Понятие джиттера

При эксплуатации цифровых систем передачи одной из самых важных задач является задача синхронизации сети и обеспечения ее стабильности. Для того чтобы оценить состояние системы синхронизации, применяется параметр, называемый джиттером {«jitter»).

Джиттером или фазовым дрожанием называется фазовая модуляция принимаемого аналогового или цифрового сигнала.

В процессе работы системы передачи, вследствие различных причин частота сигнала может изменяться, как показано на рис. 6.1. Как видно из рисунка, частота характеризуется средним значением 1 и девиацией Д/. Зная значение периода изменения частоты Т , можно определить величину частоты джиттера -f^. если /д> 10 Гц, то говорят о джиттере, если Д < 10 Гц, то - о вандере.

Такое деление справедливо, так как джиттер и вандер возникают вследствие разных причин и оказывают различное влияние на работу системы передачи.

Джиттер может оцениваться либо в терминах фазы, либо в терминах частоты. Так как параметры частоты и фазы связаны между собой, то оба подхода можно считать эквивалентными. Термин частота для определения джиттера является более предпочтительным. Он удобнее для применения на практике, так как напрямую фазу сигнала определить невозможно, предварительно ее нужно преобразовать в понятие «периода», «амплитуды» и т.п.

Нестабильность частоты принимаемого сигнала

Рис. 6.1. Нестабильность частоты принимаемого сигнала

Если определять джиттер в параметрах частоты, то его параметрами становятся амплитуда и частота джиттера. Амплитуда джиттера измеряется в единицах времени - в абсолютных (микросекундах) или в приведенных единицах.

Приведенной единицей называется единичный интервал UI (Unit Interval), который представляет собой время, необходимое для передачи одного бита информации при заданной скорости передачи:

У = Гд = 1//д , [мкс]; J=fT = flfд>, [Ш].

Чаще используются приведенные единицы. Для скорости 64 Кбит/с UI = 17,6 мкс, а для скорости 2 048 Кбит/с UI = 488 нс.

На параметры качества сигналов влияние джиттера проявляется в двух направлениях. В аналого-цифровом сигнале появление джиттера приводит к тому, что вследствие неравномерной дискретизации восстановленный аналоговый сигнал может быть искажен. В цифровом потоке, в случае отклонений в синхронизации, при регенерации происходит «расползание» глазковой диаграммы (рис. 6.2), и вследствие этого снижается пороговый уровень по шумам, появляются битовые ошибки. Влияние вандера заключается в появлении «проскальзываний». На выходе асинхронных мультиплексоров сигнал, поступающий в цифровую коммутационную станцию, попадает в приемный буфер. Буфер в случае сбоя синхронизации может периодически переполняться, вследствие чего появляются «проскальзывания».

Джиттер может быть как регулярным, так и нерегулярным. Регулярный джиттер вызывается процессами, происходящими в регенераторах и мультиплексорах. Например, величина джиттера зависит от структуры последовательностей бит при их обработке в кодерах и скремблерах. Регулярный джиттер наблюдается при появлении перекрестных помех, которые носят регулярный характер. Этот тип джиттера предсказуем, и, следовательно, с ним можно бороться.

Нерегулярный джиттер может быть вызван внешними электромагнитными воздействиями: шумами, влиянием цепей питания, отражением сигналов. Компенсировать нерегулярный джиттер не представляется возможным.

Глазковая диаграмма

Рис. 6.2. Глазковая диаграмма

Джиттер стаффинга. Джиттер стаффинга создается самой системой передачи. В цифровых системах передачи тактовые частоты объединяемых цифровых потоков должны быть близки друг к другу и приблизительно равны тактовой частоте Етакт ном. В реальности тактовые частоты отличаются друг от друга на некоторую величину АДг):

где ДЕ(7) - относительная стабильность генераторов, формирующих цифровые потоки.

Если Етакт = Е. , то такой режим соответствует синхронному мультиплексированию, если ^такт <^т - асинхронному. При асинхронном мультиплексировании интервал времени между моментами записи бита информации и его считывания будет уменьшаться на величину:

В определенный момент времени наступит ситуация, когда на интервале Тсч, не будет обнаружен новый бит. Тогда в считанной последовательности будет вставлен (повторен) предыдущий бит (рис. 6.3). такой повтор называется положительным временным сдвигом ПВС. Период возникновения положительного временного сдвига равен:

Положительный временной сдвиг ПВС

Рис. 6.3. Положительный временной сдвиг ПВС

Если Р > Р* , временной такт т г интервал между моментами записи и считывания будет увеличиваться и наступит момент, когда за период Тсч поступает два бита. В этом случае в считанной последовательности будет потерян один бит (рис. 6.4). Такое «выпадение» называется отрицательным временным сдвигом ОВС. Период Т -Т

ОВС ПВС

Появление дополнительных символов или утрата их нарушает структуру цифрового потока и на приемной стороне становится невозможным восстановить исходный цифровой поток, если не принять специальных мер.

Эти меры называются согласованием скоростей и включают в себя формирование трех команд, которые указывают, в каком ре-

Отрицательный временной сдвиг РВС

Рис. 6.4. Отрицательный временной сдвиг РВС

жиме работает блок асинхронного сопряжения: синхронном (^такт = Р* ), положительных (Т? < Р* ) или отрицательных

(^такт > Р*) временных сдвигов. Кроме команд формируется сиг нал коррекции, который представляет собой «потерянный» бит в случае ОВС или указывает на появление «лишнего» бита в случае ПВС. Из-за указанных стаффинг-команд в цифровых системах передачи ЦСП появляется джиттер.

В системах передачи РИН выравнивание выполняется за счет вставки бит (бит-стаффинг), которые вставляются в определенные промежутки времени при считывании информации из эластичного буфера. Для обеспечения процесса стаффинга необходимо, чтобы вставка бит производилась в заранее определенные моменты времени (для удобства их последующего удаления) и скорость записи в буфер была больше скорости считывания из него.

Из-за процедуры стаффинга поток, поступающий на вход мультиплексора, имеет значительный джиттер выравнивания. Этот джиттер будет компенсироваться в приемном буфере на входе мультиплексора. Буфер использует фазовую автоподстройку частоты. Петли фазовой автоподстроечной частоты Ф АПЧ имеют достаточно узкую полосу частот, но ее величина является конечной, поэтому поток на выходе буфера все равно имеет джиттер стаффинга, он носит регулярный характер. После того, как будут удалены биты стаффинга, ФАПЧ подстраивается под среднюю скорость принимаемой информации и считывание осуществляет с этой скоростью.

На рис. 6.5 показаны примеры процессов, происходящих в приемном буфере: а- демонстрирует стаффинг с соотношением 8 = 1/2, что соответствует частоте вставки бит кратной разности частот приема и передачи; б - с соотношением 2/7; в - с соотношением 3/7.

Примеры стаффинга с различными соотношениями

Рис. 6.5. Примеры стаффинга с различными соотношениями

Если стаффинговое отношение (1/S) не является целочисленным, следовательно, наряду с джиттером стаффинга наблюдается и джиттер, обусловленный некратностью скоростей. Пиковая амплитуда джиттера некратности для соотношения S = п/т равна:

Лпах = (" - №

В системах SDH джиттер появляется вследствие процесса выравнивания скоростей, выполняемого с использованием алгоритма смещения в указателях (см. гл. 5).

Тестирование сети SDH | Измерения в цифровых системах передачи | Измерение джиттера системы передачи