1. Введение

Актуальность контроля джиггера, как параметра функционирования современной цифровой системы передачи включает различные решения в зависимости от поставленных задач. В области исследования параметров джиггера импульсных сигналов математическое моделирование имитатора джиттера имеет ряд весомых преимуществ над экспериментальным исследованием реального физического сигнала. А именно, отсутствие влияния внешних факторов, возможность задания любого уровня шумовых помех, и, главное, имитация необходимой для исследования амплитуды джиттера, что в реальных условиях генерирования сигнала не всегда возможно [1].

Уровень вычислительной мощности, быстродействие процессоров, существующее программное обеспечение даёт возможность реализовать математическое моделирование на достаточно высоком уровне, без применения каких-либо дополнительных ресурсов.

2. Постановка задачи

При математическом моделировании используется несколько методов измерения джиттера (рис.1, 2). Для полного исследования причин возникновения джиттера, характера распределения в частотной и временной области, необходимо иметь постоянный устойчивый сигнал с известными амплитудно-временными параметрами. Существующие способы анализа джиттера, обязательным элементом, включают в себя возможность разделения джиттера на случайную и детерминированную составляющие, как процедуру, позволяющую наиболее точно измерить джиггер. Необходимую оценку возникновения джиттера можно получить, реализуя следующие способы, используемые в исследовании джиттера.

где J(n) - временное отклонение, соответствующее n-ному периоду сигнала; floor(*) - округление к ближайшему целому.

Одновременно с каждым отсчетом полезного сигнала на смеситель воздействует отсчет псевдослучайной последовательности, распределенной по нормальному закону

Рис.1 Математическая модель генератора-имитатора джиттера с математическим ожиданием равным нулю и среднеквадратическим отклонением σ.

Рис.2 Математическая модель измерителя параметров джиттера.

3. Описание решения

С помощью возможностей программной среды формируется испытуемый импульс либо произвольная периодическая последовательность. Имитация джиттера непосредственно привязана к формируемому импульсу и оценивается как процент от периода испытуемого импульса. Для наиболее полного приближения условий измерения к реальным, предоставляется возможность наложения шума при генерировании импульсного сигнала.

Так же имитация джиттера включает возможность выбора закона его распределения. Представлены два наиболее распространенных вида законов распределения, нормальное и равномерное, а также три модели, представляющие собой более сложные композиции случайных и гармонических сигналов, по своим характеристикам максимально приближенные к реальным условиям эксплуатации. Внешний вид окна управляющей программы изображен на рис. 2.

Рис. 2. Внешний вид окна управляющей программы

При активной зелёной клавише на панели измерителя параметров джиттера визуализирован импульсный сигнал во временной области. Характер распределения джиттера в частотной области представлен гистограммой значений ошибки временного интервала. При чём, при каждой активации клавиши, построение гистограммы начинается с нулевой отметки, что исключает статистические ошибки распределения. В программе реализованы три основных метода измерения джиттера:

Фазовый джиттер Рк-Рк: накопленное фазовое отклонение от идеального положения тактового сигнала

Dt_фаза(n) = t(n)-nT₀.

Джиттер периода: изменение периода тактового сигнала

Dt_период(n) = t(n)- t(n-1)

А также измерение ключевого показателя производительности в системах цифровой связи - частоты ошибок по битам (BER). Всё это даёт возможность оценить полный джиттер, и более точно измерить его составляющие.

В дальнейшем модель была доработана путем включения между генератором и измерителем дополнительного виртуального прибора, играющего роль средства измерения (например, осциллографа). Данный ВП имитирует вносимые средством измерения собственные внутренние шумы, задает полосу пропускания. Но, что особенно важно при измерении параметров джиттера, виртуальный прибор вносит в сигнал внутренний джиттер средства измерения (например, для осциллографа - нестабильность синхронизации) [2].

Рис. 3. Виртуальный прибор и его математическая модель.

4. Используемое оборудование и ПО, перспективы внедрения

Программная реализация разработанной модели была выполнена в среде программирования LabVIEW 8.0.

Удобство применения среды LabVIEW заключалось в возможности использования встроенных функций высокого уровня (генерация последовательностей данных, БПФ и обратное БПФ, интегрирование и дифференцирование, функции работы с массивами и кластерами). Особое значение для задач моделирования измерительной системы имело наличие встроенных функций генерации псевдослучайных последовательностей с различными вероятностными характеристиками для имитации различного вида шумов.

Планируется включить данные алгоритмы измерения параметров джиттера в измерительную систему на базе цифрового осциллографа с помощью интерфейсной платы GPIB-USB-B производства фирмы National Instruments. Возможность такого решения обусловлена тем, что алгоритмы не требуют для своей работы дополнительных каналов и сигналов синхронизации, а работают непосредственно с сигналом, представленным как последовательность дискретных отсчетов.

Литература

1. J. Hancock, Agilent Technologies, Analyzing Digital Jitter and its Components.

2. И.Г. Бакланов, А.Г. Лебедев, СЮ. Сондак «Метрология и измерительная техника в отрасли связь» № 2, 2005.

....................................................................................................