誤碼率

誤碼率

誤碼率(SER:symbol error rate)是衡量數據在規定時間內數據傳輸精確性的指標,誤碼率=傳輸中的誤碼/所傳輸的總碼數*100%。如果有誤碼就有誤碼率。 另外,也有將誤碼率定義為用來衡量誤碼出現的頻率。進行特定條件下的誤碼率研究,對增強無線通信系統性能,改善數據傳輸質量意義重大。

比特


在數據傳輸中,比特差錯(英語:biterrors)的數量就是接收到的通道中數據流由於雜訊、干擾、有損或比特同步錯誤而更改的比特的數量。比特差錯概率(即誤碼概率,英語:bit error probability)pe是誤碼率的期望值。誤碼率可以視作誤碼概率的約略估計。對於長時間段和高差錯比特,這個估計比較準確。
計算
誤比特率是碼元的信息量在傳輸系統中被丟失的概率。在傳輸二進位碼元時,誤碼率=誤比特率。對於數字通信系統來說,差錯率越小,可靠性越高。誤比特率的計算公式為:
誤比特率=單位時間內系統傳錯的信息量(比特數)/單位時間內系統傳輸的總信息量(總比特數)
例子
舉一個例子,假設傳輸的比特串列為:0110001011
而接收到的比特串列為:0010101001,
在本例中,差錯比特(加下劃線的比特)的數量為3。誤碼率為差錯比特數3除以傳輸的比特數10,也就是0.3或者30%。
影響因素
在通信系統中,接收端誤碼率會受到傳輸通道雜訊、干擾、有損、位同步問題、衰減、無線多徑衰落等的影響。

檢測


二進位數字頻帶傳輸系統,誤碼率與信號形式(調製方式),雜訊的統計特性、解調及解碼判決方式有關。而多進位數字調製系統的誤碼率與平均信噪比和進位數有關。
對於二進位數字頻帶傳輸系統,無論採用何種方式,何種檢測方法,其共同點都是隨著輸入信噪比增大時,系統的誤碼率就降低;反之,當輸入信噪比減小時,系統的誤碼率就增加。對於廣播電視行業MPEG-H格式的TS碼流分析,主要有碼流協議、碼流結構、SI表格信息分析 、EPG節目指南、TR101290實時測試、碼率測試、時鐘PCR分析、QAM分析等。TS碼流實時測試按TR101290差錯優先順序分類如下:
第一優先順序 —可解碼性差錯(共6個):傳輸碼流同步丟失(TSsync loss) ;同步位元組錯誤(Sync byteerror);節目相關表錯誤(PATerror) ;節目映像表錯誤(PMTerror);連續計數錯誤(Continu tyeount error) ;節目識別表錯誤(PIDerror)。
第二優先順序—損傷可解碼性差錯(共6個):傳送包錯誤(Transporterror);節目時鐘參考錯誤(PCRerror);節目時鐘參考精度錯誤(PCRaccuracyerror) ;循環冗餘檢測錯誤(CRCerror);PTS表錯誤(PCRerror);條件接受錯誤(CATerror)。
第三優先順序—不影響可解碼性差錯(共10個):NIT錯誤(NITerror);SI重複錯誤( SIrepetitiomerror);緩衝器錯誤(Buffer error);未引用PID錯誤(Unrererenced PID);SDT錯誤(SDTerror);EIT錯誤(EITerror) ;RST錯誤(RSTerror);TDT錯誤(TDTerror);空閑緩衝器錯誤(Empty buffererror);數據延遲錯誤(Data delayerror)。

概念


誤碼的產生是由於在信號傳輸中,衰變改變了信號的電壓,致使信號在傳輸中遭到破壞,產生誤碼。噪音、交流電或閃電造成的脈衝、傳輸設備故障及其他因素都會導致誤碼(比如傳送的信號是1,而接收到的是0;反之亦然)。各種不同規格的設備,均有嚴格的誤碼率定義,如通常視/音頻雙向光端機的誤碼率應該在:(BER)≤10E-9。
由於種種原因,數字信號在傳輸過程中不可避免地會產生差錯。例如在傳輸過程中受到外界的干擾,或在通信系統內部由於各個組成部分的質量不夠理想而使傳送的信號發生畸變等。當受到的干擾或信號畸變達到一定程度時,就會產生差錯。
什麼是差錯?在數據通信中,如果發送的信號是“1”,而接收到的信號卻是“0”,這就是“誤碼”,也就是發生了一個差錯。在一定時間內收到的數字信號中發生差錯的比特數與同一時間所收到的數字信號的總比特數之比,就叫做“誤碼率”,也可以叫做“誤比特率”。誤碼率(BER:bit error rate)是衡量數據在規定時間內數據傳輸精確性的指標。
誤碼率=錯誤碼元數/傳輸總碼元數。
誤比特率=錯誤比特數/傳輸總比特數。
誤碼率是最常用的數據通信傳輸質量指標。它表示數字系統傳輸質量的式是“在多少位數據中出現一位差錯”。舉例來說,如果在一萬位數據中出現一位差錯,即誤碼率為萬分之一,即10E-4。
誤碼率
誤碼率

統計學方法


有些測量技術以預測誤碼率數量的統計分析為基礎,這種使用普通統計分配法的統計分析可以達到一定的準確性。例如:
P(e)/Log2M
其中,Pb(e)表示發生誤碼的可能性,等同於誤碼率;
P(e)表示波形發生錯誤並被用戶發現的可能性;
M是間斷信號的數量(例如3表示PAM-3,5表示PAM-5)。

實際測量法


儘管KRONE同時使用統計學和實際測量兩種方法,但KRONE更重視實際誤碼,因為這更接近於揭示誤碼的本質。任何現代區域網硬體和網路分析軟體都能進行這種實際物理測量。實際測量技術使用循環冗餘檢查方式(CRC)來確定一段時間內發生的誤碼情況。
例如,在一個使用PAM-5編碼標準的系統運行100小時后,可能會出現兩個CRC錯誤。CRC採用幀校驗序列,由發送端開始,接收端查驗結果是否正確。如果不正確,即至少一個比特發生了錯誤,則接收端就會拒絕整個數據包,而這個數據包可能包含高達8個1500位元組的比特,即1.2萬比特的乙太網幀。也就是說,一個比特的誤碼可能引起1.2萬比特的數據重發。
誤碼率
誤碼率

零誤碼率


IEEE802.3規定最壞情況的誤碼率是10E-10。在這種條件下,出現的誤碼不會降低網路的性能,因為所有的網路軟硬體都按這個要求建立。因此,這個條件下出現的噪音將不足以改變接收端的比特值,不會造成誤碼。
KRONE選擇的誤碼率標準比IEEE標準高出100倍,並把10E-12誤碼率稱為零誤碼率。
零誤碼率意味著每十萬億個比特中產生的誤碼小於1個。

實驗室測試


KRONE認為實地網路測試是使理論與實際相聯繫的最準確的方法。因此,KRONE在實驗室人造強噪音干擾環境中(模擬現實生活中最糟糕的情況)測量產品性能,又在用戶現場測試已安裝的布線系統,以此檢測網路在使用前與使用中的性能差異。 KRONE在測試中使用目前最先進的測試技術和最精密的數字測量儀,如NetcomSystemSmartbitsSMB-2000、Vigilant-BigTangerine和FlukeDSP4000。它們被眾多國際測量實驗室,如TollyGroup、BiCSi、BellLaboratories等公認為最好的測量儀。
在實驗中,KRONE使用SmartbitsSMB-2000信號發生器從兩個方向製造高達19千兆比特連續不斷的數據傳輸。同時使用一台奔騰200MHz手提電腦監控現場受到附近外界噪音影響時數據的傳輸情況。實驗持續了4天,數據傳輸的誤碼率為零。
KRONE又使用先進的NetcomSmartFlowv.1.14網路分析軟體產生的許多不同的數據流來分析網路的等待時間。試驗結果顯示,KRONE的TrueNet布線系統沒有發生幀丟失的情況。
誤碼率
誤碼率

現場測試


在商業和工業場所的現場測試中,KRONE使用先進的24口網路檢測器評估用戶的布線系統是否健康和完整,並在這個實驗中衡量阻抗與距離及阻抗與頻率的關係。在測試中,KRONE發現,網路通道的阻抗失配是引起網路傳輸速度減慢的主要原因。
TIA/EIA-568A標準規定,阻抗的變化範圍為標準參數的±15歐姆;而KRONE公司的TrueNet布線系統將其限制在標準值的±3歐姆內。
在實驗中,測量儀俘獲網路中的噪音、干擾和串擾,並分析它們對性能的影響。從這些數據中可以看出,正確安裝的TrueNet布線系統通道的阻抗在3歐姆內。
大多數阻抗失配問題發生在機櫃里的跳線、分線點及通信插座的連接器中。圖中最初的幾米是臨時使用的鏈接,即測量儀和線纜之間的連接,其餘部分顯示線纜的運行情況。從圖中我們可以看出,所有的元件阻抗均在±3歐姆內,阻抗失配完全可以忽略,不會引起數據誤碼以及由此導致的數據重發。
實驗室內部測試和現場測試均驗證KRONE零誤碼率的數據傳輸是完全可行的。更重要的是,KRONE的用戶可以確認他們安裝的布線系統確實達到了零誤碼率傳輸,並且KRONE公司為安裝TrueNet布線系統的用戶提供5年“零誤碼率”數據流量保證。
對不同的系統有不同的誤碼要求例如,對碼速為64千比特/秒的系統,國際電報電話諮詢委員會把誤碼率10E-3的稱為嚴重誤碼。而對於碼速在2比特/秒以上的系統,則有更高的其性能要求。例如,我國長途光纜通信系統的進網要求之一是,誤碼性能要優10E-9。
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