抖动积累是什么

FanlyQA2020-10-07 03:12:40阅读(...)

抖动积累是指将若干数字通信设备级联时,各设备所接收的抖动与其自身的抖动相加的过程。实际中,由于定时电路的不完善,传输中信号受噪声的干扰,接收端提取出来的定时信号呈现随时间不规则的晃动,即定时抖动。

抖动积累(jitter accumulation)是指将若干数字通信设备级联时,各设备所接收的抖动与其自身的抖动相加的过程。实际中,由于定时电路的不完善,传输中信号受噪声的干扰,接收端提取出来的定时信号呈现随时间不规则的晃动,即定时抖动。定时抖动使再生判决瞬间发生偏差,这不但使判决瞬间的信噪比恶化,而且还会反映到再生后的信号中,使再生后的信号产生相位调制,传到下一个中继器,形成抖动积累。

抖动积累是什么

简介

定时抖动的积累是多中继数字传输系统中极为重要的问题。再生中继器的定时信号,通常采用直接从信号码流中提取的自定时方式。实际中,由于定时电路的不完善,传输中信号受噪声的干扰,接收端提取出来的定时信号呈现随时间不规则的晃动,即定时抖动。定时抖动使再生判决瞬间发生偏差,这不但使判决瞬间的信噪比恶化,而且还会反映到再生后的信号中,使再生后的信号产生相位调制,传到下一个中继器,形成抖动积累(jitter accumulation)。

关于电缆传输的抖动性能研究已比较完善。抖动分为与信号随机性有关的图案噪声和与信号无关的热噪声。但是,在光纤通信中,除了以上两个抖动源外,还存在第三个抖动源–散弹噪声。散弹噪声的统计特性与前两种噪声完成不同,且当采用雪崩光电二极管(APD)作光电检测器时,它是起主要作用约噪声源。

电缆中传输信号通常采用正负交替的脉冲序列,其频谱中没有 1/T 处的谱线,必须将信号进行非线性处理,才能定时提取。在光纤通信中,则常采用单极性归零码,这时的信号序列含有传输速率 1/T 处的谱线,故可直接提取定时信号,而不需要作预处理。通常把没有预处理的定时电路称作简单定时电路。文献利用定时抖动功率谱密度的统一范式,详细分析 i 割辰槽路(RC)式定时电路的抖动功率谱密度分布及抖动积累特性,给出抖动积累方差的简化公式。这些简化公式在工程估算中是十分方便的。

抖动源

随机性抖动源

各种噪声源:在光缆系统中,除了一般电缆系统所具有的热噪声外,接收机的雪崩二极管还会产生可观的雪崩噪声。激光器本身会产生量子噪声、纽结噪声、模分配噪声及反射噪声。激光器与很短的光纤段相结合还会产生模式噪声。这些噪声的机理不尽相同,但其结果都会使信号脉冲波形发生随机畸变,从而使定时滤波器的输出信号波形产生随机的相位寄生调制,形成抖动。

激光器的跳模和光反馈:由于温度和其他条件的影响,激光器的工作模式会发生随机跳动,使传输信号的延迟发生变化,导致定时判决点偏离最佳时刻,形成抖动。这种激光器的跳模现象,如果与光源侧的不完善接头所造成的光反馈相结合,甚至会造成定时信息的暂时消失。但是,这种随机跳模所造成的影响是暂时的,不会形成恒定的损伤,而且在系统设计中可以设法尽量避免。

③定时滤波器失谐:定时滤波器的有效品质因数总是有限的,因而传输信息中靠近时钟频率的一小段连续谱也会得到输出。当滤波器失谐时,将产生不对称的输出波形,等效于非对称边带的调制,造成时钟分量幅度和相位上的调制。其中相位调制将弓!起定时抖动。

完全不相关的码型抖动:在码型相关抖动中有一部分是完全不相关的抖动,其积累特性如同随机噪声一样,可以按随机性抖动处理。

系统性抖动源

在一个理想中继器中,信号码型对输出定时信号的相位没有影响。但是,实际的中继器总会有各种缺陷存在,这就会造成定时信号的相位变化,形成抖动。

码间干扰:目前的光纤制造技术还不能精确地控制光纤的色散特性,而均衡器又不希望做得很复杂,因而少量的码间干扰是容许的。随着温度变化和元器件老化,码间干扰会增大,使传输信号通过非线性元件后引起输出脉冲峰值位置的随机偏移,一`形成定时抖动。

有限脉宽作用:传输信号的脉冲宽度不可能是无限窄的 a 脉冲序列,因而其频谱在时钟附近带有一段倾斜的连续谱,其倾斜度随传输信息的内容变化而变化。这种时变的斜率将对定时信号进行相位调制,形成抖动。

限幅器的门限偏移:限幅器的门限会随温度的变化和元器件的老化而偏移。在这种情况下,当不同幅度的信号加到限幅器上时,将与门限的交叉点不再一致,使输出脉冲位置随输人信号的幅度而变化,而输人信号的幅度与传输信息的码型有关。

激光二极管的码型效应:在高比特率系统中,由于脉冲重复周期变短,激光二极管 LD 的有限通断时间对传输信号的码型(又称图案)的影响增大,而且这种影响随传输信号的码型不同而异,其结果导致码型相关抖动。

综上可知,光缆线路系统中的抖动源及其物理机制十分复杂,很难用精确的数学模型来描述。实际上,尽管各种不同机制的抖动源所引起的抖动谱是不一样的,但其差异仅表现在高频细节部分。经过多中继传输后,这些高频抖动分量均被滤除,只有低频分量才可能累积起来,进而对系统造成损伤。因此,、为了衡量光中继器各种抖动源所产生的抖动大小,更直接方法是测量。按照月前的技术水平,典型光中继器的随机性抖动均方根值为 0.5°~1.5°,系统性抖动均方根值为 0.5°~3.5°。总的抖动均方根值大约为 1°~4°。

理论模型

在分析传统电缆数字线路系统抖动积累问题时,Chapman 模型是广泛采用的分析模型。按照这一模型,在多中继链接的数字线路系统中,所有中继器都是线性时不变系统。对于由 N 个相同的中继器组成的线路系统,则第 N 个中继器的输出抖动功率谱密度

式中,

随机性抖动的积累

假设随机性抖动是均值为零的白色吧随机变量`由于各个中继器所产生的这种抖动是彼此无关的,于是经过 N 个相同的中继器后所得到的总的积累抖动均方值了

这一方程需用数值移分才能求解。但在下述两种虽然特殊却经常用的情况下,可以得到封闭解形式。

1、抖动传递函数为一阶低通滤波器函数形式

当定时滤波器采用单调谐电路亘失谐为零时,其相应抖动传递函数

式中 B 为抖动传递函数的 3dB 带宽。将式(3)代人式(2),经积分后可以得到封闭解如下:

式中

2、抖动传递函数为二阶低通滤波器函数形式

在高比特率光缆数字线路系统中,二阶低通滤波器是更常用的传递函数形式,其数学表达式为:

式中

当中继器数目很大时,可以将上述公式进一步简化为:

可见当阻尼系数很小时,随机性抖动可能随中继器数目的指数规律增长,而阻尼系数很大时,则仅随

系统性抖动的积累

系统性抖动泛指各个中继器所产生的彼此完全相关的抖动。一般文献认为,系统性抖动就是码型相关抖动。实际各个中继器定时电路的缺陷不会是完全相同的,信号脉冲形状也有差异,因而码型相关抖动可以分解为两个正交分量:一项为码型全相关的抖动,称为系统性抖动,另一项是码型不相关的抖动,其特性如同随机噪声一样,因而可以归人随机性抖动。这样,由于各个中继器所产生的系统性抖动的功率密度谱沪,应按线性叠加,积累的抖动均方值为:

可见,积累的系统性抖动不仅跟抖动传递函数的幅频特性有关,而且还跟相频特性有关。这一点跟随机性抖动不同。

1、抖动传递函数为一阶低通滤波器函数形式。

将式(3)代人式(2)积分可以得到:

利用

该式最大误差仅 1.4%,特别是 N 值不太大时,比 Byrne 采用 Sitrilgn 公式所得到的近似公式精度要高。`当 N>=100 时,则有

可见,积累的系统性抖动均方根值大致随杯了关系增长,其速率比随机性抖动要快得多了。

综上所述,当抖动传递函数没有峰值时,无论采用一阶低通滤波器,还是二阶低通滤波器,积累的系统性抖动都随

抖动积累的特点

目前,已发表的有关实际光缆线路系统的抖动积累测试数据不多,`所得结果也差异甚大。事实上,:影响抖动积累规律的因素很多,诸如中继器数目、定时滤波器类型、传输信号的线路码型和抖动传递函数形纽贷等等。实际系统的这些参数千差万别,不可能用一个统一简单的规律来概括这些影响。但是,就长途光缆数字线路系统而言,下述的几个特点是值得注意的:

随机性抖动的影响不容忽视

与传输电缆数字线路系统相比,光缆系统不仅增加了一些特有的随机性抖动源,而且在码型相关抖动中大约有 50%的分量也属于随机性抖动,这就使得随机性抖动在总的抖动量中所占的比重增加。特别是,当抖动传递函数有峰值时,随机性抖动的积累速率甚至会超过系统性抖动,成为主要的部分。

码型相关抖动不一定按系统牲抖动积累

如前所述,各个中继器所产生的码型相关抖动并非完全相关。实测结果表明,仅有 50%是全相关的,仍按系统性抖动积累,而剩余的 50%是完全不相关的,只能按随机性抖动积累处理。在一个由光缆系统组成的数字段内,抖动积累效应将有所减弱。

数字段内总的抖动积累效应有所减弱

这是因为数字复用设备中备有独立的振荡器产生时钟,所以前一个数字段的抖动一般不能进入本数字段,这样,抖动主要在一个数字段内积累。而另一方面,在传统电缆线路系统中,中继器间隔只有几 km,而光缆系统可达几十 km,因而对于一个 280km 的标准数字段来说,只含有几个中继器。显然,中继器数目的大大减少意味着抖动积累效应的减弱。这有利于整个系统抖动性能的改善。

由图中实测曲线可见,当中继器数目少于 10 时,抖动积累按

收藏0个人收藏
走进科技生活方式

评论交流

泪雪默认头像请「登录」后参与评论
  1. 加载中..