Bit Error Rate Definition & Tutorial Include:
BER basics BER testing
Bit Error Rate, BER viene utilizzato come parametro importante per caratterizzare le prestazioni dei canali dati.
Quando si trasmettono dati da un punto a un altro, tramite un collegamento radio/ wireless o un collegamento cablato per telecomunicazioni, il parametro chiave è il numero di errori visualizzati nei dati visualizzati all’estremità remota.
Come tale tasso di errore di bit, BER è applicabile a tutto, dai collegamenti in fibra ottica, ADSL, Wi-Fi, comunicazioni cellulari, collegamenti IoT e molti altri.
Anche se pensava che i collegamenti dati potessero utilizzare tipi di tecnologia molto diversi, le basi della valutazione del tasso di errore del bit sono esattamente le stesse.
Bit error rate, BER basics
Quando i dati vengono trasmessi su un collegamento dati, esiste la possibilità che vengano introdotti errori nel sistema. Se vengono introdotti errori nei dati, l’integrità del sistema potrebbe essere compromessa. Di conseguenza, è necessario valutare le prestazioni del sistema, e tasso di errore di bit, BER, fornisce un modo ideale in cui questo può essere raggiunto.
A differenza di molte altre forme di valutazione, bit error rate, BER valuta l’intero end to end prestazioni di un sistema compreso il trasmettitore, ricevitore e il mezzo tra i due. In questo modo, il tasso di errore di bit, BER consente di testare le prestazioni effettive di un sistema in funzione, piuttosto che testare le parti componenti e sperare che funzionino in modo soddisfacente quando sono in atto.
Bit error rate BER definizione
Come suggerisce il nome, un bit error rate è definito come la velocità con cui si verificano errori in un sistema di trasmissione. Questo può essere tradotto direttamente nel numero di errori che si verificano in una stringa di un numero dichiarato di bit. La definizione di bit error rate può essere tradotta in una semplice formula:
Se la media tra il trasmettitore e il ricevitore è buona e il rapporto segnale / rumore è elevato, quindi il bit error rate sarà molto piccolo, forse insignificante e non avendo alcun effetto evidente sul sistema complessivo, Tuttavia, se il rumore può essere rilevato, quindi non c’è possibilità che il bit error rate dovranno essere considerati.
Le ragioni principali per il degrado di un canale dati e il tasso di errore di bit corrispondente, BER è il rumore e le modifiche al percorso di propagazione (dove vengono utilizzati i percorsi del segnale radio). Entrambi gli effetti hanno un elemento casuale, il rumore che segue una funzione di probabilità gaussiana mentre il modello di propagazione segue un modello di Rayleigh. Ciò significa che l’analisi delle caratteristiche del canale viene normalmente effettuata utilizzando tecniche di analisi statistica.
Per i sistemi in fibra ottica, gli errori di bit derivano principalmente da imperfezioni nei componenti utilizzati per realizzare il collegamento. Questi includono il driver ottico, il ricevitore, i connettori e la fibra stessa. Errori di bit possono anche essere introdotti come risultato di dispersione ottica e attenuazione che possono essere presenti. Anche il rumore può essere introdotto nel ricevitore ottico stesso. In genere questi possono essere fotodiodi e amplificatori che hanno bisogno di rispondere a cambiamenti molto piccoli e di conseguenza ci possono essere alti livelli di rumore presenti.
Un altro fattore contributivo per gli errori di bit è qualsiasi jitter di fase che può essere presente nel sistema in quanto ciò può alterare il campionamento dei dati.
BER e Eb/No
I rapporti segnale-rumore e le cifre Eb/No sono parametri più associati ai collegamenti radio e ai sistemi di comunicazione radio. In termini di questo, il tasso di errore di bit, BER, può anche essere definito in termini di probabilità di errore o POE. Il determinare questo, vengono utilizzate altre tre variabili. Sono la funzione di errore, erf, l’energia in un bit, Eb e la densità spettrale di potenza del rumore (che è la potenza del rumore in una larghezza di banda di 1 Hz), No.
Va notato che ogni diverso tipo di modulazione ha il proprio valore per la funzione di errore. Questo perché ogni tipo di modulazione esegue in modo diverso in presenza di rumore. In particolare, gli schemi di modulazione di ordine superiore (ad es. 64QAM, ecc) che sono in grado di trasportare velocità di trasmissione dati più elevate non sono così robusti in presenza di rumore. Formati di modulazione di ordine inferiore (ad esempio BPSK, QPSK, ecc.) offrono tassi di dati più bassi, ma sono più robusti.
L’energia per bit, Eb, può essere determinata dividendo la potenza portante per il bit rate ed è una misura di energia con le dimensioni di Joule. No è una potenza per Hertz e quindi questo ha le dimensioni della potenza (joule al secondo) diviso per secondi). Guardando le dimensioni del rapporto Eb / No tutte le dimensioni si annullano per dare un rapporto adimensionale. È importante notare che POE è proporzionale a Eb / No ed è una forma di rapporto segnale-rumore.
È possibile definire il tasso di errore di bit in termini di probabilità di errore.
Dove:
erf = funzione di errore
Eb = energia in un bit
No = densità spettrale di potenza (rumore in larghezza di banda 1Hz).
È importante notare che Eb / No è una forma di rapporto segnale-rumore.
L’energia per bit, Eb può essere determinata dividendo la potenza portante per il bit rate. Come misura di energia, Eb ha l’unità di Joule. No è una misura di potenza (joule al secondo) per Hz (secondi), e di conseguenza Eb / No è un termine adimensionale e può essere espresso semplicemente come un rapporto.
Fattori che influenzano il tasso di errore di bit, BER
Si può vedere dall’uso di Eb / No, che il tasso di errore di bit, BER può essere influenzato da una serie di fattori. Manipolando le variabili che possono essere controllate è possibile ottimizzare un sistema per fornire i livelli di prestazioni richiesti. Questo viene normalmente effettuato nelle fasi di progettazione di un sistema di trasmissione dati in modo che i parametri di prestazione possano essere regolati nelle fasi iniziali del concetto di progettazione.
- Interferenza: I livelli di interferenza presenti in un sistema sono generalmente impostati da fattori esterni e non possono essere modificati dalla progettazione del sistema. Tuttavia è possibile impostare la larghezza di banda del sistema. Riducendo la larghezza di banda il livello di interferenza può essere ridotto. Tuttavia, ridurre la larghezza di banda limita il throughput dei dati che può essere raggiunto.
- Aumentare la potenza del trasmettitore: È anche possibile aumentare il livello di potenza del sistema in modo da aumentare la potenza per bit. Questo deve essere bilanciato con fattori quali i livelli di interferenza ad altri utenti e l’impatto dell’aumento della potenza sulla dimensione dell’amplificatore di potenza e il consumo energetico complessivo e la durata della batteria, ecc.
- Ridurre la larghezza di banda: Un altro approccio che può essere adottato per ridurre il tasso di errore di bit è quello di ridurre la larghezza di banda. I livelli più bassi di rumore saranno ricevuti e quindi il rapporto segnale rumore migliorerà. Ancora una volta ciò si traduce in una riduzione del throughput dei dati raggiungibile.
- Modulazione di ordine inferiore: è possibile utilizzare schemi di modulazione di ordine inferiore, ma ciò è a scapito del throughput dei dati.
È necessario bilanciare tutti i fattori disponibili per ottenere un tasso di errore di bit soddisfacente. Normalmente non è possibile raggiungere tutti i requisiti e sono necessari alcuni compromessi. Tuttavia, anche con un tasso di errore di bit inferiore a quello idealmente richiesto, è possibile apportare ulteriori compromessi in termini di livelli di correzione degli errori introdotti nei dati trasmessi. Anche se più dati ridondanti devono essere inviati con livelli più elevati di correzione degli errori, questo può aiutare a mascherare gli effetti di eventuali errori di bit che si verificano, migliorando così il tasso di errore complessivo di bit.
Il tasso di errore di bit, parametro BER è spesso citato per molti sistemi di comunicazione ed è un parametro chiave utilizzato nel determinare quali parametri di collegamento devono essere utilizzati, tutto, dalla potenza al tipo di modulazione.
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