Вимірювання джиттера є, мабуть, однією з найскладніших і найцікавіших проблем цифрового зв'язку.
Джиттером хронирования, або просто джиттером (jitter), називають паразитную фазову модуляцію сигналу тактової частоти. Можна також сказати, що джиттер є відхилення моментів стробирования сигналу від їх ідеальних положень.
Занадто великий джиттер іноді викликає додаткові помилки цифрового сигналу або навіть порушує його синхронізацію. Можливими причинами є:
- паразитная фазова модуляція в генераторах тактової частоти;
- вплив шумів і перешкод на ланцюг синхронізації в приймачі;
- зміна довжини тракту передачі;
- зміна швидкості поширення;
- допплеровское зміщення від рухомих об'єктів;
- нерегулярне надходження хронирующей інформації і т. д.
Настільки великому числу можливих причин відповідає безліч типів джиттера.
Сумарний джиттер (Total Jitter, TJ) складається з випадкового джиттера (Random Jitter, RJ) і систематичного (регулярного) джиттера (Deterministic Jitter, DJ).
Випадковий джиттер RJ має гауссову функцію щільності ймовірності PDF і характеризується двома параметрами: середнім значенням і середньоквадратичним відхиленням. При такій функції PDF випадковий джиттер може мати як завгодно велику амплітуду.
Джиттер цього типу вимірюється як в амплітудних UIp-p (точніше, значеннях «пік-пік»), так і в середньоквадратичних значеннях UIRMS. Для джиттера з гаусом щільністю ймовірності, подібного білого шуму, UIp-p = (5? 10) UIRMS. Для синусоїдального джиттера співвідношення між зазначеними параметрами становить 2? 2 = 2,83.
Систематичний джиттер DJ має відмінну від гаусом функцію розподілу щільності ймовірності і обмежену амплітуду і включає в себе цілий ряд джиттером:
- періодичний (Periodic Jitter, PJ), іноді званий синусоїдальним SJ;
- залежить від інформаційного сигналу (даних) (Data Depending Jitter, DDJ);
- тривалості циклу (Duty Cycle Distortion, DCD);
- алгоритмічний (Algorithmic Jitter, AJ).
Головними причинами періодичного джиттера PJ є перешкоди від місцевих радіостанцій або від перемикань в потужнострумових мережах. Він виникає також внаслідок нестабільної роботи систем фазового автопідстроювання частоти (ФАПЧ).
Періодичний джіттер може бути розкладений в ряд Фур'є і представлений у вигляді набору синусоїд, тому іноді його називають синусоїдальним. За визначенням, періодичний джиттер не має кореляції з будь-яким періодично повторюється сигналом даних. Цим він відрізняється від джиттера DDJ, який розглянемо нижче.
Джиттер, що залежить від інформаційного сигналу DDJ, виникає внаслідок межсимвольной інтерференції (Intersymbol Interference, ISI) сусідніх імпульсів. Характеристика цих спотворень, а отже, і відповідного джиттера буде залежати від конкретного виду цифрової послідовності.
Джиттер тривалості циклу характеризує відхилення тривалості тактового імпульсу від його номінального значення. На практиці це проявляється в різній тривалості нульового і одиничного біта і виявляється наслідком різної крутизни переднього і заднього фронтів тактового імпульсу.
Алгоритмічний джиттер AJ виникає внаслідок принципових особливостей конкретної ЦСП. Так, в плезіохронних ЦСП прикладом алгоритмічного джиттера служить джиттер цифрового вирівнювання і часу очікування (Stuffing and Wait Time Jitter). Він з'являється з-за змінної затримки операції цифрового вирівнювання (Bit Stuffing) при мультиплексировании і демультиплексировании цифрових потоків. Справа в тому, що рішення про необхідність вирівнювання може бути прийнято в будь-якому місці циклу, а сама операція виконується зі змінною затримкою і тільки в певному місці циклу. Точно таку ж природу має джиттер відображення (Mapping Jitter) при розміщенні роздільних (tributary) сигналів PDH в синхронних транспортних модулях SONET / SDH з використанням операції цифрового вирівнювання.
У системах SONET / SDH алгоритмічний джиттер покажчика (Pointer Jitter) виникає при компенсації рассинхронизации в мережі за допомогою механізму покажчиків (Pointers). При цьому відбувається вставка або видалення одного байта покажчика (зміщення покажчика), що означає поява джиттера з амплітудою в вісім одиничних інтервалів (Unit Interval, UI), кожен з яких дорівнює часу, необхідному для передачі одного біта інформації.
Джиттер характеризується амплітудою і частотою. Флуктуації фази з частотою вище 10 Гц називають джиттером, а флуктуації з частотою до 10 Гц включно - Вандером. У вітчизняній технічній літературі джиттеру відповідає термін «фазовий тремтіння», а Вандер - «дрейф фази» тактової частоти.
Відстань між максимальним і мінімальним значеннями джиттера називається амплітудою джиттера і вимірюється в одиничних інтервалах (Unit Interval, UI). Один UI відповідає одному періоду тактової частоти.
Вимірювання вандера проводиться в абсолютних одиницях часу і вимагає прецизійного джерела тактової частоти, при цьому воно триває досить довго. Основна характеристика вандера - помилка тимчасового інтервалу (Time Interval Error, TIE) - являє собою відхилення (девіацію) тактової частоти від частоти еталонного джерела. TIE формує базу для розрахунку двох інших параметрів вандера: максимально допустимої помилки тимчасового інтервалу (Maximum Tolerable Interval Error, MTIE) і девіації часу (Time Deviation, TDEV), перший з яких є критерієм оцінки довготривалої, а другий - короткочасної стабільності синхросигналу. Криві TDEV використовуються для оцінки параметрів генератора.
При недоступності еталонного джерела тактової частоти для оцінки вандера застосовується відносний параметр (Maximum Relative Time Interval Error, MRTIE). У цьому випадку на параметр MTIE накладається неминуче зміщення частоти. Тому при вимірюванні MRTIE з результату вимірювання MTIE віднімається відповідний зсув частоти.
Порівняльна характеристика джиттера і вандера приведена в Таблиці 1.
Таблиця 1. Порівняльна характеристика джиттера і вандера.
Кожне цифровий пристрій характеризується так званої функцією передачі джиттера (Jitter Transfer Function, JTF), або посиленням джиттера (Jitter Gain, JG), і являє собою відношення джиттера на виході до джиттеру на вході.
Передавальна функція JTF особливо важлива для оцінки якості регенераторів. Мета цих вимірів - оцінка внесеного регенератором посилення джиттера, який мав би бути вище допустимого значення, а також визначення частоти зрізу (Cut Off Frequency, COF), починаючи з якої регенератор починає вносити ослаблення джиттера.
Формула передавальної функції: H (f) = 20 lg (Output Jitter / Input Jitter), де Output Jitter і Input Jitter - амплітуди джиттера на виході і вході, відповідно.
Ще один важливий параметр - так звана «переносимість» джиттера (Jitter Tolerance, JT). Він характеризує здатність тестованого пристрою поглинати джиттер в залежності від частоти.
Для всіх видів інтерфейсів в ієрархіях ЦСП передбачені спеціальні шаблони допусків, де лімітуються допустимі величини джиттера і вандера на вході пристрою. Допустима величина джиттера не повинна викликати появи помилок або порушення синхронізації цифрового сигналу. Один з таких шаблонів для інтерфейсу 2048 кбіт / c показаний на малюнку.
В якості випробувального сигналу при визначенні зображеного вище шаблону використовується псевдослучайная послідовність PRBS (215-1) c фазовою модуляцією синусоїдальним сигналом. При знаходженні виміряного джиттера усередині шаблону відповідний пристрій не вноситиме помилок в цифровий сигнал. Зауважимо, що на лівій осі ординат відкладені абсолютні одиниці часу, в яких вимірюється вандер, а на правій - відносні одиничні інтервали UI, що дозволяють вимірювати джиттер.