ジッター

電子工学や電気通信において、ジッタとは、周期的と思われる信号の真の周期性からの偏差であり、多くの場合、基準クロック信号に関連しています。クロックリカバリアプリケーションでは、タイミングジッタと呼ばれます。^{[1]ジッタは、ほぼすべての}通信リンクの設計において、重要で、通常は望ましくない要素です。

ジッタは、他の時間変動信号と同じ用語、例えば二乗平均平方根(RMS) やピークツーピーク変位で定量化できます。また、他の時間変動信号と同様に、ジッタはスペクトル密度で表現できます。

ジッタ周期とは、時間とともに規則的に変化する信号特性の最大効果（または最小効果）の2つの時点間の間隔です。より一般的に引用される数値であるジッタ周波数はその逆数です。ITU -T G.810では、10Hz未満の低周波数の偏差をワンダー、10Hz以上の高周波数をジッタと分類しています。^[2]

ジッタは、電磁干渉や他の信号の搬送波とのクロストークによって発生することがあります。ジッタにより、ディスプレイモニターがちらついたり、パーソナルコンピュータのプロセッサのパフォーマンスに影響したり、オーディオ信号にクリック音やその他の望ましくない効果が生じたり、ネットワークデバイス間で転送されたデータが失われたりすることがあります。許容されるジッタの量は、影響を受けるアプリケーションによって異なります。

メトリクス

クロックジッタについては、一般的に使用される3つの指標があります: ^[矛盾]

絶対ジッター: 時計の端の位置と理想的な位置との絶対差。

最大時間間隔誤差(MTIE): 指定された期間の時間間隔を測定する際にテスト対象のクロックが犯す最大誤差。

周期ジッタ（サイクルジッタとも呼ばれる）: 任意の 1 つのクロック周期と理想または平均クロック周期との差。周期ジッタは、回路のエラーのない動作が最短クロック周期 (平均周期から最大サイクルジッタを引いた値) によって制限され、回路のパフォーマンスが平均クロック周期によって設定されるデジタルステートマシンなどの同期回路で重要になる傾向があります。したがって、同期回路では、最短クロック周期が平均クロック周期に近づくように周期ジッタを最小限に抑えることが有利です。

サイクル間ジッタ: 隣接する 2 つのクロック周期の持続時間の差。マイクロプロセッサやRAMインターフェイスで使用される一部のタイプのクロック生成回路にとって重要になる場合があります。

電気通信では、上記の種類のジッタに使用される単位は通常、伝送単位期間の割合でジッタを定量化する単位間隔(UI) です。この単位はクロック周波数に応じて拡大縮小されるため、 T1などの比較的低速な相互接続をOC-192などの高速インターネットバックボーンリンクと比較できます。マイクロプロセッサアプリケーションでは、ピコ秒などの絶対単位がより一般的です。度やラジアンの単位も使用されます。

ジッタがガウス分布である場合、通常はこの分布の標準偏差を使用して定量化されます。これは、ゼロ平均分布の RMS 測定に変換されます。多くの場合、ジッタ分布は著しく非ガウス分布です。これは、ジッタが電源ノイズなどの外部ソースによって発生した場合に発生する可能性があります。このような場合は、ピークツーピーク測定の方が便利です。ガウス分布でも意味のあるピークレベルでもない分布を意味のある形で定量化するために、多くの努力がなされてきました。すべてに欠点がありますが、ほとんどはエンジニアリング作業の目的には十分です。

コンピュータネットワークでは、ジッターはパケット遅延変動、つまりパケットの遅延の変動 (統計的分散)を指します。

種類

ランダムジッタと決定論的ジッタの主な違いの1つは、決定論的ジッタは制限されているのに対し、ランダムジッタは制限がないことです。^[3]^[4]

ランダムジッター

ランダムジッタはガウスジッタとも呼ばれ、予測不可能な電子タイミングノイズです。ランダムジッタは電気回路の熱雑音によって引き起こされるため、通常は正規分布に従います^[5]^[6]。

確定的ジッタ

確定的ジッタは、予測可能で再現可能なタイプのクロックまたはデータ信号ジッタです。このジッタのピークツーピーク値は制限されており、制限は簡単に観察および予測できます。確定的ジッタには、既知の非正規分布があります。確定的ジッタは、データストリームと相関している場合 (データ依存ジッタ) と、データストリームと相関していない場合があります (制限された非相関ジッタ)。データ依存ジッタの例としては、デューティサイクル依存ジッタ (デューティサイクル歪みとも呼ばれる) や符号間干渉があります。

総ジッター

総ジッタ（T ）はランダムジッタ（ R）と確定的ジッタ（D ）の組み合わせであり、システムに必要なビットエラー率（BER）を考慮して計算される。 ^[7]

T = D ピークツーピーク + 2 nR rms

、

ここで、 nの値はリンクに必要な BER に基づきます。

イーサネットなどの通信規格で使用される一般的な BER は10 ⁻¹²です。

例

サンプリングジッタ

信号のアナログからデジタル、デジタルからアナログへの変換では、サンプリングは通常、固定周期で周期的であると想定されます。つまり、2 つのサンプル間の時間は同じです。アナログからデジタルへのコンバーターまたはデジタルからアナログへのコンバーターへのクロック信号にジッターが存在する場合、サンプル間の時間が変化し、瞬間的な信号エラーが発生します。エラーは、目的の信号のスルーレートとクロックエラーの絶対値に比例します。信号に対するジッターの影響は、ジッターの性質によって異なります。ランダムジッターは広帯域ノイズを追加する傾向があり、周期的なジッターは誤ったスペクトル成分 (「バーディ」) を追加する傾向があります。状況によっては、1 ナノ秒未満のジッターで、ナイキスト周波数が22 kHz のコンバーターの有効ビット解像度が 14 ビットに低下することがあります。^[8]

サンプリングジッタは、高周波信号変換、またはクロック信号が特に干渉を受けやすい場合に重要な考慮事項となります。

デジタルアンテナアレイでは、 ADCとDACのジッタが到来方向推定精度^[9] と妨害波抑制の深さを決定する重要な要素となる。 ^[10]

コンピュータネットワークにおけるパケットジッタ

コンピュータネットワークの文脈では、パケットジッタまたはパケット遅延変動（PDV）は、ネットワーク全体のエンドツーエンドの遅延の時間の経過に伴う変動性で測定される遅延の変動です。遅延が一定のネットワークにはパケットジッタはありません。 ^[11]パケットジッタは、ネットワーク平均遅延からの偏差の平均として表されます。^{[12] PDVは、ネットワークパフォーマンスの評価における重要な}サービス品質要因です。

トラフィックのバーストを高レートで送信し、その後に低レートまたはゼロレートの送信の間隔または期間が続く場合も、平均送信レートからの偏差を表すため、ジッターの一種と見なすことができます。ただし、遅延の変動によって発生するジッターとは異なり、バーストでの送信は、たとえば可変ビットレート送信など、望ましい機能と見なすことができます^[要出典]。

ビデオと画像のジッター

ビデオや画像のジッタは、ビデオ伝送中に同期信号の破損や電磁干渉によりビデオ画像フレームの水平線がランダムにずれたときに発生します。モデルベースのジッタ除去研究は、デジタル画像およびビデオ復元の枠組みの下で行われてきました。^[13]

テスト

シリアルバスアーキテクチャのジッタは、アイパターンによって測定されます。シリアルバスアーキテクチャのジッタ測定には標準があります。標準は、ジッタ許容度、ジッタ伝達関数、ジッタ生成をカバーしており、これらの属性に必要な値はアプリケーションによって異なります。該当する場合、準拠システムはこれらの標準に準拠する必要があります。

ジッターのテストと測定は、デバイスのパフォーマンス向上のためにデジタル電子回路のクロック周波数が上昇しているため、電子技術者にとってますます重要になっています。クロック周波数が高くなると、それに比例してアイ開口部が小さくなり、ジッターの許容範囲が狭くなります。たとえば、最新のコンピュータマザーボードには、アイ開口部が 160ピコ秒以下のシリアルバスアーキテクチャが採用されています。これは、同等のパフォーマンスを持つパラレルバスアーキテクチャのアイ開口部が 1000ピコ秒程度であることと比較すると、非常に小さい値です。

ジッタは、テスト対象の回路の種類に応じてさまざまな方法で測定および評価されます。^[14]いずれの場合も、ジッタ測定の目的は、ジッタが回路の正常な動作を妨げないことを確認することです。

ジッタ耐性に関するデバイス性能のテストには、特殊なテスト機器を使用して電子部品にジッタを注入することが必要になる場合があります。

フレームグラバーのピクセルジッタを測定する際には、アナログ波形をデジタル化し、その結果得られたデータストリームを分析するという、より直接的ではないアプローチが採用されている。^[15]

緩和

アンチジッタ回路

アンチジッタ回路 (AJC) は、クロック信号のジッタレベルを低減するように設計された電子回路の一種です。AJC は、出力パルスのタイミングを再調整して、理想的なクロックに近づけるように動作します。AJC は、デジタル通信のクロックおよびデータ回復回路、およびアナログ/デジタルコンバータやデジタル/アナログコンバータなどのデータサンプリングシステムで広く使用されています。アンチジッタ回路の例には、位相ロックループや遅延ロックループなどがあります。

ジッタバッファ

ジッタバッファまたはデジッタバッファは、パケット交換ネットワークのキューイングによって導入されるジッタに対抗し、ネットワークを介して送信されるオーディオまたはビデオメディアストリームの継続的な再生を保証するために使用されるバッファです。 ^[16] デジッタバッファによって対抗できる最大ジッタは、メディアストリームの再生を開始する前に導入されるバッファリング遅延に等しくなります。パケット交換ネットワークのコンテキストでは、ジッタよりもパケット遅延変動という用語が好まれることが多いです。

一部のシステムでは、ネットワーク特性の変化に合わせてバッファリング遅延を適応させることができる、高度な遅延最適化デジッタバッファを使用しています。適応ロジックは、メディアパケットの到着特性から計算されたジッタ推定値に基づいています。適応デジッタに関連する調整には、メディア再生の不連続性を導入することが含まれますが、これはリスナーや視聴者に気付かれる可能性があります。適応デジッタは通常、無音期間の長さを調整できる音声アクティビティ検出を含むオーディオ再生に対して実行され、適応の知覚的影響を最小限に抑えます。

デジッタライザー

デジッタライザーは、デジタル信号のジッタを低減する装置である。^[17]デジッタライザーは通常、信号を一時的に保存し、その後、入力信号の平均レートに基づいたレートで再送信する弾性バッファで構成される。デジッタライザーは、低周波ジッタ（ワンダ）の除去には効果がない可能性がある。

フィルタリングと分解

フィルタはサンプリングジッタの影響を最小限に抑えるように設計することができる。^[18]

ジッタ信号は固有モード関数(IMF) に分解することができ、フィルタリングやジッタ除去にさらに適用できます。^{[引用が必要]}

参照

参考文献

^ Wolaver, Dan H. (1991).位相ロックループ回路設計. Prentice Hall. p. 211. ISBN 978-0-13-662743-2。
^ 「FTB-8080 Sync Analyzer: 通信ネットワークにおける同期問題の解決」(PDF) 。EXFO。アプリケーションノート 119。2012年 2 月 7 日にオリジナル(PDF)からアーカイブ。2012年 8 月 5 日に取得。
^ Hagedorn, Julian; Alicke, Falk; Verma, Ankur (2017 年 8 月) 。「総ジッタの測定方法」(PDF)。Texas Instruments。SCAA120B。2018年 7 月 17 日閲覧。
^ 「ジッター計算を理解する」Teledyne Technologies 2014年7月9日2018年7月17日閲覧。
^ Hagedorn, Julian; Alicke, Falk; Verma, Ankur (2017 年 8 月) 。「総ジッタの測定方法」(PDF)。Texas Instruments。SCAA120B。2018年 7 月 17 日閲覧。
^ 「ジッター計算を理解する」Teledyne Technologies 2014年7月9日2018年7月17日閲覧。
^ Stephens, Ransom. 「トータルジッタの意味」(PDF)。Tektronix 。 2022 年 10 月 9 日時点のオリジナルよりアーカイブ(PDF) 。2018 年 7 月 17 日閲覧。
^ レオン橋、フェルナンド (2015).メッセテクニック。スプリンガー。 p. 332f。ISBN 978-3-662-44820-5。
^ M. Bondarenko および VI Slyusar. (2011 年 9 月 6 日). 「ADC のジッターがデジタルアンテナアレイによる方向探知の精度に与える影響。// Radioelectronics and Communications Systems. - Volume 54, Number 8, 2011.- Pp. 436 - 445.-」(PDF) . Radioelectronics and Communications Systems . 54 (8): 436. doi :10.3103/S0735272711080061. S2CID 110506568. 2022 年 10 月 9 日にオリジナルからアーカイブ(PDF)されました。
^ Bondarenko MV、Slyusar VI「ADCジッターの状況下でのデジタルアンテナアレイにおける妨害波抑制の深さの制限。// 5th International Scientific Conference on Defensive Technologies、OTEH 2012。 - 2012年9月18日 - 19日。 - セルビア、ベオグラード。 - Pp. 495 - 497」（PDF）。2022年10月9日時点のオリジナルからアーカイブ（PDF）されました。
^ Comer, Douglas E. (2008). コンピュータネットワークとインターネット。Prentice Hall。p. 476。ISBN 978-0-13-606127-4。
^ Demichelis, C. (2002 年 11 月). IP パフォーマンスメトリック (IPPM) の IP パケット遅延変動メトリック. IETF . doi : 10.17487/RFC3393 . RFC 3393.
^ Kang, Sung-Ha; Shen, Jianhong (Jackie) (2006). 「Bake and Shake によるビデオのジッタリング除去」. Image and Vision Computing . 24 (2): 143–152. doi :10.1016/j.imavis.2005.09.022.
^ M. Bondarenko および VI Slyusar。「非コヒーレントシステムにおける ADC ジッターの推定方法。// 無線エレクトロニクスおよび通信システム。- 第 54 巻、第 10 号、2011 年。– Pp. 536 - 545。- DOI: 10.3103/S0735272711100037」(PDF)。2022 年 10 月 9 日のオリジナルからアーカイブ(PDF) 。
^ Khvilivitzky, Alexander (2008). 「フレームグラバーのピクセルジッター」2015年3月9日閲覧。
^ 「Jitter Buffer」。2006年5月7日時点のオリジナルよりアーカイブ。2006年4月3日閲覧。
^ この記事には、「dejitterizer」のパブリックドメインマテリアルが組み込まれています。連邦規格 1037C。一般調達局。2022 年 1 月 22 日時点のオリジナルからアーカイブ。
^ Ahmed, Salman; Chen, Tongwen (2011 年 4 月)。「ワイヤレスセンサーネットワーク におけるサンプリングジッターの影響の最小化」IEEE Signal Processing Letters 18 ( 4): 219–222。Bibcode : 2011ISPL ...18..219A。doi :10.1109/LSP.2011.2109711。

さらに読む

Li、Mike P. 複数～10GHz/Gbps での同期および非同期 I/O のジッタおよび信号整合性の検証。International Test Conference 2008 で発表。
Li, Mike P. 統計的、物理的、分光学的メカニズムに基づく新しいジッター分類方法。DesignCon 2009 で発表。
Liu、Hui、Hong Shi、Xiaohong Jiang、Zhe Li。プリドライバ PDN SSN、OPD、データエンコーディング、および SSJ への影響。Electronics Components and Technology Conference 2009 で発表。
Trischitta, Patrick R.; Varma, Eve L. (1989)。デジタル伝送システムにおけるジッタ。Artech。ISBN 978-0-89006-248-7。
Zamek, Iliya。SOC システムのジッター共振と PDN インピーダンスへの共通アプローチへの影響。International Test Conference 2008 で発表。

外部リンク

Wayback Machineでジッターバグを克服する(2016-11-30 アーカイブ)
VoIP のジッター - Wayback Machineでの原因、解決方法、推奨値(2007-10-07 アーカイブ)
Wayback Machineの「通信システムにおけるジッタ入門」(2009-01-13 アーカイブ)
Wayback Machineの「Specifications Made Easy」(2009-11-17 アーカイブ)、ファイバーチャネルとギガビットイーサネット方式のヒューリスティックな議論
パケット音声ネットワークにおけるジッタ

[wol91p211-1] Wolaver, Dan H. (1991).位相ロックループ回路設計. Prentice Hall. p. 211. ISBN 978-0-13-662743-2。

[2] 「FTB-8080 Sync Analyzer: 通信ネットワークにおける同期問題の解決」(PDF) 。EXFO。アプリケーションノート 119。2012年 2 月 7 日にオリジナル(PDF)からアーカイブ。2012年 8 月 5 日に取得。

[3] ^ Hagedorn, Julian; Alicke, Falk; Verma, Ankur (2017 年 8 月) 。「総ジッタの測定方法」(PDF)。Texas Instruments。SCAA120B。2018年 7 月 17 日閲覧。

[4] 「ジッター計算を理解する」Teledyne Technologies 2014年7月9日2018年7月17日閲覧。

[5] ^ Hagedorn, Julian; Alicke, Falk; Verma, Ankur (2017 年 8 月) 。「総ジッタの測定方法」(PDF)。Texas Instruments。SCAA120B。2018年 7 月 17 日閲覧。

[6] 「ジッター計算を理解する」Teledyne Technologies 2014年7月9日2018年7月17日閲覧。

[7] Stephens, Ransom. 「トータルジッタの意味」(PDF)。Tektronix 。 2022 年 10 月 9 日時点のオリジナルよりアーカイブ(PDF) 。2018 年 7 月 17 日閲覧。

[Puente-8] レオン橋、フェルナンド (2015).メッセテクニック。スプリンガー。 p. 332f。ISBN 978-3-662-44820-5。

[slyusarDoA-9] M. Bondarenko および VI Slyusar. (2011 年 9 月 6 日). 「ADC のジッターがデジタルアンテナアレイによる方向探知の精度に与える影響。// Radioelectronics and Communications Systems. - Volume 54, Number 8, 2011.- Pp. 436 - 445.-」(PDF) . Radioelectronics and Communications Systems . 54 (8): 436. doi :10.3103/S0735272711080061. S2CID 110506568. 2022 年 10 月 9 日にオリジナルからアーカイブ(PDF)されました。

[slyusarjitter-10] Bondarenko MV、Slyusar VI「ADCジッターの状況下でのデジタルアンテナアレイにおける妨害波抑制の深さの制限。// 5th International Scientific Conference on Defensive Technologies、OTEH 2012。 - 2012年9月18日 - 19日。 - セルビア、ベオグラード。 - Pp. 495 - 497」（PDF）。2022年10月9日時点のオリジナルからアーカイブ（PDF）されました。

[Comer-11] Comer, Douglas E. (2008). コンピュータネットワークとインターネット。Prentice Hall。p. 476。ISBN 978-0-13-606127-4。

[12] Demichelis, C. (2002 年 11 月). IP パフォーマンスメトリック (IPPM) の IP パケット遅延変動メトリック. IETF . doi : 10.17487/RFC3393 . RFC 3393.

[13] Kang, Sung-Ha; Shen, Jianhong (Jackie) (2006). 「Bake and Shake によるビデオのジッタリング除去」. Image and Vision Computing . 24 (2): 143–152. doi :10.1016/j.imavis.2005.09.022.

[slyusar-14] M. Bondarenko および VI Slyusar。「非コヒーレントシステムにおける ADC ジッターの推定方法。// 無線エレクトロニクスおよび通信システム。- 第 54 巻、第 10 号、2011 年。– Pp. 536 - 545。- DOI: 10.3103/S0735272711100037」(PDF)。2022 年 10 月 9 日のオリジナルからアーカイブ(PDF) 。

[15] Khvilivitzky, Alexander (2008). 「フレームグラバーのピクセルジッター」2015年3月9日閲覧。

[16] 「Jitter Buffer」。2006年5月7日時点のオリジナルよりアーカイブ。2006年4月3日閲覧。

[17] この記事には、「dejitterizer」のパブリックドメインマテリアルが組み込まれています。連邦規格 1037C。一般調達局。2022 年 1 月 22 日時点のオリジナルからアーカイブ。

[18] ^ Ahmed, Salman; Chen, Tongwen (2011 年 4 月)。「ワイヤレスセンサーネットワーク におけるサンプリングジッターの影響の最小化」IEEE Signal Processing Letters 18 ( 4): 219–222。Bibcode : 2011ISPL ...18..219A。doi :10.1109/LSP.2011.2109711。