En electrónica y telecomunicaciones , la fluctuación es la desviación de la verdadera periodicidad de una señal presuntamente periódica , a menudo en relación con una señal de reloj de referencia . En las aplicaciones de recuperación de reloj , se denomina jitter de sincronización . [1] La fluctuación de fase es un factor importante, y generalmente no deseado, en el diseño de casi todos los enlaces de comunicaciones .
La fluctuación de fase se puede cuantificar en los mismos términos que todas las señales que varían en el tiempo, por ejemplo, raíz cuadrada media (RMS) o desplazamiento de pico a pico . Además, al igual que otras señales que varían en el tiempo, la fluctuación de fase se puede expresar en términos de densidad espectral .
El período de fluctuación es el intervalo entre dos tiempos de efecto máximo (o efecto mínimo) de una característica de señal que varía regularmente con el tiempo. La frecuencia de fluctuación , la cifra más comúnmente citada, es su inversa. ITU-T G.810 frecuencias clasifica la fluctuación de fase por debajo de 10 Hz como wander y frecuencias iguales o superiores a 10 Hz como fluctuación. [2]
La fluctuación puede deberse a interferencias electromagnéticas y diafonía con portadoras de otras señales. La fluctuación puede hacer que el monitor parpadee, afectar el rendimiento de los procesadores en las computadoras personales, introducir clics u otros efectos no deseados en las señales de audio y causar la pérdida de datos transmitidos entre dispositivos de red. La cantidad de fluctuación tolerable depende de la aplicación afectada.
Métrica
Para la fluctuación del reloj , hay tres métricas de uso común:
- Jitter absoluto
- La diferencia absoluta en la posición del borde de un reloj desde donde idealmente estaría.
- Jitter de período (también conocido como jitter de ciclo )
- La diferencia entre cualquier período de reloj y el período de reloj ideal o promedio. La fluctuación de período tiende a ser importante en los circuitos síncronos, como las máquinas de estado digitales, donde el funcionamiento sin errores de la circuitería está limitado por el período de reloj más corto posible (período promedio menos la fluctuación de ciclo máxima), y el rendimiento de la circuitería está establecido por el período de reloj promedio. Por lo tanto, los circuitos síncronos se benefician de minimizar la fluctuación del período, de modo que el período de reloj más corto se aproxima al período de reloj promedio.
- Fluctuación de ciclo a ciclo
- La diferencia de duración de dos períodos de reloj adyacentes. Puede ser importante para algunos tipos de circuitos de generación de reloj utilizados en microprocesadores e interfaces RAM .
En telecomunicaciones , la unidad utilizada para los tipos de fluctuación anteriores suele ser el intervalo unitario (UI) que cuantifica la fluctuación en términos de una fracción del período de la unidad de transmisión. Esta unidad es útil porque escala con la frecuencia del reloj y, por lo tanto, permite comparar interconexiones relativamente lentas como T1 con enlaces troncales de Internet de mayor velocidad como OC-192 . Las unidades absolutas como los picosegundos son más comunes en aplicaciones de microprocesadores. También se utilizan unidades de grados y radianes .
Si la fluctuación tiene una distribución gaussiana , generalmente se cuantifica utilizando la desviación estándar de esta distribución. Esto se traduce en una medición RMS para una distribución de media cero. A menudo, la distribución de la fluctuación es significativamente no gaussiana. Esto puede ocurrir si la fluctuación es causada por fuentes externas como el ruido de la fuente de alimentación. En estos casos, las mediciones de pico a pico pueden ser más útiles. Se han realizado muchos esfuerzos para cuantificar de manera significativa las distribuciones que no son gaussianas ni tienen un nivel máximo significativo. Todos tienen deficiencias, pero la mayoría tiende a ser lo suficientemente buena para el trabajo de ingeniería. Tenga en cuenta que, por lo general, el punto de referencia para la fluctuación de fase se define de manera que la fluctuación de fase media sea 0. [ cita requerida ]
En las redes de computadoras , la fluctuación de fase puede referirse a por paquetes variación del retardo , la variación ( dispersión estadística ) en el retardo de los paquetes .
Tipos
Una de las principales diferencias entre la fluctuación aleatoria y la determinista es que la fluctuación determinista está limitada y la fluctuación aleatoria es ilimitada. [3] [4]
Jitter aleatorio
El jitter aleatorio, también llamado jitter gaussiano, es un ruido de temporización electrónico impredecible. La fluctuación aleatoria normalmente sigue una distribución normal [5] [6] debido a que es causada por ruido térmico en un circuito eléctrico o debido al teorema del límite central . El teorema del límite central establece que el efecto compuesto de muchas fuentes de ruido no correlacionadas, independientemente de las distribuciones, se acerca a una distribución normal. [7]
Jitter determinista
La fluctuación de fase determinista es un tipo de fluctuación de señal de reloj o de datos que es predecible y reproducible. El valor pico a pico de esta fluctuación está acotado, y los límites se pueden observar y predecir fácilmente. La fluctuación de fase determinista tiene una distribución no normal conocida. La fluctuación de fase determinista puede estar correlacionada con el flujo de datos ( fluctuación dependiente de los datos ) o no correlacionada con la secuencia de datos (fluctuación de fase acotada no correlacionada). Ejemplos de fluctuación de fase dependiente de los datos son la fluctuación de fase dependiente del ciclo de trabajo (también conocida como distorsión del ciclo de trabajo) y la interferencia entre símbolos .
Jitter total
norte | BER |
---|---|
6.4 | 10 −10 |
6,7 | 10 −11 |
7 | 10 -12 |
7.3 | 10 −13 |
7,6 | 10 −14 |
La fluctuación de fase total ( T ) es la combinación de la fluctuación de fase aleatoria ( R ) y la fluctuación de fase determinista ( D ) y se calcula en el contexto a una tasa de error de bits requerida (BER) para el sistema: [8]
- T = D pico a pico + 2 nR rms ,
en el que el valor de n se basa en la BER requerida del enlace.
Una BER común utilizada en estándares de comunicación como Ethernet es 10-12 .
Ejemplos de
Fluctuación de muestreo
En la conversión de señales de analógico a digital y de digital a analógico, normalmente se asume que el muestreo es periódico con un período fijo; el tiempo entre cada dos muestras es el mismo. Si hay fluctuación en la señal de reloj al convertidor de analógico a digital o un convertidor de digital a analógico , el tiempo entre muestras varía y surge un error de señal instantáneo. El error es proporcional a la velocidad de respuesta de la señal deseada y al valor absoluto del error de reloj. El efecto de la fluctuación en la señal depende de la naturaleza de la fluctuación. La fluctuación aleatoria tiende a agregar ruido de banda ancha, mientras que la fluctuación periódica tiende a agregar componentes espectrales errantes, "birdys". En algunas condiciones, menos de un nanosegundo de fluctuación puede reducir la resolución de bits efectiva de un convertidor con una frecuencia de Nyquist de 22 kHz a 14 bits. [9]
La fluctuación de muestreo es una consideración importante en la conversión de señales de alta frecuencia, o cuando la señal del reloj es especialmente propensa a las interferencias.
En los conjuntos de antenas digitales, las fluctuaciones de ADC y DAC son los factores importantes que determinan la precisión de la estimación de la dirección de llegada [10] y la profundidad de la supresión de las perturbaciones. [11]
Fluctuación de paquetes en redes informáticas
En el contexto de las redes de computadoras, la fluctuación de los paquetes o la variación del retardo de los paquetes (PDV) es la variación en la latencia medida en la variabilidad en el tiempo del retardo de un extremo a otro en una red. Una red con retardo constante no tiene fluctuación de paquetes. [12] La fluctuación de fase de los paquetes se expresa como un promedio de la desviación del retardo medio de la red. [13] PDV es un factor importante de calidad de servicio en la evaluación del rendimiento de la red.
La transmisión de una ráfaga de tráfico a una tasa alta seguida de un intervalo o período de transmisión de tasa menor o cero también puede verse como una forma de fluctuación, ya que representa una desviación de la tasa de transmisión promedio. Sin embargo, a diferencia de la fluctuación causada por la variación en la latencia, la transmisión en ráfagas puede verse como una característica deseable, [ cita requerida ], por ejemplo, en transmisiones de tasa de bits variable .
Fluctuación de vídeo e imagen
La fluctuación de vídeo o imagen se produce cuando las líneas horizontales de los fotogramas de imagen de vídeo se desplazan aleatoriamente debido a la corrupción de las señales de sincronización o la interferencia electromagnética durante la transmisión de vídeo. Se ha realizado un estudio de eliminación de jittering basado en modelos en el marco de la restauración de imagen y vídeo digitales. [14]
Pruebas
La fluctuación en las arquitecturas de bus en serie se mide mediante patrones oculares . Existen estándares para la medición de la fluctuación de fase en arquitecturas de bus serie. Las normas cubren la tolerancia a la fluctuación de fase , la función de transferencia de fluctuación de fase y la generación de fluctuación de fase , y los valores requeridos para estos atributos varían entre las diferentes aplicaciones. Cuando corresponda, se requiere que los sistemas compatibles cumplan con estos estándares.
Las pruebas de jitter y su medición son de creciente importancia para los ingenieros electrónicos debido al aumento de las frecuencias de reloj en los circuitos electrónicos digitales para lograr un mayor rendimiento del dispositivo. Las frecuencias de reloj más altas tienen aberturas para los ojos proporcionalmente más pequeñas y, por lo tanto, imponen tolerancias más estrictas en la fluctuación. Por ejemplo, las placas base de las computadoras modernas tienen arquitecturas de bus en serie con aberturas para los ojos de 160 picosegundos o menos. Esto es extremadamente pequeño en comparación con las arquitecturas de bus paralelo con un rendimiento equivalente, que pueden tener aberturas para los ojos del orden de 1000 picosegundos .
La fluctuación de fase se mide y evalúa de diversas formas según el tipo de circuito que se esté probando. [15] En todos los casos, el objetivo de la medición de la fluctuación de fase es verificar que la fluctuación de fase no perturbe el funcionamiento normal del circuito.
La prueba del rendimiento del dispositivo para determinar la tolerancia a la fluctuación de fase puede implicar la inyección de fluctuación de fase en componentes electrónicos con equipo de prueba especializado.
Se emplea un enfoque menos directo, en el que las formas de onda analógicas se digitalizan y el flujo de datos resultante se analiza, al medir la fluctuación de píxeles en capturadores de fotogramas . [dieciséis]
Mitigación
Circuitos anti-fluctuación
Los circuitos anti-fluctuación (AJC) son una clase de circuitos electrónicos diseñados para reducir el nivel de fluctuación en una señal de reloj. Los AJC funcionan volviendo a sincronizar los pulsos de salida para que se alineen más estrechamente con un reloj idealizado. Se utilizan ampliamente en circuitos de recuperación de datos y reloj en comunicaciones digitales , así como para sistemas de muestreo de datos como el convertidor de analógico a digital y el convertidor de digital a analógico . Ejemplos de circuitos anti-fluctuación de fase incluyen bucle de enganche de fase y bucle de enganche de retardo .
Búferes de fluctuación
Los búferes de fluctuación o eliminación de fluctuaciones son búferes que se utilizan para contrarrestar la fluctuación introducida al hacer cola en redes de conmutación de paquetes para garantizar la reproducción continua de un flujo de medios de audio o video transmitido a través de la red. [17] La fluctuación máxima que puede ser contrarrestada por un búfer de eliminación de fluctuación es igual al retardo de búfer introducido antes de comenzar la reproducción del flujo de medios. En el contexto de las redes de conmutación de paquetes, el término variación del retardo de paquetes a menudo se prefiere a la fluctuación .
Algunos sistemas utilizan búferes de eliminación de fluctuación de fase de retardo óptimos sofisticados que son capaces de adaptar el retardo de búfer a las características cambiantes de la red. La lógica de adaptación se basa en las estimaciones de fluctuación calculadas a partir de las características de llegada de los paquetes de medios. Los ajustes asociados con la eliminación de fluctuaciones adaptativas implican la introducción de discontinuidades en la reproducción de los medios que pueden ser perceptibles para el oyente o el espectador. La eliminación de fluctuaciones adaptativas se suele realizar para reproducciones de audio que incluyen detección de actividad de voz que permite ajustar la duración de los períodos de silencio, minimizando así el impacto perceptual de la adaptación.
Dejitterizer
Un desjitterizador es un dispositivo que reduce la fluctuación en una señal digital . [18] Un desjitterizador generalmente consiste en un búfer elástico en el que la señal se almacena temporalmente y luego se retransmite a una tasa basada en la tasa promedio de la señal entrante. Es posible que un desjitterizador no sea eficaz para eliminar la fluctuación de fase de baja frecuencia (fluctuación lenta de fase).
Filtrado y descomposición
Se puede diseñar un filtro para minimizar el efecto de la fluctuación de muestreo. [19]
La señal de fluctuación se puede descomponer en funciones de modo intrínseco (IMF), que se pueden aplicar posteriormente para filtrar o eliminar fluctuaciones. [ cita requerida ]
Ver también
- Desviación del reloj
- Vacilar
- Jitterlyzer
- Error de intervalo de tiempo máximo
- Pulso (procesamiento de señal)
Referencias
- ^ Wolaver, Dan H. (1991). Diseño de circuito de bucle con bloqueo de fase . Prentice Hall. pag. 211 . ISBN 978-0-13-662743-2.
- ^ "Analizador de sincronización FTB-8080: resolución de problemas de sincronización en redes de telecomunicaciones" (PDF) . EXFO. Nota de aplicación 119. Archivado desde el original (PDF) el 7 de febrero de 2012 . Consultado el 5 de agosto de 2012 .
- ^ Hagedorn, Julian; Alicke, Falk; Verma, Ankur (agosto de 2017). "Cómo medir la fluctuación total" (PDF) . Texas Instruments . SCAA120B . Consultado el 17 de julio de 2018 .
- ^ "Comprensión de los cálculos de jitter" . Tecnologías Teledyne . 9 de julio de 2014 . Consultado el 17 de julio de 2018 .
- ^ Hagedorn, Julian; Alicke, Falk; Verma, Ankur (agosto de 2017). "Cómo medir la fluctuación total" (PDF) . Texas Instruments . SCAA120B . Consultado el 17 de julio de 2018 .
- ^ "Comprensión de los cálculos de jitter" . Tecnologías Teledyne . 9 de julio de 2014 . Consultado el 17 de julio de 2018 .
- ^ Chow, Daniel. "Visualización de jitter, parte 1: Jitter aleatorio" . UBM Tech . Consultado el 12 de abril de 2013 .
- ^ Stephens, Ransom. "El significado del jitter total" (PDF) . Tektronix . Consultado el 17 de julio de 2018 .
- ^ Puente León, Fernando (2015). Messtechnik . Saltador. pag. 332f. ISBN 978-3-662-44820-5.
- ^ M. Bondarenko y VI Slyusar. "Influencia del jitter en ADC en la precisión de la radiogoniometría por redes de antenas digitales. // Radioelectrónica y Sistemas de Comunicaciones. - Volumen 54, Número 8, 2011.- Pp. 436 - 445.-" (PDF) . doi : 10.3103 / S0735272711080061 . S2CID 110506568 . Cite journal requiere
|journal=
( ayuda ) - ^ Bondarenko MV, Slyusar VI "Limitación de la profundidad de supresión de interferencias en un conjunto de antenas digitales en condiciones de fluctuación de ADC. // 5ª Conferencia Científica Internacional sobre Tecnologías Defensivas, OTEH 2012. - 18-19 de septiembre de 2012. - Belgrado, Serbia. - Pp . 495 - 497 " (PDF) .
- ^ Comer, Douglas E. (2008). Redes informáticas e Internet . Prentice Hall. pag. 476. ISBN 978-0-13-606127-4.
- ^ Demichelis, C. (noviembre de 2002). Métrica de variación de retardo de paquetes IP para métricas de rendimiento de IP (IPPM) . IETF . doi : 10.17487 / RFC3393 . RFC 3393 .
- ^ Kang, Sung-Ha; Shen, Jianhong (Jackie) (2006). "Video Dejittering por Bake and Shake". Computación de imagen y visión . 24 (2): 143-152. doi : 10.1016 / j.imavis.2005.09.022 .
- ^ M. Bondarenko y VI Slyusar. "Métodos para estimar la fluctuación de ADC en sistemas no coherentes. // Sistemas de radioelectrónica y comunicaciones. - Volumen 54, Número 10, 2011. - Pp. 536 - 545. - DOI: 10.3103 / S0735272711100037" (PDF) .
- ^ Khvilivitzky, Alexander (2008). "Pixel Jitter en Frame Grabbers" . Consultado el 9 de marzo de 2015 .
- ^ Búfer de fluctuación
- ^ Este artículo incorpora material de dominio público del documento de la Administración de Servicios Generales : "desjitterizador" .( Estándar federal 1037C )
- ^ S. Ahmed; T. Chen. "Minimizar los efectos de las fluctuaciones de muestreo en redes de sensores inalámbricos". Cite journal requiere
|journal=
( ayuda )
Otras lecturas
- Li, Mike P. Verificación de la integridad de la señal y la fluctuación para las E / S síncronas y asíncronas a múltiples hasta 10 GHz / Gbps . Presentado en International Test Conference 2008.
- Li, Mike P. Un nuevo método de clasificación de jitter basado en mecanismos estadísticos, físicos y espectroscópicos . Presentado en DesignCon 2009.
- Liu, Hui, Hong Shi, Xiaohong Jiang y Zhe Li. Pre-Driver PDN SSN, OPD, codificación de datos y su impacto en SSJ . Presentado en la Conferencia de Tecnología y Componentes Electrónicos 2009.
- Trischitta, Patrick R .; Varma, Eve L. (1989). Jitter en sistemas de transmisión digital . Artech. ISBN 978-0-89006-248-7.
- Zamek, Iliya. Resonancia de jitter del sistema SOC y su impacto en el enfoque común de la impedancia PDN . Presentado en International Test Conference 2008.
enlaces externos
- Venciendo el error de jitter
- Jitter en VoIP: causas, soluciones y valores recomendados
- Introducción a la fluctuación de fase en los sistemas de comunicaciones
- Especificaciones de jitter simplificadas Una discusión heurística de los métodos de canal de fibra y Gigabit Ethernet
- Jitter en redes de paquetes de voz