誤碼率基礎(chǔ)

誤碼率（Bit error rate, BER）是用于評(píng)估傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)。

適用于誤碼率的系統(tǒng)包括無線數(shù)據(jù)鏈路，以及光纖數(shù)據(jù)系統(tǒng)、以太網(wǎng)或任何通過噪聲、干擾和相位抖動(dòng)可能導(dǎo)致數(shù)字信號(hào)退化的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。雖然這些系統(tǒng)的工作方式和誤碼率的影響方式有所不同，但誤碼率本身的基本原理仍然是相同的。

當(dāng)數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)鏈路傳輸時(shí)，存在誤差被引入系統(tǒng)的可能性。如果在數(shù)據(jù)中引入錯(cuò)誤，系統(tǒng)的完整性可能受到損害。因此，有必要對(duì)系統(tǒng)的性能進(jìn)行評(píng)估，而誤碼率是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的理想方法。

與許多其他評(píng)估方法不同，誤碼率評(píng)估系統(tǒng)的端到端性能，包括發(fā)射機(jī)、接收機(jī)和兩者之間的傳輸介質(zhì)。憑借這種方式，誤碼率使得運(yùn)行中系統(tǒng)的實(shí)際性能可以被測試，而不是只測試系統(tǒng)組件部分并希望他們將在系統(tǒng)中運(yùn)行正常。

誤碼率BER定義與基礎(chǔ)

顧名思義，誤碼率被定義為傳輸系統(tǒng)中發(fā)生錯(cuò)誤的比率。這可以直接轉(zhuǎn)化成一個(gè)一定位數(shù)的字符串中出現(xiàn)的錯(cuò)誤的個(gè)數(shù)。誤碼率的定義可以轉(zhuǎn)化為一個(gè)簡單的公式：

如果發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的傳輸介質(zhì)良好，信噪比很高，那么誤碼率將非常小，可能微不足道，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)沒有明顯的影響，但是，如果可以檢測到噪聲，那么就有可能需要把誤碼率考慮進(jìn)去。

數(shù)據(jù)信道的退化和對(duì)應(yīng)的誤碼率的主要原因是，噪聲和傳播路徑的變化（當(dāng)使用無線傳播路徑時(shí)）。這兩種影響對(duì)它們都有一個(gè)隨機(jī)成分：當(dāng)傳播模型遵循瑞利模型時(shí)，遵循高斯概率函數(shù)的噪聲。這意味著對(duì)信道特性的分析通常采用統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)進(jìn)行。

對(duì)于光纖系統(tǒng)，比特誤差（誤碼）主要是由于構(gòu)成鏈路的組件的缺陷所造成的。這些包括光驅(qū)動(dòng)器、接收機(jī)、連接器和光纖本身。比特誤差也可作為可能存在的光學(xué)色散和衰減的結(jié)果被引入。另外，光接收機(jī)本身也可能引入噪聲。典型的可能是光電二極管（光探測器）和放大器，它們需要對(duì)非常小的變化作出響應(yīng)，因此可能存在高噪聲電平。

比特誤差的另一個(gè)影響因素是系統(tǒng)中可能存在的任何相位抖動(dòng)，因?yàn)檫@可能改變數(shù)據(jù)的采樣。

誤碼率與Eb/No

信噪比SNR和Eb/No值是與無線鏈路和無線通信系統(tǒng)更相關(guān)的參數(shù)。在這方面，誤碼率BER，也可以定義為錯(cuò)誤概率（probability of error）或POE。確定這一點(diǎn)，要使用其他三個(gè)變量。他們是誤差函數(shù)--ERF，單個(gè)比特的能量--Eb，噪聲功率譜密度（1Hz帶寬時(shí)的噪聲功率）-- No。

需要注意的是，每種不同類型的調(diào)制都有其自身的誤差函數(shù)值。這是因?yàn)樵谠肼暣嬖诘那闆r下，每種調(diào)制方式都有不同的表現(xiàn)。特別是，能夠?qū)崿F(xiàn)更高數(shù)據(jù)速率的較高階調(diào)制方式（如64QAM等）面對(duì)噪聲存在的情況下魯棒性不好。低階調(diào)制方式（如BPSK、QPSK等）提供較低的數(shù)據(jù)速率，但魯棒性較強(qiáng)。

每比特能量Eb，可以通過將載波功率除以比特率來確定，是以焦耳為尺寸對(duì)能量的度量。No是每赫茲功率，因此是功率（焦耳/秒）為尺寸除以秒。從尺寸比的角度來看Eb/No，所有尺寸都抵消了成為無量綱比。需要注意的是，POE與Eb/No成正比，是信噪比的一種形式。

影響誤碼率的因素

從使用Eb/No可以看出，誤碼率受多種因素的影響。通過操縱可以控制的變量，可以優(yōu)化系統(tǒng)以提供所需的性能等級(jí)。這通常是在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)階段進(jìn)行的，以便在初始設(shè)計(jì)概念階段調(diào)整性能參數(shù)。

干擾：系統(tǒng)中存在的干擾電平一般由外部因素決定，不能通過系統(tǒng)設(shè)計(jì)改變。然而，設(shè)置系統(tǒng)的帶寬是可能的。通過減少帶寬可以降低干擾的水平。然而，減少帶寬限制了可以實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)吞吐量。

增加發(fā)射機(jī)功率：也可以增加系統(tǒng)的功率電平，從而提高每比特的功率。這必須與包括對(duì)其他用戶的干擾電平在內(nèi)的因素相平衡，以及增加功率輸出對(duì)功率放大器的大小和整體功耗和電池壽命等的影響。

低階調(diào)制：可以使用低階調(diào)制方案，但這是以犧牲數(shù)據(jù)吞吐量為代價(jià)的。

減少帶寬：另一種可以用來降低誤碼率的方法是減少帶寬。更低的噪聲電平將被接收，因此信噪比將得到改善。這再次降低了可達(dá)到的數(shù)據(jù)吞吐量。

為了獲得滿意的誤碼率，必須平衡所有有效因素。通常不可能達(dá)到所有的要求，需要進(jìn)行一些權(quán)衡。然而，即使誤碼率低于理想的要求，還可以在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)中引入糾錯(cuò)級(jí)別。雖然需要發(fā)送更多的冗余數(shù)據(jù)并進(jìn)行更高級(jí)別的糾錯(cuò)，但這有助于掩蓋發(fā)生的任何比特錯(cuò)誤的影響，從而提高整體誤碼率。

誤碼率BER是一個(gè)很好地標(biāo)示了諸如無線或光纖系統(tǒng)等數(shù)據(jù)鏈路的性能的參數(shù)。在任何數(shù)據(jù)鏈路中感興趣的主要參數(shù)之一是發(fā)生錯(cuò)誤的數(shù)量，誤碼率是一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。對(duì)BER的了解還可以使鏈路的其他特性，如功率和帶寬等進(jìn)行定制，以獲得所需的性能。