Jitter

Se denomina Jitter [ˈdʒɪtɚ] (término inglés para fluctuación) a la variabilidad temporal durante el envío de señales digitales, una ligera desviación de la exactitud de la señal de reloj (en inglés Clock). El jitter suele considerarse como una señal de ruido no deseada. En general se denomina jitter a un cambio indeseado y abrupto de la propiedad de una señal. Esto puede afectar tanto a la amplitud como a la frecuencia y la situación de fase. El jitter es la primera consecuencia de un retraso de la señal. La representación espectral de las variaciones temporales se denomina ruido de fase.

En las telecomunicaciones también se denomina jitter a la variabilidad del tiempo de ejecución de los paquetes. Este efecto es especialmente molesto en aplicaciones multimedia en Internet como radio por Internet o telefonía IP, ya que provoca que algunos paquetes lleguen demasiado pronto o tarde para poder entregarlos a tiempo. El efecto puede reducirse con un búfer de jitter, un búfer de datos, pero a costa de un tiempo de ejecución mayor, algo molesto especialmente en aplicaciones de tiempo real como una conversación. Este efecto también es de importancia en los semiconductores de procesos. Informaciones críticas del proceso tienen que enviarse y recibirse en un tiempo determinado. Si el jitter es demasiado grande, ya no puede asegurarse que las informaciones críticas de proceso lleguen a tiempo.

Evaluación

Tamaño medido del jitter.

Para evaluar el jitter en forma de valores de medida hay diferentes procedimientos. En el área del procesamiento digital de señales, como por ejemplo audio digital en el marco de AES3 o de señales digitales de video en el marco del Serial Digital Interface (SDI) se expresa el jitter temporal como un tamaño relativo Unit Interval (UI).^[1] Un UI corresponde a la duración de un símbolo. En el caso de una transmisión binaria esto es el tiempo para la transmisión de un bit, tal y como se muestra en la imagen contigua para una sucesión binaria a modo de ejemplo de "01001". Las transiciones entre dos bit diferentes consecutivos se muestran con un flanco limado en color azul claro. El jitter da lugar a que el transcurso ideal de la señal (representado por la línea azul oscura) varíe respecto al transcurso real de la señal en el área del flanco.

Un jitter considerable provoca una interferencia entre símbolos mayor y por consiguiente un ratio de error de bit mayor, que se representa con una reducción de la apertura horizontal en el diagrama de ojos. La desviación del momento ideal del flanco también puede ser expresado como un dato de tiempo absoluto junto a los datos relacionados con el ratio de símbolos en UI. Valores absolutos frecuentes como A_j o también de pico-a-pico tal y como se muestran en el diagrama, muestran en transmisiones digitales en serie en el área de megabit y gigabit valores de 100 fs (femtosegundos) hasta unos 100 ps (picosegundos). Para transmisiones más rápidas son, según el procedimiento, en ocasiones valores del jitter aceptables en el área de los microsegundos.

Las desviaciones, cuya representación espectral se denomina ruido de fase, se dividen en partes de jitter periódicos, determinísticos y casuales. Las partes periódicas se pueden describir en una oscilación básica, descrito en el diagrama con la duración de tiempo T_j, a partir de la cual se da la mayor desviación de tiempo. A ella se le solapan partes espectrales más altas con una amplitud menor y un jitter casual, el cual sopesarse con una intensidad diferente según el motivo.

La frecuencia de jitter f_j de la oscilación básica se calcula así:

$f_j = \frac{1}{T_j}$

Para la recepción de flujos de datos digitales y de la fijación temporal de los puntos de muestreo es necesario un señal que se autoajusta en el lado del receptor, la cual se da en diferentes firmas, como por ejemplo el lazo de seguimiento de fase. Aquellos lazos de regulación pueden equilibrar de forma directa partes espectrales del jitter que transcurren de forma lenta, es decir, de baja frecuencia, por medio de ajustes posteriores del oscilador local, mientras que las partes del jitter de alta frecuencia se suprimen por el comportamiento de paso profundo del filtro de lazo y así dar lugar a errores de los muestreos.

Por consiguiente, para la evaluación numérica es necesario dividir las partes del jitter espectrales en las diferentes partes espectrales y evaluarlas de forma independiente o bien según el procedimiento de transmisión fijar valores límite para las diferentes áreas de frecuencia.^[2]

Las denominaciones de las partes del jitter superiores no son homogéneas en los diferentes procedimientos de transmisión y en la literatura especializada. A modo de ejemplo en el caso de transmisiones de vídeo digitales (SDI) se conoce como jitter de tiempo a aquellas partes espectrales entre 10 Hz y 1 kHz (en el caso de SD-SDI, en el estándar SMPTE 259M) o bien entre 10 Hz y 100 kHz (HD-SDI, en el estándar SMPTE 292M). Estas partes del jitter se pueden equilibrar por regla general de forma directa a través de los lazos de regulación. A las partes espectrales superiores se les denomina jitter de alineamiento, dado que pueden causar de forma directa errores de muestreo y no ser compensados por lazos de regulación de fases.^[1]

Tipos

El jitter se subdivide en diferentes tipos con la ayuda de modelos de jitter. En determinados sistemas de transmisión surgen las siguientes partes con diferentes ponderaciones:^[3]

• El jitter determinístico se divide en 3 partes:
  • Partes periódicas del jitter. La causa son típicamente señales de ruido externas que se acoplan al sistema de transmisión.
  • Partes del jitter dependientes de los datos. Estas partes dependen de las consecuencias de los datos enviados y son provocadas por la interferencia entre símbolos.
  • Partes del jitter a partir de anchuras de los pulsos desiguales (en inglés Duty-Cycle-Jitter). La causa son diferentes inclinaciones de las flancos durante flanco de señal ascendente o descendente.
• Hay que diferenciar el jitter casual (en inglés Random-Jitter) de las partes del jitter determinístico, que surge a raíz del ruido.

Sistemas digitales de audio

Otro ejemplo de jitter son los errores que pueden surgir al convertir una señal analógica en una digital. Para el muestreo se utiliza un determinado período de oscilación, por ejemplo en el campo de las señales de audio es 22,67 µs con 44,1 kHz cuyos valores de amplitud son leídos.

También en los sistemas de audio digital según la norma AES3 se divide el jitter según la distribución espectrales:

• Jitter de interfaz de baja frecuencia y
• jitter de muestreo de alta frecuencia

El jitter de muestreo se produce en sistemas de audio digitales, entre otros, durante la conversión analógica-digital, implementadores asíncronos de ratio de muestreo y durante la conversión digital-analógica.

Definiciones matemáticas

Jitter periódico:

J_per = T_per(1) − T₀

Donde T_per(1) es el período de oscilación de la primera oscilación después del evento iniciador y T₀ el período de oscilación ideal.

Jitter de ciclo-a-ciclo:

J_cc = max(T_per(n) − T_per(n + 1))

Se averigua la desviación máxima de un período con respecto al siguiente.

Jitter acumulado

$J_{ac}(n)=T_{per}(n)-n \cdot T_0$

En el caso de un jitter acumulado, se relaciona el jitter con un evento iniciador (ej. un flanco ascendiente de una señal de reloj). Cuanto más lejos en el futuro esté la señal de reloj, mayor será el desplazamiento, cuando el jitter no está repartido de forma uniforme.

Referencias

• Este artículo fue creado a partir de la traducción del artículo Jitter de la Wikipedia en alemán, concretamente de esta versión, bajo licencia Creative Commons Atribución Compartir Igual 3.0 y GFDL.

1. ↑ ^{a b} Jitter Measurement for Serial Digital Video Signals. Tektronix Inc. Firmenschrift. 2006. http://www.broadcastpapers.com/whitepapers/paper_loader.cfm?pid=805. 
2. ↑ ITU-T Recommendation G.810: Definitions and Terminology for Synchronization Networks, Agosto de 1996
3. ↑ A Guide to Understanding and Characterizing Timing Jitter. Tektronix Inc. Firmenschrift. 2003. http://www.tek.com/Measurement/scopes/jitter/55W_16146_1.pdf. 

Bibliografía adicional

• Dennis Derickson, Marcus Müller: Digital communications test and measurement. High-speed physical layer characterization. Prentice Hall, Upper Saddle River NJ 2007, ISBN 978-0-13-220910-6
• Julian Dunn: Jitter. Specification and Assessment in Digital Audio Equipment. 1992 (PDF)
• Dan Lavry: On Jitter. 1997 (PDF)
• Wolfgang Maichen: Digital Timing Measurements. From Scopes and Probes to Timing and Jitter. (= Frontiers in Electronic Testing; 33). Springer US, Berlin 2006, ISBN 0-387-31418-0
• Johann Christoph Scheytt: Takt- und Datenrückgewinnungsschaltungen mit automatischer Wahl der Bitrate für bitratenflexible optische Übertragungssysteme. Dissertation, Ruhr-Universität Bochum 2000 (PDF)
• Mike Story: Timing Errors and Jitter. 1998 (PDF)
• John Watkinson: The Art of Digital Audio. 3. Auflage. FocalPress, Oxford u. a. 2001, ISBN 0-240-51587-0

Enlaces externos

• QoS QualityOf sevice VoIP