СПОСОБ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ СИГНАЛОВ ТОЧНОГО ЕДИНОГО ВРЕМЕНИ (ТЕВ) ПО ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННОЙ СЕТИ И СИСТЕМА РАСПРЕДЕЛЕНИЯ СИГНАЛОВ ТОЧНОГО ЕДИНОГО ВРЕМЕНИ
METHOD OF DISTRIBUTING PRECISE UNIVERSAL TIME SIGNALS OVER TELECOMMUNICATION NETWORK AND SYSTEM FOR DISTRIBUTING PRECISE UNIVERSAL TIME SIGNALS

Изобретение относится к области систем единого времени, в частности к способам и устройствам передачи сигналов единого времени по телекоммуникационным сетям.
Известно большое число устройств и систем, использующих разные способы синхронизации шкал времени (ШВ) пространственно разнесенных пунктов для установления единого времени.
Для синхронизации ШВ используют, в частности, транспортируемые часы, как в устройстве для синхронизации часов по патенту РФ №2024042, кл. G04C 11/00, 30.11.94, передаваемые по радиоканалу сигналы точного времени, как в часах с управлением по радио по заявке Германии №4230531, кл. G04C 11/02, 18.11.93, излучение и двойную ретрансляцию маркерного сигнала, как в способе сличения ШВ по а.с. СССР №1644079, кл. G04C 11/02, 23.04.91, или в способе синхронизации ШВ по а.с. СССР №1712942, кл. G04C 11/02, 15.02.92.
В последнее время для синхронизации ШВ пространственно разнесенных пунктов используют сигналы подсистемы космических аппаратов (ПКА) спутниковых радионавигационных систем (СРНС).
Известна, например, система синхронизации часов по радиоканалу по патенту РФ №2037172, кл. G04C 13/00, 13/02, 09.06.95, которая содержит группу ведущих часов, группу удаленных часов, центральные часы, синхронизатор СРНС, ПКА СРНС, линии связи от удаленных часов к центральным часам, линии связи от центральных часов к ведущим часам и к синхронизатору СРНС, радиоканал меток времени ведущих часов, навигационный радиоканал ПКА СРНС, радиоканал связи синхронизатора и ПКА СРНС.
В состав каждых ведущих часов входят: аппаратура приема шкалы системного времени (АПШВ), аппаратура сравнения ШВ (АСШВ), анализатор результатов привязки ШВ (РПШВ), блок памяти (БП), программный блок, формирователь сигналов управления и последовательно соединенные опорный генератор (ОГ), формирователь местной ШВ (ФШВ), формирователь сигналов времени и радиопередатчик.
В состав каждых удаленных часов входят: радиоприемник, АПШВ, АСШВ, РПШВ, измеритель разности времени и последовательно соединенные ОГ и ФШВ.
Известен, например Патент РФ №2046393, G04C 11/02, опубл. 20.10.95, способ синхронизации шкал времени, применяемый в устройствах для привязки шкал времени пространственно разнесенных объектов. При реализации этого способа на ведущей станции передают временную информацию - синхронизирующие сигналы, в частности радиосигналы, соответствующие секундным меткам эталонной шкалы времени. На синхронизируемом объекте - ведомой станции принимают эти радиосигналы, определяют интервалы между метками времени собственной шкалы времени и принятыми радиосигналами, соответствующими секундным меткам эталонной шкалы времени, и на основе этих определений корректируют шкалу времени синхронизируемого объекта. Коррекцию осуществляют с учетом поправки на распространение радиосигналов ведущей станции, вычисляемой на основе априорно известного местоположения ведущей и ведомой станций и расстояния между ними.
i
j
i
i
i
i
j
i
j
i
i
e
i
i
i
i
i
i
i
r
i
i
i
i
i
i
e
i
e
i
r
i
e
i
r
i
i
i
e
i
r
i
ref
i
i
i
i
r
j
j
i
r
i
i
i
r
ji
j
r
i
r
ji
ij
i
j
i
j
Наиболее близким по технической сути к заявленным изобретениям является техническое решение, охарактеризованное в Патенте RU 2160917, G04C 11/02, 20.12.2000, в котором раскрыт способ определения временного отклонения между несколькими станциями (S), (S) в радионавигационной системе позиционирования в режиме реального времени, включающей в себя спутник (G), оснащенный ретранслятором, при этом упомянутый способ характеризуется тем, что включает следующие операции: а) по меньшей мере один псевдо-шумовой код (PN), конкретно определенный для каждой станции (S), формируют на соответствующей станции (S), причем коды (PN), (PN), передаваемые двумя различными станциями (S), (S), ортогональны друг к другу; b) код PN, конкретно определенный для каждой станции (S), передают от этой станции в момент времени передачи (t), установленный по отношению к сигналу опорного время (H), определенному для этой станции (S); с) различные коды (PN), передаваемые различными станциями (S), принимают на спутнике (G) и ретранслируют на вышеуказанные станции (S) d) каждый код, ретранслированный спутником (G), принимают на каждой станции (S), и время приема (t) кода (PN), конкретно определенного для соответствующей станции (S), определяют по отношению к сигналу опорного времени (H) станции (S); е) на каждой станции (S) момент времени передачи (t), конкретно определенного для этой станции, смещают до тех пор, пока полусумма [(t)+(t)]/2 времени передачи (t) и времени приема (t) кода (PN), конкретно определенного для станции (S), или величина (t) - D/C или (t) - D/C, где D - это известное расстояние между этой станцией и спутником и С - скорость света, не совпадает с опорным временем (t), определенным по отношению к сигналу опорного времени (Н) этой станции (S); f) на произвольной станции (S) измеряют время приема (t) - кода, исходящего от другой станции (S); g) на этой станции (S) затем определяют разность между временем приема (t), кода (PN), конкретно определенного для этой станции (S), и временем приема (t) кода (PN), конкретно определенного для вышеуказанной станции; указанная разность [(t)-(t)] определяет разность (ΔT) между сигналами опорного времени (H), (H), относящимися к упомянутой станции (S) и к другой станции (S), в режиме реального времени.
К недостаткам известных систем можно отнести их значительную сложность, связанную с наличием ИСЗ, а также недостаточную точность привязки шкал точного времени.
Технический результат заключается в повышении точности привязки шкал единого точного времени с одновременным упрощением системы.
Для этого предлагаются способ распределения сигналов точного единого времени (ТЕВ) по телекоммуникационной сети, основанный на периодическом обмене информацией, состоящей из меток времени, образующих шкалу ТЕВ, и измерением задержки секундной метки, являющейся составной частью шкалы ТЕВ, используя данные измеренной задержки при восстановлении шкалы ТЕВ на приеме в предположении равенства задержек распространения сигналов ТЕВ в линии связи от передатчика к приемнику и от приемника к передатчику, отличающийся тем, что сигнал ТЕВ распределяется на все узлы по иерархическому принципу, т.е. от источника на все главные узлы сети методом звезды, а от каждого из главных узлов на узлы более низшего уровня тем же методом, при этом для коррекции положения шкалы ТЕВ на приеме относительно шкалы ТЕВ передатчика со стороны передатчика к приемнику передаются результаты измерения задержки секундной метки, передаваемой регулярно от приемника к передатчику, и система для реализации способа распределения сигналов точного единого времени, содержащая на стороне передачи последовательно соединенные хранитель шкалы ТЕВ, измеритель задержки и схему фазирования информационного потока (ИП), выделитель сигналов ТЕВ из ИП, выход которого соединен со вторым входом измерителя задержки, второй выход хранителя шкалы ТЕВ соединен со вторым входом схемы фазирования информационного потока, выход которой и вход выделителя сигналов ТЕВ из ИП соединены через канал передачи ИП с приемной стороной, содержащей устройство приема сигналов ТЕВ, включающее последовательно соединенные выделитель сигналов ТЕВ из ИП, измеритель задержки, вычислитель и управляющее устройство, причем второй выход выделителя сигналов ТЕВ из ИП соединен со вторым входом вычислителя, а также содержащая на приемной стороне последовательно соединенные хранитель шкалы ТЕВ и схему фазирования информационного потока, выход которого и вход выделителя сигналов ТЕВ из ИП соединены с каналом передачи ИП, выход управляющего устройства соединен со входом хранителя шкалы ТЕВ, второй выход которого соединен со вторым входом измерителя задержки.
a4
a8
Дополнительные особенности способа заключаются в том, что сигнал ТЕВ передается с использованием позиции одного из национальных битов S-S, положение которого строго привязывается к моменту формирования секундной метки на передаче, а все эти биты располагаются в четном цикле нулевого канального интервала первичной цифровой группы, обеспечивающей при этом передачу рабочей информации между взаимодействующими при распределении ТЕВ узлами.
На чертеже приведена структурная электрическая схема работы системы распределения сигналов точного единого времени (ТЕВ) по телекоммуникационной сети.
Система распределения сигналов точного единого времени (ТЕВ) по телекоммуникационной сети содержит устройство приема сигналов ТЕВ 1, хранитель шкалы ТЕВ 2, схему фазирования 3, выделитель сигнала ТЕВ 4, измеритель задержки 5, вычислитель 6, управляющее устройство 7, ИП - информационный поток.
Принцип работы системы
Данная система предназначена для установки с высокой точностью шкалы ТЕВ в хранителе шкалы ТЕВ на приеме в соответствии с положением этой шкалы в хранителе шкалы ТЕВ на передаче.
Для решения данной задачи положение шкал на ТЕВ на передаче и приеме передаются с минимально возможными искажениями в составе информационных потоков (ИП) по каналу передачи в оба направления. Принятые данные о положении шкалы ТЕВ сравниваются с местными шкалами ТЕВ и определяются задержки относительно местных шкал ТЕВ. Результаты измеренной задержки на стороне передачи посылаются на сторону приема для проведения вычислений расхождения шкал ТЕВ на передаче и приеме с использованием данных о задержках, полученных на передаче и приеме. Вычисленные данные усредняются и проводится корректировка шкалы ТЕВ в хранителе шкалы ТЕВ на стороне приема на величину Δ, определяемую по формуле (1)
пер
пр
где τ - измеренная задержка на передаче, а τ - измеренная задержка на приеме.
Хранитель шкалы ТЕВ 2 представляет собой делитель частоты, получаемой от местного генератора, частота которого может устанавливаться практически равной номинальной частоте с использованием сигналов имеющегося на данном объекте оборудования тактовой сетевой синхронизации. Схемы изменения положений делителей на величину Δ широко известны.
Схема фазирования 3 может быть выполнена в виде регистра, задержка в котором устанавливается по моменту передачи секундной метки в ИП при поступлении секундной метки от хранителя шкалы ТЕВ 2, так что выходной ИП со схемы фазирования поступает на выход с той ячейки регистра, где находится положение секундной метки в ИП в момент поступления секундной метки от хранителя шкалы ТЕВ. Остальная информация о положении шкалы ТЕВ записывается в ИП на выделенных позициях. Задержка этой информации в пределах десятков миллисекунд не существенна.
Выделитель сигнала ТЕВ 4 выполняется также как в любом оборудовании разуплотнения в мультиплексорах синхронной или плезиохронной иерархии.
Измеритель задержки 5 может представлять собой счетчик тактовых импульсов местного генератора, поступающих на вход измерителя между моментами приема секундных меток с хранителя шкалы ТЕВ 2 и с выделителя сигналов ТЕВ 4, или в соответствии с патентом на изобретение №2240648 (устройство определения временной задержки).
В вычислителе 6 усредняются измерения данных задержки за несколько десятков или даже сотен секунд и определяется величина А, на которую корректируется положение шкалы ТЕВ на приеме. Время усреднения определяется стабильностью местных генераторов и необходимой точностью установки шкалы ТЕВ.
, где t - время задержки,
Δf/f - относительная нестабильность местного генератора,
τ - точность корректировки шкалы ТЕВ.
-9
-11
Если τ=10 с (1 н.с.), a Δf/f=10, то t=100 сек.