Джиттер
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( март 2009 г. ) |
В электронике и телекоммуникациях – джиттер это отклонение от истинной периодичности предположительно периодического сигнала , часто по отношению к опорному тактовому сигналу . В приложениях восстановления тактовой частоты это называется джиттером синхронизации . [1] Джиттер является существенным и обычно нежелательным фактором при проектировании почти всех каналов связи .
Джиттер может быть определен количественно теми же терминами, что и все изменяющиеся во времени сигналы, например, среднеквадратичным (RMS) или размахом смещения. Кроме того, как и другие изменяющиеся во времени сигналы, джиттер можно выразить через спектральную плотность .
Период джиттера — это интервал между двумя моментами максимального эффекта (или минимального эффекта) характеристики сигнала, который регулярно меняется со временем. Частота джиттера , более часто цитируемая цифра, является обратной величиной. ITU-T G.810 классифицирует отклонение нижних частот ниже 10 Гц как дрейф , а более высокие частоты выше 10 Гц — как джиттер . [2]
Джиттер может быть вызван электромагнитными помехами и перекрестными помехами с несущими других сигналов. Джиттер может вызывать мерцание монитора, влиять на производительность процессоров персональных компьютеров, вызывать щелчки или другие нежелательные эффекты в аудиосигналах, а также вызывать потерю передаваемых данных между сетевыми устройствами. Величина допустимого дрожания зависит от затронутого приложения.
Метрики [ править ]
Для джиттера тактовой частоты обычно используются три показателя: [ противоречивый ]
- Абсолютный джиттер
- Абсолютная разница в положении края часов по сравнению с тем, где оно должно быть в идеале.
- Ошибка максимального временного интервала (MTIE)
- Максимальная ошибка, допускаемая тестируемыми часами при измерении интервала времени за заданный период времени.
- Джиттер периода (также известный как джиттер цикла )
- Разница между любым периодом тактового сигнала и идеальным или средним периодом тактового сигнала. Джиттер периода имеет тенденцию быть важным в синхронных схемах, таких как цифровые конечные автоматы, где безошибочная работа схемы ограничена кратчайшим возможным периодом тактирования (средний период минус максимальный джиттер цикла), а производительность схемы определяется параметром средний период тактов. Следовательно, синхронная схема выигрывает от минимизации джиттера периода, так что самый короткий тактовый период приближается к среднему тактовому периоду.
- Межцикловый джиттер
- Разница в продолжительности любых двух соседних тактовых периодов. Это может быть важно для некоторых типов схем генерации тактовых импульсов, используемых в микропроцессорах и ОЗУ . интерфейсах
В телекоммуникациях единицей, используемой для вышеупомянутых типов джиттера, обычно является единичный интервал (UI), который количественно определяет джиттер в единицах периода единицы передачи. Это устройство полезно, поскольку оно масштабируется в зависимости от тактовой частоты и, таким образом, позволяет относительно медленные межсоединения, такие как T1, сравнивать с более высокоскоростными магистральными интернет-каналами, такими как OC-192 . Абсолютные единицы, такие как пикосекунды, более распространены в микропроцессорных приложениях. единицы измерения: градусы и радианы Также используются .
Если джиттер имеет распределение Гаусса , его обычно определяют количественно с использованием стандартного отклонения этого распределения. Это соответствует измерению RMS для распределения с нулевым средним. Часто распределение джиттера существенно отличается от Гаусса. Это может произойти, если джиттер вызван внешними источниками, такими как шум источника питания. В этих случаях размаха амплитуды более полезными могут быть измерения . Было предпринято много усилий для значимой количественной оценки распределений, которые не являются ни гауссовскими, ни имеют значимого пикового уровня. У всех есть недостатки, но большинство из них, как правило, достаточно хороши для инженерных целей.
В компьютерных сетях джиттер может относиться к изменению задержки пакета , изменению ( статистической дисперсии ) задержки пакетов .
Типы [ править ]
Одно из основных различий между случайным и детерминированным джиттером заключается в том, что детерминированный джиттер ограничен, а случайный джиттер неограничен. [3] [4]
Случайный джиттер [ править ]
Случайный джиттер, также называемый гауссовым джиттером, представляет собой непредсказуемый электронный временной шум. Случайный джиттер обычно имеет нормальное распределение. [5] [6] из-за теплового шума в электрической цепи .
Детерминированный джиттер [ править ]
Детерминированный джиттер — это тип джиттера тактового сигнала или сигнала данных, который предсказуем и воспроизводим. Размах этого джиттера ограничен, и эти границы можно легко наблюдать и прогнозировать. Детерминированный джиттер имеет известное ненормальное распределение. Детерминированный джиттер может быть либо коррелирован с потоком данных ( зависимый от данных джиттер ), либо некоррелирован с потоком данных (ограниченный некоррелированный джиттер). Примерами джиттера, зависящего от данных, являются джиттер, зависящий от рабочего цикла (также известный как искажение рабочего цикла) и межсимвольные помехи .
Общий джиттер [ править ]
| н | БЕР |
|---|---|
| 6.4 | 10 −10 |
| 6.7 | 10 −11 |
| 7 | 10 −12 |
| 7.3 | 10 −13 |
| 7.6 | 10 −14 |
Общий джиттер ( T ) представляет собой комбинацию случайного джиттера ( R ) и детерминированного джиттера ( D ) и вычисляется в контексте требуемой частоты ошибок по битам (BER) для системы: [7]
- T = D размах + 2 нР среднеквадратичного значения ,
в котором значение n основано на BER, требуемом для канала.
Обычное значение BER, используемое в таких стандартах связи, как Ethernet, составляет 10. −12 .
Примеры [ править ]
Джиттер выборки [ править ]
При аналого-цифровом и цифро-аналоговом преобразовании сигналов обычно предполагается, что выборка является периодической с фиксированным периодом - время между каждыми двумя выборками одинаково. , присутствует джиттер Если в тактовом сигнале, поступающем на аналого-цифровой преобразователь или цифро-аналоговый преобразователь , время между выборками изменяется и возникает мгновенная ошибка сигнала. Ошибка пропорциональна скорости нарастания полезного сигнала и абсолютному значению тактовой ошибки. Влияние джиттера на сигнал зависит от характера джиттера. Случайный джиттер имеет тенденцию добавлять широкополосный шум, тогда как периодический джиттер имеет тенденцию добавлять ошибочные спектральные компоненты, «птички». В некоторых условиях джиттер менее наносекунды может снизить эффективное битовое разрешение преобразователя с частотой Найквиста 22 кГц до 14 бит. [8]
Джиттер выборки является важным фактором при преобразовании высокочастотного сигнала или там, где тактовый сигнал особенно подвержен помехам.
В цифровых антенных решетках джиттеры АЦП и ЦАП являются важными факторами, определяющими направления прихода. точность оценки [9] и глубину подавления помех. [10]
в компьютерных пакетов Джиттер сетях
В контексте компьютерных сетей дрожание пакетов или изменение задержки пакетов (PDV) — это изменение задержки, измеряемое по изменчивости во времени сквозной задержки в сети. В сети с постоянной задержкой отсутствует дрожание пакетов. [11] Джиттер пакетов выражается как среднее отклонение от средней задержки в сети. [12] PDV является важным фактором качества обслуживания при оценке производительности сети.
Передача пакета трафика с высокой скоростью, за которым следует интервал или период передачи с более низкой или нулевой скоростью, также может рассматриваться как форма дрожания, поскольку она представляет собой отклонение от средней скорости передачи. Однако, в отличие от джиттера, вызванного изменением задержки, пакетную передачу можно рассматривать как желательную функцию. [ нужна ссылка ] например, при передаче с переменным битрейтом .
Дрожание видео и изображения [ править ]
Дрожание видео или изображения возникает, когда горизонтальные линии кадров видеоизображения случайным образом смещаются из-за искажения сигналов синхронизации или электромагнитных помех во время передачи видео. Исследование устранения дрожания на основе модели было проведено в рамках восстановления цифровых изображений и видео. [13]
Тестирование [ править ]
Джиттер в архитектурах последовательных шин измеряется с помощью глазковых диаграмм . Существуют стандарты измерения джиттера в архитектурах последовательных шин. Стандарты охватывают устойчивость к джиттеру , функцию передачи джиттера и генерацию джиттера , причем требуемые значения этих атрибутов различаются в зависимости от приложения. Там, где это применимо, соответствующие системы должны соответствовать этим стандартам.
Тестирование джиттера и его измерение приобретают все большее значение для инженеров-электронщиков из-за увеличения тактовых частот в цифровых электронных схемах для достижения более высоких характеристик устройств. Более высокие тактовые частоты имеют соразмерно меньшие отверстия и, таким образом, налагают более жесткие допуски на джиттер. Например, современные материнские платы компьютеров имеют архитектуру последовательной шины с промежутком времени 160 пикосекунд или меньше. Это чрезвычайно мало по сравнению с архитектурами с параллельной шиной с эквивалентной производительностью, которые могут иметь существенное значение порядка 1000 пикосекунд .
Джиттер измеряется и оценивается различными способами в зависимости от типа тестируемой схемы. [14] Во всех случаях целью измерения джиттера является проверка того, что джиттер не нарушает нормальную работу схемы.
Проверка работоспособности устройства на устойчивость к джиттеру может включать введение джиттера в электронные компоненты с помощью специального испытательного оборудования.
Менее прямой подход, при котором аналоговые сигналы оцифровываются и результирующий поток данных анализируется, используется при измерении дрожания пикселей в устройствах захвата кадров . [15]
Смягчение [ править ]
Схемы защиты от джиттера [ править ]
Схемы защиты от джиттера (AJC) — это класс электронных схем, предназначенных для снижения уровня джиттера в тактовом сигнале. AJC работают путем изменения синхронизации выходных импульсов, чтобы они более точно соответствовали идеализированным часам. Они широко используются в схемах тактового сигнала и восстановления данных в цифровой связи , а также в системах дискретизации данных, таких как аналого-цифровой преобразователь и цифро-аналоговый преобразователь . Примеры схем защиты от джиттера включают в себя контур фазовой автоподстройки частоты и автоподстройки частоты по задержке .
Джиттер-буферы [ править ]
Буферы дрожания или буферы устранения дрожания — это буферы, используемые для противодействия дрожанию, возникающему при организации очередей в сетях с коммутацией пакетов, чтобы гарантировать непрерывное воспроизведение аудио- или видеопотока, передаваемого по сети. [16] Максимальный джиттер, которому можно противостоять с помощью буфера устранения дрожания, равен задержке буферизации, вносимой перед началом воспроизведения медиапотока. В контексте сетей с коммутацией пакетов термин «изменение задержки пакета» часто предпочтительнее, чем «дрожание» .
В некоторых системах используются сложные буферы устранения дрожания, оптимальные по задержке, которые способны адаптировать задержку буферизации к изменяющимся характеристикам сети. Логика адаптации основана на оценках джиттера, вычисленных на основе характеристик прибытия медиа-пакетов. Регулировки, связанные с адаптивным устранением дрожания, включают в себя введение разрывов в воспроизведении мультимедиа, которые могут быть заметны слушателю или зрителю. Адаптивное устранение дрожания обычно выполняется для аудиовоспроизведений, которые включают обнаружение речевой активности , что позволяет регулировать продолжительность периодов молчания, тем самым сводя к минимуму влияние адаптации на восприятие.
Деджиттерайзер [ править ]
Деджиттерайзер — это устройство, которое уменьшает джиттер цифрового сигнала . [17] Деджиттерайзер обычно состоит из эластичного буфера , в котором сигнал временно сохраняется, а затем повторно передается со скоростью, основанной на средней скорости входящего сигнала. Деджиттерайзер может быть неэффективен для устранения низкочастотного джиттера (блуждания).
Фильтрация и декомпозиция [ править ]
Фильтр может быть спроектирован так, чтобы минимизировать эффект джиттера выборки. [18]
Сигнал джиттера можно разложить на функции внутреннего режима (IMF), которые в дальнейшем можно применять для фильтрации или устранения дрожания. [ нужна ссылка ]
См. также [ править ]
Ссылки [ править ]
- ^ Волавер, Дэн Х. (1991). Проектирование схемы фазовой автоподстройки частоты . Прентис Холл. п. 211 . ISBN 978-0-13-662743-2 .
- ^ «Анализатор синхронизации FTB-8080: решение проблем синхронизации в телекоммуникационных сетях» (PDF) . ЭКСФО. Примечание по применению 119. Архивировано из оригинала (PDF) 7 февраля 2012 г. Проверено 5 августа 2012 г.
- ^ Хагедорн, Джулиан; Алике, Фальк; Верма, Анкур (август 2017 г.). «Как измерить общий джиттер» (PDF) . Техасские инструменты . СКАА120Б . Проверено 17 июля 2018 г.
- ^ «Понимание расчета джиттера» . Теледайн Технологии . 9 июля 2014 года . Проверено 17 июля 2018 г.
- ^ Хагедорн, Джулиан; Алике, Фальк; Верма, Анкур (август 2017 г.). «Как измерить общий джиттер» (PDF) . Техасские инструменты . СКАА120Б . Проверено 17 июля 2018 г.
- ^ «Понимание расчета джиттера» . Теледайн Технологии . 9 июля 2014 года . Проверено 17 июля 2018 г.
- ^ Стивенс, Рэнсом. «Значение общего джиттера» (PDF) . Тектроникс . Архивировано (PDF) из оригинала 9 октября 2022 г. Проверено 17 июля 2018 г.
- ^ Пуэнте Леон, Фернандо (2015). Технология измерения . Спрингер. п. 332ф. ISBN 978-3-662-44820-5 .
- ^ М. Бондаренко и В. И. Слюсарь. (6 сентября 2011 г.). «Влияние джиттера в АЦП на точность пеленгации цифровыми антенными решетками. // Радиоэлектроника и системы связи. - Том 54, номер 8, 2011. - С. 436 - 445.-» (PDF) . Радиоэлектроника и системы связи . 54 (8): 436. doi : 10.3103/S0735272711080061 . S2CID 110506568 . Архивировано (PDF) из оригинала 9 октября 2022 г.
- ^ Бондаренко М.В., Слюсарь В.И. «Предельная глубина подавления помех в цифровой антенной решетке в условиях джиттера АЦП.// 5-я Международная научная конференция по оборонным технологиям, ОТЕХ 2012. - 18 - 19 сентября 2012. - Белград, Сербия. - С. . 495–497 дюймов (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 9 октября 2022 г.
- ^ Комер, Дуглас Э. (2008). Компьютерные сети и Интернет . Прентис Холл. п. 476. ИСБН 978-0-13-606127-4 .
- ^ Демихелис, К. (ноябрь 2002 г.). Метрика изменения задержки IP-пакетов для показателей производительности IP (IPPM) . IETF . дои : 10.17487/RFC3393 . РФК 3393 .
- ^ Канг, Сунг-Ха; Шен, Цзяньхун (Джеки) (2006). «Видео, вызывающее волнение от Bake and Shake». Вычисление изображений и зрительных образов . 24 (2): 143–152. дои : 10.1016/j.imavis.2005.09.022 .
- ^ М. Бондаренко и В. И. Слюсарь. «Методы оценки джиттера АЦП в некогерентных системах. // Радиоэлектроника и системы связи. – Том 54, № 10, 2011. – С. 536 – 545. – DOI: 10.3103/S0735272711100037» (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 9 октября 2022 г.
- ^ Хвиливицкий, Александр (2008). «Дрожание пикселей в устройствах захвата кадров» . Проверено 9 марта 2015 г.
- ^ Джиттер-буфер
- ^
В этой статье использованы общедоступные материалы из «деджиттерайзер» . Федеральный стандарт 1037C . Управление общего обслуживания . Архивировано из оригинала 22 января 2022 г. - ^ Ахмед, Салман; Чен, Тунвэнь (апрель 2011 г.). «Минимизация влияния джиттера выборки в беспроводных сенсорных сетях». Письма об обработке сигналов IEEE . 18 (4): 219–222. Бибкод : 2011ISPL...18..219A . дои : 10.1109/LSP.2011.2109711 .
Дальнейшее чтение [ править ]
- Ли, Майк П. Джиттер и проверка целостности сигнала для синхронных и асинхронных операций ввода-вывода на частотах от нескольких до 10 ГГц/Гбит/с . Представлено на Международной испытательной конференции 2008 г.
- Ли, Майк П. Новый метод классификации джиттера, основанный на статистических, физических и спектроскопических механизмах . Представлено на DesignCon 2009.
- Лю, Хуэй, Хун Ши, Сяохун Цзян и Чжэ Ли. Pre-Driver PDN SSN, OPD, кодирование данных и их влияние на SSJ . Представлено на конференции по электронным компонентам и технологиям 2009 г.
- Тришитта, Патрик Р.; Варма, Ева Л. (1989). Джиттер в системах цифровой передачи . Артех. ISBN 978-0-89006-248-7 .
- Замек, Илья. Резонанс джиттера SOC-системы и его влияние на общий подход к импедансу PDN . Представлено на Международной испытательной конференции 2008 г.
Внешние ссылки [ править ]
- Устранение ошибки дрожания в Wayback Machine (архивировано 30 ноября 2016 г.)
- Джиттер в VoIP — причины, решения и рекомендуемые значения на Wayback Machine (заархивировано 7 октября 2007 г.)
- Введение в джиттер в системах связи на Wayback Machine (архивировано 13 января 2009 г.)
- Спецификации стали проще на Wayback Machine (архивировано 17 ноября 2009 г.), эвристическое обсуждение методов Fibre Channel и Gigabit Ethernet.
- Джиттер в сетях пакетной голосовой связи
