BER誤碼率 影響誤碼率的因素

誤碼率基礎

誤碼率（Bit error rate, BER）是用于評估傳輸數字數據的系統的關鍵參數。

適用于誤碼率的系統包括無線數據鏈路，以及光纖數據系統、以太網或任何通過噪聲、干擾和相位抖動可能導致數字信號退化的網絡進行傳輸數據的系統。雖然這些系統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。

當數據通過數據鏈路傳輸時，存在誤差被引入系統的可能性。如果在數據中引入錯誤，系統的完整性可能受到損害。因此，有必要對系統的性能進行評估，而誤碼率是實現這一目標的理想方法。

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

誤碼率BER定義與基礎

顧名思義，誤碼率被定義為傳輸系統中發生錯誤的比率。這可以直接轉化成一個一定位數的字符串中出現的錯誤的個數。誤碼率的定義可以轉化為一個簡單的公式：

如果發射機和接收機之間的傳輸介質良好，信噪比很高，那么誤碼率將非常小，可能微不足道，對整個系統沒有明顯的影響，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去。

數據信道的退化和對應的誤碼率的主要原因是，噪聲和傳播路徑的變化（當使用無線傳播路徑時）。這兩種影響對它們都有一個隨機成分：當傳播模型遵循瑞利模型時，遵循高斯概率函數的噪聲。這意味著對信道特性的分析通常采用統計分析技術進行。

對于光纖系統，比特誤差（誤碼）主要是由于構成鏈路的組件的缺陷所造成的。這些包括光驅動器、接收機、連接器和光纖本身。比特誤差也可作為可能存在的光學色散和衰減的結果被引入。另外，光接收機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，它們需要對非常小的變化作出響應，因此可能存在高噪聲電平。

比特誤差的另一個影響因素是系統中可能存在的任何相位抖動，因為這可能改變數據的采樣。

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更相關的參數。在這方面，誤碼率BER，也可以定義為錯誤概率（probability of error）或POE。確定這一點，要使用其他三個變量。他們是誤差函數--ERF，單個比特的能量--Eb，噪聲功率譜密度（1Hz帶寬時的噪聲功率）-- No。

需要注意的是，每種不同類型的調制都有其自身的誤差函數值。這是因為在噪聲存在的情況下，每種調制方式都有不同的表現。特別是，能夠實現更高數據速率的較高階調制方式（如64QAM等）面對噪聲存在的情況下魯棒性不好。低階調制方式（如BPSK、QPSK等）提供較低的數據速率，但魯棒性較強。

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，可以優化系統以提供所需的性能等級。這通常是在數據傳輸系統的設計階段進行的，以便在初始設計概念階段調整性能參數。

干擾：系統中存在的干擾電平一般由外部因素決定，不能通過系統設計改變。然而，設置系統的帶寬是可能的。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現的數據吞吐量。

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

低階調制：可以使用低階調制方案，但這是以犧牲數據吞吐量為代價的。

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。這再次降低了可達到的數據吞吐量。

為了獲得滿意的誤碼率，必須平衡所有有效因素。通常不可能達到所有的要求，需要進行一些權衡。然而，即使誤碼率低于理想的要求，還可以在傳輸的數據中引入糾錯級別。雖然需要發送更多的冗余數據并進行更高級別的糾錯，但這有助于掩蓋發生的任何比特錯誤的影響，從而提高整體誤碼率。

誤碼率BER是一個很好地標示了諸如無線或光纖系統等數據鏈路的性能的參數。在任何數據鏈路中感興趣的主要參數之一是發生錯誤的數量，誤碼率是一個關鍵參數。對BER的了解還可以使鏈路的其他特性，如功率和帶寬等進行定制，以獲得所需的性能。