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Qu'est-ce que le taux d'erreur sur les bits: tutoriel BER

Qu'est-ce que le taux d'erreur sur les bits: tutoriel BER

Taux d'erreur sur les bits, BER est utilisé comme un paramètre important pour caractériser les performances des canaux de données.

Lors de la transmission de données d'un point à un autre, soit via une liaison radio / sans fil, soit via une liaison de télécommunications filaire, le paramètre clé est le nombre d'erreurs qui apparaîtront dans les données qui apparaissent à l'extrémité distante.

En tant que tel taux d'erreur sur les bits, le BER est applicable à tout, des liaisons par fibre optique à l'ADSL, au Wi-Fi, aux communications cellulaires, aux liens IoT et bien d'autres.

Même si les liaisons de données peuvent utiliser des types de technologie très différents, les bases de l'évaluation du taux d'erreur sur les bits sont exactement les mêmes.

Taux d'erreur sur les bits, bases du BER

Lorsque les données sont transmises sur une liaison de données, il y a une possibilité que des erreurs soient introduites dans le système. Si des erreurs sont introduites dans les données, l'intégrité du système peut être compromise. En conséquence, il est nécessaire d'évaluer les performances du système, et le taux d'erreur sur les bits, BER, fournit un moyen idéal pour y parvenir.

Contrairement à de nombreuses autres formes d'évaluation du taux d'erreur sur les bits, le BER évalue les performances de bout en bout d'un système, y compris l'émetteur, le récepteur et le support entre les deux. De cette manière, le taux d'erreur sur les bits, BER, permet de tester les performances réelles d'un système en fonctionnement, plutôt que de tester les composants et d'espérer qu'ils fonctionneront de manière satisfaisante lorsqu'ils seront en place.

Définition du BER du taux d'erreur sur les bits

Comme son nom l'indique, un taux d'erreur sur les bits est défini comme le taux auquel les erreurs se produisent dans un système de transmission. Cela peut être directement traduit en nombre d'erreurs qui se produisent dans une chaîne d'un nombre indiqué de bits. La définition du taux d'erreur sur les bits peut être traduite en une formule simple:

BER=les erreursNombre total de bits

Si le milieu entre l'émetteur et le récepteur est bon et que le rapport signal sur bruit est élevé, alors le taux d'erreur sur les bits sera très faible - peut-être insignifiant et sans effet notable sur l'ensemble du système.Cependant, si le bruit peut être détecté, alors il y a possibilité que le taux d'erreur sur les bits doive être pris en compte.

Les principales raisons de la dégradation d'un canal de données et du taux d'erreur binaire correspondant, le BER est le bruit et les modifications du chemin de propagation (où les chemins de signal radio sont utilisés). Les deux effets ont un élément aléatoire, le bruit suivant une fonction de probabilité gaussienne tandis que le modèle de propagation suit un modèle de Rayleigh. Cela signifie que l'analyse des caractéristiques des canaux est normalement entreprise à l'aide de techniques d'analyse statistique.

Pour les systèmes à fibre optique, les erreurs binaires résultent principalement d'imperfections dans les composants utilisés pour établir la liaison. Ceux-ci incluent le pilote optique, le récepteur, les connecteurs et la fibre elle-même. Des erreurs sur les bits peuvent également être introduites en raison de la dispersion optique et de l'atténuation qui peuvent être présentes. Du bruit peut également être introduit dans le récepteur optique lui-même. En général, il peut s'agir de photodiodes et d'amplificateurs qui doivent répondre à de très petits changements et, par conséquent, il peut y avoir des niveaux de bruit élevés.

Un autre facteur contributif aux erreurs sur les bits est toute gigue de phase qui peut être présente dans le système car elle peut modifier l'échantillonnage des données.

BER et Eb / Non

Les rapports signal / bruit et les chiffres Eb / No sont des paramètres qui sont davantage associés aux liaisons radio et aux systèmes de radiocommunications. En termes de cela, le taux d'erreur sur les bits, BER, peut également être défini en termes de probabilité d'erreur ou POE. Pour déterminer cela, trois autres variables sont utilisées. Ce sont la fonction d'erreur, erf, l'énergie en un bit, Eb, et la densité spectrale de puissance de bruit (qui est la puissance de bruit dans une largeur de bande de 1 Hz), non.

Il convient de noter que chaque type différent de modulation a sa propre valeur pour la fonction d'erreur. En effet, chaque type de modulation fonctionne différemment en présence de bruit. En particulier, les schémas de modulation d'ordre supérieur (par exemple 64QAM, etc.) qui sont capables de transporter des débits de données plus élevés ne sont pas aussi robustes en présence de bruit. Les formats de modulation d'ordre inférieur (par exemple BPSK, QPSK, etc.) offrent des débits de données inférieurs mais sont plus robustes.

L'énergie par bit, Eb, peut être déterminée en divisant la puissance de la porteuse par le débit binaire et est une mesure d'énergie avec les dimensions de Joules. Non est une puissance par Hertz et donc cela a les dimensions de la puissance (joules par seconde) divisées par secondes). En regardant les dimensions du rapport Eb / Non, toutes les dimensions s'annulent pour donner un rapport sans dimension. Il est important de noter que POE est proportionnel à Eb / No et est une forme de rapport signal sur bruit.

Il est possible de définir le taux d'erreur sur les bits en termes de probabilité d'erreur.

POE=12 (1-erf)EbNo

Où:
erf = fonction d'erreur
Eb = énergie en un bit
No = densité spectrale de puissance (bruit dans une bande passante de 1 Hz).

Il est important de noter que Eb / No est une forme de rapport signal sur bruit.

L'énergie par bit, Eb peut être déterminée en divisant la puissance de la porteuse par le débit binaire. En tant que mesure d'énergie, Eb a l'unité de Joules. No est une mesure de la puissance (joules par seconde) par Hz (secondes), et par conséquent Eb / No est un terme sans dimension et peut être exprimé simplement sous forme de rapport.

Facteurs affectant le taux d'erreur sur les bits, BER

Cela peut être vu en utilisant Eb / No, que le taux d'erreur sur les bits, BER peut être affecté par un certain nombre de facteurs. En manipulant les variables qui peuvent être contrôlées, il est possible d'optimiser un système pour fournir les niveaux de performance requis. Ceci est normalement entrepris dans les étapes de conception d'un système de transmission de données afin que les paramètres de performance puissent être ajustés aux étapes de conception initiales.

  • Ingérence: Les niveaux d'interférence présents dans un système sont généralement définis par des facteurs externes et ne peuvent pas être modifiés par la conception du système. Cependant, il est possible de définir la bande passante du système. En réduisant la bande passante, le niveau d'interférence peut être réduit. Cependant, la réduction de la bande passante limite le débit de données qui peut être atteint.
  • Augmenter la puissance de l'émetteur: Il est également possible d'augmenter le niveau de puissance du système pour augmenter la puissance par bit. Cela doit être équilibré par rapport à des facteurs tels que les niveaux d'interférence avec les autres utilisateurs et l'impact de l'augmentation de la puissance de sortie sur la taille de l'amplificateur de puissance et la consommation d'énergie globale et la durée de vie de la batterie, etc.
  • Réduisez la bande passante: Une autre approche qui peut être adoptée pour réduire le taux d'erreur sur les bits consiste à réduire la bande passante. Des niveaux de bruit plus faibles seront reçus et, par conséquent, le rapport signal sur bruit s'améliorera. Là encore, cela se traduit par une réduction du débit de données pouvant être atteint.
  • Modulation d'ordre inférieur: Des schémas de modulation d'ordre inférieur peuvent être utilisés, mais cela se fait au détriment du débit de données.

Il est nécessaire d'équilibrer tous les facteurs disponibles pour obtenir un taux d'erreur sur les bits satisfaisant. Normalement, il n'est pas possible de répondre à toutes les exigences et certains compromis sont nécessaires. Cependant, même avec un taux d'erreur sur les bits inférieur à ce qui est idéalement requis, des compromis supplémentaires peuvent être faits en termes de niveaux de correction d'erreur qui sont introduits dans les données transmises. Bien que des données plus redondantes doivent être envoyées avec des niveaux de correction d'erreur plus élevés, cela peut aider à masquer les effets de toute erreur binaire qui se produit, améliorant ainsi le taux d'erreur binaire global.

Le taux d'erreur sur les bits, le paramètre BER est souvent cité pour de nombreux systèmes de communication et c'est un paramètre clé utilisé pour déterminer quels paramètres de liaison doivent être utilisés, de la puissance au type de modulation.


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