Bittivirhesuhde - Bit error rate

On digitaalinen siirto , lukumäärä bittivirheitä on vastaanotettujen bittien on datavirran yli viestintäkanavan , joita on muutettu, koska kohinan , häiriöiden , vääristymä tai vähän synkronoinnin virheet.

Bittivirhesuhde ( BER ) on bittivirheiden lukumäärä aikayksikköä kohti. Bittivirhesuhde (myös BER ) on bittivirheiden lukumäärä jaettuna siirrettyjen bittien aikana tutkittu aikavälillä. Bittivirhesuhde on yksikköön kuulumaton suorituskykymittari, joka ilmaistaan usein prosentteina .

Bittivirhetodennäköisyys p _e on odotettu arvo on bittivirhesuhde. Bittivirhesuhdetta voidaan pitää likimääräisenä estimaattina bittivirheiden todennäköisyydestä. Tämä arvio on tarkka pitkällä aikavälillä ja suurella määrällä bittivirheitä.

Esimerkki

Oletetaan esimerkiksi tämä lähetetty bittisekvenssi:

0 1 1 0 0 0 1 0 1 1

ja seuraava vastaanotettu bittisekvenssi:

0 0 1 0 1 0 1 0 0 1,

Bittivirheiden määrä (alleviivatut bitit) on tässä tapauksessa 3. BER on 3 väärää bittiä jaettuna 10 siirretyllä bitillä, jolloin BER on 0,3 tai 30%.

Pakettivirhesuhde

Paketti virhesuhteen (PER) on määrä virheellisesti vastaanotettujen datapakettien jaettuna vastaanotettujen pakettien määrä. Paketti julistetaan virheelliseksi, jos ainakin yksi bitti on virheellinen. PER: n odotusarvoa merkitään pakettivirheiden todennäköisyydellä p _p , joka N bitin datapaketin pituudelle voidaan ilmaista

{\ displaystyle p_ {p} = 1- (1-p_ {e}) ^ {N} = 1-e ^ {N \ ln (1-p_ {e})}}

,

olettaen, että bittivirheet ovat toisistaan riippumattomia. Pienten bittivirheiden todennäköisyyksien ja suurten datapakettien osalta tämä on noin

{\ displaystyle p_ {p} \ noin p_ {e} N.}

Vastaavat mittaukset voidaan suorittaa kehysten , lohkojen tai symbolien lähettämiselle .

Ryhmäpoikkeusasetukseen vaikuttavat tekijät

Tietoliikennejärjestelmässä, vastaanottimen puolella BER voi vaikuttaa lähetyskanavan kohina , interferenssi , vääristymä , vähän synkronointi ongelmia, vaimennus , langaton monitie häipyminen , jne.

BER voidaan parantaa valitsemalla signaali on voimakas (ellei tämä aiheuttaa ylikuulumista ja lisää bittivirheitä), valitsemalla hidas ja vankka modulaatio järjestelmä tai linjakoodauksen järjestelmän, ja soveltamalla kanavan koodaus järjestelmiä, kuten tarpeeton forward error correction koodit .

Lähetys BER on havaittujen bittien, jotka ovat virheellisiä ennen virheenkorjauksen, jaettuna siirrettyjen bittien (mukaan lukien tarpeeton virhekoodit). Tiedot BER , suunnilleen yhtä suuri kuin dekoodauksen virheen todennäköisyys , on määrä dekoodatut bitit, jotka jäävät virheellinen Virheenkorjauksen jälkeen, jaettuna kokonaismäärä dekoodattujen bittien (hyödyllistä tietoa). Normaalisti lähetyksen BER on suurempi kuin tiedon BER. Lähetetyn virheenkorjauskoodin vahvuus vaikuttaa BER-tietoihin.

BER-analyysi

BER voidaan arvioida käyttämällä stokastisia ( Monte Carlo ) tietokonesimulaatioita. Jos yksinkertaisen siirto- kanavan mallin ja tietolähteen malli oletetaan, BER voidaan myös laskea analyyttisesti. Esimerkki tällaisesta tietolähdemallista on Bernoullin lähde.

Esimerkkejä informaatioteoriassa käytetyistä yksinkertaisista kanavamalleista ovat:

Binaarinen symmetrinen kanava (käytetään dekoodausvirheen todennäköisyyden analysoinnissa, jos siirtokanavalla ei ole purskebittivirheitä )
Lisäaineen valkoinen Gaussian noise (AWGN) -kanava häipymättä.

Pahimmassa tapauksessa on täysin satunnainen kanava, jossa kohina hallitsee täysin hyödyllistä signaalia. Tämän seurauksena BER-lähetyksen BER on 50% (edellyttäen, että oletetaan Bernoullin binaarinen tietolähde ja binaarinen symmetrinen kanava, katso alla).

Bittivirhekäyrät kanaville BPSK , QPSK , 8-PSK ja 16-PSK, AWGN .

BER-vertailu BPSK: n ja differentiaalisesti koodatun BPSK: n välillä harmaakoodauksella, joka toimii valkoisessa kohinassa.

Meluisassa kanavassa BER ilmaistaan usein normalisoidun kantaja-kohinasuhteen mittana, jota kutsutaan Eb / N0 : ksi (energia bittiä kohti kohinan tehon spektritiheyssuhteeksi) tai Es / N0 (energia modulaatiosymbolia kohti). kohinaspektritiheys).

Esimerkiksi, kun kyseessä on QPSK- modulaatio ja AWGN-kanava, BER funktiona Eb / N0 on: . ${\ displaystyle \ operaattorin nimi {BER} = {\ frac {1} {2}} \ operaattorin nimi {erfc} ({\ sqrt {E_ {b} / N_ {0}}})}$

Ihmiset piirtävät yleensä BER-käyrät kuvaamaan digitaalisen viestintäjärjestelmän suorituskykyä. Optisessa viestinnässä käytetään yleensä BER (dB) vs. vastaanotettu teho (dBm); kun taas langattomassa viestinnässä käytetään BER (dB) vs. SNR (dB).

Bittivirhesuhteen mittaaminen auttaa ihmisiä valitsemaan sopivat eteenpäin virheenkorjauskoodit . Koska suurin osa tällaisista koodeista korjaa vain bittikäännöksiä, mutta ei bittilisäyksiä tai -deleetioita, Hammingin etäisyysmitta on sopiva tapa mitata bittivirheiden määrää. Monet FEC-kooderit mittaavat myös jatkuvasti nykyistä ryhmäpoikkeusasetusta.

Yleisempi tapa mitata bittivirheiden määrää on Levenshtein-etäisyys . Levenshtein-etäisyysmittaus on sopivampi mittaamaan raakakanavan suorituskykyä ennen kehyksen synkronointia ja käytettäessä virheenkorjauskoodeja, jotka on suunniteltu korjaamaan bittilisäyksiä ja -poistoja, kuten merkintäkoodit ja vesileimakoodit.

Matemaattinen luonnos

BER on todennäköinen, että sähköisestä melusta johtuvaa tulkintaa tulkitaan vähän väärin . Ottaen huomioon bipolaarisen NRZ-lähetyksen, meillä on ${\ displaystyle w (t)}$

${\ displaystyle x_ {1} (t) = A + w (t)}$ "1" ja "0". Jokaisella ja on jakso . ${\ displaystyle x_ {0} (t) = - A + w (t)}$ ${\ displaystyle x_ {1} (t)}$ ${\ displaystyle x_ {0} (t)}$ ${\ displaystyle T}$

Tietäen, että melulla on kahdenvälinen spektritiheys , ${\ displaystyle {\ frac {N_ {0}} {2}}}$

${\ displaystyle x_ {1} (t)}$ On ${\ displaystyle {\ mathcal {N}} \ vasen (A, {\ frac {N_ {0}} {2T}} \ oikea)}$

ja on . ${\ displaystyle x_ {0} (t)}$ ${\ displaystyle {\ mathcal {N}} \ vasen (-A, {\ frac {N_ {0}} {2T}} \ oikea)}$

Palataksemme BER: ään, meillä on todennäköisyys hieman väärin tulkinnasta . ${\ displaystyle p_ {e} = p (0 | 1) p_ {1} + p (1 | 0) p_ {0}}$

${\ displaystyle p (1 | 0) = 0,5 \, \ operaattorin nimi {erfc} \ vasen ({\ frac {A + \ lambda} {\ sqrt {N_ {o} / T}}} \ oikea)}$ ja ${\ displaystyle p (0 | 1) = 0,5 \, \ operaattorin nimi {erfc} \ vasen ({\ frac {A- \ lambda} {\ sqrt {N_ {o} / T}}} \ oikea)}$

missä on päätöksen kynnysarvo, asetetaan 0 kun . ${\ displaystyle \ lambda}$ ${\ displaystyle p_ {1} = p_ {0} = 0,5}$

Voimme käyttää signaalin keskimääräistä energiaa lopullisen lausekkeen löytämiseen: ${\ displaystyle E = A ^ {2} T}$

${\ displaystyle p_ {e} = 0.5 \, \ operaattorin nimi {erfc} \ vasen ({\ sqrt {\ frac {E} {N_ {o}}}} \ oikea).}$ ± §

Bittivirhesuhteen testi

BERT- tai bittivirhesuhdetesti on digitaalisten tietoliikennepiirien testausmenetelmä, joka käyttää ennalta määriteltyjä jännityskuvioita, jotka koostuvat testikuvageneraattorin luomista loogisista ja nollista.

BERT koostuu tyypillisesti testikuvageneraattorista ja vastaanottimesta, joka voidaan asettaa samaan kuvioon. Niitä voidaan käyttää pareittain, toisen kanssa siirtolinkin kummassakin päässä, tai yksittäin toisessa päässä silmukan ollessa etäpäässä . BERT: t ovat tyypillisesti erillisiä erikoistuneita instrumentteja, mutta ne voivat olla henkilökohtaisia tietokoneita . Käytössä mahdollisten virheiden lukumäärä lasketaan ja esitetään suhteena, kuten 1: 1 000 000 tai 1: 1e06.

Yleisimmät BERT-stressimallit

PRBS ( näennäissatunnainen binäärisekvenssi ) - N-bitin näennäissatunnainen binäärisekvensseri. Näitä kuviosekvenssejä käytetään TX-Data- värinän ja silmämaskin mittaamiseen sähköisissä ja optisissa datalinkeissä.
QRSS (näennäissatunnainen signaalilähde) - näennäissatunnainen binaarinen sekvensseri, joka tuottaa 20-bittisen sanan jokaisen yhdistelmän, toistaa jokainen 1 048 575 sanaa ja estää peräkkäiset nollat korkeintaan 14. Se sisältää suuritiheyksisiä sekvenssejä, matalatiheyksisiä sekvenssejä, ja sekvenssit, jotka muuttuvat matalasta korkeaksi ja päinvastoin. Tämä kuvio on myös standardi kuvio, jota käytetään värinän mittaamiseen.
3 24: stä - kuvio sisältää pisimmän jonon peräkkäisiä nollia (15), joilla on pienin tiheys (12,5%). Tämä kuvio korostaa samanaikaisesti pienimpien tiheyttä ja enimmäismäärää peräkkäisiä nollia. D4 kehysmuotoa 3 24 voi aiheuttaa D4 keltainen hälytys kehyksen piirejä riippuen kohdistus yhden bitit kehykseen.
1: 7 - Kutsutaan myös nimellä 1/8 . Sillä on vain yksi kahdeksanbittisessä toistuvassa jaksossa. Tämä kuvio korostaa vähimmäistiheyttä 12,5%, ja sitä tulisi käyttää testattaessa tiloja, jotka on asetettu B8ZS- koodaukselle, koska 3: 24-malli kasvaa 29,5%: iin, kun se muunnetaan B8ZS: ksi.
Min / max - Kuvion nopea sekvenssi muuttuu matalasta tiheydestä suureksi. Hyödyllisin, kun korostetaan toistimen ALBO- ominaisuutta.
Kaikki (tai merkki) - malli koostuu vain niistä. Tämä malli saa toistimen kuluttamaan maksimitehoa. Jos tasavirtaa toistimeen säädetään oikein, toistimella ei ole vaikeuksia lähettää pitkiä jaksoja. Tätä mallia tulisi käyttää mitattaessa vertailutehon säätöä. Kehystämätöntä kaikkia kuviota käytetään osoittamaan AIS (tunnetaan myös nimellä sininen hälytys ).
Kaikki nollat - kuvio, joka koostuu vain nollista. Se on tehokas löydettäessä AMI: lle väärin valittuja laitteita , kuten kuitu- / radiomultipleksin pieninopeuksiset tulot.
Vaihtelevat 0s ja 1s - kuvio, joka koostuu vuorottelevista yksiköistä ja nollista.
2/8 - Kuvio sisältää enintään neljä peräkkäistä nollaa. Se ei vetoaa B8ZS-sekvenssiin, koska kahdeksan peräkkäistä nollaa tarvitaan B8ZS-substituution aikaansaamiseksi. Kuvio on tehokas löydettäessä laitteita, jotka on valittu väärin B8ZS: lle.
Bridgetap - Sillan kosketukset alueen sisällä voidaan havaita käyttämällä useita testikuvioita, joissa on erilaisia nollatiheyksiä. Tämä testi tuottaa 21 testikuviota ja kestää 15 minuuttia. Jos tapahtuu signaalivirhe, jännevälillä voi olla yksi tai useampi siltahana. Tämä malli on tehokas vain T1-alueille, jotka lähettävät signaalin raakana. HDSL- jännevälillä käytetty modulaatio kumoaa siltakarttakuvioiden kyvyn paljastaa siltanapit.
Multipat - Tämä testi tuottaa viisi yleisesti käytettyä testimallia, jotta DS1- mittaustesti voidaan suorittaa ilman, että jokaisen testikuvion on valittava erikseen. Kuviot ovat: kaikki, 1: 7, 2: 8, 3: 24 ja QRSS.
T1-DALY ja 55 OCTET - kukin näistä malleista sisältää viisikymmentäviisi (55), kahdeksan bitin oktettia dataa sekvenssissä, joka vaihtuu nopeasti matalan ja suuren tiheyden välillä. Näitä malleja käytetään ensisijaisesti ALBO- ja taajuuskorjainpiirien rasittamiseen, mutta ne myös painottavat ajoituksen palautumista. 55 OCTETilla on viisitoista (15) peräkkäistä nollaa, ja sitä voidaan käyttää vain kehyksettömästi rikkomatta tiheysvaatimuksia. Kehystettyihin signaaleihin tulisi käyttää T1-DALY-kuviota. Molemmat mallit pakottavat B8ZS-koodin B8ZS: lle valinnaisissa piireissä.

Bittivirhesuhteen testaaja

Bittivirhesuhteen testaaja (BERT), joka tunnetaan myös nimellä "bittivirhesuhteen testaaja" tai bittivirhesuhteen testausratkaisu (BERT), on elektroninen testauslaite, jota käytetään yksittäisten komponenttien tai kokonaisten järjestelmien signaalilähetyksen laadun testaamiseen.

BERTin tärkeimmät rakennuspalikat ovat:

Kuvageneraattori , joka lähettää määritetyn testikuvion DUT: iin tai testijärjestelmään
DUT: iin tai testijärjestelmään kytketty virheenilmaisin laskemaan DUT: n tai testijärjestelmän tuottamat virheet
Kellosignaaligeneraattori kuvageneraattorin ja virheenilmaisimen synkronoimiseksi
Digitaalisen viestinnän analysaattori on valinnainen lähetetyn tai vastaanotetun signaalin näyttämiseksi
Sähköoptinen muunnin ja optinen-sähkömuunnin optisten viestisignaalien testaamiseen

Katso myös

Viitteet

Tämä artikkeli sisältää julkista aineistoa päässä General Services Administration asiakirjan "Federal Standard 1037C" .(tukee mallia MIL-STD-188 )

Ulkoiset linkit

QPSK BER AWGN-kanavalle - verkkokokeilu

Languages

In other projects