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HFTA-010.0：物理层性能：测试误码比(BER)
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2009-01-22
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所有数字通信系统物理层的根本功能是以最快的速度，在介质(例如，铜缆、光纤，以及自由空间等)上尽可能正确无误地传送数据。因此，对物理层性能的两类基本测量包括数据被传送的速率(数据速率)，以及数据到达信宿时的完整性。数据完整性的主要测量标准是误码比，即BER。
本文回顾电信和数据通信协议最普遍的BER要求，简要介绍用于测试BER性能的设备，以及怎样在测试时间和BER置信度上达到平衡。
1. BER规范
数字通信系统的BER可以定义为任意比特通过系统传输后，接收时出现错误的概率，例如，发送“1”，接收到的却是“0”，反之亦然。在实际测试中，系统传输一定数量的比特，对接收到的错误比特进行计数，从而测量BER。接收到的错误比特数与传输的比特总数之比便是BER。随着传输比特总数的增加，BER估算精度也随之提高。极限情况下，发送的比特数接近无限时，BER是对真实误码概率的最佳估算。
在某些材料中，BER是指误码率，而不是误码比。真实系统中出现的大部分错误比特主要来自随机噪声，因此，它是随机出现的，而不是均匀分布的概率。BER是通过对错误比特和传送比特之比进行估算而得到的。出于这些原因，使用“比”来代替“率”更准确一些。
系统中被传输比特的不同排列顺序(例如，数据码型)，会导致出现不同的误码数量。例如，含有长串连续同样数字(CID)的码型低频分量很大，可能会超出系统通带范围，导致信号出现确定性抖动和其他失真。这些与码型有关的效应会增大或者减小误码出现的概率。这意味着当使用不同的数据码型来测试BER时，有可能获得不同的结果。码型相关效应的详细分析已经超出了本文的讨论范围，但是应对BER规范和测试结果与数据码型有关这一现象有足够的重视。
大部分数字通信协议要求BER性能要达到两个级别之一。SONET等电信协议使用较长的伪随机码，一般要求BER是每10个比特出现一个误码(即，BER = 1/1010 = 10-10)。而光纤通道和以太网等数据通信协议通常使用较短的码型，要求BER优于10-12。在某些情况下，系统规范要求BER达到10-16，甚至更低。
需要指出的是，BER实际上是统计平均值，因此，它在足够多的比特情况下才有意义。例如，在一组1010比特之内可能会出现一个以上的误码，但是当传送的比特总数远远大于1010时，仍然会满足10-10 BER规范。在后续的比特流中，如果每1010个比特误码数少于1个，就可能出现这种情况。或者，在一组1010比特中没有误码，而在后续比特流中误码较多，仍有可能达不到10-10标准。考虑到这些例子，很明显，规定BER优于10-10的系统必须传送远远多于1010比特的数据来进行测试，才能得到精确、可重复的测量结果。一个自然而又常见的问题是“我需要在系统中传送多少比特才能说明BER是可信的？”第三节给出了这一问题的答案。
本文回顾电信和数据通信协议最普遍的BER要求，简要介绍用于测试BER性能的设备，以及怎样在测试时间和BER置信度上达到平衡。
1. BER规范
数字通信系统的BER可以定义为任意比特通过系统传输后，接收时出现错误的概率，例如，发送“1”，接收到的却是“0”，反之亦然。在实际测试中，系统传输一定数量的比特，对接收到的错误比特进行计数，从而测量BER。接收到的错误比特数与传输的比特总数之比便是BER。随着传输比特总数的增加，BER估算精度也随之提高。极限情况下，发送的比特数接近无限时，BER是对真实误码概率的最佳估算。
在某些材料中，BER是指误码率，而不是误码比。真实系统中出现的大部分错误比特主要来自随机噪声，因此，它是随机出现的，而不是均匀分布的概率。BER是通过对错误比特和传送比特之比进行估算而得到的。出于这些原因，使用“比”来代替“率”更准确一些。
系统中被传输比特的不同排列顺序(例如，数据码型)，会导致出现不同的误码数量。例如，含有长串连续同样数字(CID)的码型低频分量很大，可能会超出系统通带范围，导致信号出现确定性抖动和其他失真。这些与码型有关的效应会增大或者减小误码出现的概率。这意味着当使用不同的数据码型来测试BER时，有可能获得不同的结果。码型相关效应的详细分析已经超出了本文的讨论范围，但是应对BER规范和测试结果与数据码型有关这一现象有足够的重视。
大部分数字通信协议要求BER性能要达到两个级别之一。SONET等电信协议使用较长的伪随机码，一般要求BER是每10个比特出现一个误码(即，BER = 1/1010 = 10-10)。而光纤通道和以太网等数据通信协议通常使用较短的码型，要求BER优于10-12。在某些情况下，系统规范要求BER达到10-16，甚至更低。
需要指出的是，BER实际上是统计平均值，因此，它在足够多的比特情况下才有意义。例如，在一组1010比特之内可能会出现一个以上的误码，但是当传送的比特总数远远大于1010时，仍然会满足10-10 BER规范。在后续的比特流中，如果每1010个比特误码数少于1个，就可能出现这种情况。或者，在一组1010比特中没有误码，而在后续比特流中误码较多，仍有可能达不到10-10标准。考虑到这些例子，很明显，规定BER优于10-10的系统必须传送远远多于1010比特的数据来进行测试，才能得到精确、可重复的测量结果。一个自然而又常见的问题是“我需要在系统中传送多少比特才能说明BER是可信的？”第三节给出了这一问题的答案。
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