Skip to main content
TM 839
SECURITY REPORT 170
satpraxis 2022
now 33 2022
1 Νοεμβρίου 2010 02:00

FEC – BER – Bitrate – Symbol rate

Οι έννοιες της δορυφορικής μετάδοσης

Γράφει: Αργύρης Νομικός

Featured | Παρακάτω θα μιλήσουμε για τις έννοιες που συναντάμε διαρκώς στη συναναστροφή μας με τη δορυφορική τηλεόραση. Οι έννοιες αυτές καθορίζουν κατά πολύ την ποιότητα του ψηφιακού σήματος και η κατανόησή τους βοηθάει στην καλύτερη αντίληψη της δορυφορικής μετάδοσης.

Ο θόρυβος στην ψηφιακή τηλεόραση σε σχέση με το θόρυβο της αναλογικής, έχει τεράστια διαφορά, αφού η βασικότερη πηγή “ψηφιακού θορύβου”, είναι η πιθανότητα εμφάνισης σφάλματος στα μεταδιδόμενα bits. Ως γνωστόν, το ψηφιακό σήμα μεταδίδεται με συνδυασμούς των bits 0 και 1, που αντιπροσωπεύουν στην πραγματικότητα δύο διαφορετικές τάσεις. Οι συνδυασμοί αυτών των δύο τάσεων, δημιουργούν το bitstream της πληροφορίας. Ο θόρυβος σε αυτήν την πληροφορία έχει ως αποτέλεσμα ένα 0 να εκληφθεί σαν 1 (ή αντίστροφα) και αυτό δημιουργεί το σφάλμα (error). Είναι λογικό ότι όσο ισχυρότερο είναι το σήμα, τόσο λιγότερα σφάλματα εμφανίζει, αφού λόγω ισχύος επηρεάζεται λιγότερο από εξωγενείς παράγοντες. Παρόλα αυτά, τα σφάλματα του ψηφιακού τηλεοπτικού σήματος είναι πολλά και γι αυτό το λόγο έχουν προταθεί και εφαρμόζονται μέθοδοι διόρθωσης λαθών.

FEC
To FEC (Forward Error Correction) είναι μια διαδικασία, με την οποία, σε ένα ψηφιακό προς μετάδοση σήμα, προστίθεται μια πρόσθετη πληροφορία, γνωστή σαν check bits. Ο δέκτης αναλύει την πληροφορία των check bits για να εντοπίσει και να διορθώσει τα σφάλματα. Μια ομάδα από bits ονομάζεται στην ψηφιακή γλώσσα  «word» (λέξη). Όλα τα συστήματα διόρθωσης λαθών, προσθέτουν συγκεκριμένα «γράμματα» υπό μορφή bits, σε αυτήν την ψηφιακή «λέξη», δίνοντάς της έτσι συγκεκριμένη δομή. Αν η δομή αυτή δεν ανιχνευθεί κατά τη λήψη, σημαίνει ότι υπάρχουν σφάλματα, τα οποία διορθώνονται μέσω αλγορίθμων διόρθωσης, ώστε να επαναφέρουν τη «λέξη» στη σωστή δομή της. Η πληροφορία ελέγχου, στη συνέχεια απομακρύνεται και τα δεδομένα που παραμένουν, μετατρέπονται στην ωφέλιμη πληροφορία ήχου, εικόνας ή δεδομένων.

Ο σκοπός του FEC είναι να μειώσει τα σφάλματα μετάδοσης από θόρυβο και να ελαχιστοποιήσει έτσι την απαιτούμενη ισχύ που χρειάζονται τα συστήματα επικοινωνίας.  Αυτό το πετυχαίνει, όπως είπαμε, προσθέτοντας μια προσεκτικά σχεδιασμένη πληροφορία, στα δεδομένα (data) που εκπέμπονται από το κανάλι. Η διαδικασία πρόσθεσης αυτής της πλεονάζουσας πληροφορίας είναι γνωστή σαν channel coding και αποτελείται από δύο βασικές κωδικοποιήσεις, την Convolutional και την Block. H Convolutional κωδικοποίηση, εφαρμόζεται σε σειριακά δεδομένα, σε ένα ή μερικά bits κάθε φορά, ενώ η Block εφαρμόζεται σε μερικές εκατοντάδες bytes, που διαμορφώνουν ένα λογικό μήνυμα (block).

H Convolutional κωδικοποίηση με αποκωδικοποίηση Viterbi, είναι μια τεχνική FEC, που εφαρμόζεται σε κανάλια, όπου το σήμα τους επηρεάζεται κυρίως από ένα τύπο θορύβου, ο οποίος ονομάζεται Gaussian Noise (AWGN). Αυτός ο τύπος θορύβου έχει χρονική κατανομή τάσης, που περιγράφεται από τη μαθηματική στατιστική κατανομή Gauss.

Τα τελευταία χρόνια, για βελτίωση της απόδοσης του συστήματος, ακολουθείται μια πιο πολύπλοκη τεχνική, που συμπεριλαμβάνει και κωδικοποίηση Reed-Solomon. Τα πλεονεκτήματα των αλγορίθμων Reed-Solomon, είναι ότι χρησιμοποιούν τα ελάχιστα δυνατά check bits, αποκωδικοποιούνται ευκολότερα και επιτρέπουν πρόσθετους τύπους διορθώσεων (erasure), που τα άλλα συστήματα δυσκολεύονται ή αδυνατούν.

Τυπικά, η πληροφορία προς μετάδοση, κωδικοποιείται πρώτα με τον αλγόριθμο Reed-Solomon και εν συνεχεία με Convolutional κωδικοποίηση. Στην αποκωδικοποίηση, χρησιμοποιείται πρώτα ο αλγόριθμος Viterbi και εν συνεχεία o Reed-Solomon. Αυτή είναι η τεχνική που χρησιμοποιείται από τα περισσότερα, αν όχι όλα τα δορυφορικά (DBS) συστήματα και σε αρκετά από τα VSAT συστήματα.

Πρόσφατα, μια καινούρια τεχνική, γνωστή και ως turbo coding, που θεωρητικά προσφέρει καλύτερα αποτελέσματα από τις Viterbi και Reed-Solomon, έχει αρχίσει να εφαρμόζεται σε ορισμένα συστήματα.


FEC
Rate
Θεωρητικά, όσο μεγαλύτερος αριθμός Check Bits προστίθεται στο σύστημα, τόσο καλύτερα αποτελέσματα έχει. Στην πράξη όμως, αν προσθέσουμε πολλά check bits, αφενός υπάρχει αυξημένη πιθανότητα να γίνουν τα ίδια πηγή σφάλματος, αφετέρου καταναλώνουμε πολύτιμο bandwidth, το οποίο θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για ωφέλιμη πληροφορία. Το FEC Rate είναι ένας λόγος, που δείχνει τον αριθμό των bits ωφέλιμης πληροφορίας, προς το συνολικό αριθμό bits (πληροφορία και πρόσθετα check bits). Για παράδειγμα, FEC rate 1/2 σημαίνει ότι για κάθε bit πληροφορίας, προστίθεται και ένα check bit. Οι αντίστοιχοι λόγοι 2/3, 3/4, 7/8, δείχνουν ότι μειώνεται ο αριθμός των check bits στο συνολικό bitrate. Σαν γενικό κανόνα, μπορούμε να πούμε ότι αν υπάρχει πλεόνασμα bandwith, προστίθενται περισσότερα  check bits (FEC rate 1/2, 2/3), ενώ αν έχουμε πλεόνασμα ισχύος, προστίθενται λιγότερα check bits (FEC rate 3/4, 7/8). Στην πραγματικότητα βέβαια, η επιλογή FEC rate είναι πάντα συνάρτηση bandwidth και ισχύος και αν αναρωτιέται κάποιος γιατί και ισχύος, αναφέρουμε ότι όσο μεγαλύτερη ισχύ έχει το σήμα, τόσο λιγότερο θα επηρεάζεται από τυχαίους θορύβους, επομένως θα θέλει και λιγότερες διορθώσεις λαθών.

BER
Το BER (Bit Error Rate) ως έννοια, είναι ο λόγος των σφαλμάτων, προς το συνολικό αριθμό των bit, αλλά εκφράζει επίσης και το μέτρο της επάρκειας ενός FEC συστήματος. Είναι πραγματικά σημαντικό το πόσο αλλάζει το BER, πριν και μετά το FEC. Αν για παράδειγμα, μετρήσουμε το BER πριν το FEC και βρούμε μια τυπική τιμή γύρω στο 10-2,  που σημαίνει 1 σφάλμα ανά 100 bits, η μέτρηση αυτή μειώνεται δραματικά μετά το FEC σε 10-4, που σημαίνει 1 σφάλμα ανά 10.000 bits.
Το BER μπορεί ακόμα να ορισθεί και με τον όρο της πιθανότητας σφάλματος POE (Propability of error), που δίνεται από τη συνάρτηση στα αριστερά, όπου erf είναι η συνάρτηση θορύβου, Eb είναι η ενέργεια ενός bit και No είναι η φασματική πυκνότητα (spectral density) της ισχύος του θορύβου, που αντιπροσωπεύει με απλούστερα λόγια, την ισχύ του θορύβου σε bandwidth 1Hz.

Bitrate (
BR) και Symbol Rate (SR)
Σε οποιοδήποτε βίντεο σήμα, το bitrate (BR) δείχνει τον αριθμό των bits ανά δευτερόλεπτο. Όσο μεγαλύτερο είναι το bitrate, τόσο περισσότερη πληροφορία υπάρχει στο σήμα, επομένως η μέτρηση μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να δείξει και το βαθμό συμπίεσής του. Όσο μεγαλύτερο είναι το bitrate, τόσο λιγότερο έχει συμπιεστεί το σήμα και, φυσικά, τόσο καλύτερη ποιότητα έχει. Αναφέροντας ορισμένα τυπικά παραδείγματα, λέμε πως το σήμα DV με συμπίεση DCT, έχει bitrate 25Mbps (Megabits/sec), το HDV (High Definition πρότυπo υψηλής ανάλυσης 1080i ή 720p) έχει συμπίεση MPEG-2 και μέγιστο bitrate 25Mbps, ενώ ένα καλό DVD σήμα με συμπίεση MPEG-2 έχει bitrate 6-8Mbps (μπορεί να είναι και μικρότερο, με μεταβλητό V(ariable)BR). Τα πράγματα είναι σαφή, όσον αφορά τα σήματα και την ποιότητά τους στις συσκευές εγγραφής αναπαραγωγής (κάμερες, DVD κλπ), στα δορυφορικά σήματα, όμως υπεισέρχεται και ένας ακόμα παράγοντας, που είναι η μετάδοση. Το αρχικό bitrate του MPEG-2 σήματος θα αλλάξει, από τη στιγμή που θα προστεθούν check bits για το FEC και όλη η πληροφορία θα πρέπει να διαμορφωθεί και να μεταδοθεί με τέτοιο τρόπο, ώστε να «χωρέσει» σε ένα περιορισμένο bandwidth.

Η φέρουσα ενός ψηφιακού τηλεοπτικού σήματος αποτελείται από παλμούς, που απαρτίζουν ένα συνεχές σήμα. Κάθε παλμός είναι και ένα Symbol. Κάθε Symbol παριστάνει τον αριθμό των μεταδιδόμενων bits. Ανάλογα με τη διαμόρφωση και τα bits, κάθε Symbol μπορεί να είναι 1 ή 2 ή 3 κλπ. Αυτός ο αριθμός των bits/symbol, δημιουργεί μια νέα παράμετρο, που ονομάζεται συντελεστής διαμόρφωσης (modulation factor), συμβολίζεται με m και έχει τιμές για BPSK=1, για QPSK=2, για 8PSK=3 κλπ. Αυτό που τελικά μεταδίδει ο παροχέας, είναι τα Symbols και έτσι δημιουργείται ο ρυθμός μετάδοσης των Symbols, που είναι το Symbol Rate (SR) και μετριέται σε symbols/sec. H σχέση Symbol Rate και Bitrate (BR) δίνεται από τη μαθηματική σχέση:

SR = ΒR / (m x CRv x CRrs)

όπου m είναι ο συντελεστής διαμόρφωσης (για  QPSK=2),  CRv είναι τοViterbi  forward error correction (FEC), δηλαδή 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8 και CRrs είναι το Reed Solomοn forward error correction (FEC), με τιμή 188/204.

Επομένως, για να επιτευχθεί η καλύτερη τελική ποιότητα του σήματος, θα πρέπει όλοι αυτοί οι παράγοντες να ληφθούν υπόψη και να βρεθεί η χρυσή τομή. Βέβαια, μετά τις αποδιαμορφώσεις, αλγόριθμους FEC κλπ, αυτό που θα απομείνει είναι το MPEG-2 σήμα, με το αρχικό bitrate που έχει επιλέξει ο παροχέας και αυτό τελικά θα καθορίσει την ποιότητα του σήματος που θα δει ο θεατής. Προσωπικά, όταν καλούμαι να τεστάρω την ποιότητα ενός δορυφορικού μπουκέτου, ασχολούμαι μόνο με την τελική ανάλυση και bitrate (BR) του σήματος που φθάνει στην τηλεόρασή μου, χωρίς να ασχολούμαι με το πώς έγινε η διαμόρφωση τα FEC κλπ.


Μεγαλύτερο Bandwidth… Καλύτερο σήμα.
Ερχόμαστε λοιπόν στο σημείο, στο οποίο έχουμε αναφερθεί πολλές φορές, όπου οι τεχνολογικές ανάγκες συγκρούονται με τις οικονομικές. Όπως είναι προφανές μεγαλύτερη επιλογή Bandwidth ή ισχυρότερο σήμα, θα έχει σαν αποτέλεσμα καλύτερη ποιότητα στο θεατή. Η επιλογή αυτή είναι στην κρίση των poviders και πιο συγκεκριμένα …στο πορτοφόλι τους, αφού αν πλήρωναν για παράδειγμα, μεγαλύτερο bandwidth, θα μπορούσαν να μεταδώσουν και υψηλότερο αρχικό bitrate, επομένως και καλύτερη ποιότητα σήματος.

Η ΑΓΟΡΑ ΣΗΜΕΡΑ

Ομοαξονικά καλώδια Kathrein για αξιοπιστία, αποδοτικότητα και ανθεκτικότητα
Η σύνδεση δεν είναι απλώς τεχνολογία – είναι θέμα εμπιστοσύνης. Σε έναν κόσμο όπου η ποιότητα του σήματος και η σταθερότητα της μετάδοσης είναι κρίσιμη, τα καλώδια Kathrein προσφέρουν απόλυτη αξιοπι…
PROMAX TV Explorer NG
Είναι πλέον διαθέσιμο από την IDComs το πλήρες manual σε αρχείο PDF, για τον νέο επαναστατικό αναλυτή TV Explorer NG της PROMAX. Το συγκεκριμένο manual διαθέτει πάνω από 120 σελίδες με αναλυτικές πε…
ALE UC Solution
Η υβριδική εργασία αυξάνεται με ραγδαίο ρυθμό. Οι εργαζόμενοι εργάζονται και επικοινωνούν από όπου και αν βρίσκονται, χωρίς να κρίνεται απαραίτητη η φυσική παρουσία στον ίδιο χώρο. Με τη λύση ενοποι…
Akuvox Self-Organizing Network
Η Akuvox παρουσιάζει μια καινοτόμα προσέγγιση στον έλεγχο πρόσβασης για πολυκατοικίες και gated communities, με τη λύση Self-Organizing Network, σχεδιασμένη για να προσφέρει ευκολία, αποδοτικότητα κ…
EDISION διπλές πρίζες TV/R-SAT
Μια εξαιρετική νέα σειρά πριζών τηλεοπτικού και ραδιοφωνικού σήματος και αξεσουάρ είναι άμεσα διαθέσιμη από την EDISION. Οι πρίζες σχεδιάζονται και κατασκευάζονται από την EDISION, διαθέτουν εξαιρετ…
Multimedia Perspectives / Fagor COMPACT ROT 310C & ROR 260C
Η σειρά COMPACT της Multimedia Perspectives / Fagor περιλαμβάνει τον οπτικό πομπό ROT 310C και τον οπτικό δέκτη ROR 260C με ισχυρά χαρακτηριστικά και υψηλή αξιοπιστία, ενώ να σημειωθεί ότι τα παραπά…
Ομοαξονικά καλώδια της Multimedia Perspectives / Fagor
Στη νέα διευρυμένη γκάμα προϊόντων της IDComs συμπεριλαμβάνεται ένα σύνολο ιδιαίτερα αξιόλογων ομοαξονικών καλωδίων για όλες τις εφαρμογές λήψης και διανομής επίγειων και δορυφορικών τηλεοπτικών σημ…
Yeastar TB Series BRI VoIP Gateway
Η σειρά TB της Yeastar περιλαμβάνει τα TB200 και TB400, δύο συμπαγείς και αξιόπιστες αυτόνομες πύλες (gateways) VoIP που μετατρέπουν τις γραμμές ISDN BRI σε VoIP, επιτρέποντας σε επιχειρήσεις να ενσ…
Ruijie-Reyee RG-RAP62-Wall
Η συνδεσιμότητα είναι πλέον αναπόσπαστο κομμάτι της φιλοξενίας και το Ruijie-Reyee RG-RAP62-Wall δίνει τη λύση που κάθε ξενοδόχος χρειάζεται. Με τεχνολογία Wi-Fi 6 AX3000 και ταχύτητες έως 2.974Mbps…
Televes 552220 ενισχυτής γραμμής 3 εξόδων
O Televes 552220 είναι ένας ενισχυτής γραμμής τηλεοπτικού σήματος κατάλληλος για διαμερίσματα, με 3 εξόδους και αυτόματη αποκοπή παρεμβολών 5G / LTE. Διαθέτει 2 κύριες εξόδους και 1 για μία τοπική T…
TP-Link Omada OC220
Η σειρά εξειδικευμένων επιχειρηματικών λύσεων της TP-Link, Omada, μόλις κυκλοφόρησε τον OC220, έναν νέο ελεγκτή υλικού με 2,6 φορές ταχύτερη εκκίνηση από τον ελεγκτή προηγούμενης γενιάς. Μικρό κουτί…
Audien W-990B & W-176
Η εταιρεία KAL Electronics ανακοινώνει την παραλαβή των ηχείων W-990B μαζί με την κονσόλα χειρισμού W-176 της Audien, τα οποία έχουν σχεδιαστεί για να δημιουργούν ένα ολοκληρωμένο σετ ήχου, ιδανικό…

ΣΕ ΑΥΤΟ ΤΟ ΤΕΥΧΟΣ

ΨΗΦΙΑΚΗ ΤΗΛΕΟΡΑΣΗ, Ιανουάριος 2026
Το νέο τεύχος Ιανουαρίου 2026 του περιοδικού «Ψηφιακή Τηλεόραση» κυκλοφορεί πάντα μαζί με το περιοδικό «Security Report», που ηγείται στην αγορά των ηλεκτρονικών συστημάτων ασφαλείας.  Θέματα Τεύ…
SAT & ZAP, Ιανουάριος 2026
Για πρώτη φορά, είδα ελεύθερη μετάδοση ισραηλινών καναλιών του πακέτου ΥΕS (δύσκολου στα ΒΔ)! Στα αξιόλογα, στις 13 Ανατολικά το αγγλόφωνο CNBC Europe και το νέο ιταλικό κανάλι για την ποδηλασία. Αξ…
Εφαρμογές ευθυγράμμισης δορυφορικού κατόπτρου
Η δορυφορική λήψη παραμένει για πολλούς το αγαπημένο τους χόμπι, που κρατάει ζωντανό το ενδιαφέρον τους να αναζητούν στον ορίζοντα νέα τηλεοπτικά κανάλια από διάφορες χώρες του πλανήτη. Η ταράτσα στ…
«Η τεχνολογία είναι πάνω απ’ όλα ανθρώπινη υπόθεση»
Σε έναν κόσμο που αλλάζει με ταχύτητα, η τεχνολογία δεν είναι πια πολυτέλεια, είναι η δύναμη που ενώνει ανθρώπους, απλοποιεί διαδικασίες και δημιουργεί νέες εμπειρίες. Από την πρώτη στιγμή, η Par…
EDISION HDMI Modulator 3in1 mini loop
Ο ολοκαίνουργιος ψηφιακός διαμορφωτής της EDISION δοκιμάστηκε στο εργαστήριο της Ψηφιακής Τηλεόρασης για το τεύχος αυτού του μήνα. Πρόκειται για τον HDMI Modulator 3in1 mini loop, έναν ψηφιακό μονοκ…
Audien W-990B & W-176
Η Audien παρουσιάζει ένα ολοκληρωμένο σετ ηχητικού συστήματος, που είναι ευέλικτο στην εγκατάσταση και εύκολο στον χειρισμό του. Το σετ αυτό αποτελείται από τα ηχεία W-990B και την κονσόλα W-176, τα…
Amiko Mini Combo FTA
Τον τελευταίο δέκτη που κυκλοφόρησε η Amiko δοκιμάσαμε για αυτόν τον μήνα στο εργαστήριο της Ψηφιακής Τηλεόρασης. Πρόκειται για τον Mini Combo FTA, έναν οικονομικό δέκτη με ανάλυση Full HD, που όχι…
Επισκόπηση απορρήτου

Αυτός ο ιστότοπος χρησιμοποιεί cookie ώστε να μπορούμε να σας παρέχουμε την καλύτερη δυνατή εμπειρία χρήστη. Οι πληροφορίες cookie αποθηκεύονται στο πρόγραμμα περιήγησης σας και εκτελούν λειτουργίες όπως η ανάγνωση σας όταν επιστρέφετε στον ιστότοπο μας και η βοήθεια της ομάδας μας να κατανοήσει ποιες ενότητες του ιστοτόπου θεωρείτε πιο ενδιαφέρουσες και χρήσιμες.