Hispanopedia WikiEn electrónica y telecomunicaciones , la fluctuación (jitter) es la desviación de la periodicidad real de una señal supuestamente periódica , a menudo en relación con una señal de reloj de referencia . En aplicaciones de recuperación de reloj, se denomina fluctuación de temporización . [ 1 ] La fluctuación es un factor significativo, y generalmente indeseado, en el diseño de casi todos los enlaces de comunicación .
La fluctuación temporal (jitter) se puede cuantificar en los mismos términos que todas las señales variables en el tiempo, por ejemplo, mediante el valor cuadrático medio (RMS) o el desplazamiento pico a pico . Asimismo, al igual que otras señales variables en el tiempo, la fluctuación temporal se puede expresar en términos de densidad espectral .
El período de fluctuación (jitter) es el intervalo entre dos momentos de máximo efecto (o mínimo efecto) de una característica de la señal que varía regularmente con el tiempo. La frecuencia de fluctuación , la cifra más citada, es su inversa. La norma ITU-T G.810 clasifica las desviaciones de frecuencias inferiores a 10 Hz como deriva y las de frecuencias superiores a 10 Hz como fluctuación . [ 2 ]
La fluctuación de fase (jitter) puede deberse a interferencias electromagnéticas y diafonía con portadoras de otras señales. Esta fluctuación puede provocar parpadeo en un monitor, afectar el rendimiento de los procesadores en ordenadores personales, generar chasquidos u otros efectos indeseados en las señales de audio y causar pérdida de datos transmitidos entre dispositivos de red. El nivel de fluctuación de fase tolerable depende de la aplicación afectada.
Métrica
Para medir la fluctuación del reloj , existen tres métricas de uso común:
- temblor absoluto
- La diferencia absoluta en la posición del borde de un reloj con respecto a donde debería estar idealmente.
- Error máximo de intervalo de tiempo (MTIE)
- Error máximo que puede cometer un reloj bajo prueba al medir un intervalo de tiempo durante un período de tiempo determinado.
- Fluctuación del período (también conocida como fluctuación del ciclo )
- La diferencia entre un periodo de reloj cualquiera y el periodo de reloj ideal o promedio. La fluctuación del periodo suele ser importante en circuitos síncronos, como las máquinas de estados digitales, donde el funcionamiento sin errores del circuito está limitado por el periodo de reloj más corto posible (periodo promedio menos fluctuación máxima del ciclo), y el rendimiento del circuito viene determinado por el periodo de reloj promedio. Por lo tanto, los circuitos síncronos se benefician al minimizar la fluctuación del periodo, de modo que el periodo de reloj más corto se aproxime al periodo de reloj promedio.
- fluctuación ciclo a ciclo
- La diferencia en la duración de dos periodos de reloj consecutivos. Puede ser importante para algunos tipos de circuitos de generación de reloj utilizados en microprocesadores e interfaces de RAM .
En telecomunicaciones , la unidad utilizada para los tipos de fluctuación mencionados anteriormente suele ser el intervalo unitario (IU), que cuantifica la fluctuación en términos de una fracción del período de la unidad de transmisión. Esta unidad es útil porque varía con la frecuencia del reloj y, por lo tanto, permite comparar interconexiones relativamente lentas como T1 con enlaces troncales de internet de alta 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 de fase (jitter) tiene una distribución gaussiana , generalmente se cuantifica mediante la desviación estándar de dicha distribución. Esto se traduce en una medición RMS para una distribución con media cero. A menudo, la distribución de la fluctuación de fase no es gaussiana de forma significativa. Esto puede ocurrir si la fluctuación de fase 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 numerosos esfuerzos para cuantificar de forma significativa las distribuciones que no son gaussianas ni tienen un nivel de pico significativo. Todos presentan limitaciones, pero la mayoría suelen ser suficientemente buenos para los fines del trabajo de ingeniería.
En redes informáticas , el jitter puede referirse a la variación del retardo de los paquetes , 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 acotada y la fluctuación aleatoria no lo está. [ 3 ] [ 4 ]
fluctuación aleatoria
La fluctuación aleatoria, también llamada fluctuación gaussiana, es un ruido de temporización electrónico impredecible. La fluctuación aleatoria generalmente sigue una distribución normal [ 5 ] [ 6 ] debido a que es causada por el ruido térmico en un circuito eléctrico .
fluctuación determinista
La fluctuación 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 determinista tiene una distribución no normal conocida. La fluctuación determinista puede estar correlacionada con el flujo de datos ( fluctuación dependiente de los datos ) o no estar correlacionada con el flujo de datos (fluctuación no correlacionada acotada). Ejemplos de fluctuación dependiente de los datos son la fluctuación dependiente del ciclo de trabajo (también conocida como distorsión del ciclo de trabajo) y la interferencia entre símbolos .
Nerviosismo total
La fluctuación total ( T ) es la combinación de la fluctuación aleatoria ( R ) y la fluctuación determinista ( D ) y se calcula en el contexto de una tasa de error de bits (BER) requerida para el sistema: [ 7 ]
- T = D pico a pico + 2 nR rms ,
en el que el valor de n se basa en la BER requerida del enlace.
Un BER común utilizado en estándares de comunicación como Ethernet es 10 −12 .
Ejemplos
fluctuación del muestreo
En la conversión analógica-digital y digital-analógica de señales, normalmente se asume que el muestreo es periódico con un período fijo; el tiempo entre cada dos muestras es el mismo. Si existe fluctuación (jitter) en la señal de reloj del convertidor analógico-digital o digital-analógico , el tiempo entre muestras varía y se produce un error instantáneo en la señal. Este error es proporcional a la velocidad de variación de la señal deseada y al valor absoluto del error de reloj. El efecto de la fluctuación en la señal depende de su naturaleza. La fluctuación aleatoria tiende a añadir ruido de banda ancha, mientras que la fluctuación determinista tiende a añadir componentes espectrales erráticos, denominados "birdys" . En algunas condiciones, una fluctuación inferior a un nanosegundo puede reducir la resolución efectiva de bits de un convertidor con una frecuencia de Nyquist de 22 kHz a 14 bits. [ 8 ]
La fluctuación de muestreo es un factor importante a tener en cuenta en la conversión de señales de alta frecuencia, o cuando la señal de reloj es especialmente propensa a las interferencias.
En los conjuntos de antenas digitales, las fluctuaciones de los convertidores analógico-digital (ADC) y digital -analógico (DAC) son factores importantes que determinan la precisión de la estimación de la dirección de llegada [ 9 ] y la profundidad de la supresión de interferencias [ 10 ] .
Fluctuación de paquetes en redes informáticas
En el contexto de las redes informáticas, la fluctuación de paquetes o variación del retardo de paquetes (PDV) es la variación en la latencia medida en la variabilidad a lo largo del tiempo del retardo de extremo a extremo en una red. Una red con retardo constante no tiene fluctuación de paquetes. [ 11 ] La fluctuación de paquetes se expresa como el promedio de la desviación del retardo medio de la red. [ 12 ] La PDV es un factor importante de calidad de servicio en la evaluación del rendimiento de la red.
La transmisión de un flujo de datos a alta velocidad, seguido de un intervalo o período de transmisión a menor velocidad o nula, también puede considerarse una forma de fluctuación (jitter), ya que representa una desviación de la velocidad de transmisión promedio. Sin embargo, a diferencia de la fluctuación causada por la variación en la latencia, la transmisión en ráfagas puede considerarse una característica deseable, por ejemplo, en transmisiones de velocidad de bits variable .
Vibración de vídeo e imagen
La fluctuación de imagen o vídeo se produce cuando las líneas horizontales de los fotogramas de vídeo se desplazan aleatoriamente debido a la corrupción de las señales de sincronización o a la interferencia electromagnética durante la transmisión de vídeo. Se ha llevado a cabo un estudio de eliminación de fluctuaciones basado en modelos en el marco de la restauración digital de imágenes y vídeos. [ 13 ]
Pruebas
La fluctuación de fase (jitter) en las arquitecturas de bus serie se mide mediante diagramas de ojo . Existen estándares para la medición de jitter en dichas arquitecturas. Estos estándares abarcan la tolerancia al jitter , la función de transferencia del jitter y la generación del jitter , y los valores requeridos para estos atributos varían según la aplicación. Cuando corresponda, los sistemas compatibles deben ajustarse a estos estándares.
La medición y la comprobación de la fluctuación de fase (jitter) cobran cada vez mayor importancia para los ingenieros electrónicos debido al aumento de las frecuencias de reloj en los circuitos electrónicos digitales para lograr un mayor rendimiento de los dispositivos. Las frecuencias de reloj más altas implican aperturas de ojo proporcionalmente más pequeñas y, por lo tanto, imponen tolerancias más estrictas para la fluctuación de fase. Por ejemplo, las placas base de los ordenadores modernos tienen arquitecturas de bus serie con aperturas de ojo de 160 picosegundos o menos. Esto es extremadamente pequeño en comparación con las arquitecturas de bus paralelo con un rendimiento equivalente, que pueden tener aperturas de ojo del orden de 1000 picosegundos .
La fluctuación (jitter) se mide y evalúa de diversas maneras según el tipo de circuito que se esté probando. [ 14 ] En todos los casos, el objetivo de la medición de la fluctuación es verificar que esta no interrumpa el funcionamiento normal del circuito.
Las pruebas de rendimiento de un dispositivo para determinar su tolerancia a la fluctuación de fase (jitter) pueden implicar la inyección de jitter en los componentes electrónicos mediante equipos de prueba especializados.
Se emplea un enfoque menos directo —en el que se digitalizan las formas de onda analógicas y se analiza el flujo de datos resultante— al medir la fluctuación de píxeles en los capturadores de imágenes . [ 15 ]
Mitigación
Circuitos anti-jitter
Los circuitos anti-jitter (AJC) son un tipo de circuitos electrónicos diseñados para reducir la fluctuación (jitter) en una señal de reloj. Los AJC funcionan reajustando la sincronización de los pulsos de salida para que se alineen con mayor precisión con un reloj ideal. Se utilizan ampliamente en circuitos de recuperación de reloj y datos en comunicaciones digitales , así como en sistemas de muestreo de datos, como el convertidor analógico-digital y el convertidor digital-analógico . Algunos ejemplos de circuitos anti-jitter son el bucle de enganche de fase (PLL) y el bucle de enganche de retardo (LLL) .
Buffers de fluctuación
Los búferes de fluctuación o búferes de corrección de fluctuación son búferes que se utilizan para contrarrestar la fluctuación introducida por la cola en redes de conmutación de paquetes para garantizar la reproducción continua de un flujo de audio o video transmitido a través de la red. [ 16 ] La fluctuación máxima que puede contrarrestar un búfer de corrección de fluctuación es igual al retardo de almacenamiento en búfer introducido antes de comenzar la reproducción del flujo multimedia. En el contexto de las redes de conmutación de paquetes, a menudo se prefiere el término variación del retardo de paquetes en lugar de fluctuación .
Algunos sistemas utilizan sofisticados búferes de reducción de fluctuaciones (de-jitter) con retardo óptimo, capaces de adaptar el retardo de almacenamiento 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 multimedia. Los ajustes asociados con la reducción adaptativa de fluctuaciones implican la introducción de discontinuidades en la reproducción multimedia, que pueden ser perceptibles para el oyente o espectador. La reducción adaptativa de fluctuaciones se suele aplicar a reproducciones de audio que incluyen detección de actividad de voz , lo que permite ajustar la duración de los periodos de silencio, minimizando así el impacto perceptivo de la adaptación.
Eliminador de fluctuaciones
Un eliminador de fluctuaciones es un dispositivo que reduce la fluctuación en una señal digital . [ 17 ] Un eliminador de fluctuaciones generalmente consta de un búfer elástico en el que la señal se almacena temporalmente y luego se retransmite a una velocidad basada en la velocidad promedio de la señal entrante. Un eliminador de fluctuaciones puede no ser eficaz para eliminar la fluctuación de baja frecuencia (variación de frecuencia).
Filtrado y descomposición
Se puede diseñar un filtro para minimizar el efecto de la fluctuación de muestreo. [ 18 ]
Una señal de fluctuación (jitter) se puede descomponer en funciones de modo intrínseco (IMF), que posteriormente se pueden aplicar para filtrar o eliminar la fluctuación.
Véase también
Referencias
- ↑ Wolaver, Dan H. (1991). Diseño de circuitos de bucle de enganche de fase . Prentice Hall. pág . 211. ISBN 978-0-13-662743-2.
- ↑ "FTB-8080 Sync Analyzer: Solución de problemas de sincronización en redes de telecomunicaciones" (PDF) . EXFO. Nota de aplicación 119. Archivado del 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 fluctuación" . Teledyne Technologies . 9 de julio de 2014 . Consultado el 17 de julio de 2018 .
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- ↑ Stephens, Ransom. "El significado de la fluctuación total" (PDF) . Tektronix . Archivado (PDF) del original el 9 de octubre de 2022. Consultado el 17 de julio de 2018 .
- ↑ Puente León, Fernando (2015). Messtechnik . Saltador. pag. 332 y siguientes. ISBN 978-3-662-44820-5.
- ↑ M. Bondarenko y VI Slyusar. (6 de septiembre de 2011). "Influencia de la fluctuación en el convertidor analógico-digital sobre la precisión de la localización de dirección mediante conjuntos de antenas digitales. // Radioelectronics and Communications Systems. - Volumen 54, número 8, 2011.- Págs. 436 – 445.-" ( PDF) . Radioelectronics and Communications Systems . 54 (8): 436. doi : 10.3103/S0735272711080061 . S2CID 110506568. Archivado (PDF) del original el 9 de octubre de 2022.
- ↑ Bondarenko MV, Slyusar VI "Limitación de la profundidad de supresión de interferencias en una matriz de antenas digitales en condiciones de fluctuación del convertidor analógico-digital.// 5.ª Conferencia Científica Internacional sobre Tecnologías Defensivas, OTEH 2012. - 18-19 de septiembre de 2012. - Belgrado, Serbia. - Págs. 495-497" (PDF) . Archivado (PDF) del original el 9 de octubre de 2022.
- ↑ Comer, Douglas E. (2008). Redes informáticas e Internet . Prentice Hall. pág. 476. ISBN 978-0-13-606127-4.
- ↑ Demichelis, C. (noviembre de 2002). Métrica de variación de retardo de paquetes IP para métricas de rendimiento IP (IPPM) . IETF . doi : 10.17487/RFC3393 . RFC 3393 .
- ↑ Kang, Sung-Ha; Shen, Jianhong (Jackie) (2006). "Video Dejittering by Bake and Shake". Image and Vision Computing . 24 (2): 143– 152. doi : 10.1016/j.imavis.2005.09.022 .
- ↑ M. Bondarenko y VI Slyusar. "Métodos para estimar la fluctuación de fase del convertidor analógico-digital en sistemas no coherentes. // Radioelectronics and Communications Systems. - Volumen 54, número 10, 2011. – Págs. 536 - 545. - DOI: 10.3103/S0735272711100037" (PDF) . Archivado (PDF) del original el 9 de octubre de 2022.
- ↑ Khvilivitzky, Alexander (2008). "Pixel Jitter en capturadores de fotogramas" . Recuperado el 9 de marzo de 2015 .
- ↑ "Jitter Buffer" . Archivado del original el 7 de mayo de 2006. Consultado el 3 de abril de 2006 .
- ↑ Este artículo incorpora material de dominio público de "dejitterizer" . Norma Federal 1037C . Administración de Servicios Generales . Archivado del original el 22 de enero de 2022.
- ↑ Ahmed, Salman; Chen, Tongwen (abril de 2011). "Minimización del efecto de las fluctuaciones de muestreo en redes de sensores inalámbricas". IEEE Signal Processing Letters . 18 (4): 219– 222. Bibcode : 2011ISPL...18..219A . doi : 10.1109/LSP.2011.2109711 .
Lecturas adicionales
- Li, Mike P. Verificación de la fluctuación y la integridad de la señal para E/S síncronas y asíncronas a múltiples frecuencias de hasta 10 GHz/Gbps . Presentado en la Conferencia Internacional de Pruebas de 2008.
- Li, Mike P. Un nuevo método de clasificación de fluctuaciones 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 Componentes y Tecnología Electrónica 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 fluctuación del sistema SOC y su impacto en el enfoque común de la impedancia de la PDN . Presentado en la Conferencia Internacional de Pruebas de 2008.
Enlaces externos
- Cómo solucionar el problema de la fluctuación de la sincronización en la Wayback Machine (archivado el 30/11/2016)
- Fluctuación (jitter) en VoIP: causas, soluciones y valores recomendados en Wayback Machine (archivado el 7 de octubre de 2007).
- Introducción a la fluctuación de fase en los sistemas de comunicaciones en Wayback Machine (archivado el 13 de enero de 2009)
- Especificaciones simplificadas en Wayback Machine (archivado el 17/11/2009) , un análisis heurístico de los métodos Fibre Channel y Gigabit Ethernet.
- Fluctuación en redes de voz por paquetes
- Parámetros eléctricos
- Paquetes (tecnología de la información)
- Sincronización
