ЕЩЕ РАЗ О ДЖИТТЕРЕ

Сторожук Н. Л., Белоруков В. А. ,  Щитников В. И.

Источник: kometeh.ru/publications/paper3.pdf

   1.ОСНОВНЫЕ ПРИЧИНЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ФАЗОВЫХ ДРОЖАНИЙ

Регулярность генерации элементов цифрового сигнала обеспечивается за счёт синхронизации этого процесса тактовой частотой. Однако при прохождении через тракт передачи  регулярность следования элементов цифрового сигнала нарушается, возникает паразитная фазовая модуляция, называемая джиттером. Более формальное определение фазовых дрожаний дает Рекомендация МСЭ-Т 0.171 — «Кратковременные отклонения значащих положений цифрового сигнала от его идеальной временной позиции». Частота отклонения фазы называется частотой джиттера. Появление фазовых дрожаний в цифровой сети обусловлено принципами обработки и передачи цифровой информации, которые составляют основу построения аппаратуры. К ним относятся:

• регенерация цифровых сигналов методом самохронирования (выработка тактового колебания с помощью нелинейной обработки и узкополосной фильтрации непосредственно из принимаемого сигнала);
• согласование скоростей передачи способом «стаффингов» (управляемой вставки неинформативных временных позиций и их последующим удалением на приеме).
При реализации этих принциповвозникает необходимость усреднения частоты поступления информационных элементов цифрового сигнала перед размещением их на регулярных временных позициях (детерминированных тактовых интервалах). Неидеальность этого процесса приводит к отклонениям временных положений элементов цифрового сигнала от желаемых (эталонных) позиций — дрожаниям фазы. Таким образом, основными видами оборудования, ответственными за появление фазовых дрожаний в плезиохронной сети, являются цифровой линейный тракт и аппаратура временного группообразования.

1.1. Фазовые дрожания, возникающие в линейном тракте Каждый регенератор содержит устройство, которое выделяет из поступающего сигнала хронирующее колебание. Однако, в зависимости от содержания передаваемой информации, при его выделении избирательной схемой полученное колебание будет иметь амплитудную модуляцию. Пороговый детектор, следующий за избирательной цепью, в идеале должен определить момент, когда это колебание пересечет уровень нуля (этот момент, в принципе, не зависит от амплитуды сигнала). Реально, в практических схемах уровень порога отличен от нулевого уровня, так что малые изменения амплитуды сигнала приводят к вариациям момента сраба тывания порогового детектора. Другими словами, имеет место амплитудно-фазовое преобразование. Неидеальность коррекции линейных искажений, появляющихся при прохождении цифрового сигнала по среде передачи, приводит к появлению межсимвольных помех, длительность и амплитуда которых определяется информационным содержанием сигнала. Их воздействие на нелинейный элемент вызывает смещение временных положении импульсов в последовательности на его выходе. Асимметрия импульсов, связанная с неидеальностью коррекции и последующего нелинейного преобразования, также приводит к появлению временных флуктуации на выходе избирательной цепи. Изменения длительности импульсов составляют еще один источник фазовых дрожаний, зависящий от содержания передаваемой информации. Выделение хронирующего колебания пассивными избирательными цепями из-за неидеальности их реализации сопровождается появлением временных сдвигов. Это:

• статический сдвиг, величина которого зависит от степени расстройки и характера фазовой характеристики избирательной цепи;
• дополнительная модуляция фазы, возникающая из-за асимметрии частотной характеристики цепи хронирования, вызванной расстройкой избирательной цепи. Переходные помехи от других цифровых линейных трактов, работающих в этом же кабеле могут вносить фазовые сдвиги в цифровой сигнал.. Так как каждая влияющая цепь вносит независимую помеху, то вызываемые ими дрожания фазы являются некоррелированными и их уровень растет незначительно с ростом числа регенераторов в цепи. Следующий возможный источник фазовых дрожаний связан с относительной задержкой импульсов. Обычно в выходных каскадах регенератора положительные и отрицательные импульсы поступают на объединяющий выходной трансформатор по разным физическим цепям. Различие их временных задержек вызывает некоторую асимметрию временных расстояний между ними в выходном сигнале регенератора, что приводит к появлению относительных дрожаний фазы в следующем регенераторе цепи, ухудшая запас помехозащищенности.

1.2. Фазовые дрожания временного группообразования Аппаратура временного группообразования осуществляет создание цифровых каналов высших уровней иерархии на основе объединения  нескольких низкоскоростных цифровых потоков. Формирование группового сигнала производится путем периодического чередования битов поступающих компонентных потоков на стороне передачи. Его разделение на исходные низкоскоростные потоки выполняется на стороне приема.
    Входящие компонентные потоки могут поступать от независимых источников информации с одинаковыми номинальными, но фактически отличающимися друг от друга скоростями передачи.. Эти скорости отличаются друг от друга в пределах нормируемых допусков на эти скорости. Прямое объединение таких потоков не может быть выполнено, пока они не будут синхронизированы от общего задающего генератора. Непосредственная синхронизация не может быть осуществлена, поскольку источники исходной цифровой информации часто располагаются не в одном месте, а на значительных расстояниях друг от друга. При использовании цифрового выравнивания скоростей передачи для восстановле ния временных соотношений в выделенных компонентных потоках на стороне приема в состав группового сигнала должны быть включены служебные биты управления выравниванием, несущие информа цию, на основе которой будут удалены стаффинговые позиции. Другая проблема связана с опознаванием компонентных потоков при приеме: поочередная их передача требует осуществления цикловой синхронизации для определения порядка этой очереди в процессе разделения группового сигнала на компонентные потоки. В типовой аппаратуре временного группообразования эта синхронизация осуществляется с помощью циклового синхросигнала, также введенного в состав группового сигнала. Таким образом, возникновение фазовых дрожаний в компонентных цифровых сигналах при аппаратной реализации временного группообразования на основе вышеописанных принципов может вызываться следующими явлениями:

• периодическим (с частотой цикла) удалением из равномерного потока хронирующих импульсов компонентных потоков в составе группового сигнала тех из них, которые определяют временные положения служебных битов: циклового синхросигнала, битов управлениявыравниванием и других;
• исключением из этого же потока импульсов, определяющих положение выравнивающих временных интервалов с частотой, определяемой фактическим расхождением между частотами приема входной информации (записи) и передачи этой информации в составе группового сигнала (считывания);
• проведением операции выравнивания не в тот момент времени, когда она требуется, а в момент времени, предопределенный принятой структурой цикла группового сигнала.
Влияние первых двух факторов, которые могли бы вызвать относительно высокочастотную фазовую модуляцию импульсов хронирования при усреднении частоты в цепях выделения синхросигнала.линейного тракта, устраняется применением небольшого буферного ЗУ в блоке ФАПЧ. Данный подход применялся уже в первых же образцах систем передачи. Наибольшую неприятность представляют дрожания фазы, обусловленные последней из перечисленных выше причин (фазовые дрожания времени ожидания), т. к. они
имеют составляющие с частотами, лежащими внутри полосы пропускания ФАПЧ, и поэтому могут появиться в сигналах компонентных потоков на выходе устройств разделения и передаваться полинейным трактам.

1.3.Дополнительные источникифазовых дрожаний
Дополнительные фазовые дрожания, возникающие при выработке сигналов хронирования, определяются двумя причинами. Первой является так называемый фликкершум электронных компонентов, интенсивность которого имеет обратную зависимость от частоты ("1 /f" - шум). Он накладывается на любой сигнал, проходящий через активные элементы, и тактовая частота не является исключением. Другой причиной является фазовый шум, вызванный статистической неопределённостью переходов в сигналах на входах и выходах логи ческих элементов. Фазовые дрожания, вызванные этими источниками пренебрежимо малы сравнению с дрожаниями от других ранее рассмотренных источников.

Литература

1. И. Г. Бакланов, А. Г. Лебедев, С. Ю. Сондак, Несколько серьезных слов о джиттере. «Метрология и измерительная техника в отрасли связь» № 2, 2005 г.
2. Рекомендация G.921 — Цифровые участки, основанные на иерархии 2048 кбит/с.

<<назад