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Tasa de error de bits

En la transmisión digital , el número de errores de bits es el número de bits recibidos de un flujo de datos a través de un canal de comunicación que han sido alterados debido a ruido , interferencia , distorsión o errores de sincronización de bits .

La tasa de error de bit ( BER ) es el número de errores de bit por unidad de tiempo. La razón de error de bit (también BER ) es el número de errores de bit dividido por el número total de bits transferidos durante un intervalo de tiempo estudiado. La razón de error de bit es una medida de rendimiento sin unidades, a menudo expresada como un porcentaje . [1]

La probabilidad de error de bit p e es el valor esperado de la tasa de error de bit. La tasa de error de bit puede considerarse como una estimación aproximada de la probabilidad de error de bit. Esta estimación es precisa para un intervalo de tiempo largo y una gran cantidad de errores de bit.

Ejemplo

A modo de ejemplo, supongamos esta secuencia de bits transmitida:

1 1 0 0 0 1 0 1 1

y la siguiente secuencia de bits recibida:

0 1 0 1 0 1 0 0 1,

El número de errores de bits (los bits subrayados) es, en este caso, 3. La BER son 3 bits incorrectos divididos por 9 bits transferidos, lo que da como resultado una BER de 0,333 o 33,3%.

Relación de errores de paquetes

La tasa de error de paquete (PER) es el número de paquetes de datos recibidos incorrectamente dividido por el número total de paquetes recibidos. Un paquete se declara incorrecto si al menos un bit es erróneo. El valor esperado de la PER se denota como probabilidad de error de paquete p p , que para una longitud de paquete de datos de N bits se puede expresar como

,

Suponiendo que los errores de bit son independientes entre sí, para probabilidades de error de bit pequeñas y paquetes de datos grandes, esto es aproximadamente

Se pueden realizar mediciones similares para la transmisión de tramas , bloques o símbolos .

La expresión anterior se puede reorganizar para expresar la BER correspondiente ( p e ) como una función de la PER ( p p ) y la longitud del paquete de datos N en bits:

Factores que afectan el BER

En un sistema de comunicación, la BER del lado receptor puede verse afectada por ruido del canal de transmisión , interferencia , distorsión , problemas de sincronización de bits , atenuación , desvanecimiento por trayectos múltiples inalámbricos , etc.

La BER se puede mejorar eligiendo una intensidad de señal fuerte (a menos que esto cause diafonía y más errores de bits), eligiendo un esquema de modulación lento y robusto o un esquema de codificación de línea , y aplicando esquemas de codificación de canal como códigos de corrección de errores de avance redundantes .

La BER de transmisión es el número de bits detectados que son incorrectos antes de la corrección de errores, dividido por el número total de bits transferidos (incluidos los códigos de error redundantes). La BER de información , aproximadamente igual a la probabilidad de error de decodificación , es el número de bits decodificados que siguen siendo incorrectos después de la corrección de errores, dividido por el número total de bits decodificados (la información útil). Normalmente, la BER de transmisión es mayor que la BER de información. La BER de información se ve afectada por la intensidad del código de corrección de errores de avance.

Análisis del BER

La BER puede evaluarse mediante simulaciones estocásticas por ordenador ( Monte Carlo ). Si se supone un modelo de canal de transmisión y un modelo de fuente de datos simples , la BER también puede calcularse analíticamente. Un ejemplo de este tipo de modelo de fuente de datos es la fuente de Bernoulli .

Ejemplos de modelos de canales simples utilizados en la teoría de la información son:

El peor escenario posible es un canal completamente aleatorio, donde el ruido domina totalmente la señal útil. Esto da como resultado una tasa de error de transmisión del 50 % (siempre que se suponga una fuente de datos binaria de Bernoulli y un canal binario simétrico, véase más adelante).

Curvas de tasa de error de bits para BPSK , QPSK , 8-PSK y 16-PSK, canal AWGN .
Comparación de BER entre BPSK y BPSK codificado diferencialmente con codificación gray operando en ruido blanco.

En un canal ruidoso, la BER a menudo se expresa como una función de la medida de relación portadora-ruido normalizada denominada Eb/N0 (relación entre energía por bit y densidad espectral de potencia de ruido), o Es/N0 (relación entre energía por símbolo de modulación y densidad espectral de ruido).

Por ejemplo, en el caso de modulación BPSK y canal AWGN, la BER en función de Eb/N0 viene dada por:

,

donde . [2]

La gente suele trazar las curvas BER para describir el rendimiento de un sistema de comunicación digital. En la comunicación óptica, se suele utilizar BER(dB) vs. Potencia recibida (dBm); mientras que en la comunicación inalámbrica, se utiliza BER(dB) vs. SNR(dB).

La medición de la tasa de errores de bits ayuda a las personas a elegir los códigos de corrección de errores de avance adecuados . Dado que la mayoría de estos códigos solo corrigen cambios de bits, pero no inserciones ni eliminaciones de bits, la métrica de distancia de Hamming es la forma adecuada de medir la cantidad de errores de bits. Muchos codificadores FEC también miden continuamente la tasa de errores de bits actual.

Una forma más general de medir la cantidad de errores de bits es la distancia de Levenshtein . La medición de la distancia de Levenshtein es más apropiada para medir el rendimiento del canal sin procesar antes de la sincronización de tramas y cuando se utilizan códigos de corrección de errores diseñados para corregir inserciones y eliminaciones de bits, como los códigos de marcador y los códigos de marca de agua. [3]

Borrador matemático

La BER es la probabilidad de una mala interpretación de bits debido al ruido eléctrico . Considerando una transmisión NRZ bipolar, tenemos

para un "1" y para un "0". Cada uno de y tiene un período de .

Sabiendo que el ruido tiene una densidad espectral bilateral ,

es

y es .

Volviendo a BER, tenemos la posibilidad de una pequeña mala interpretación .

y

donde es el umbral de decisión, establecido en 0 cuando .

Podemos utilizar la energía promedio de la señal para encontrar la expresión final:

±§

Prueba de tasa de error de bits

BERT o prueba de tasa de error de bits es un método de prueba para circuitos de comunicación digital que utiliza patrones de estrés predeterminados que consisten en una secuencia de unos y ceros lógicos generados por un generador de patrones de prueba.

Un BERT consta típicamente de un generador de patrones de prueba y un receptor que se puede configurar para que utilice el mismo patrón. Se pueden utilizar en pares, uno en cada extremo de un enlace de transmisión, o individualmente en un extremo con un bucle de retorno en el extremo remoto. Los BERT son típicamente instrumentos especializados independientes, pero pueden estar basados ​​en computadoras personales . En uso, el número de errores, si los hay, se cuenta y se presenta como una proporción como 1 en 1.000.000 o 1 en 1e06.

Tipos comunes de patrones de estrés BERT

Comprobador de tasa de error de bits

Un comprobador de tasa de error de bits (BERT), también conocido como "probador de relación de error de bits" [4] o solución de prueba de tasa de error de bits (BERT), es un equipo de prueba electrónico utilizado para probar la calidad de la transmisión de señales de componentes individuales o sistemas completos.

Los principales componentes de un BERT son:

Véase también

Referencias

  1. ^ Jit Lim (14 de diciembre de 2010). "¿BER es la tasa de error de bits o la proporción de errores de bits?". EDN . Consultado el 14 de octubre de 2024 .
  2. ^ Cálculo de BER, Vahid Meghdadi, Université de Limoges, enero de 2008
  3. ^ "Teclados y canales encubiertos" de Gaurav Shah, Andres Molina y Matt Blaze (2006?)
  4. ^ "Prueba de tasa de error de bits: prueba BER BERT » Notas de electrónica" www.electronics-notes.com . Consultado el 11 de abril de 2020 .

Dominio público Este artículo incorpora material de dominio público de la Norma Federal 1037C. Administración de Servicios Generales . Archivado desde el original el 22 de enero de 2022. (en apoyo de MIL-STD-188 ).

Enlaces externos