1、1數字線路系統的抖動及測量數字線路系統的抖動及測量（供討論）（供討論）大唐電信科技股份有限公司大唐電信科技股份有限公司杜英武杜英武 1984.112一、抖動的基本概念一、抖動的基本概念 二、抖動的起源二、抖動的起源 三、抖動的累積三、抖動的累積 四、抖動的規范四、抖動的規范五、五、 抖動的測量抖動的測量 3一、抖動（一、抖動（jitter）的基本概念）的基本概念 41、抖動與漂移的定義、抖動與漂移的定義1) 重建的脈沖序列發生時刻（即相位）隨時間變化。這種相位重建的脈沖序列發生時刻（即相位）隨時間變化。這種相位變化稱之為抖動或漂移。變化稱之為抖動或漂移。2) 相位變化速率較快者稱抖動。相位變化

2、速率較快者稱抖動。3) 相位變化速率較慢者稱漂移。相位變化速率較慢者稱漂移。 “快快”和和“慢慢”沒有明確的界限。一般地說，高于沒有明確的界限。一般地說，高于0.01Hz稱稱抖動，抖動， 低于低于0.01Hz稱漂移。稱漂移。抖動的計量單位通常用單位間隔表示（抖動的計量單位通常用單位間隔表示（UI） 1 UI = 一個脈沖周期一個脈沖周期(1/B) = 3600 (B: 比特率比特率)5 t t5 1)發 送 信 號 2)重 建 信 號 3)抖 動 信 號 62、抖動的分類、抖動的分類 抖抖動動 分分、復復接接設設備備 中中繼繼接接設設備備 PDH 消消插插引引起起的的抖抖動動 SDH 指指針針

3、調調整整引引起起的的抖抖動動 系系統統性性抖抖動動 非非系系統統性性抖抖動動 73、抖動對信號的影響、抖動對信號的影響1、數字信號誤碼、數字信號誤碼2、模擬信號失真、模擬信號失真 傳輸系統僅考慮數字信號誤碼；傳輸系統僅考慮數字信號誤碼； 模擬信號的失真由其它設備考慮。模擬信號的失真由其它設備考慮。8二、抖動的起源二、抖動的起源 9 A C 輸出 B 幅度 判決 時間 判決 AGC 均衡放大 定時恢復 Ji（） Jo（） Jc （） Reequalizing Re-shaping Re-timing10Reequalizing均衡波形的選擇均衡波形的選擇增益大小與增益增益大小與增益頻率特性頻率特

4、性噪聲噪聲AGC功能功能11Re-shaping1) 半幅值判決半幅值判決判決精度判決精度2)噪聲抑制噪聲抑制12Re-timing最佳的判決時刻點最佳的判決時刻點輸入抖動和定位抖動輸入抖動和定位抖動時鐘恢復電路的幾種方式時鐘恢復電路的幾種方式 LCLC調諧槽路調諧槽路 SAWF表面聲波濾波器表面聲波濾波器 PLL相位鎖定環路相位鎖定環路13擴充到網絡的擴充到網絡的 3R 功能功能1R: 均衡放大（含光和電處理）均衡放大（含光和電處理）; 增益均衡增益均衡; 色散補償。色散補償。2R: 1R + 噪聲抑制噪聲抑制; 數字成型。數字成型。3R: 2R + 再定時。再定時。14定位抖動（定位抖動（

5、alignment jitter） 時鐘脈沖偏離最佳識別時刻的抖動量稱定位抖動（時鐘脈沖偏離最佳識別時刻的抖動量稱定位抖動（alignment jitter）。）。 抖動引起誤碼取決于定位抖動，而不是輸入抖動的絕對值。抖動引起誤碼取決于定位抖動，而不是輸入抖動的絕對值。 Ja( ) = Ji( ) Jc( ) = Ji( ) Ji( ) H ( ) = Ji( ) （1 H ( ) ） 注意：抖動的幅度特性和相位特性注意：抖動的幅度特性和相位特性15161、系統性的抖動、系統性的抖動 (碼型相關抖動碼型相關抖動 )1）碼間干涉）碼間干涉 2）有限脈沖寬度效應）有限脈沖寬度效應 3）幅）幅相變換

6、相變換 171）碼間干涉）碼間干涉 理想均衡波 有碼間干涉 時鐘前后沿發生變化 182）有限脈沖寬度效應）有限脈沖寬度效應 非線性元件的輸出是一個脈沖脈沖序列。在其脈沖底部非線性元件的輸出是一個脈沖脈沖序列。在其脈沖底部的寬度取決于均衡函數的選擇和碼型。對孤立均衡波而言，的寬度取決于均衡函數的選擇和碼型。對孤立均衡波而言，該寬度通常大約為一個時隙寬度。如果這一脈沖序列被饋送該寬度通常大約為一個時隙寬度。如果這一脈沖序列被饋送到調諧槽路，那么，滿足零抖動的調諧條件是當輸出信號過到調諧槽路，那么，滿足零抖動的調諧條件是當輸出信號過零點時，輸入信號必須為零。如果這一條件不滿足，則輸出零點時，輸入信號

7、必須為零。如果這一條件不滿足，則輸出信號過零點被擾亂而產生抖動。這種效應的大小取決于槽路信號過零點被擾亂而產生抖動。這種效應的大小取決于槽路的輸出幅度。的輸出幅度。 193）幅）幅相變換相變換 1 2 閾值 1 閾值 2 時鐘前后沿發生變化 202、 非系統性的抖動非系統性的抖動1）調諧電路失調）調諧電路失調 2）隨音機雜）隨音機雜 3）脈沖雜音）脈沖雜音 21三、抖動的累積三、抖動的累積 嚴格的數學推導是十分困難的。為了滿足工程需要，通常采用嚴格的數學推導是十分困難的。為了滿足工程需要，通常采用一個簡單的數學模型并作出許多近似的假設來分析抖動的累積。一個簡單的數學模型并作出許多近似的假設來分

8、析抖動的累積。1、每一個再生中繼器產生相同的抖動、每一個再生中繼器產生相同的抖動 2、每個再生器定時抽取電路都調諧在脈沖的重復頻率上、每個再生器定時抽取電路都調諧在脈沖的重復頻率上 3、對于隨機碼的抖動源可以近似用白噪聲源代表、對于隨機碼的抖動源可以近似用白噪聲源代表 【這一假設對某些抖動源【這一假設對某些抖動源(如失諧引起的抖動如失諧引起的抖動)并不成立】并不成立】22 抖動累積的數學模型抖動累積的數學模型 1(S) No.2 No.1 No.n 2(S) n(S) (S) = 1(S) =2(S) =n(S) H (S) = H1 (S) = H2 (S) = Hn (S) H1 (S)

9、H2 (S) H N (S) ) 1 ()()()()()(21NNsHsHsHss23)2()(1)(1)()()(.)()()()(21221fHfHfHffHfHfHffNNN)4()(1)(1)()()3()(2010dffHfHfHfdffNNN隨機抖動由隨機抖動由“功率密度功率密度”表示比拉普拉斯變換更方便。這里表示比拉普拉斯變換更方便。這里“功率功率”這這一術語容易使人誤解，因為一個角度的平方并沒有功率的含義。然而為一術語容易使人誤解，因為一個角度的平方并沒有功率的含義。然而為了分析的方便，我們可以定義一個和電功率密度類似的了分析的方便，我們可以定義一個和電功率密度類似的“角功率

10、密度角功率密度”。在頻率在頻率fc上的角功率密度就意味著在中心頻率上的角功率密度就意味著在中心頻率fc上的每一赫帶寬內角功率上的每一赫帶寬內角功率頻譜成分的均方值。所以頻譜成分的均方值。所以N個中繼器鏈路末端的抖動功率譜密度可以表示個中繼器鏈路末端的抖動功率譜密度可以表示為：為：24)6(.)(20221dfeeeffBNjfBjfBjN)7(22sincos2.2202121022rmsooNnNnojNxxjjxoNNBNBdxxnxBdxeeeB25結論結論1、級連再生器的輸出抖動絕對值隨、級連再生器的輸出抖動絕對值隨N的增加而無限制增加；的增加而無限制增加； 而任何一個再生器的定位抖動

11、不增加（抖動容限不變）。而任何一個再生器的定位抖動不增加（抖動容限不變）。2、對系統性抖動：、對系統性抖動： JN = J1N1/2 ；對非系統性抖動：；對非系統性抖動：JN = J1N1/43、 輸出抖動、抖動傳遞函數、最大允許輸入抖動輸出抖動、抖動傳遞函數、最大允許輸入抖動 三個參數是三個參數是 互相相關的互相相關的。狹窄的抖動傳遞函數可得到小的輸出抖動，但。狹窄的抖動傳遞函數可得到小的輸出抖動，但 最大允許輸入抖動會下降。最大允許輸入抖動會下降。26四、抖動的規范四、抖動的規范1、無輸入抖動時的輸出抖動、無輸入抖動時的輸出抖動2、抖動傳遞函數、抖動傳遞函數3、最大允許輸入抖動下限、最大允

12、許輸入抖動下限4、最大允許輸出抖動上限、最大允許輸出抖動上限27五、五、 抖動的測量抖動的測量 （1）測量各種碼型組合下的穩態相位偏移，然后根據各種碼型）測量各種碼型組合下的穩態相位偏移，然后根據各種碼型組合出現的概率計算出隨機碼條件下的抖動值。組合出現的概率計算出隨機碼條件下的抖動值。（2）運用一個無抖動的時鐘信號去觸發示波器的時基可以直接）運用一個無抖動的時鐘信號去觸發示波器的時基可以直接地在示波器上觀察到被測信號的抖動。地在示波器上觀察到被測信號的抖動。 （3）使用相位解調器，解調被測信號給出一個抖動基帶信號，）使用相位解調器，解調被測信號給出一個抖動基帶信號，然后對它進行所需要的測量。

13、然后對它進行所需要的測量。 （4）數字式的抖動測量（）數字式的抖動測量（TEK） 281、無輸入抖動時的輸出抖動、無輸入抖動時的輸出抖動 低通濾波器1 低通濾波器2 被測信號 解調輸出 相位解調 輸入電路 定時提取 /U 29注意事項注意事項1、在時鐘上測量可得到更高的精度、在時鐘上測量可得到更高的精度2、偽隨機序列有足夠的長度、偽隨機序列有足夠的長度3、足夠的測試時間、足夠的測試時間4、抖動的有效值和峰峰值之間的關系、抖動的有效值和峰峰值之間的關系 302、抖動傳遞函數、抖動傳遞函數 外調相振蕩器 自校 自校 測量 測量 抖動發生器 抖動測試器 選頻表 被測設備 頻率計 擴展儀或數字電壓表

14、31注意事項注意事項1、使用正絃調制信號。、使用正絃調制信號。2、抖動幅度影響測試精度。、抖動幅度影響測試精度。3、偽隨機序列長度影響測試精度。、偽隨機序列長度影響測試精度。4、使用、使用“10101010”人工碼可提高測試精度。人工碼可提高測試精度。5、理論上，傳遞函數的曲線和時鐘抽取電路特性一致。、理論上，傳遞函數的曲線和時鐘抽取電路特性一致。323、最大允許輸入抖動下限、最大允許輸入抖動下限 抖動發生 被測設備 誤碼指示器 頻率計 抖動測試儀 33 *.理論計算時只考慮一次邊帶的 相位特性,忽略了諧波的影響, 也未考慮了碼間干涉、熱雜音的 影響 1001000100001000000.1

15、1 CCITT規定 的樣板 理論 計 算值 測 試值最 大 允 許輸入抖動下限(UI)34注意事項注意事項1、使用正絃調制信號。、使用正絃調制信號。2、1dB光功率代價。光功率代價。3、每個頻點的測試時間、每個頻點的測試時間4、找出拐點（如果有）、找出拐點（如果有）354、最大允許輸出抖動上限、最大允許輸出抖動上限1、在時鐘上測量可得到更高的精度、在時鐘上測量可得到更高的精度2、偽隨機序列有足夠的長度、偽隨機序列有足夠的長度 L 100NQf/f1 L:序列長度序列長度; f1:定時恢復電路時鐘頻率定時恢復電路時鐘頻率; f:比特率比特率 Q:單個再生中繼器的單個再生中繼器的Q值值; N:串接再生中繼器的數目串接再生中繼器的數目; 3、足夠的測試時間、足夠的測試時間36參考文獻參考文獻1 Systematic Jitter in a Chain of Digital Regenerators The B.S.T.J NO6.19632 A 3600 Kilometer 140Mb/s Digital Line System Philips Telecommunication Review Vol:40 NO:3 Sep.19823 Jitter Accumulation Prope