다 충분히 높고

동시에

-3dBm보다 지나치게 강하지 않은 영역

에 있어야 합니다.

실제 허용조건은 해당 광모듈 제조사의 사양을 따라야 합니다.

장거리용 광모듈을 짧게 연결하면 왜 문제가 될 수 있을까?

장거리 광모듈은 높은 송신 Power와 높은 Receiver Sensitivity를 갖는 경우가 있습니다.

이런 모듈 두 개를 아주 짧은 광케이블로 바로 연결하면 Fiber Loss가 거의 없기 때문에 Receiver에 너무 강한 빛이 들어올 수 있습니다.

예를 들어

Tx = 0dBm

Link Loss = 1dB

라면

Rx = -1dBm

입니다.

그런데 Receiver Overload가

-7dBm

이라면 허용되는 입력보다 지나치게 강할 수 있습니다.

이런 경우에는 설계에 따라 Optical Attenuator가 필요할 수 있습니다.

따라서 광파워는 강할수록 좋다고 생각하면 안 됩니다.

광손실을 실제로 계산해보자

광모듈의 실제 Tx Power가

-1dBm

이고 반대편에서 측정한 Rx Power가

-8.5dBm

이라고 가정해보겠습니다.

광경로의 총 손실은

Loss = Tx – Rx

= -1 – (-8.5)

= 7.5dB

입니다.

즉 송신기에서 수신기까지 오는 동안 약 7.5dB의 광파워 손실이 발생한 것입니다.

Receiver Sensitivity까지 얼마나 여유가 있을까?

앞 예제에서

Rx = -8.5dBm

이고 Receiver Sensitivity가

-18dBm

이라고 가정해보겠습니다.

여유는

Margin = Rx – Sensitivity

= -8.5 – (-18)

= 9.5dB

입니다.

현재 수신광파워가 최소 수신조건보다 약 9.5dB 높은 수준이라는 의미입니다.

다만 실제 설계에서는 노화, 온도변화, Connector 오염, 유지보수 여유 등을 고려해 별도의 System Margin을 확보합니다.

광파워미터에서는 dBm과 dB를 어떻게 사용할까?

Optical Power Meter에서

dBm Mode

를 선택하면 현재 입력되는 절대 광파워를 측정합니다.

예를 들어

-12.7dBm

처럼 표시됩니다.

반면

dB Mode

에서는 기준 Power를 먼저 설정한 뒤 현재 Power와의 차이를 측정합니다.

예를 들어 Reference를 0dB로 설정한 상태에서 Fiber를 연결했더니

-2.5dB

또는 장비에 따라 Loss를 2.5dB로 표시한다면 광경로에서 약 2.5dB의 손실이 있다는 의미입니다.

따라서

광파워 측정 → dBm

광손실 측정 → dB

로 기억하면 쉽습니다.

실제 SFP 진단값을 읽어보자

스위치에서 다음과 같이 표시됐다고 가정하겠습니다.

Tx Power: -2.4dBm

Rx Power: -14.2dBm

Rx Low Alarm: -18.0dBm

Rx Power는

-14.2dBm

이고 Low Alarm 기준은

-18dBm

입니다.

두 값의 차이는

-14.2 – (-18)

= 3.8dB

입니다.

즉 현재 수신 Power가 Low Alarm 기준보다 3.8dB 위에 있습니다.

하지만 과거에는 -8dBm이었는데 점점

-10 → -12 → -14.2dBm

으로 감소하고 있다면 Connector 오염이나 Fiber 손상 등도 점검할 필요가 있습니다.

단일 숫자뿐 아니라 시간에 따른 변화 추세도 중요합니다.

흔히 잘못 해석하는 부분

첫 번째는

“-20dBm은 -10dBm보다 Power가 크다.”

라는 생각입니다.

dBm에서는 -10dBm이 -20dBm보다 강합니다.

두 번째는

“dB와 dBm은 같은 단위다.”

라는 생각입니다.

dBm은 절대 광파워이고 dB는 두 Power의 비율 또는 손실량입니다.

세 번째는

“Receiver Sensitivity보다 광파워가 강하기만 하면 된다.”

라는 생각입니다.

너무 강한 입력은 Receiver Overload 문제가 발생할 수 있습니다.

네 번째는

“Tx – Rx 값이 항상 정확한 케이블 손실이다.”

라는 생각입니다.

정확한 Loss를 계산하려면 같은 방향 링크에서 실제 반대편 Transmitter의 Tx Power와 해당 Receiver의 Rx Power를 비교해야 합니다.

정리

광통신에서 dBm과 dB를 구분하는 가장 쉬운 방법은 다음과 같습니다.

dBm = 지금 존재하는 광파워

dB = 광파워가 얼마나 변했는지

그리고 대표적인 값은

0dBm = 1mW

-3dBm ≈ 0.5mW

-10dBm = 0.1mW

-20dBm = 10µW

-30dBm = 1µW

입니다.

광링크는 기본적으로

Tx Power(dBm) – Link Loss(dB) = Rx Power(dBm)

관계로 계산할 수 있습니다.

실제 광모듈 사양을 볼 때는

Tx Min·Max → Link Loss → Rx Power → Receiver Sensitivity → Receiver Overload → Margin

순서로 확인하면 됩니다.

특히 Rx Power가 몇 dBm인가만 보는 것이 아니라 Sensitivity보다 충분한 여유가 있으면서 동시에 Overload 범위도 넘지 않는지 확인하는 것이 중요합니다.

참고자료

• The Fiber Optic Association(FOA) – Measuring Power in dB and dBm: 광통신에서 dB는 두 Power 사이의 상대적인 비율과 Loss에 사용하고 dBm은 1mW를 기준으로 한 절대적인 광파워를 나타냅니다. 0dBm은 1mW, -10dBm은 0.1mW이며 약 3dB 차이는 Power가 약 2배 또는 절반이 되는 관계입니다. The Fiber Optic Association
• Cisco – Optical Transceiver Specifications: 실제 광모듈 사양에서는 Tx Power와 Receiver Sensitivity뿐 아니라 RX Overload가 각각 dBm 단위로 제공되며, Receiver가 너무 약한 신호뿐 아니라 지나치게 강한 입력에도 제한을 갖는다는 것을 확인할 수 있습니다. Cisco
• Cisco – OC-3 Optical Parameters: 광모듈 종류에 따라 Transmit Power, Receiver Sensitivity, Maximum Receiver Power 및 Optical Loss Budget이 서로 다른 값으로 정의되므로 실제 링크 계산에는 해당 Transceiver의 데이터시트를 기준으로 해야 합니다. Cisco