Miscellaneous

Apa itu Bit Error Rate: tutorial BER

Apa itu Bit Error Rate: tutorial BER

Bit Error Rate, BER digunakan sebagai parameter penting dalam mengkarakterisasi kinerja saluran data.

Saat mentransmisikan data dari satu titik ke titik lainnya, baik melalui tautan radio / nirkabel atau tautan telekomunikasi kabel, parameter kuncinya adalah berapa banyak kesalahan yang akan muncul dalam data yang muncul di ujung jarak jauh.

Dengan Bit Error Rate, BER berlaku untuk segala hal mulai dari tautan serat optik, hingga ADSL, Wi-Fi, komunikasi seluler, tautan IoT, dan banyak lagi.

Meskipun tautan data dapat menggunakan jenis teknologi yang sangat berbeda, dasar-dasar penilaian tingkat kesalahan bit persis sama.

Tingkat kesalahan bit, dasar BER

Saat data dikirim melalui tautan data, ada kemungkinan kesalahan dimasukkan ke dalam sistem. Jika kesalahan dimasukkan ke dalam data, maka integritas sistem dapat dikompromikan. Akibatnya, perlu untuk menilai kinerja sistem, dan bit error rate, BER, menyediakan cara yang ideal untuk mencapai hal ini.

Tidak seperti banyak bentuk penilaian lainnya, bit error rate, BER menilai kinerja ujung ke ujung penuh dari suatu sistem termasuk pemancar, penerima, dan media di antara keduanya. Dengan cara ini, bit error rate, BER memungkinkan kinerja sebenarnya dari suatu sistem dalam operasi untuk diuji, daripada menguji bagian-bagian komponen dan berharap bahwa mereka akan beroperasi dengan memuaskan saat ditempatkan.

Bit error rate definisi BER

Sesuai dengan namanya, bit error rate didefinisikan sebagai tingkat di mana kesalahan terjadi dalam sistem transmisi. Ini dapat langsung diterjemahkan ke dalam jumlah kesalahan yang terjadi dalam string dari sejumlah bit yang dinyatakan. Definisi bit error rate dapat diterjemahkan ke dalam rumus sederhana:

BER=KesalahanJumlah Total Bit

Jika medium antara pemancar dan penerima bagus dan rasio sinyal terhadap kebisingan tinggi, maka tingkat kesalahan bit akan sangat kecil - mungkin tidak signifikan dan tidak memiliki efek yang nyata pada keseluruhan sistem. Namun jika kebisingan dapat dideteksi, maka ada kemungkinan bahwa tingkat kesalahan bit perlu dipertimbangkan.

Alasan utama untuk degradasi saluran data dan tingkat kesalahan bit yang sesuai, BER adalah gangguan dan perubahan jalur propagasi (di mana jalur sinyal radio digunakan). Kedua efek memiliki elemen acak, noise mengikuti fungsi probabilitas Gaussian sedangkan model propagasi mengikuti model Rayleigh. Artinya, analisis karakteristik saluran biasanya dilakukan dengan menggunakan teknik analisis statistik.

Untuk sistem serat optik, kesalahan bit terutama disebabkan oleh ketidaksempurnaan komponen yang digunakan untuk membuat tautan. Ini termasuk driver optik, penerima, konektor dan serat itu sendiri. Kesalahan bit juga dapat terjadi sebagai akibat dari dispersi optik dan atenuasi yang mungkin ada. Juga noise mungkin masuk ke dalam receiver optik itu sendiri. Biasanya ini mungkin fotodioda dan amplifier yang perlu menanggapi perubahan yang sangat kecil dan akibatnya mungkin ada tingkat kebisingan yang tinggi.

Faktor lain yang berkontribusi untuk kesalahan bit adalah jitter fase yang mungkin ada dalam sistem karena hal ini dapat mengubah pengambilan sampel data.

BER dan Eb / No

Rasio sinyal terhadap derau dan angka Eb / No adalah parameter yang lebih terkait dengan tautan radio dan sistem komunikasi radio. Dalam hal ini, tingkat kesalahan bit, BER, juga dapat didefinisikan dalam istilah probabilitas kesalahan atau POE. Untuk menentukan ini, tiga variabel lain digunakan. Mereka adalah fungsi kesalahan, erf, energi dalam satu bit, Eb, dan kepadatan spektral daya kebisingan (yang merupakan daya kebisingan dalam bandwidth 1 Hz), No.

Perlu dicatat bahwa setiap jenis modulasi memiliki nilai sendiri untuk fungsi kesalahan. Ini karena setiap jenis modulasi bekerja secara berbeda di hadapan derau. Secara khusus, skema modulasi tingkat tinggi (misalnya 64QAM, dll) yang mampu membawa kecepatan data yang lebih tinggi tidak sekuat dengan adanya kebisingan. Format modulasi tingkat rendah (misalnya BPSK, QPSK, dll.) Menawarkan kecepatan data yang lebih rendah tetapi lebih kuat.

Energi per bit, Eb, dapat ditentukan dengan membagi daya pembawa dengan laju bit dan merupakan ukuran energi dengan dimensi Joule. Tidak adalah pangkat per Hertz dan oleh karena itu ini memiliki dimensi daya (joule per detik) dibagi dengan detik). Melihat dimensi rasio Eb / No semua dimensi ditiadakan untuk memberikan rasio berdimensi. Penting untuk dicatat bahwa POE sebanding dengan Eb / No dan merupakan bentuk rasio sinyal terhadap noise.

Dimungkinkan untuk menentukan tingkat kesalahan bit dalam kaitannya dengan kemungkinan kesalahan.

POE=12 (1-erf)EbNHai

Dimana:
erf = fungsi kesalahan
Eb = energi dalam satu bit
NHai = kepadatan spektral daya (noise dalam bandwidth 1Hz).

Penting untuk dicatat bahwa Eb / NHai adalah bentuk rasio signal to noise.

Energi per bit, Eb dapat ditentukan dengan membagi daya pembawa dengan kecepatan bit. Sebagai pengukur energi, Eb memiliki satuan Joule. NHai adalah ukuran daya (joule per detik) per Hz (detik), dan sebagai hasilnya Eb / NHai adalah istilah tak berdimensi dan dapat diekspresikan hanya sebagai rasio.

Faktor-faktor yang mempengaruhi laju kesalahan bit, BER

Hal itu terlihat dari penggunaan Eb / NHai, bahwa bit error rate, BER dapat dipengaruhi oleh beberapa faktor. Dengan memanipulasi variabel yang dapat dikontrol, dimungkinkan untuk mengoptimalkan sistem untuk memberikan tingkat kinerja yang diperlukan. Hal ini biasanya dilakukan pada tahap desain sistem transmisi data sehingga parameter kinerja dapat disesuaikan pada tahap konsep desain awal.

  • Gangguan: Tingkat interferensi yang ada dalam sistem umumnya ditetapkan oleh faktor eksternal dan tidak dapat diubah oleh desain sistem. Bagaimanapun juga dimungkinkan untuk mengatur bandwidth sistem. Dengan mengurangi bandwidth, tingkat gangguan dapat dikurangi. Namun mengurangi bandwidth membatasi throughput data yang dapat dicapai.
  • Tingkatkan daya pemancar: Dimungkinkan juga untuk meningkatkan level daya sistem sehingga daya per bit ditingkatkan. Ini harus diimbangi dengan faktor-faktor termasuk tingkat interferensi ke pengguna lain dan dampak peningkatan keluaran daya pada ukuran penguat daya dan konsumsi daya secara keseluruhan dan masa pakai baterai, dll.
  • Kurangi bandwidth: Pendekatan lain yang dapat diadopsi untuk mengurangi laju kesalahan bit adalah dengan mengurangi bandwidth. Tingkat kebisingan yang lebih rendah akan diterima dan oleh karena itu rasio sinyal terhadap kebisingan akan meningkat. Sekali lagi ini menghasilkan pengurangan throughput data yang dapat dicapai.
  • Modulasi tingkat rendah: Skema modulasi tingkat rendah dapat digunakan, tetapi hal ini mengorbankan throughput data.

Semua faktor yang tersedia perlu diseimbangkan untuk mencapai tingkat kesalahan bit yang memuaskan. Biasanya tidak mungkin untuk mencapai semua persyaratan dan beberapa trade-off diperlukan. Namun, meskipun dengan tingkat kesalahan sedikit di bawah apa yang idealnya dibutuhkan, pertukaran lebih lanjut dapat dilakukan dalam hal tingkat koreksi kesalahan yang dimasukkan ke dalam data yang sedang dikirim. Meskipun data yang lebih redundan harus dikirim dengan tingkat koreksi kesalahan yang lebih tinggi, ini dapat membantu menutupi efek kesalahan bit apa pun yang terjadi, sehingga meningkatkan tingkat kesalahan bit secara keseluruhan.

Tingkat kesalahan bit, parameter BER sering dikutip untuk banyak sistem komunikasi dan itu adalah parameter kunci yang digunakan dalam menentukan parameter tautan apa yang harus digunakan, mulai dari daya hingga jenis modulasi.


Tonton videonya: Matched Filter. 02. Excellent Question - GATE Sol. Communication. ECE (September 2021).