Джиттер

Джи́ттер ( — дрожание) или фазовое дрожание цифрового сигнала данных — нежелательные фазовые или частотные отклонения передаваемого сигнала. Возникают вследствие нестабильности задающего генератора, изменений параметров линии передачи во времени и различной скорости распространения частотных составляющих одного и того же сигнала.

В цифровых системах проявляется в виде случайных быстрых (с частотой 10 Гц и более) изменений местоположения фронтов цифрового сигнала во времени, что приводит к рассинхронизации и, как следствие, искажению передаваемой информации. Например, если фронт имеет малую крутизну или «отстал» по времени, то цифровой сигнал как бы запаздывает, сдвигается относительно значащего момента времени — момента времени, в который происходит оценка сигнала. 
Стандарт ITU-T G.810 классифицирует изменение частоты на значение, не превышающее , как «вандер» () — «блуждание».

При цифровой записи звука джиттер вносит в сигнал искажения, подобные детонации — явлению, вызванному неравномерностью движения магнитной ленты в аналоговом магнитофоне вследствие несовершенства лентопротяжного механизма.
Однако, вносимые цифровым джиттером искажения существенно заметнее искажений звука, вносимых детонацией; видимо, это связано с большей «мягкостью» и «плавностью» детонационных искажений, обусловленных эластичностью магнитной ленты и инерционностью механических элементов лентопротяжных механизмов.

В области телекоммуникаций джиттером называется первая производная задержки прохождения данных по времени.

На графике «амплитуда сигнала» (ось ординат (y)) — «время» (абсцисс (x), секунды) джиттер — сдвиг по фазе (в секундах) между идеальным и действительным сигналами.

Для наглядного представления джиттера строят график «сдвиг по фазе» (ось ординат, секунды) — «время» (ось абсцисс, секунды).

Устранение джиттера — одна из основных проблем, возникающих при проектировании цифровой электроники, в частности, цифровых интерфейсов. Недостаточно аккуратный расчёт джиттера может привести к его накоплению при прохождении цифрового сигнала по тракту и, в конечном счёте, к неработоспособности устройства.

Причины возникновения джиттера 
 Задержки сигнала, вызванные его прохождением через элементы цифровых микросхем.
 Задержки сигнала и его затухание при прохождении по кабелям (например, по кабелям, соединяющим аудиотехнику).
 Паразитные наводки.
 Фазовые шумы петли фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) устройства, синхронизируемого внешним сигналом. Джиттер, вызываемый ФАПЧ, проявляется при прослушивании материала с записывающего устройства, синхронизируемого от воспроизводящего устройства.
 Аналогово-цифровой преобразователь (АЦП; преобразователь аналогового сигнала в цифровой) — основной источник джиттера в современных цифровых системах звукозаписи и воспроизведения. Современные цифровые студийные синхронизаторы достаточно совершенны и часто вносят меньший джиттер, чем АЦП. Каждый АЦП содержит генератор тактовых импульсов, задающий частоту квантования сигнала.
 Непостоянство напряжения, питающего генератор тактовых импульсов.
 Особенности конструкции генератора тактовых импульсов.

Параметры 
 Амплитуда джиттера — смещение по времени идеального сигнала от действительного, секунды.
 Частота джиттера — частота, с которой происходит изменение сдвига по фазе действительного сигнала от идеального, Гц.

Влияние джиттера на характеристики АЦП 
Частота дискретизации АЦП обычно задаётся кварцевым генератором, а любой кварцевый генератор (особенно дешёвый) имеет ненулевые фазовые шумы. Таким образом, моменты времени получения отсчётов сигнала (дискретов, семплов ( — образец, проба)) расположены на временной оси не совсем равномерно. Это приводит к размыванию спектра сигнала и ухудшению отношения сигнал/шум.

Влияние джиттера АЦП на характеристики цифровой антенной решётки 
Погрешность угловой пеленгации источников сигналов в цифровой антенной решётке, вызванная наличием джиттера АЦП, не может быть устранена повышением энергетики сигналов. Наличие джиттера также приводит к снижению глубины подавления активных помех. Например, увеличение среднеквадратического отклонения джиттера АЦП с 0,001 до 0,01 от периода сигнала гармонической помехи приводит к снижению глубины подавления помехи в линейной цифровой антенной решётке примерно на 20 дБ и ограничивает её предельной величиной -34,8 дБ при устремлении количества антенных элементов к бесконечности.

Методы оценивания джиттера 
Для оценки джиттера в устройствах цифровой обработки сигналов используются тестовый, чаще всего гармонический сигнал, источник которого может быть синхронизирован с генератором тактовых импульсов АЦП (ЦАП) или асинхронным с ним.

В телекоммуникациях 
В телекоммуникациях под джиттером часто понимается разброс минимального и максимального времени прохождения пакета IP от среднего времени прохождения пакета. Например, посылается 100 пакетов IP. Минимальное время прохождения пакета IP — , среднее — 400 мс, максимальное — 405 мс. В этом случае (405-400=5; 400-395=5) джиттер можно считать маленьким. Если же посылается 100 пакетов IP, и минимальное время прохождения пакета — 1 мс, среднее — 50 мс, максимальное — 100 мс, (100-50=50; 50-1=49) джиттер большой. Например, протокол VoIP очень чувствителен к джиттеру.

Борьба с джиттером 
При проектировании цифровых устройств следует максимально использовать передачу сигнала с регистра на регистр, это позволяет применить простые методы расчёта передач цифровых сигналов (временны́е диаграммы).

В цифровой звукозаписи следует использовать высококачественные кварцевые генераторы с источниками питания, имеющими малые пульсации и шумы. Также, применение полностью цифровых студий позволяет свести влияние джиттера к минимуму.
Такой студией может являться и персональный компьютер со звуковой платой, имеющей хороший АЦП, в случае хранения, редактирования и воспроизведения звука только в цифровом виде.

В области телекоммуникаций с джиттером и его последствиями борются с помощью буферной памяти, устройств ФАПЧ, применением специальных линейных кодов, созданием выделенных сетей тактовой синхронизации.

Воздействие джитера, как и аддитивного шума, в цифровой антенной решётке может быть уменьшено за счёт увеличения длительности сигнальной выборки и количества антенных элементов в решётке. Например, переход от 4-элементной цифровой антенной решётки к 8-элементной позволяет увеличить глубину подавления помехи на 2,3 дБ.

См. также 
 Среднеквадратическое отклонение
 Дисперсия случайной величины

Примечания

Ссылки 
 Теория - цикл статей на IXBT.com

Электроника
Цифровая обработка сигналов
Параметры компьютерных сетей