Μετρήσεις MER & BER

Featured | Τις συναντάμε κάθε μέρα στην οθόνη του πεδιόμετρού μας… Στηριζόμαστε πάνω τους για να βγάλουμε συμπεράσματα… Αλλά πόσο καλά τελικά γνωρίζουμε τις βασικές ψηφιακές μετρήσεις BER και MER; Πώς μπορούμε να τις “διαβάσουμε” για να έχουμε καλύτερο αποτέλεσμα στην πράξη;Τις συναντάμε κάθε μέρα στην οθόνη του πεδιόμετρού μας… Στηριζόμαστε πάνω τους για να βγάλουμε συμπεράσματα… Αλλά πόσο καλά τελικά γνωρίζουμε τις βασικές ψηφιακές μετρήσεις BER και MER; Πώς μπορούμε να τις “διαβάσουμε” για να έχουμε καλύτερο αποτέλεσμα στην πράξη;

Η καθημερινότητα του Έλληνα εγκαταστάτη κεραιών έχει να κάνει με δύο ψηφιακά πρότυπα. Το DVB-S/S2 για εγκατάσταση δορυφορικού κατόπτρου και το “νεοφερμένο” DVB-T για επίγεια κεραία. Από τα λιτά, οικονομικά Sat Finders έως τα πληθωρικά πεδιόμετρα, οι μετρήσεις που σπάνια απουσιάζουν για τα δύο πρότυπα της ελληνικής πραγματικότητας είναι το BER και το MER. Με την ένδειξη στάθμης σήματος και το S/N να είναι οι αγαπημένες μετρήσεις των τεχνικών στα αναλογικά σήματα, το BER και το MER αντίστοιχα είναι οι μετρήσεις που αναζητάμε στην οθόνη του οργάνου μας για να κατανοήσουμε τα ψηφιακά σήματα που λαμβάνει η κεραία μας.

BER – Bit Error Rate

Η μέτρηση BER μας συνοδεύει στις ταράτσες από την εποχή που εμφανίστηκαν τα ψηφιακά δορυφορικά πακέτα. Στη βιβλιογραφία και στο διαδίκτυο μπορεί να το συναντήσουμε ως Bit Error Rate, αλλά και ως Bit Error Ratio. Δεν πρόκειται για λογοπαίγνιο αλλά για διαφορετική απόδοση της έννοιας του BER, αφού απ’ τη μια παρουσιάζεται ως ρυθμός των εσφαλμένων bit και απ’ την άλλη ως αναλογία των εσφαλμένων bit. Η πραγματικότητα φαίνεται να κρύβεται πίσω και από τις δύο έννοιες, οπότε εμείς θα εστιάσουμε στην κατανόηση της μέτρησης καθ’ αυτής και έπειτα μπορεί ο καθένας να την αποδώσει όπως εκτιμά καλύτερα.

Στην ταράτσα ο τεχνικός χρησιμοποιεί το BER κυρίως για τη ρύθμιση δορυφορικής κεραίας και μάλιστα για μικρομετρική ρύθμιση. Τον πρώτο λόγο στη στόχευση έχει είτε ο αναλυτής φάσματος, στην περίπτωση που είναι διαθέσιμος, είτε η λειτουργία Sat Finder στα αντίστοιχα όργανα. Μετά τη στόχευση, η σύγχρονη τεχνολογία έφερε τη δυνατότητα ταυτοποίησης του σήματος λήψης είτε με ψηφιακή αναγνώριση της ταυτότητας του δορυφόρου (Network Information Table – NIT), είτε με σάρωση ψηφιακών αναμεταδοτών (transponders) και προβολή των ελεύθερων προγραμμάτων (βάσει μνημών). Εφόσον εξασφαλίσουμε ότι ήμαστε στο σωστό δορυφόρο προχωράμε στις τελικές ρυθμίσεις του κατόπτρου για να πάρουμε το καλύτερο δυνατόν συμβουλευόμενοι την ένδειξη της μέτρησης BER.

Το BER αναφέρεται στα εσφαλμένα bit της σειράς δεδομένων κατά τη λήψη. Για παράδειγμα μια ένδειξη στο πεδιόμετρο 3.1E-7, δηλαδή 3.1×10^-7, σημαίνει 3.1 λανθασμένα bit σε κάθε 10.000.000 bit. Οπότε, όσο μικραίνει το BER τόσο καλύτερο είναι το σήμα λήψης, εφόσον έχουμε λιγότερα εσφαλμένα bit. Προσοχή όμως στον αρνητικό εκθέτη της ένδειξης, ο οποίος όσο αυξάνει κατά απόλυτη τιμή, το BER μειώνεται. Άρα:

Κατά τη λήψη ενός σήματος COFDM εφαρμόζονται δύο διορθωτές σφάλματος (όπως και κατά τη λήψη ενός δορυφορικού σήματος QPSK), όπως βλέπουμε στο block διάγραμμα της εικόνας 1 του τμήματος λήψης. Η μέτρηση του BER εφαρμόζεται πριν και μετά τον διορθωτή Viterbi, δείχνοντάς μας τα σφάλματα απευθείας μετά τη λήψη, αλλά και μετά την πρώτη διόρθωση λαθών.

Το MER αντί του S/N

Όπως το BER έχει γίνει πρακτικά η αγαπημένη δορυφορική μέτρηση των τεχνικών, έτσι το MER έχει “κατακτήσει” την επίγεια ψηφιακή εγκατάσταση. Σε μια αναλογική εγκατάσταση το πρώτο πράγμα, μετά τη στάθμη σήματος, που κοιτάει ο τεχνικός είναι το S/N. Η αναλογία αυτή, στην ψηφιακή εποχή αποδίδεται μέσω του MER.

To MER (Modulation Error Ratio) δηλώνει την αναλογία του σφάλματος διαμόρφωσης. Στην εικόνα 2 βλέπετε ένα σήμα COFDM που χρησιμοποιεί διαμόρφωση 16QAM κατά την πολυπλεξία FDM της COFDM και την αναπαράσταση των υποφερουσών της 16QAM στο τεταρτημόριο. Κάθε σταυρός αντιστοιχεί σε μια υποφέρουσα δηλώνοντας το πλάτος και τη φάση της, τα δύο στοιχεία δηλαδή που αλλάζει η QAM κατά τη διαμόρφωση ενός σήματος. Το μπλε διάνυσμα δηλώνει την υποφέρουσα της ιδανικής λήψης, ενώ το πορτοκαλί την υποφέρουσα της πραγματικής λήψης. Όπως βλέπουμε, η υποφέρουσα της πραγματικής λήψης αποκλίνει από την ιδανική όσον αφορά το πλάτος και τη φάση της. Η διανυσματική διαφορά των δύο, που αναπαρίστανται από το κόκκινο διάνυσμα, δηλώνει το σφάλμα διαμόρφωσης. Δηλαδή έχουμε:

Το MER όμως είπαμε είναι η αναλογία του σφάλματος διαμόρφωσης και ο τύπος που το προσδιορίζει είναι:

Βλέπουμε λοιπόν ότι το σφάλμα διαμόρφωσης είναι αντιστρόφως ανάλογο με την τιμή του MER. Οπότε όσο μικρότερο είναι το σφάλμα διαμόρφωσης, δηλαδή όσο λιγότερο αποκλίνει το σήμα λήψης από το ιδανικό, τόσο μεγαλύτερη είναι η ένδειξη του MER. Άρα:

To MER σε σχέση με το BER

Η συμπεριφορά του MER σε σχέση με την αυξομείωση της ποιότητας του σήματος λήψης είναι γραμμική, σε αντίθεση με του BER που είναι λογαριθμική. Ας ρίξουμε μια ματιά στο σχέδιο της εικόνας 4, όπου βλέπουμε το MER και το BER σε σχέση με το θόρυβο (στον άξονα x) του σήματος. Παρατηρούμε την αύξουσα γραμμική συνάρτηση του MER με την ποιότητα του σήματος, ενώ αντίθετα το BER μειώνεται καθώς βελτιώνεται η ποιότητα του σήματος. Αυτό όμως που έχει πολύ μεγαλύτερο ενδιαφέρον, είναι ένα σημείο στο διάγραμμα του BER, όπου με πολύ μικρή αλλαγή της ποιότητας του σήματος, το BER μειώνεται απότομα. Αυτό το σημείο, η «κατηφόρα» στο διάγραμμα του BER, ονομάζεται «cliff effect» και είναι το σημείο όπου το σήμα λήψης μπορεί να θεωρηθεί ικανοποιητικό ή όχι. Έτσι λοιπόν, το BER μας δείχνει με μεγάλη ακρίβεια σε ποιο σημείο της «κατηφόρας» είμαστε, δηλαδή πόσο κοντά είμαστε στην οριακή λήψη ή αλλιώς πόσο κοντά είμαστε στο κατώφλι που το σήμα μας θεωρείται ικανοποιητικό. Το κατώφλι αυτό ονομάζεται QEF – Quasi Error Free και η τιμή του QEF=2.0×10-4 BER δηλαδή 2 εσφαλμένα bit σε κάθε 10.000 bit εκπομπής.

MER – Noise Margin – Constellation

Το MER είναι μια μέτρηση που συνδέεται άμεσα με το Noise Margin, αλλά και το Constellation της ψηφιακής διαμόρφωσης COFDM. Για να “εξερευνήσει” κάποιος τη σχέση του πρέπει να έχει τη δυνατότητα να δει τη συμπεριφορά της μέτρησης MER σε συνάρτηση με το Noise Margin πειράζοντας την πηγή της ψηφιακής διαμόρφωσης. Έτσι, επιστρατεύσαμε το πεδιόμετρο Promax TV Explorer HD με δυνατότητα προβολής της σχετικά σπάνιας ένδειξης Noise Margin, όπως και έναν διαμορφωτή COFDM.

Μέσα από τους πειραματισμούς προκύπτει ότι εάν έχουμε σήμα με διαμόρφωση 64QAM στο πρότυπο DVB-T, το Noise Margin είναι περίπου 6dB χαμηλότερο από το αντίστοιχο με διαμόρφωση 16QAM (εικόνα 05). Αυτό έχει ως αποτέλεσμα να μην έχουμε το ίδιο περιθώριο πτώσης στην τιμή του MER και επομένως η λήψη να γίνεται πιο απαιτητική. Δηλαδή, παρότι η τιμή του MER παραμένει ίδια, αυτό που αλλάζει είναι το περιθώριο ανοχής στο θόρυβο (noise margin).

Οριακή λήψη

Αρκετό ενδιαφέρον έχει να εξετάσουμε μερικά φάσματα μιας οριακής λήψης επίγειου ψηφιακού σήματος DVB-T. Το πρόβλημα στη λήψη προκύπτει στα κανάλια 46 και 47 εξαιτίας της παρεμβολής αναλογικών σημάτων, ενώ στο κανάλι 48 δεν υπάρχει παρεμβολή. Η λήψη φαίνεται στο φάσμα της εικόνας 06, όπου ξεκάθαρα προβάλλουν οι αναλογικές παρεμβολές πίσω από τα ψηφιακά κανάλια 46 και 47.

· Στην καρτέλα της εικόνας 07 έχουμε τις μετρήσεις του καναλιού 47. Η τιμή του BER είναι μεγάλη, η τιμή του MER μικρή και στην πράξη η λήψη εικόνας έχει πάρα πολλά προβλήματα. Η λήψη δεν είναι αποδεκτή.

· Στην καρτέλα της εικόνας 08 έχουμε τις μετρήσεις του καναλιού 46. Οι ελάχιστα καλύτερες τιμές του MER και του BER επιτρέπουν την προβολή εικόνας και παρακολούθηση του προγράμματος. Η λήψη είναι οριακή.

· Στην καρτέλα της εικόνας 09 έχουμε το κανάλι 48. Με 3dB χαμηλότερη στάθμη από το 47, επειδή απουσιάζει η παρεμβολή αναλογικού καναλιού που συναντάμε στα άλλα δύο κανάλια, οι τιμές του MER και του BER είναι πολύ καλύτερες, δίνοντάς μας μια ικανοποιητική λήψη.

{gallery}4034{/gallery}

Τεύχος 41