Smíšený

Co je bitová chybovost: výukový program BER

Co je bitová chybovost: výukový program BER

Bit Error Rate, BER se používá jako důležitý parametr při charakterizaci výkonu datových kanálů.

Při přenosu dat z jednoho bodu do druhého, ať už prostřednictvím rádiového / bezdrátového spojení nebo kabelového telekomunikačního spojení, je klíčovým parametrem to, kolik chyb se objeví v datech, která se objeví na vzdáleném konci.

Jako taková bitová chybovost je BER použitelný na vše od optických vláken přes ADSL, Wi-Fi, mobilní komunikaci, IoT odkazy a mnoho dalších.

I když datové odkazy mohou využívat velmi odlišné typy technologií, základy hodnocení bitové chybovosti jsou přesně stejné.

Bitová chybovost, základy BER

Při přenosu dat přes datový spoj existuje možnost zavádění chyb do systému. Pokud jsou do dat zavedeny chyby, může dojít k narušení integrity systému. Ve výsledku je nutné posoudit výkon systému a bitová chybovost, BER, poskytuje ideální způsob, jak toho dosáhnout.

Na rozdíl od mnoha jiných forem hodnocení, bitová chybovost, BER hodnotí celkový výkon systému včetně vysílače, přijímače a média mezi nimi. Tímto způsobem, bitová chybovost, BER umožňuje testovat skutečný výkon systému v provozu, spíše než testovat součásti a doufat, že budou fungovat uspokojivě, když budou na místě.

Bitová chybovost definice BER

Jak název napovídá, bitová chybovost je definována jako rychlost, s jakou se vyskytují chyby v přenosovém systému. To lze přímo přeložit do počtu chyb, které se vyskytnou v řetězci stanoveného počtu bitů. Definici bitové chybovosti lze přeložit do jednoduchého vzorce:

BER=ChybyCelkový počet bitů

Pokud je médium mezi vysílačem a přijímačem dobré a poměr signálu k šumu je vysoký, pak bude bitová chybovost velmi malá - možná nevýznamná a nebude mít znatelný vliv na celkový systém. Pokud však lze detekovat šum, pak existuje pravděpodobnost, že bude třeba vzít v úvahu bitovou chybovost.

Hlavním důvodem degradace datového kanálu a odpovídající bitové chybovosti je BER šum a změny cesty šíření (kde se používají cesty rádiového signálu). Oba efekty mají pro sebe náhodný prvek, hluk sledující Gaussovu pravděpodobnostní funkci, zatímco model šíření následuje Rayleighův model. To znamená, že analýza charakteristik kanálu se obvykle provádí pomocí statistických analytických technik.

U systémů s optickými vlákny jsou bitové chyby výsledkem hlavně nedokonalostí komponent použitých k vytvoření spojení. Patří mezi ně optický ovladač, přijímač, konektory a samotné vlákno. Bitové chyby mohou být také zavedeny v důsledku optického rozptylu a útlumu, který může být přítomen. Šum může být také zaveden do samotného optického přijímače. Typicky to mohou být fotodiody a zesilovače, které potřebují reagovat na velmi malé změny a ve výsledku mohou být přítomny vysoké hladiny šumu.

Dalším faktorem přispívajícím k bitovým chybám je jakýkoli fázový jitter, který může být v systému přítomen, protože to může změnit vzorkování dat.

BER a Eb / No

Poměry signálu k šumu a čísla Eb / No jsou parametry, které jsou více spojeny s rádiovými spoji a systémy rádiové komunikace. Z tohoto hlediska lze bitovou chybovost, BER, definovat také z hlediska pravděpodobnosti chyby nebo POE. K určení toho se použijí tři další proměnné. Jsou to chybová funkce, erf, energie v jednom bitu, Eb a spektrální hustota šumového výkonu (což je hlukový výkon v šířce pásma 1 Hz), ne.

Je třeba poznamenat, že každý jiný typ modulace má svou vlastní hodnotu pro chybovou funkci. Je to proto, že každý typ modulace funguje jinak v přítomnosti šumu. Zejména modulační schémata vyššího řádu (např. 64QAM atd.), Která jsou schopna přenášet vyšší datové rychlosti, nejsou v přítomnosti šumu tak robustní. Formáty modulace nižšího řádu (např. BPSK, QPSK atd.) Nabízejí nižší datové rychlosti, ale jsou robustnější.

Energii na bit, Eb, lze určit dělením nosného výkonu bitovou rychlostí a je mírou energie s rozměry Joulů. Ne je výkon na Hertz, a proto má rozměry výkonu (jouly za sekundu) dělené sekundami). Při pohledu na rozměry poměru Eb / Ne se všechny dimenze zruší a získá se bezrozměrný poměr. Je důležité si uvědomit, že POE je úměrný Eb / No a je formou poměru signálu k šumu.

Je možné definovat bitovou chybovost z hlediska pravděpodobnosti chyby.

POE=12 (1-erf)EbNÓ

Kde:
erf = chybová funkce
Eb = energie v jednom bitu
NÓ = výkonová spektrální hustota (šum v šířce pásma 1 Hz).

Je důležité si uvědomit, že Eb / NÓ je forma poměru signálu k šumu.

Energie na bit, Eb lze určit vydělením výkonu nosné bitovou rychlostí. Jako energetické opatření, Eb má jednotku Joules. NÓ je míra energie (jouly za sekundu) na Hz (sekundy) a ve výsledku Eb / NÓ je bezrozměrný pojem a lze jej vyjádřit jednoduše jako poměr.

Faktory ovlivňující bitovou chybovost, BER

Je to vidět z použití Eb / NÓ, že bitová chybovost, BER může být ovlivněna řadou faktorů. Manipulací s proměnnými, které lze ovládat, je možné optimalizovat systém tak, aby poskytoval požadované úrovně výkonu. To se obvykle provádí ve fázích návrhu systému přenosu dat, aby bylo možné parametry výkonu upravit v počátečních fázích koncepce návrhu.

  • Rušení: Úrovně rušení přítomné v systému jsou obecně stanoveny vnějšími faktory a nelze je změnit návrhem systému. Je však možné nastavit šířku pásma systému. Snížením šířky pásma lze snížit úroveň rušení. Snížení šířky pásma však omezuje propustnost dat, které lze dosáhnout.
  • Zvyšte výkon vysílače: Je také možné zvýšit úroveň výkonu systému tak, aby se zvýšil výkon na bit. To musí být vyváženo proti faktorům, včetně úrovní rušení ostatním uživatelům a dopadu zvýšení výstupního výkonu na velikost výkonového zesilovače a celkovou spotřebu energie a životnost baterie atd.
  • Zmenšit šířku pásma: Dalším přístupem, který lze přijmout ke snížení bitové chybovosti, je snížení šířky pásma. Budou přijímány nižší úrovně šumu, a proto se zlepší poměr signálu k šumu. To opět vede ke snížení dosažitelné propustnosti dat.
  • Modulace nižšího řádu: Lze použít schémata modulace nižšího řádu, ale je to na úkor propustnosti dat.

K dosažení uspokojivé bitové chybovosti je nutné vyvážit všechny dostupné faktory. Normálně není možné splnit všechny požadavky a jsou vyžadovány určité kompromisy. I když je však bitová chybovost nižší, než je ideální, lze provést další kompromisy, pokud jde o úrovně korekce chyb, které se zavádějí do přenášených dat. Přestože je třeba odesílat více nadbytečných dat s vyššími úrovněmi opravy chyb, může to pomoci maskovat účinky případných bitových chyb, které se vyskytnou, a tím zlepšit celkovou bitovou chybovost.

Bitová chybovost, parametr BER je často citován pro mnoho komunikačních systémů a je to klíčový parametr používaný při určování, jaké parametry spojení by měly být použity, vše od napájení po typ modulace.


Podívejte se na video: BTT TFT 43 50 70: Dual operation system and fulfill visual enjoyment big screen (Leden 2022).