Измерение BER в цифровых системах передачи
Выполнил: Студент гр. СОД 3-15-1 Папсуев О.С.
Что такое BER?
Ber (Bit Error Rate) - отношение числа ошибочно принятых битов к общему числу принятых битов. Его величина статистически колеблется около значения среднего коэффициента ошибок за длительный промежуток времени. Разница между непосредственно измеренным коэффициентом ошибок и долговременным средним значением зависит от числа контролируемых бит и тем самым от длительности измерения.
Kош= Nош/N
где N – общее число символов, переданных за интервал измерения; Nош – число ошибочно принятых символов за интервал измерения
Например, если число ошибочно принятых бит оказалось равным 20, а заданное общее число принимаемых бит – 106, то коэффициент ошибок составит
20/106 = 20 x 10-6 = 2 x 10-5
Зачем измеряется BER
Измерения параметра ошибок – это самая важная часть практики эксплуатации цифровой системы связи. Так как информация передается в системе связи в цифровом виде, то единственной мерой качества работы системы связи является параметр ошибки. Эта мера является универсальной в том смысле, что она едина для любых цифровых систем передачи и коммутации. Действительно, вне зависимости от того, какие типы линейного кода используются в системе передачи, на каких принципах построена система коммутации и какие протоколы используются, единой мерой качества цифровой сети является уровень ошибок, который она привносит в передаваемый цифровой поток.
Все технические решения в области эксплуатации направлены на уменьшение параметра ошибок, все измерения соотносятся с параметром ошибок (например, исследуются вопросы о влиянии джиттера на параметр ошибок, кодовых ошибок на параметр ошибок и пр.). Таким образом, измерение параметра ошибок представляет собой ключ к эксплуатационным измерениям, и уже одного этого достаточно, чтобы посвятить раздел методам измерения ошибок.
Модель возникновения ошибок в системе передачи
В самом общем виде модель возникновения ошибок выглядит следующим образом. Устройство А передает по рабочему каналу устройству В цифровой поток в виде единиц и нулей. Внешние воздействия на канал (шумы, интерференция, сбои в системе связи и т.д.) приводят к нарушению в интерпретации принимаемых символов на стороне В. В результате в некоторых случаях вместо 1 устройство В принимает 0 и наоборот.
Измерение параметра ошибок с использованием тестовой последовательности
В методе использования тестовой последовательности очень важным является вопрос о том, каким образом передать на сторону В знание о структуре последовательности. Здесь существует два способа. Первый заключает в том, чтобы передавать одну и ту же последовательность циклично, например, одна единица, затем три нуля, тогда в канале будет передаваться информация
1000100010001000100010001000 ... тестовая последовательность
Если на стороне В приемник понимает правило формирования этой тестовой последовательности, то он легко найдет все отклонения, например:
1000100010001010100000001000 … 2 битовые ошибки
Метод измерения параметра ошибки без отключения канала
Суть метода состоит в том, что передаваемые данные реального трафика разделяются на блоки данных. Затем перед началом передачи данных в системе передачи над блоком совершается специальные вычисления, результат которых добавляется к блоку и передается на сторону В. На стороне приемника В над блоком производятся аналогичные вычисления, результат которых сравнивается с пересланным служебным полем от стороны А. Если результаты вычислений не совпадают, делается вывод о присутствии ошибки в блоке данных. Таким образом, можно проводить измерения на реальном трафике, без отключения канала. Единство методики определяется тем, что контроллеры, производящие вычисления, действуют по единым правилам расчета.
Принципы нормирования и измерения параметров ошибок
Выше уже было показано, что существует два метода измерений параметров соответственно BER и BLER. Рассмотрим теперь, каким образом эти методы накладываются на реальные методики измерений цифровых систем передачи.
Прежде всего, следует четко понять, что сами по себе параметры BER и BLER не могут быть использованы для нормирования качества в цифровых системах передачи. Возникает это потому, что оба параметра являются интегральными.
По определению, параметр BER представляет собой частное от деления количества ошибок на общее количество переданных битов:
BER=ErrB/BITS
Такое определение не учитывает природу возникновения ошибок и структуру их распределения. В то же время от структуры распределения битовых ошибок зависит окончательный вывод о том, качественный или некачественный канал системы передачи мы измеряем.
Для иллюстрации рассмотрим два случая возникновения ошибок в канале цифровой системы передачи
Слева представлен «пакет» ошибок, возникающий обычно вследствие наводок на кабель системы передачи.
Справа показан случай появления случайных ошибок, которые обусловлены самим качеством системы передачи и в большинстве случаев не связаны с какой-либо конкретной причиной.
В обоих случаях параметр BER оказывается очень высоким, например BER=10-5. Но сказать о практическом качестве цифровой системы передачи этот параметр не может. В рассмотренных примерах при одинаковом BER канал слева – это очень качественный канал. Все возникшие в нем ошибки помещаются в течение 6 сек, а других ошибок в канале нет. Если мы мысленно «вырежем» эти 6 секунд, то мы получим идеальный канал. В противоположность этому при BER=10-5 для канала справа мы имеем совершенно неприемлемое качество, т.к. появление единичных ошибок в таком канале – это слишком частое явление.
Эта иллюстрация показывает, что интегральная природа параметра BER (следовательно, и BLER) не позволяет использовать его в качестве корректного параметра нормирования и характеристики качества. Для полноты картины необходимо знать еще и характеристику распределения ошибок.
Для того, чтобы оценить распределение ошибок было предложено считать отдельно секунды с ошибками (ES) и секунды, пораженные ошибками (SES).
Секунды с ошибками ES – это все секунды в течении которых были ошибки, тогда как SES - это секунды, в течении которых BER был хуже, чем 10-3. Переход от анализа интегрированного параметра BER к дифференцированным значениям этого параметра в течении односекундных интервалов позволяет учесть распределение параметра ошибок. Например, на рисунке представлены значения не только параметра BER, но и соответствующие ситуации значения параметров ES и SES. По соотношению параметров ES и SES можно оценить кучность возникновения ошибок в измеряемом канале. Речь идет именно об оценке, а не о точном измерении параметров распределения ошибок, но для целей эксплуатации этого оказывается достаточно.
Следует отметить, что относительно измерений BER параметры ES, SES, а также другие параметры методики (AS, UAS и пр.) являются вторичными, т.к. непосредственно измеряется параметр BER в односекундных интервалах. Но именно эти параметры представляют интерес для отчетности по качеству в цифровом канале.
Измеритель коэффициента битовых ошибок Tektronix BERTScope BSA
Измерители коэффициента битовых ошибок Tektronix BERTScope серии BSA предлагают новый подход к измерению целостности сигнала в системах последовательных данных. Быстрое и точное определение коэффициента битовых ошибок (BER) за счет анализа диаграмм и генерации цифровых последовательностей с битовыми ошибками. Tektronix BERTScope серии BSA легко позволяет выделить проблемные биты или последовательности бит для дальнейшего анализа с помощью семи алгоритмов, обеспечивая непревзойденную глубину статистических измерений.