BER

Często mówi się, że BER, czyli Bit Error Rate, jest najważniejszym parametrem określającym jakość transmitowanego sygnału cyfrowego. Nie ważne czy jest to transmisja naziemna, kablowa czy satelitarna – dla wszystkich tych transmisji są określone wartości parametru BER. Chyba w zasadzie każdy miernik sygnału potrafi oszacować ten parametr. Czy jednak zawsze wiemy co tak właściwie miernik sygnału pokazuje? Czy BER zawsze jest dobrym wskaźnikiem jakości transmisji? Być może lektura niniejszego wpisu chociaż w niewielkiej części przybliży istotę problemu.

Czym jest BER?

Skrót BER, tak jak wyżej napisałem, można rozszyfrować jako Bit Error Rate, co po spolszczeniu można nazwać bitową stopą błędów lub pewnie zupełnie inaczej – nieważne. Ważne jest to co określa ten parametr: jest to ilość przekłamanych bitów w stosunku do całkowitej ilości przesłanych bitów. Z definicji jest to zatem pewien ułamek, którego wartość jest tym lepsza, im mniejszy on jest. Z uwagi na fakt, że wartości tego parametru są naprawdę małe do zapisu tego parametru zazwyczaj nie stosuje się ułamków dziesiętnych ale w notacji naukowej. Dla przykładu wartość 0,001 w tej notacji zapisuje się jako 1E-3, czyli 1*10^-3. Wartość 4,5E-4 to 4,5*10^-4. I już wiadomo o co chodzi. Przy BER najczęściej nie patrzy się na dokładną wartość liczbową tego parametru tylko na rząd wielkości i w tym przypadku najważniejsze jest to co jest zapisane zaraz za symbolem E w notacji. Im mniejsza to liczba (wraz ze znakiem) tym lepiej.

W różnych publikacjach często jest napisane, że wartością krytyczną BER dla sygnału cyfrowego jest 1E-3. Oznacza to tyle, że przy takiej wartości BER sygnał jest na granicy odbioru. Czy tak naprawdę jest to do końca prawdą? W pewnym uproszczeniu tak, ale nie zawsze. Spójrzmy na chwilę na poniższy diagram blokowy. Oraz przeanalizujmy jako to wygląda dla transmisji satelitarnych.

Jak widać BER, w przypadku DVB-S może być mierzony w paru miejscach:

• przed korekcją Viterbi (Pre-Viterbi bit error ratio),
• przed korekcją Reed-Solomon (Pre-Reed-Solomon bit error ratio),
• po korekcji Reed-Solomon (Post-Reed-Solomon bit error ratio).

Z punktu pomiarów sygnału najbardziej interesującym miejscem do pomiarów BER jest pomiar tej wielkości przed korekcją Viterbi. Czasami ten BER określa się jako Channel BER. Użyteczne wartości dla tego parametru to 1E-4 do 1E-2. Oznacza to, że każdy dziesięciotysięczny do każdego co setnego bitu jest przekłamany. Niestety korekcja Viterbi nie potrafi skorygować wszystkich błędów  – i tak jak już wcześniej wspomniałem – używana jest korekcja Reed-Solomon. Wartością krytyczną dla tej korekcji jest BER równy 1E-4. Jeśli wartość BER jest niższa – korekcja RS potrafi skorygować wszystkie błędy. Definiuje się pojęcie QEF, czyli quasi-error-free, czyli BER<1E-11, czyli innymi słowy około jeden przekłamany bit na godzinę transmisji.

Tak więc krytycznie podchodząc do pomiaru BER, oprócz podania samej wartości parametru powinno się mówić, w którym miejscu zmierzono ten parametr. Tak więc w czym jest problem? Problemów jest sporo, szczególnie z tańszymi miernikami. Nie wiedzieć czemu producenci tworząc instrukcje obsługi do mierników czy analizatorów sygnału często zapominają napisać wiele bardzo ciekawych rzeczy. Pierwszą z nich wspomniany wcześniej fakt, że z punktu pomiarów BER można mierzyć w dwóch miejscach. Dla przykładu, w karcie katalogowej analizatora Telemann 1680S2 wyraźnie jest napisane, że sprzęt ten mierzy BER właśnie w tych dwóch miejscach. Dla Satlook Micro+ G2 w instrukcji jest tylko napisane, że BER powinien mieć wartość poniżej 1E-4… W przypadku niektórych mierników większość wartości wyświetlanych przez miernik nie jest kalibrowana. Oznacza to tyle, że każde dwa mierniki nawet z tej samej serii mogą wyświetlać nieco inne wyniki pomiarów. W praktyce używanie takiego miernika ogranicza się do ustawienia systemu na maksimum wartości mierzonych parametrów. Z kolejnej strony problemem może być to, że czasami producenci niechętnie przyznają się do tego faktu i tak właściwie nie mając sprzętu referencyjnego i kilku mierników samemu ciężko jest stwierdzić co tak właściwie wskazuje miernik… Czasami także producenci tańszych konstrukcji stosują pewną sztuczkę. Polega ona na tym, że wiadome są teoretyczne zależności pomiędzy poszczególnymi parametrami. I tak C/N można obliczyć mierząc SNR a BER można wyliczyć z C/N.

O takich zabiegach także producenci niechętnie mówią…

No dobrze – w przytoczonym tekście przykład pomiaru BER podany był dla DVB-S. Jak sprawa wygląda dla innych typów transmisji. Generalnie dość podobnie. Różnica polega np. na tym, że w przypadku DVB-C nie stosuje się korekcji Viterbi…

Na koniec taki mały offtopic. Mamy tyle różnych wielkości opisujących jakość sygnału, począwszy od jego poziomu, poprzez C/N i SNR po BER, MER i inne. Czy potrzebujemy ich wszystkich? Zdecydowanie tak. Dla przykładu patrzenie tylko na poziom sygnału i C/N może być zgubne w skutkach. Można sztucznie wygenerować sygnał, który będzie miał super C/N, ale będzie kompletnie bezużyteczny. Tak samo istnieją przypadki, w których sygnał ma znakomity MER, a paskudny BER. Wszystkie te mierzone wielkości mają swoje ograniczenia. Posiadając pewną wiedzę o nich dość szybko i sprawnie można zdiagnozować problem. Jak widać samo posiadanie nawet dobrego sprzętu nie gwarantuje sukcesu.