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¿Qué es la tasa de error de bits? Tutorial de BER

¿Qué es la tasa de error de bits? Tutorial de BER

Tasa de error de bit, BER se utiliza como un parámetro importante para caracterizar el rendimiento de los canales de datos.

Al transmitir datos de un punto a otro, ya sea a través de un enlace de radio / inalámbrico o un enlace de telecomunicaciones por cable, el parámetro clave es cuántos errores aparecerán en los datos que aparecen en el extremo remoto.

Como tal, la tasa de error de bits, BER es aplicable a todo, desde enlaces de fibra óptica hasta ADSL, Wi-Fi, comunicaciones celulares, enlaces de IoT y muchos más.

Incluso aunque los enlaces de datos puedan utilizar tipos de tecnología muy diferentes, los conceptos básicos de la evaluación de la tasa de errores de bits son exactamente los mismos.

Tasa de error de bits, conceptos básicos de BER

Cuando los datos se transmiten a través de un enlace de datos, existe la posibilidad de que se introduzcan errores en el sistema. Si se introducen errores en los datos, la integridad del sistema puede verse comprometida. Como resultado, es necesario evaluar el rendimiento del sistema, y ​​la tasa de error de bits, BER, proporciona una forma ideal de lograrlo.

A diferencia de muchas otras formas de evaluación, la tasa de errores de bits, la BER evalúa el rendimiento completo de un sistema que incluye el transmisor, el receptor y el medio entre los dos. De esta manera, la tasa de error de bit, BER permite probar el rendimiento real de un sistema en funcionamiento, en lugar de probar los componentes y esperar que funcionen satisfactoriamente cuando estén instalados.

Tasa de error de bits Definición de BER

Como su nombre lo indica, una tasa de error de bit se define como la tasa a la que ocurren los errores en un sistema de transmisión. Esto se puede traducir directamente en el número de errores que ocurren en una cadena de un número determinado de bits. La definición de tasa de error de bits se puede traducir a una fórmula simple:

BER=ErroresNúmero total de bits

Si el medio entre el transmisor y el receptor es bueno y la relación señal / ruido es alta, entonces la tasa de error de bit será muy pequeña, posiblemente insignificante y no tendrá un efecto notable en el sistema general.Sin embargo, si se puede detectar ruido, entonces hay posibilidad de que sea necesario considerar la tasa de error de bits.

Las principales razones de la degradación de un canal de datos y la tasa de error de bits correspondiente, BER es el ruido y los cambios en la ruta de propagación (donde se utilizan rutas de señales de radio). Ambos efectos tienen un elemento aleatorio, el ruido sigue una función de probabilidad gaussiana mientras que el modelo de propagación sigue un modelo de Rayleigh. Esto significa que el análisis de las características del canal se realiza normalmente utilizando técnicas de análisis estadístico.

Para los sistemas de fibra óptica, los errores de bits se deben principalmente a imperfecciones en los componentes utilizados para realizar el enlace. Estos incluyen el controlador óptico, el receptor, los conectores y la propia fibra. También pueden introducirse errores de bit como resultado de la dispersión óptica y la atenuación que pueden estar presentes. También puede introducirse ruido en el propio receptor óptico. Por lo general, pueden ser fotodiodos y amplificadores que necesitan responder a cambios muy pequeños y, como resultado, puede haber altos niveles de ruido presentes.

Otro factor que contribuye a los errores de bit es cualquier fluctuación de fase que pueda estar presente en el sistema, ya que esto puede alterar el muestreo de los datos.

BER y Eb / No

Las relaciones señal / ruido y las cifras Eb / No son parámetros que están más asociados con los enlaces de radio y los sistemas de comunicaciones por radio. En términos de esto, la tasa de error de bit, BER, también se puede definir en términos de probabilidad de error o POE. Para determinar esto, se utilizan otras tres variables. Son la función de error, erf, la energía en un bit, Eb, y la densidad espectral de potencia de ruido (que es la potencia de ruido en un ancho de banda de 1 Hz), No.

Cabe señalar que cada tipo diferente de modulación tiene su propio valor para la función de error. Esto se debe a que cada tipo de modulación se comporta de manera diferente en presencia de ruido. En particular, los esquemas de modulación de orden superior (por ejemplo, 64QAM, etc.) que pueden transportar velocidades de datos más altas no son tan robustos en presencia de ruido. Los formatos de modulación de orden inferior (por ejemplo, BPSK, QPSK, etc.) ofrecen velocidades de datos más bajas pero son más robustos.

La energía por bit, Eb, se puede determinar dividiendo la potencia de la portadora por la tasa de bits y es una medida de energía con las dimensiones de Joules. No es una potencia por Hertz y, por lo tanto, tiene las dimensiones de la potencia (julios por segundo) dividida por segundos). Mirando las dimensiones de la relación Eb / No, todas las dimensiones se cancelan para dar una relación adimensional. Es importante tener en cuenta que POE es proporcional a Eb / No y es una forma de relación señal / ruido.

Es posible definir la tasa de errores de bits en términos de probabilidad de error.

POE=12 (1-erf)misinorteo

Dónde:
erf = función de error
misi = energía en un bit
norteo = densidad espectral de potencia (ruido en un ancho de banda de 1 Hz).

Es importante señalar que Esi / No es una forma de relación señal / ruido.

La energía por bit, Esi se puede determinar dividiendo la potencia de la portadora por la tasa de bits. Como medida de energía, Esi tiene la unidad de Joules. norteo es una medida de potencia (julios por segundo) por Hz (segundos), y como resultado Esi / No es un término adimensional y puede expresarse simplemente como una razón.

Factores que afectan la tasa de errores de bits, BER

Se puede ver usando Esi / No, que la tasa de errores de bits, BER, puede verse afectada por varios factores. Al manipular las variables que se pueden controlar, es posible optimizar un sistema para proporcionar los niveles de rendimiento que se requieren. Esto se lleva a cabo normalmente en las etapas de diseño de un sistema de transmisión de datos, de modo que los parámetros de rendimiento se puedan ajustar en las etapas iniciales del concepto de diseño.

  • Interferencia: Los niveles de interferencia presentes en un sistema son generalmente establecidos por factores externos y no pueden ser cambiados por el diseño del sistema. Sin embargo, es posible configurar el ancho de banda del sistema. Al reducir el ancho de banda, se puede reducir el nivel de interferencia. Sin embargo, la reducción del ancho de banda limita el rendimiento de datos que se puede lograr.
  • Aumente la potencia del transmisor: También es posible aumentar el nivel de potencia del sistema para aumentar la potencia por bit. Esto debe equilibrarse con factores que incluyen los niveles de interferencia a otros usuarios y el impacto del aumento de la potencia de salida en el tamaño del amplificador de potencia y el consumo de energía general y la duración de la batería, etc.
  • Reducir el ancho de banda: Otro enfoque que se puede adoptar para reducir la tasa de errores de bits es reducir el ancho de banda. Se recibirán niveles más bajos de ruido y, por lo tanto, mejorará la relación señal / ruido. Una vez más, esto da como resultado una reducción del rendimiento de datos alcanzable.
  • Modulación de orden inferior: Se pueden usar esquemas de modulación de orden inferior, pero esto es a expensas del rendimiento de datos.

Es necesario equilibrar todos los factores disponibles para lograr una tasa de error de bits satisfactoria. Normalmente no es posible cumplir con todos los requisitos y se requieren algunas compensaciones. Sin embargo, incluso con una tasa de errores de bits por debajo de lo que se requiere idealmente, se pueden realizar concesiones adicionales en términos de los niveles de corrección de errores que se introducen en los datos que se transmiten. Aunque se deben enviar más datos redundantes con niveles más altos de corrección de errores, esto puede ayudar a enmascarar los efectos de cualquier error de bit que ocurra, mejorando así la tasa general de error de bit.

La tasa de error de bit, el parámetro BER se cita a menudo para muchos sistemas de comunicaciones y es un parámetro clave que se utiliza para determinar qué parámetros de enlace deben usarse, desde la potencia hasta el tipo de modulación.

Ver el vídeo: Tasa de Error de BIT (Octubre 2020).