Джиттер
Джи́ттер (англ. jitter — дрожание) или фазовое дрожание цифрового сигнала данных[1] — нежелательные фазовые или частотные отклонения передаваемого сигнала. Возникают вследствие нестабильности задающего генератора, изменений параметров линии передачи во времени и различной скорости распространения частотных составляющих одного и того же сигнала.
В цифровых системах проявляется в виде случайных быстрых (с частотой 10 Гц и более) изменений местоположения фронтов цифрового сигнала во времени, что приводит к рассинхронизации и, как следствие, искажению передаваемой информации. Например, если фронт имеет малую крутизну или «отстал» по времени, то цифровой сигнал как бы запаздывает, сдвигается относительно значащего момента времени — момента времени, в который происходит оценка сигнала.
Стандарт ITU-T G.810 классифицирует изменение частоты на значение, не превышающее 10 Гц, как «вандер» (англ. wander) — «блуждание».
При цифровой записи звука джиттер вносит в сигнал искажения, подобные детонации — явлению, вызванному неравномерностью движения магнитной ленты в аналоговом магнитофоне вследствие несовершенства лентопротяжного механизма. Однако, вносимые цифровым джиттером искажения существенно заметнее искажений звука, вносимых детонацией; видимо, это связано с большей «мягкостью» и «плавностью» детонационных искажений, обусловленных эластичностью магнитной ленты и инерционностью механических элементов лентопротяжных механизмов.
В области телекоммуникаций джиттером называется первая производная задержки прохождения данных по времени.
На графике «амплитуда сигнала» (ось ординат (y)) — «время» (абсцисс (x), секунды) джиттер — сдвиг по фазе (в секундах) между идеальным и действительным сигналами.
Для наглядного представления джиттера строят график «сдвиг по фазе» (ось ординат, секунды) — «время» (ось абсцисс, секунды).
Устранение джиттера — одна из основных проблем, возникающих при проектировании цифровой электроники, в частности, цифровых интерфейсов. Недостаточно аккуратный расчёт джиттера может привести к его накоплению при прохождении цифрового сигнала по тракту и, в конечном счёте, к неработоспособности устройства.
Причины возникновения джиттера править
- Задержки сигнала, вызванные его прохождением через элементы цифровых микросхем.
- Задержки сигнала и его затухание при прохождении по кабелям (например, по кабелям, соединяющим аудиотехнику).
- Паразитные наводки.
- Фазовые шумы петли фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) устройства, синхронизируемого внешним сигналом. Джиттер, вызываемый ФАПЧ, проявляется при прослушивании материала с записывающего устройства, синхронизируемого от воспроизводящего устройства.
- Аналогово-цифровой преобразователь (АЦП; преобразователь аналогового сигнала в цифровой) — основной источник джиттера в современных цифровых системах звукозаписи и воспроизведения. Современные цифровые студийные синхронизаторы достаточно совершенны и часто вносят меньший джиттер, чем АЦП. Каждый АЦП содержит генератор тактовых импульсов, задающий частоту квантования сигнала.
- Непостоянство напряжения, питающего генератор тактовых импульсов.
- Особенности конструкции генератора тактовых импульсов.
Параметры править
- Амплитуда джиттера — смещение по времени идеального сигнала от действительного, секунды.
- Частота джиттера — частота, с которой происходит изменение сдвига по фазе действительного сигнала от идеального, Гц.
Влияние джиттера на характеристики АЦП править
Частота дискретизации АЦП обычно задаётся кварцевым генератором, а любой кварцевый генератор (особенно дешёвый) имеет ненулевые фазовые шумы. Таким образом, моменты времени получения отсчётов сигнала (дискретов, семплов (англ. sample — образец, проба)) расположены на временной оси не совсем равномерно. Это приводит к размыванию спектра сигнала и ухудшению отношения сигнал/шум.
Влияние джиттера АЦП на характеристики цифровой антенной решётки править
Погрешность угловой пеленгации источников сигналов в цифровой антенной решётке, вызванная наличием джиттера АЦП, не может быть устранена повышением энергетики сигналов[2][3]. Наличие джиттера также приводит к снижению глубины подавления активных помех. Например, увеличение среднеквадратического отклонения джиттера АЦП с 0,001 до 0,01 от периода сигнала гармонической помехи приводит к снижению глубины подавления помехи в линейной цифровой антенной решётке примерно на 20 дБ и ограничивает её предельной величиной −34,8 дБ при устремлении количества антенных элементов к бесконечности[4].
Методы оценивания джиттера править
Для оценки джиттера в устройствах цифровой обработки сигналов используются тестовый, чаще всего гармонический сигнал, источник которого может быть синхронизирован с генератором тактовых импульсов АЦП (ЦАП) или асинхронным с ним[5].
В телекоммуникациях править
В телекоммуникациях под джиттером часто понимается разброс минимального и максимального времени прохождения пакета IP от среднего времени прохождения пакета[6]. Например, посылается 100 пакетов IP. Минимальное время прохождения пакета IP — 395 мс, среднее — 400 мс, максимальное — 405 мс. В этом случае (405—400=5; 400—395=5) джиттер можно считать маленьким. Если же посылается 100 пакетов IP, и минимальное время прохождения пакета — 1 мс, среднее — 50 мс, максимальное — 100 мс, (100-50=50; 50-1=49) джиттер большой. Например, протокол VoIP очень чувствителен к джиттеру.
Борьба с джиттером править
При проектировании цифровых устройств следует максимально использовать передачу сигнала с регистра на регистр[прояснить], это позволяет применить простые методы расчёта передач цифровых сигналов (временны́е диаграммы).
В цифровой звукозаписи следует использовать высококачественные кварцевые генераторы с источниками питания, имеющими малые пульсации и шумы. Также, применение полностью цифровых студий позволяет свести влияние джиттера к минимуму[уточнить]. Такой студией может являться и персональный компьютер со звуковой платой, имеющей хороший АЦП, в случае хранения, редактирования и воспроизведения звука только в цифровом виде.
В области телекоммуникаций с джиттером и его последствиями борются с помощью буферной памяти, устройств ФАПЧ, применением специальных линейных кодов, созданием выделенных сетей тактовой синхронизации.
Воздействие джитера, как и аддитивного шума, в цифровой антенной решётке может быть уменьшено за счёт увеличения длительности сигнальной выборки и количества антенных элементов в решётке[2][3]. Например, переход от 4-элементной цифровой антенной решётки к 8-элементной позволяет увеличить глубину подавления помехи на 2,3 дБ[4].
См. также править
Примечания править
- ↑ ГОСТ 17657-79: Передача данных. Термины и определения.
- ↑ 1 2 Слюсар, В.И. Влияние нестабильности такта АЦП на угловую точность линейной цифровой антенной решетки. Известия вузов. Сер. Радиоэлектроника.- 1998. - Том 41, № 6. C. 77 - 80 (1998). Дата обращения: 7 августа 2017. Архивировано 22 декабря 2018 года.
- ↑ 1 2 Бондаренко М.В., Слюсар В.И. Влияние джиттера АЦП на точность пеленгации цифровыми антенными решетками.// Известия вузов. Сер. Радиоэлектроника. – 2011. - № 8. – C. 41 - 49. - [1].
- ↑ 1 2 Bondarenko M.V., Slyusar V.I. Limiting depth of jammer's suppression in a digital antenna array in conditions of ADC jitter.// 5th International Scientific Conference on Defensive Technologies, OTEH 2012. - 18 - 19 September, 2012. - Belgrade, Serbia. - Pp. 495 - 497. [2] (англ.).
- ↑ Бондаренко М.В., Слюсар В.И. Методы оценивания джиттера АЦП в некогерентных системах.//Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника. – 2011. - Том №54, № 10. – C. 19 - 28. [3].
- ↑ RFC 3393. IP packet delay variation metric for IP performance metrics (IPPM). Ноябрь 2002 года.