เนื่องจากอัตราข้อผิดพลาดบิตเป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญในลิงก์การสื่อสารข้อมูล ไม่ว่าจะเป็นแบบมีสายหรือไร้สาย จึงมีความสำคัญที่จะต้องสามารถระบุอัตราข้อผิดพลาดบิตของระบบใดๆ ได้อย่างง่ายดายและแม่นยำ

อัตราข้อผิดพลาดของบิตมีความเกี่ยวข้องกับระบบไร้สายและวิทยุหลายระบบ แต่ยังใช้ในอุตสาหกรรมโทรคมนาคมด้วยเช่นกัน ซึ่งใช้ในการกำหนดประสิทธิภาพของลิงก์ข้อมูล รวมถึงระบบใยแก้วนำแสงและลิงก์แบบมีสายอื่นๆ ด้วยเช่นกัน

ด้วยความสำคัญดังกล่าว การทดสอบจึงเป็นสิ่งสำคัญ เครื่องทดสอบอัตราความผิดพลาดบิตจึงถูกนำมาใช้เพื่อให้สามารถทำการทดสอบนี้ได้

ภาพรวมการทดสอบอัตราข้อผิดพลาดบิต

ต่างจากการทดสอบรูปแบบอื่นๆ มากมาย อัตราข้อผิดพลาดของบิต BER จะวัดประสิทธิภาพการทำงานแบบครบวงจรของระบบ ซึ่งรวมถึงเครื่องส่ง เครื่องรับ และตัวกลางระหว่างทั้งสอง

ด้วยวิธีนี้ อัตราข้อผิดพลาดบิตหรือ BER ช่วยให้สามารถทดสอบประสิทธิภาพการทำงานของระบบจริงได้ แทนที่จะทดสอบชิ้นส่วนประกอบและหวังว่ามันจะทำงานได้อย่างน่าพอใจเมื่อติดตั้งใช้งาน

เพื่อให้สามารถวัดอัตราความผิดพลาดบิตได้อย่างง่ายดายและรวดเร็ว จึงมีเครื่องทดสอบอัตราความผิดพลาดบิตให้เลือกหลากหลายรุ่นจากผู้ผลิตหลายราย เครื่องทดสอบแต่ละรุ่นมีข้อดีและข้อเสียแตกต่างกัน

การทดสอบอัตราข้อผิดพลาดบิต

แนวคิดพื้นฐานเบื้องหลังการทดสอบอัตราความผิดพลาดบิตนั้นค่อนข้างตรงไปตรงมา สตรีมข้อมูลจะถูกส่งผ่านช่องทางการสื่อสาร ไม่ว่าจะเป็นลิงก์วิทยุ ลิงก์ใยแก้วนำแสง หรือช่องทางอื่นๆ และสตรีมข้อมูลที่ได้จะถูกเปรียบเทียบกับสตรีมข้อมูลต้นฉบับ การเปลี่ยนแปลงใดๆ จะถูกบันทึกเป็นข้อผิดพลาดของข้อมูลและบันทึกไว้ ข้อมูลนี้จะช่วยกำหนดอัตราความผิดพลาดบิตได้

แนวคิดพื้นฐานของการทดสอบอัตราความผิดพลาดบิตนั้นตรงไปตรงมา แต่การนำไปใช้จริงนั้นต้องใช้ความคิดมากขึ้นอีกเล็กน้อย และไม่ง่ายอย่างที่คิด มีหลายประเด็นที่ต้องแก้ไข

เนื่องจากความคลาดเคลื่อนของข้อมูลเกิดขึ้นแบบสุ่ม จึงอาจต้องใช้เวลาสักพักกว่าจะได้ค่าที่อ่านได้อย่างแม่นยำโดยใช้ข้อมูลปกติ เพื่อลดระยะเวลาที่ใช้ในการวัด จึงสามารถใช้ลำดับข้อมูลแบบสุ่มเทียมได้

เพื่อขยายเหตุผลในการใช้ลำดับสุ่มเทียม ให้ยกตัวอย่างการเชื่อมโยงข้อมูลทั่วไป เพื่อวัดจำนวนข้อผิดพลาดที่เกิดขึ้นอย่างง่าย สามารถใช้ตัวตรวจจับข้อผิดพลาดที่เปรียบเทียบข้อมูลที่ส่งและรับ แล้วนับจำนวนข้อผิดพลาด หากตรวจพบข้อผิดพลาดหนึ่งรายการขณะส่งข้อมูล 10 x 12 บิต การประมาณค่าแรกอาจเท่ากับอัตราข้อผิดพลาด 1 ใน 10 x 12แต่ไม่ได้เป็นเช่นนั้นเมื่อพิจารณาจากลักษณะสุ่มของข้อผิดพลาดที่อาจเกิดขึ้น ในทางทฤษฎี ควรส่งบิตจำนวนอนันต์เพื่อพิสูจน์อัตราข้อผิดพลาดที่แท้จริง แต่เห็นได้ชัดว่าไม่สามารถทำได้

เนื่องจากอัตราความผิดพลาดลดลง จึงทำให้การวัดใช้เวลานานขึ้นหากต้องการความแม่นยำในระดับหนึ่ง สำหรับ Gigabit Ethernet ที่ระบุอัตราความผิดพลาดน้อยกว่า 1 ใน 10^12 เวลาที่ใช้ในการส่งข้อมูล 10^12 บิตคือ 13.33 นาที เพื่อให้ได้ระดับความเชื่อมั่นที่เหมาะสมเกี่ยวกับอัตราความผิดพลาดบิต ควรส่งข้อมูลประมาณ 100 เท่าของจำนวนนี้ ซึ่งจะใช้เวลาประมาณ 1333 นาที หรือประมาณ 22.2 ชั่วโมง

เห็นได้ชัดว่าการวัดที่ใช้เวลานานขนาดนี้ไม่สะดวก ดังนั้น เพื่อช่วยให้การวัดเร็วขึ้น จึงมีการใช้เทคนิคทางคณิตศาสตร์ และข้อมูลที่ส่งในการทดสอบจะถูกสุ่มให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ โดยใช้รหัสสุ่มเทียมที่สร้างขึ้นภายในเครื่องทดสอบอัตราความผิดพลาดบิต ซึ่งจะช่วยลดเวลาที่ใช้ไป แต่ยังคงสามารถวัดผลได้อย่างแม่นยำ

การจำลองระบบสำหรับการทดสอบ BER

นอกจากการใช้แหล่งข้อมูลแบบสุ่มเทียมแล้ว มักจำเป็นต้องจำลองเส้นทางการส่งข้อมูลด้วย ด้วยวิธีนี้ การทดสอบ BER จึงสามารถดำเนินการได้ในห้องปฏิบัติการโดยมีเครื่องส่งและเครื่องรับอยู่ใกล้กัน การจำลองเส้นทางการส่งข้อมูลจำเป็นต้องตั้งค่า "สื่อกลาง" ที่เป็นตัวแทนของเส้นทางการส่งข้อมูลจริงที่จะใช้ สำหรับการส่งสัญญาณวิทยุ ซึ่งรวมถึงสัญญาณรบกวนและการเฟดสัญญาณแบบแพร่กระจาย

• สัญญาณรบกวน:  สัญญาณรบกวนในเส้นทางวิทยุมาจากหลายแหล่ง สัญญาณรบกวนอาจเกิดขึ้นจากภายนอกระบบอิเล็กทรอนิกส์เองและมาในรูปแบบของสัญญาณรบกวนที่ได้รับ หรืออาจเกิดขึ้นภายใน โดยส่วนใหญ่มักเป็นสัญญาณรบกวนที่ด้านหน้าของเครื่องรับ สัญญาณรบกวนจากเครื่องรับจะยังคงมีอยู่ไม่ว่าระบบจะอยู่ในสภาวะจำลองหรือสภาพแวดล้อมจริงก็ตามสามารถจำลองสัญญาณรบกวนที่เหลือและส่งไปยังตัวรับได้โดยใช้เครื่องกำเนิดไดโอดสัญญาณรบกวน

• ลักษณะการเฟดดิ้งสำหรับระบบสื่อสารวิทยุ:  ลักษณะการเฟดดิ้งของช่องสัญญาณนั้นใช้ได้จริงกับระบบวิทยุเท่านั้น การจำลองลักษณะการเฟดดิ้งในชีวิตจริงให้สมจริงที่สุดเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่ง เนื่องจากสัญญาณมีการเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลาอันเป็นผลมาจากปัจจัยหลายประการ จึงจำเป็นต้องจำลองสิ่งนี้ เพื่อให้บรรลุสิ่งนี้สำหรับการเชื่อมต่อวิทยุ จำเป็นต้องใช้เครื่องจำลองการเฟดดิ้งที่เพิ่มลักษณะการเฟดดิ้งแบบเรย์ลีห์ให้กับสัญญาณ เครื่องจำลองการเฟดดิ้งที่ซับซ้อนอาจใช้หลายช่องสัญญาณพร้อมการหน่วงเวลาที่แปรผันเพื่อจำลองสภาพเส้นทางที่เปลี่ยนแปลง แม้ว่าเครื่องจำลองการเฟดดิ้งจะเป็นอุปกรณ์ทดสอบที่ซับซ้อน แต่ก็สามารถให้สื่อกลางที่สมจริงสำหรับการทดสอบอัตราความผิดพลาดของบิต (BER) ภายในห้องปฏิบัติการ

ข้อควรระวังหลักประการหนึ่งในการทดสอบ BER บนระบบวิทยุในห้องปฏิบัติการคือการตรวจสอบให้แน่ใจว่าสัญญาณที่ส่งออกไปไม่มีการรั่วไหลเข้าสู่เครื่องรับโดยตรงและหลีกเลี่ยงการผ่านเครื่องจำลองการเฟด หากกำลังส่งค่อนข้างสูง จะทำให้การคัดกรองสัญญาณในระดับที่เหมาะสมเป็นเรื่องยาก และการทดสอบบางส่วนอาจไม่ถูกต้อง ต้องใช้ความระมัดระวังอย่างยิ่งเพื่อให้แน่ใจว่าสัญญาณทั้งหมดเดินทางผ่านเครื่องจำลองการเฟด อาจต้องใช้การคัดกรองในระดับที่มากพอสมควร ในบางกรณีอาจใช้ห้องที่มีระบบคัดกรอง

การทดสอบอัตราความผิดพลาดบิตเป็นรูปแบบการทดสอบที่สำคัญสำหรับการเชื่อมต่อข้อมูลการสื่อสารหรือโทรคมนาคมใดๆ การทดสอบนี้กำหนดปัจจัยสำคัญที่สุดประการหนึ่งในแง่ของประสิทธิภาพ บ่อยครั้งที่เครื่องทดสอบอัตราความผิดพลาดบิตถูกนำไปใช้ร่วมกับอุปกรณ์ทดสอบอื่นๆ เมื่อจำเป็นต้องจำลองการเชื่อมต่อที่มีปัญหา สำหรับระบบวิทยุ เครื่องทดสอบอัตราความผิดพลาดบิตอาจใช้ร่วมกับเครื่องจำลองการเฟดช่องสัญญาณ เป็นต้น