ФОРМИРОВАТЕЛЬ ОПОРНЫХ СИГНАЛОВ ЧАСТОТЫ И ВРЕМЕНИ
REFERENCE FREQUENCY AND TIME SIGNAL FORMER

Предлагаемое изобретение относится к технике цифровой электросвязи, а именно к формирователям опорных сигналов частоты и времени, и может найти применение в системах электросвязи и управления, энергетики, транспорта и метрологии в качестве первичных эталонных и вторичных задающих генераторов систем частотно-временной сетевой синхронизации.
В настоящее время на практике широко используются первичные эталонные генераторы (ПЭГ) и вторичные задающие генераторы (ВЗГ), в частности [1, 2], обеспечивающие реализацию систем синхронизации по частоте в сетях электросвязи. Их общим недостатком является отсутствие привязки к национальной шкале времени - шкале координированного времени Российской Федерации UTC (SU) (московского времени) и, естественно, отсутствие синхронизации выходных сигналов по фазе и времени.
За прототип изобретения принято устройство «Первичный эталонный генератор импульсов для цифровых систем связи» [3], осуществляющее высоконадежное формирование опорной частоты для тактовой сетевой синхронизации в системах электросвязи на основе входящих в его состав блока сетевой синхронизации, двух блоков первичных эталонных источников - водородных или/и цезиевых стандартов частоты, приемника-синхронизатора и рубидиевого стандарта частоты. Выходы двух блоков первичных эталонных источников частоты и выход рубидиевого стандарта частоты подключены к соответствующим входам блока сетевой синхронизации, выходы которого являются выходами тактовых последовательностей генератора.
-12
-13
Блок сетевой синхронизации устройства-прототипа содержит развитую систему управления и, являясь «интеллектуальным» устройством, построен на основе системы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) с большой постоянной времени, определяющей его основные технические характеристики - инерционность процессов подстройки, высокую точность запоминания и длительность режима удержания частоты, повышенные показатели надежности за счет резервирования основных сигнальных модулей (входных, генераторных и выходных), благодаря чему обеспечивает формирование синхросигналов высокостабильной частоты с относительной погрешностью по частоте порядка 1·10÷1·10, свойственной первичным эталонным источникам.
Основным недостатком устройства-прототипа является ограниченность его функциональных возможностей, заключающаяся в том, что оно формирует высокостабильные сигналы только частоты, тогда как в современных цифровых системах связи имеется большая потребность в наличии и сигналов точного единого времени.
Целью данного изобретения является расширение функциональных возможностей устройства, состоящее в обеспечении одновременного, отказоустойчивого и равнопрочного формирования высокоточных сигналов как частоты, так и времени.
Указанная цель в заявляемом устройстве достигается благодаря тому, что в его состав, по сравнению с прототипом, дополнительно введены блок приема эталонных сигналов времени из канала связи, блок приема эталонных сигналов времени специализированных ДВ-радиостанций, блок обработки сигналов времени и синхронометр при соответствующей схеме их соединения между собой.
Сопоставление с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием дополнительных элементов при соответствующем схемном решении (новых связях). Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения «новизна».
Сравнение заявляемого устройства с другими аналогичными техническими решениями показывает, что наличие в подобных устройствах первичных эталонных источников частоты и приемников-синхронизаторов известно. Однако благодаря тому, что в состав устройства дополнительно введены блок приема эталонных сигналов времени из канала связи, блок приема эталонных сигналов времени, излучаемых специализированными ДВ-радиостанциями, блок обработки сигналов времени и синхронометр, при соответствующей схеме их соединения между собой и с остальными составными элементами устройства, появляются новые свойства заявляемого устройства, состоящие в возможности обеспечения одновременного, отказоустойчивого и равнопрочного формирования синхросигналов частоты и времени с привязкой к шкале координированного времени Российской Федерации UTC (SU), передаваемых одновременно по каналу электросвязи, по радиоканалу специализированных радиостанций и по спутниковым радионавигационным системам (СРНС). Отмеченное позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «существенные отличия».
На чертеже представлена схема предлагаемого формирователя опорных сигналов частоты и времени с обозначениями:
1 - первичный эталонный генератор;
2 - приемник-синхронизатор с дисциплинированным рубидиевым генератором;
3 - первый первичный эталонный источник стандартов частоты (водородный или цезиевый);
4 - второй первичный эталонный источник стандартов частоты (водородный или цезиевый);
5 - блок сетевой синхронизации;
6 - блок приема эталонных сигналов времени из канала связи;
7 - блок приема эталонных сигналов времени специализированных ДВ-радиостанций;
8 - блок обработки эталонных сигналов времени;
9 - синхронометр.
При этом приемник-синхронизатор 2 с дисциплинированным рубидиевым генератором имеет два выхода, первый выход является выходом тактовой частоты, а второй выход - выходом кода времени. Блок 5 сетевой синхронизации имеет три входа и один выход, блок 8 обработки эталонных сигналов времени имеет три входа и один выход, синхронизатор 9 имеет два входа и один выход.
Составные части, образующие заявляемое устройство, соединены между собой следующим образом.
В составе первичного эталонного генератора 1 первый выход приемника-синхронизатора 2 с дисциплинированным рубидиевым генератором, выходы первого 3 и второго 4 первичных эталонных источников стандартов частоты подключены соответственно к первому, второму и третьему входам блока 5 сетевой синхронизации. Второй выход приемника-синхронизатора 2 с дисциплинированным рубидиевым генератором подключен к первому входу блока 8 обработки эталонных сигналов времени. Выход блока 6 приема эталонных сигналов времени по каналу связи и выход блока 7 приема эталонных сигналов времени специализированных ДВ-радиостанций подключены соответственно ко второму и третьему входам блока 8 обработки эталонных сигналов времени. Выход блока 8 обработки эталонных сигналов времени подключен к первому входу синхронометра 9, ко второму входу которого подключен выход блока 5 сетевой синхронизации. Выход блока 5 сетевой синхронизации и выход синхронометра 9 являются соответственно выходами тактовых последовательностей частоты 2048 кГц и оцифрованной метки времени 1 Гц.
Предложенное устройство работает следующим образом.
-11
Приемник-синхронизатор 2 с дисциплинированным рубидиевым генератором и два первичных эталонных источника (3 и 4) на основе водородного или/и цезиевого стандарта частоты вырабатывают сигналы эталонных частот, поступающие на входы блока 5 сетевой синхронизации, который по качеству или приоритету выбирает наилучший и с помощью инерционной ФАПЧ формирует выходной сигнал опорной частоты потребителю. Выход блока 5 сетевой синхронизации является выходом тактовой частоты формирователя. В случае пропадания всех входных сигналов блок 5 сетевой синхронизации поддерживает стабильность частоты выходного сигнала на уровне 1·10 в течение десятков часов.
Приемник-синхронизатор 2 с дисциплинированным рубидиевым генератором, блок 6 приема эталонных сигналов времени из канала связи и блок 7 приема эталонных сигналов времени специализированных ДВ-радиостанций формируют сигналы оцифрованной метки времени 1 Гц. Эти сигналы поступают на входы блока 8 обработки эталонных сигналов времени, который по качеству или приоритету выбирает из них наилучший и формирует выходной сигнал оцифрованной метки времени 1 Гц, поступающий с его выхода на первый вход синхронометра 9. На второй вход синхронометра 9 с выхода блока 5 сетевой синхронизации поступает опорный сигнал с частотой 2048 кГц для поддержания местной шкалы времени с необходимой точностью по отношению к шкале координированного времени Российской Федерации UTC (SU) в случае пропадания сигналов 1 Гц на первом входе синхронометра 9.
Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает одновременное и надежное формирование сигналов опорной тактовой частоты со стабильностью частоты первичных эталонных источников и сигналов единого точного времени, синхронизированных по шкале координированного времени Российской Федерации UTC (SU).
Следовательно, можно сделать вывод, что цель, поставленная перед предлагаемым изобретением, - расширение функциональных возможностей устройства, состоящее в обеспечении одновременного, отказоустойчивого и равнопрочного формирования высокоточных сигналов как частоты, так и времени, - достигнута.
Предложенное устройство может найти применение в сетях электросвязи, энергетике, метрологии, системах управления и транспортных системах для синхронизации происходящих в них процессов по частоте, фазе и времени.
Технико-экономический эффект, обусловленный применением предложенного устройства, заключается в повышении надежности работы соответствующих систем, качества услуг, достижения предельной пропускной способности каналов электросвязи, в обеспечении биллинга и уменьшении потерь в энергосистемах, в возможности осуществления поверки средств измерений непосредственно в местах эксплуатации.
Количественная величина ожидаемого технико-экономического эффекта от использования предложенного устройства зависит в первую очередь от качества проектирования - размещения по сетям достаточного количества формирователей, достижимых точностей синхронизации по частоте, фазе и времени, - ее определение возможно только после внедрения предлагаемого устройства на конкретных объектах. Тем не менее использование формирователя, на наш взгляд, позволит создать условия для реализации в России на основе сети связи общего пользования прозрачной, аттестуемой и экономически оправданной системы частотно-временного обеспечения с сетевыми нормами и нормами на элементы и стыки сети, с гарантией качества (точности) предоставляемых потребителям сигналов.
Источники информации
1. Рыжков А.В. Частота и время в инфокоммуникациях XXI века. - М.: MAC, 2006. 320 с.
2. Рыжков А.В., Коган C.H., Блинов И.Ю., Насонов А.Ю., Хазов М.Л. Проблемы и пути решения передачи сигналов времени по сети связи общего пользования Российской Федерации // Вестник связи, 2014. - №1. - С.17-21.
3. Полезная модель РФ «Первичный эталонный генератор импульсов для цифровых систем связи», патент №15439, МКИ H04J 3/06, 2000, БИ №28.