Jitter - Jitter

"Wander" přeadresuje tady. Pro jiná použití, vidět Wander (disambiguation) a Jitter (disambiguation) .

V elektronice a telekomunikacích je jitter odchylkou od skutečné periodicity pravděpodobně periodického signálu , často ve vztahu k referenčnímu hodinovému signálu . V aplikacích pro obnovu hodin se to nazývá časování chvění . Jitter je významným a obvykle nežádoucím faktorem při navrhování téměř všech komunikačních spojení .

Jitter lze kvantifikovat stejnými termíny jako všechny časově proměnné signály, např. Odmocnina (RMS) nebo posun mezi špičkami . Stejně jako ostatní časově proměnné signály lze i jitter vyjádřit pomocí spektrální hustoty .

Jitter period je interval mezi dvojnásobkem maximálního účinku (nebo minimálního účinku) charakteristiky signálu, který se pravidelně mění s časem. Frekvence chvění , častěji uváděná hodnota, je její inverzní. ITU-T G.810 klasifikuje kmitavé frekvence pod 10 Hz jako bloudění a frekvence při nebo nad 10 Hz jako kolísání.

Chvění může být způsobeno elektromagnetickým rušením a přeslechem s nosiči jiných signálů. Jitter může způsobit blikání monitoru displeje, ovlivnit výkon procesorů v osobních počítačích, zavést kliknutí nebo jiné nežádoucí efekty ve zvukových signálech a způsobit ztrátu přenášených dat mezi síťovými zařízeními. Množství tolerovatelného chvění závisí na ovlivněné aplikaci.

Metriky

U hodinového chvění existují tři běžně používané metriky:

Absolutní chvění
Absolutní rozdíl v postavení ostří clock odkud by se v ideálním případě.
Jitter období (aka jitter cyklu )
Rozdíl mezi libovolnou hodinovou periodou a ideální nebo průměrnou hodinovou periodou. Jitter období má tendenci být důležitý v synchronních obvodech, jako jsou digitální stavové stroje, kde je bezchybný provoz obvodů omezen nejkratší možnou dobou hodin (průměrná doba mínus maximální jitter cyklu) a výkon obvodů je nastaven průměrná doba hodin. Synchronní obvody proto těží z minimalizace chvění periody, takže nejkratší periody hodin se blíží průměrné periodě hodin.
Jitter mezi cykly
Rozdíl v trvání dvou sousedních hodinových period. To může být důležité pro některé typy obvodů generování hodin používaných v mikroprocesorech a rozhraních RAM .

V telekomunikacích je jednotkou používanou pro výše uvedené typy chvění obvykle jednotkový interval (UI), který kvantifikuje chvění ve smyslu zlomku periody vysílací jednotky. Tato jednotka je užitečná, protože se mění s taktovací frekvencí a umožňuje tak srovnání relativně pomalých propojení, jako je T1, s vysokorychlostními páteřními internetovými odkazy, jako je OC-192 . Absolutní jednotky, jako jsou pikosekundy, jsou běžnější v mikroprocesorových aplikacích. Používají se také jednotky stupňů a radiánů .

V normálním rozdělení představuje jedna směrodatná odchylka od průměru (tmavě modrá) přibližně 68% množiny, zatímco dvě směrodatné odchylky od střední hodnoty (střední a tmavě modrá) představují přibližně 95% a tři směrodatné odchylky (světle, střední, a tmavě modrá) tvoří přibližně 99,7%.

Pokud má jitter Gaussovo rozdělení , obvykle se kvantifikuje pomocí směrodatné odchylky tohoto rozdělení. To se promítá do měření RMS pro distribuci nulové střední hodnoty. Distribuce chvění je často výrazně negaussovská. K tomu může dojít, pokud je chvění způsobeno externími zdroji, jako je šum napájecího zdroje. V těchto případech může být užitečnější měření mezi špičkami . Bylo učiněno mnoho úsilí ke smysluplné kvantifikaci distribucí, které nejsou ani gaussovské, ani nemají smysluplnou špičkovou úroveň. Všechny mají nedostatky, ale většina má tendenci být dostatečně dobrá pro účely inženýrských prací. Všimněte si, že referenční bod pro jitter je obvykle definován tak, že střední jitter je 0.

V počítačových sítích může jitter odkazovat na změnu zpoždění paketu , změnu ( statistickou disperzi ) ve zpoždění paketů .

Typy

Jedním z hlavních rozdílů mezi náhodným a deterministickým chvěním je, že deterministický chvění je omezený a náhodný chvění je neomezený.

Náhodné chvění

Náhodný jitter, nazývaný také gaussovský jitter, je nepředvídatelný elektronický časovací šum. Náhodné chvění obvykle sleduje normální rozdělení kvůli tomu, že je způsobeno tepelným šumem v elektrickém obvodu nebo kvůli centrální limitní větě . Centrální limitní věta uvádí, že složený efekt mnoha zdrojů nekorelovaného hluku, bez ohledu na rozdělení, se blíží normálnímu rozdělení.

Deterministický chvění

Deterministický chvění je typ chvění hodin nebo datových signálů, který je předvídatelný a reprodukovatelný. Špičková hodnota tohoto chvění je omezená a hranice lze snadno pozorovat a předvídat. Deterministický chvění má známé nenormální rozdělení. Deterministický chvění může být korelován s datovým proudem ( chvění závislé na datech) nebo nekorelovaný s datovým tokem (ohraničený nekorelovaný chvění). Příkladem jitteru závislého na datech je jitter závislý na pracovním cyklu (také známý jako zkreslení pracovního cyklu) a interference mezi symboly .

Celkový chvění

n BER
6.4 10 −10
6.7 10 −11
7 10 −12
7.3 10 −13
7.6 10 −14

Total jitter ( T ) is the combination of random jitter ( R ) and deterministic jitter ( D ) and is computed in the context to a required bit error rate (BER) for the system:

T = D peak-to-peak + 2 nR rms ,

ve kterém je hodnota n založena na BER požadovaném od odkazu.

Běžné BER používané v komunikačních standardech, jako je Ethernet, je 10 −12 .

Příklady

Jitter vzorkování

Při analogově-digitálním a digitálně-analogovém převodu signálů se obvykle předpokládá, že vzorkování je periodické s pevnou periodou - doba mezi dvěma vzorky je stejná. Pokud je na hodinovém signálu k analogově-digitálnímu převodníku nebo digitálně-analogovému převodníku přítomný chvění , čas mezi vzorky se mění a dochází k okamžité chybě signálu. Chyba je úměrná rychlosti přeběhu požadovaného signálu a absolutní hodnotě chyby hodin. Účinek chvění na signál závisí na povaze chvění. Náhodné chvění má tendenci přidávat širokopásmový šum, zatímco periodické chvění má tendenci přidávat chybné spektrální složky, „birdy“. Za určitých podmínek může méně než nanosekunda chvění snížit efektivní bitové rozlišení převaděče s Nyquistovou frekvencí 22 kHz až 14 bitů.

Jitter vzorkování je důležitým hlediskem při převodu vysokofrekvenčního signálu nebo tam, kde je hodinový signál obzvláště náchylný k rušení.

V digitálních anténních polích jsou ADC a DAC jittery důležitými faktory určujícími přesnost odhadu směru příjezdu a hloubku potlačení rušiček.

Chvění paketů v počítačových sítích

V kontextu počítačových sítí je kolísání paketů nebo odchylka zpoždění paketů (PDV) změnou latence měřenou v časové variabilitě zpoždění typu end-to-end v síti. Síť s konstantním zpožděním nemá jitter paketů. Chvění paketů je vyjádřeno jako průměr odchylky od průměrného zpoždění sítě. PDV je důležitým faktorem kvality služby při hodnocení výkonu sítě.

Vysílání shluku provozu vysokou rychlostí, po kterém následuje interval nebo období přenosu s nižší nebo nulovou rychlostí, lze také považovat za formu chvění, protože představuje odchylku od průměrné rychlosti přenosu. Avšak na rozdíl od chvění způsobeného změnou latence může být vysílání v dávkách považováno za žádoucí vlastnost, např. V přenosech s proměnnou přenosovou rychlostí .

Chvění videa a obrázků

K chvění videa nebo obrazu dochází, když jsou vodorovné čáry rámců video obrazu náhodně posunuty kvůli poškození synchronizačních signálů nebo elektromagnetickému rušení během přenosu videa. Studie děitteringu založená na modelech byla provedena v rámci obnovy digitálního obrazu a videa.

Testování

Jitter v architekturách sériových sběrnic se měří pomocí očních vzorů . V architektuře sériové sběrnice existují standardy pro měření chvění. Normy pokrývají toleranci jitter , přenosovou funkci vibrace a generování jitter , s požadovanými hodnotami pro tyto atributy různé mezi různými aplikacemi. Tam, kde je to vhodné, se vyžaduje, aby vyhovující systémy vyhovovaly těmto normám.

Testování chvění a jeho měření má pro inženýry elektroniky rostoucí význam kvůli zvýšeným hodinovým frekvencím v digitálních elektronických obvodech pro dosažení vyššího výkonu zařízení. Vyšší frekvence hodin mají úměrně menší otvory pro oči, a tak ukládají přísnější tolerance chvění. Například moderní základní desky počítačů mají architektury sériové sběrnice s otvory očí 160 pikosekund nebo méně. To je extrémně malé ve srovnání s architekturami paralelních sběrnic s ekvivalentním výkonem, které mohou mít otvory očí řádově 1000 pikosekund .

Jitter se měří a hodnotí různými způsoby v závislosti na typu testovaného obvodu. Ve všech případech je cílem měření chvění ověřit, zda chvění nenaruší normální provoz obvodu.

Testování výkonu zařízení na toleranci jitteru může zahrnovat vstřikování jitteru do elektronických součástek pomocí specializovaného testovacího zařízení.

Méně přímý přístup - při kterém jsou analogové křivky digitalizovány a výsledný datový proud analyzován - se používá při měření chvění obrazových bodů v grabovacích rámcích .

Zmírnění

Anti-jitter obvody

Obvody proti kolísání (AJC) jsou třídou elektronických obvodů určených ke snížení úrovně kolísání v hodinovém signálu. AJC pracují tak, že znovu načasují výstupní pulsy, aby se vyrovnaly blíže idealizovaným hodinám. Jsou široce používány v obvodech hodin a obnovy dat v digitální komunikaci , stejně jako v systémech vzorkování dat, jako je analogově-digitální převodník a digitálně-analogový převodník . Mezi příklady obvodů proti jitteru patří smyčka fázového závěsu a smyčka blokovaného zpožděním .

Jitter nárazníky

Jitter buffery nebo de-jitter buffery jsou vyrovnávací paměti, které se používají k potlačení jitteru zavedeného zařazením do fronty v sítích s přepínáním paketů, aby se zajistilo nepřetržité přehrávání audio nebo video mediálního proudu přenášeného přes síť. Maximální jitter, kterému lze čelit vyrovnávací pamětí de-jitter, se rovná zpoždění vyrovnávací paměti zavedenému před spuštěním přehrávání mediálního streamu. V kontextu sítí s přepínáním paketů je často preferován termín variace zpoždění paketu před jitterem .

Některé systémy používají sofistikované de-jitter vyrovnávací paměti s optimálním zpožděním, které jsou schopné přizpůsobit zpoždění vyrovnávací paměti změnám charakteristik sítě. Logika adaptace je založena na odhadech chvění vypočítaných z charakteristik příchodu mediálních paketů. Úpravy spojené s adaptivním odstraňováním chvění zahrnují zavedení diskontinuit v přehrávání médií, které mohou být patrné pro posluchače nebo diváka. Adaptivní odstranění chvění se obvykle provádí u zvukových přehrání, která zahrnují detekci hlasové aktivity, která umožňuje upravit délku období ticha, čímž se minimalizuje vnímací dopad adaptace.

Dejitterizer

Dejitterizer je zařízení, které snižuje jitter v digitálním signálu . Dejitterizer obvykle sestává z elastické vyrovnávací paměti, ve které je signál dočasně uložen a poté znovu vysílán rychlostí založenou na průměrné rychlosti příchozího signálu. Dejitterizer nemusí být účinný při odstraňování nízkofrekvenčního chvění (bloudění).

Filtrování a rozklad

Filtr může být navržen tak, aby minimalizoval účinek vzorkování chvění.

Signál chvění lze rozložit na funkce vnitřního režimu (IMF), které lze dále použít pro filtrování nebo dejittering.

Viz také

Reference

Další čtení

externí odkazy