Gli strumenti Bert sfidano il futuro

STRUMENTAZIONE –

La ricerca di un metodo per la trasmissione assolutamente esente da errori non ha ancora avuto successo: per misurare la qualità dell’intero sistema di comunicazione il Ber rappresenta un parametro fondamentale.

Con l'avvento delle moderne tecniche di trasmissione digitale applicate ai tipi di comunicazione, diventano sempre più importanti le misure qualitative end-to-end, cioè la valutazione di quanto della trasmissione inviata viene perso o giunge distorto al dispositivo ricevente per le cause più svariate, magari disturbi e rumore nel canale di trasmissione, problemi degli impianti, errori nel flusso dati in uscita o altro.
Il Bit Error Rate è il più comune parametro di qualità utilizzato appunto per l’analisi di sistemi di trasmissione digitali. Noto anche come Bit Error Ratio, inteso sempre nel senso di rapporto o tasso di errore sui bit, Ber è per definizione come uguale al numero di errori (bit errati) rispetto al numero totale di bit inviati. Tale valore, costituisce di fatto una stima della probabilità di errore introdotta dalla trasmissione e quindi misura la qualità dell'intero sistema; la misura viene solitamente espressa come coefficiente di una potenza di base 10, ad esempio una valore 2x10-5 equivale a dire 2 bit errati su 100.000 bit trasmessi. Per tempi sufficientemente lunghi il Ber può sostituire la probabilità di errore per bit che è una quantità statistica e dunque fluttuante in maniera aleatoria di cui il Ber rappresenta il valor medio nel tempo, più facilmente calcolabile a posteriori. Inoltre il Ber può essere anche pensato come collegato al rapporto segnale/rumore in maniera inversa: tanto maggiore è il Ber rilevato tanto minore è il rapporto segnale/rumore e viceversa.

Una misura della qualità
La misura è ovviamente applicabile allo stesso modo per trasmissione di segnali via etere (radio e tv, come nel caso attualissimo dei segnali per la televisione digitale terrestre), alle trasmissioni via cavo (telefonia, telematica anche in fibra ottica) o anche all'interno stesso di sistemi informatici/elettronici. Per ogni applicazione si hanno livelli diversi di Ber accettabile: solitamente, nelle trasmissioni telefoniche si definisce accettabile un Ber massimo di 10− 3 mentre nelle trasmissioni su Internet il limite di accettabilità è di 10−7 (1 bit errato ogni 10 milioni di bit trasmessi). La maggior parte dei protocolli di comunicazione richiede comunque un Ber minimo di 10-6, misurato usando sequenze Prbs (Pseudorandom binary sequences) lunghe almeno 32 bit. Alcuni protocolli di trasmissione dati (ad esempio Ethernet and Fiber Channel), richiedono addirittura Ber di 10-12, ottenibili utilizzando pattern Prbs più corti. Gli strumenti attualmente utilizzati per realizzare queste misure, detti Bert (Ber tester) devono essere sostanzialmente in grado di generare una sequenza di bit e confrontarla con quella ricevuta, eventualmente riallineandole in caso di ritardo. Il Bert si compone dunque di due unità funzionali: un generatore di pattern di impulsi o Ppg (Pulse pattern generator) che genera la sequenza e un ricevitore o o Ed (Error Detector) che confronta i bit trasmessi e ricevuti.
Il Ppg è in pratica un generatore di segnali binari ad alta frequenza (10/40/60 GHz e oltre) per generare sequenze che sono 0 e 1 alternati, oppure Prbs o anche sequenze definite dall’utente, eventualmente variando anche l’ampiezza dei segnali trasmessi. Il Ppg genera di solito anche un segnale di clock che può servire per l'eventuale sincronizzazione. Il ricevitore è la parte più complessa del Bert, poiché si deve occupare di campionare il segnale e decidere a soglia, recuperare la sincronia tra dati trasmessi e ricevuti e, naturalmente, contare gli errori; solitamente offre anche funzioni avanzate come interfacce integrate per le varie applicazioni, misure burst, misura del diagramma ad occhio, misure di jitter, calcolo del diagramma a "bathtub". Tutti questi compiti richiedono elettronica ad alta frequenza e circuiti dedicati; il che implica che si tratti di dispositivi piuttosto costosi.

Mercato e applicazioni
Secondo gli analisti, il mercato dei Bit Error Rate Tester raggiungerà il miliardo di dollari nel 2017, principalmente sotto la spinta delle nuove tecnologie di trasmissione che richiedono velocità sempre maggiori, come i 40 Gigabit e 100 Gigabit Ethernet insieme al Fiber Channel 8 Gigabit. Quello nord-americano è certamente il mercato più vasto, ma l'area asiatica sta sviluppandosi in maniera significativa, anche sotto la spinta di una nuova generazione di strumenti, mirati più al test funzionale che alla classica misura. Questi strumenti trovano largo impiego anche nel mercato dell'installazione e della manutenzione degli apparati, mentre gli strumenti più tradizionali sono quasi sempre destinati ai service provider. Tra i principali attori del mercato troviamo Agilent, Anritsu, Centellax , Luceo, SHF Communication, Tektronix e altri.

Soluzioni per il Ber test
Agilent offre una vasta gamma di soluzioni, con due famiglie di strumenti in grado di coprire varie fasce di velocità di trasmissione con analisi e generazione di pattern specifici. I serial Bert N4906B e N5980A sono strumenti per il collaudo in produzione di transceiver e altri tipi di moduli, mentre i modelli ad alte prestazioni come il J-BERT N4903A rappresentano la scelta ideale per gli ambienti di ricerca e sviluppo in grado di verificare la conformità ai bus di nuova generazione Pci Express 2.0, Usb 3.0, QuickPath Interconnect, Hypertransport 3, FB-Dimm 2, Sata 6G e Display Port. Strumento dalle caratteristiche avanzate, è in grado di simulare tutti i possibili errori sia nel segnale dati, sia nel clock inserendo jitter di vario tipo per verificare la conformità agli standard e le prestazioni del ricevitore in ogni condizione operativa prevista. Il ParBert 81250, sempre di Agilent, è invece una piattaforma modulare e scalabile, ideale per la caratterizzazione di dispositivi e circuiti. Anche Tektronix vanta una gamma molto vasta di prodotti, in gran parte derivanti dalla recente acquisizione di Synthesys Research, una società californiana specializzata proprio nella strumentazione di misura dell'integrità dei segnali. Da qui derivano gli strumenti delle famiglie BertScope BSA che combinano le classiche misure Bert con alcune funzioni e caratteristiche tipiche degli oscilloscopi, BertScope CR (Clock Recovery) e BertScope DPP (Digital Pre-emphasis) che affiancano la famiglia BitAnalyzer. L'offerta di Anritsu, altra azienda protagonista di questo mercato, è invece centrata su BertWave, uno strumento polivalente dedicato in particolare all'analisi di trasmissione su fibra ottica, che di recente è stato potenziato con alcune nuove opzioni che consentono di estendere le misure su componenti ottici attivi fino a 12,5 Gbit/s. Lo strumento dell'azienda giapponese è in grado di eseguire simultaneamente misure di tasso di errore sul bit e di analisi nel dominio del tempo mediante il diagramma a occhio. Tornando in Europa, vale la pena ricordare la tedesca Luceo Tecnohnologies e il suo X-Bert, un sistema modulare e scalabile (con ovvi vantaggi in termini di riduzione dei costi) di misura di Bit Error Rate che trova applicazione nel collaudo di componenti, sottosistemi e sistemi ottici ed elettronici con velocità comprese tra 8 Gb/s e 11,5 GB/s, pensato per consentire l'esecuzione di misure simultanee di Ber su interfacce parallele o su più canali indipendenti.

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