En electrónica y telecomunicaciones , la fluctuación es la desviación de la verdadera periodicidad de una señal presuntamente periódica , a menudo en relación con una señal de reloj de referencia . En las aplicaciones de recuperación de reloj, esto se denomina fluctuación de sincronización . [1] La fluctuación de fase es un factor importante, y generalmente no deseado, en el diseño de casi todos los enlaces de comunicaciones .
La fluctuación de fase se puede cuantificar en los mismos términos que todas las señales que varían en el tiempo, por ejemplo, raíz cuadrática media (RMS) o desplazamiento de pico a pico . Además, al igual que otras señales que varían en el tiempo, la fluctuación se puede expresar en términos de densidad espectral .
El período de fluctuación es el intervalo entre dos momentos de efecto máximo (o efecto mínimo) de una característica de señal que varía regularmente con el tiempo. La frecuencia de fluctuación , la cifra más comúnmente citada, es su inversa. ITU-T G.810 clasifica la desviación de las frecuencias más bajas por debajo de 10 Hz como fluctuación y las frecuencias más altas de 10 Hz o más como fluctuación . [2]
La fluctuación puede ser causada por interferencias electromagnéticas y diafonía con portadores de otras señales. La fluctuación puede hacer que un monitor parpadee, afectar el rendimiento de los procesadores en las computadoras personales, introducir clics u otros efectos no deseados en las señales de audio y causar la pérdida de datos transmitidos entre dispositivos de red. La cantidad de jitter tolerable depende de la aplicación afectada.
Para la fluctuación del reloj , existen tres métricas de uso común: [ contradictorio ]
En telecomunicaciones , la unidad utilizada para los tipos de jitter anteriores suele ser el intervalo unitario (UI), que cuantifica el jitter en términos de una fracción del período unitario de transmisión. Esta unidad es útil porque escala con la frecuencia del reloj y, por lo tanto, permite comparar interconexiones relativamente lentas, como la T1 , con enlaces troncales de Internet de mayor velocidad, como el OC-192 . Las unidades absolutas como los picosegundos son más comunes en aplicaciones de microprocesadores. También se utilizan unidades de grados y radianes .
Si el jitter tiene una distribución gaussiana , normalmente se cuantifica utilizando la desviación estándar de esta distribución. Esto se traduce en una medición RMS para una distribución de media cero. A menudo, la distribución del jitter es significativamente no gaussiana. Esto puede ocurrir si la fluctuación es causada por fuentes externas, como el ruido de la fuente de alimentación. En estos casos, las mediciones pico a pico pueden resultar más útiles. Se han realizado muchos esfuerzos para cuantificar de manera significativa distribuciones que no son gaussianas ni tienen un nivel máximo significativo. Todos tienen deficiencias, pero la mayoría tiende a ser lo suficientemente bueno para los fines del trabajo de ingeniería.
En las redes de computadoras , la fluctuación puede referirse a la variación del retraso de los paquetes , la variación ( dispersión estadística ) en el retraso de los paquetes .
Una de las principales diferencias entre la fluctuación aleatoria y la determinista es que la fluctuación determinista es limitada y la fluctuación aleatoria es ilimitada. [3] [4]
El jitter aleatorio, también llamado jitter gaussiano, es un ruido de temporización electrónica impredecible. La fluctuación aleatoria generalmente sigue una distribución normal [5] [6] debido a que es causada por ruido térmico en un circuito eléctrico .
La fluctuación determinista es un tipo de fluctuación de señal de datos o reloj que es predecible y reproducible. El valor pico a pico de esta fluctuación está limitado y los límites pueden observarse y predecirse fácilmente. La fluctuación determinista tiene una distribución no normal conocida. La fluctuación determinista puede estar correlacionada con el flujo de datos ( jitter dependiente de datos ) o no correlacionada con el flujo de datos (jitter no correlacionado limitado). Ejemplos de fluctuación dependiente de datos son la fluctuación dependiente del ciclo de trabajo (también conocida como distorsión del ciclo de trabajo) y la interferencia entre símbolos .
La fluctuación total ( T ) es la combinación de fluctuación aleatoria ( R ) y fluctuación determinista ( D ) y se calcula en el contexto de una tasa de error de bits (BER) requerida para el sistema: [7]
en el que el valor de n se basa en la BER requerida del enlace.
Una BER común utilizada en estándares de comunicación como Ethernet es 10 −12 .
En la conversión de señales de analógico a digital y de digital a analógico, normalmente se supone que el muestreo es periódico con un período fijo: el tiempo entre cada dos muestras es el mismo. Si hay fluctuación en la señal del reloj enviada al convertidor analógico a digital o al convertidor digital a analógico , el tiempo entre muestras varía y surge un error de señal instantáneo. El error es proporcional a la velocidad de respuesta de la señal deseada y al valor absoluto del error del reloj. El efecto de la fluctuación en la señal depende de la naturaleza de la fluctuación. La fluctuación aleatoria tiende a agregar ruido de banda ancha, mientras que la fluctuación periódica tiende a agregar componentes espectrales errantes, "birdys". En algunas condiciones, menos de un nanosegundo de fluctuación puede reducir la resolución de bits efectiva de un convertidor con una frecuencia Nyquist de 22 kHz a 14 bits. [8]
La fluctuación de muestreo es una consideración importante en la conversión de señales de alta frecuencia, o donde la señal del reloj es especialmente propensa a sufrir interferencias.
En los conjuntos de antenas digitales, las fluctuaciones de ADC y DAC son factores importantes que determinan la precisión de la estimación de la dirección de llegada [9] y la profundidad de la supresión de los inhibidores. [10]
En el contexto de las redes informáticas, la fluctuación de paquetes o la variación del retraso de paquetes (PDV) es la variación en la latencia medida en la variabilidad en el tiempo del retraso de un extremo a otro en una red. Una red con retraso constante no tiene fluctuación de paquetes. [11] La fluctuación de paquetes se expresa como un promedio de la desviación del retardo medio de la red. [12] PDV es un factor importante de calidad de servicio en la evaluación del rendimiento de la red.
La transmisión de una ráfaga de tráfico a una velocidad alta seguida de un intervalo o período de transmisión de velocidad inferior o nula también puede verse como una forma de fluctuación, ya que representa una desviación de la velocidad de transmisión promedio. Sin embargo, a diferencia de la fluctuación causada por la variación de la latencia, la transmisión en ráfagas puede considerarse una característica deseable, [ cita necesaria ] , por ejemplo, en transmisiones de velocidad de bits variable .
La fluctuación de vídeo o imagen se produce cuando las líneas horizontales de los fotogramas de la imagen de vídeo se desplazan aleatoriamente debido a la corrupción de las señales de sincronización o a interferencias electromagnéticas 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 de imágenes y vídeos digitales. [13]
La fluctuación en las arquitecturas de bus serie se mide mediante patrones oculares . Existen estándares para la medición de jitter en arquitecturas de bus serie. Los estándares cubren la tolerancia a la fluctuación de fase, la función de transferencia de fluctuación de fase y la generación de fluctuación de fase, y los valores requeridos para estos atributos varían entre las diferentes aplicaciones. Cuando corresponda, los sistemas compatibles deben cumplir con estos estándares.
Las pruebas de fluctuación y su medición son de creciente importancia para los ingenieros electrónicos debido al aumento de las frecuencias de reloj en los circuitos electrónicos digitales para lograr un mayor rendimiento del dispositivo. Las frecuencias de reloj más altas tienen aperturas oculares proporcionalmente más pequeñas y, por lo tanto, imponen tolerancias más estrictas a la fluctuación. Por ejemplo, las placas base de las computadoras modernas tienen arquitecturas de bus serie con aperturas oculares de 160 picosegundos o menos. Esto es extremadamente pequeño en comparación con las arquitecturas de bus paralelo con un rendimiento equivalente, que pueden tener una apertura del orden de 1000 picosegundos .
La fluctuación se mide y evalúa de varias maneras según el tipo de circuito bajo prueba. [14] En todos los casos, el objetivo de la medición de la fluctuación de fase es verificar que la fluctuación de fase no interrumpa el funcionamiento normal del circuito.
La prueba del rendimiento del dispositivo para determinar la tolerancia a la fluctuación de fase puede implicar la inyección de fluctuación de fase en componentes electrónicos con equipos de prueba especializados.
Se emplea un enfoque menos directo, en el que las formas de onda analógicas se digitalizan y se analiza el flujo de datos resultante, al medir la fluctuación de píxeles en capturadores de fotogramas . [15]
Los circuitos anti-jitter (AJC) son una clase de circuitos electrónicos diseñados para reducir el nivel de jitter en una señal de reloj. Los AJC funcionan reprogramando los pulsos de salida para que se alineen más estrechamente con un reloj idealizado. Se utilizan ampliamente en circuitos de reloj y recuperación de datos en comunicaciones digitales , así como para sistemas de muestreo de datos como el convertidor analógico a digital y el convertidor digital a analógico . Ejemplos de circuitos anti-jitter incluyen bucle de bloqueo de fase y bucle de bloqueo de retardo .
Los buffers de fluctuación o buffers de-jitter son buffers que se utilizan para contrarrestar la fluctuación introducida al hacer cola en redes de conmutación de paquetes para garantizar la reproducción continua de un flujo de medios de audio o video transmitido a través de la red. [16] La fluctuación máxima que puede contrarrestarse con un búfer anti-jitter es igual al retraso del almacenamiento en búfer introducido antes de iniciar la reproducción del flujo multimedia. En el contexto de las redes de conmutación de paquetes, el término variación del retardo de paquetes suele preferirse al de fluctuación .
Algunos sistemas utilizan sofisticados buffers anti-jitter con retardo óptimo que son capaces de adaptar el retardo del buffer 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 de medios. Los ajustes asociados con la eliminación de fluctuaciones adaptativas implican la introducción de discontinuidades en la reproducción de los medios que pueden ser perceptibles para el oyente o el espectador. La eliminación de fluctuaciones adaptativas se suele llevar a cabo para reproducciones de audio que incluyen detección de actividad de voz que permite ajustar la duración de los períodos de silencio, minimizando así el impacto perceptivo de la adaptación.
Un dejitterizer es un dispositivo que reduce la fluctuación en una señal digital . [17] Un dejitterizer generalmente consiste en un buffer elástico en el cual la señal se almacena temporalmente y luego se retransmite a una velocidad basada en la velocidad promedio de la señal entrante. Es posible que un desjitterizador no sea eficaz para eliminar la fluctuación (desviación) de baja frecuencia.
Se puede diseñar un filtro para minimizar el efecto de la fluctuación de muestreo. [18]
Una señal de fluctuación se puede descomponer en funciones de modo intrínseco (IMF), que se pueden aplicar además para filtrado o eliminación de fluctuación. [ cita necesaria ]
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