СИСТЕМА СЕТЕВОЙ СИНХРОНИЗАЦИИ СИГНАЛОВ ГЕНЕРАТОРОВ МЕТОК ВРЕМЕНИ

Область техники
Полезная модель относится к устройствам синхронизации сигналов по частоте, сдвигу фазы и шкале времени (область техники H03L 7/00 в международной классификации), используемым как в системах единого точного времени, так и в системах тактовой сетевой синхронизации, построенных на основе телекоммуникационных сетей.
Предпосылки к созданию полезной модели
Известны три режима сетевой синхронизации сигналов, а именно по частоте, сдвигу фазы и шкале времени. Первые тип синхронизации осуществляется, как правило, используя передачу сигналов синхронизации на физическом уровне. Остальные типы синхронизации предполагают использование для целей сетевой синхронизации цифровую форму представления и более высокие уровни передачи сигналов синхронизации канальный уровень или сетевой. Характерными представителями этого типа синхронизации являются протоколы NTP (Network time protocol), SNTP (Simple network time protocol) и РТР (Precision time protocol). В данных протоколах для синхронизации шкалы времени эталонных и локальных часов, кроме передачи информации о текущем времени, осуществляется также оценка задержки этой информации в процессе ее передачи. Эта оценка имеет погрешность вследствие асимметрии задержки передачи сигналов в прямом и обратном направлениях. Поэтому в целях повышения точности синхронизации применяется протокол РТР [1]. Характерной особенностью данного протокола является то, что для снижения погрешности, возникающей при оценке задержки, предлагается использовать элементы сетевой поддержки в виде граничных или прозрачных часов.
Следует подчеркнуть, что сетевая синхронизация шкалы времени в процессе ее поддержания выполняется только при осуществлении первых двух видов синхронизации по частоте и сдвигу фазы. Поэтому она может являться интегральной оценкой выполнения режима сетевой синхронизации сигналов в целом, а величина ее отклонения от эталонного сигнала, например, всемирного скоординированного времени - Coordinated Universal Time (UTC (SU)), служить сигналом для осуществления синхронизации локальных генераторов меток времени.
Таким образом, используя временной дискриминатор, то есть, осуществляя цифровую оценку расхождения шкалы времени эталонного источника и локального генератора, можно обеспечить как тактовую сетевую синхронизацию частоты, так и синхронизацию сдвига фазы генератора меток времени, а значит и сетевую синхронизацию меток времени.
Задача, на решение которой направлена заявленная полезная модель, заключается в повышении стабильности частоты сигналов генераторов меток времени в режиме удержания при создании объединенной системы единого точного времени и тактовой сетевой синхронизации на основе телекоммуникационных сетей.
и.в
в
и.в
н
н
в
Данная задача достигается за счет того, что поддержание сетевой синхронизации осуществляется в двух режимах: синхронном режиме и режиме удержания. Причем в синхронном режиме в результате цифровой оценки расхождения шкалы времени эталонного источника сигнала и шкалы времени, формируемой генераторами меток времени, а в режиме удержания в результате цифровой оценки расхождения запомненных значений опорного сигнала на интервале времени Т, полученных в синхронном режиме в результате преобразования в цифровой код временных отклонений Т периодов частоты генератора меток времени (ГМВ), просуммированных со временем выборки τ, и значений текущего сигнала, полученных в результате аналогичного преобразования в режиме удержания. При этом интервал времени Т равен n*Т, n равно целому значению , полученному от деления значения величины интервала наблюдения Т и периода Т частоты генератора, интервал наблюдения Т равен , где  - относительная нестабильность генератора меток времени, a Δt - точность корректировки временных отклонений. Время выборки τ определяется согласно [2] и составляет для фильтра с полосой 10 Гц - 0,03 с.
Следует отметить, что режим удержания частоты задающего генератора характеризуется тем, что в отсутствии входного сигнала стабильность частоты выходного сигнала поддерживается за счет уменьшения влияния внешних воздействий, для чего применяется термостатирование, и/или в результате обработки и последующего использования для коррекции отклонений запомненных данных, полученных во время работы генератора в синхронном режиме.
В описании и/или чертежах могут использоваться следующие сокращения:
Аналогичные решения
Из предшествующего уровня техники известен ряд систем для синхронизации по меткам времени территориально распределенных локальных часов. Например, «Система синхронизации часов по радиоканалу», патент РФ №2037172 G04C 11/02, опубликован 20.10.1995; «Устройство для привязки шкал времени», патент РФ №2046393 G04C 13/00 13/02, опубликован 09.06.1995; «Способ стабилизации частоты генератора», патент РФ 2197060 H03L 7/00, G01R 23/12, опубликован 20.01.2003; «Способ распределения сигналов точного единого времени (ТЕВ) по телекоммуникационной сети и система распределения сигналов точного единого времени», патент РФ №2381538 G04C 11/00, опубликован 10.012.2010; «Способ формирования частоты и фазы выходного сигнала управляемого генератора блока синхронизации в режиме удержания», патент РФ №2494535 H03L 7/00, опубликован 27.09.2013.
Прототип полезной модели
Наиболее близкой по технической сути к предлагаемой полезной модели является «Система синхронизации часов по радиоканалу», патент РФ №2037172 G04C 11/02, опубликован 20.10.1995. Данная система содержит группы ведущих и удаленных часов, синхронизатор спутниковой радионавигационной системы, центральные часы, группу навигационных космических аппаратов, линии связи, отличающаяся тем, что, с целью увеличения времени автономной работы ведущих часов без снижения точности, в состав каждых ведущих часов введены последовательно соединенные блок привязки шкал времени, блок сравнения, ключ и анализатор результатов привязки шкал времени. Эффект увеличения времени автономной работы ведущих часов без снижения точности достигается за счет того, что в режиме синхронизации определяются величины поправок и моменты коррекции шкалы времени, которые затем используются в автономном режиме работы ведущих часов. Недостатком данной системы является довольно сложная реализация, требующая программного блока, управляющего процессом коррекции шкалы времени по результатам предыстории привязки этой шкалы, а также то, что она не учитывает требования по фазовым дрожаниям и блужданиям в сети синхронизации, то есть не обеспечивает выполнение требований, предъявляемых к объединенной системе передачи сигналов единого точного времени и тактовой сетевой синхронизации.
Существо полезной модели
1
2
и.в.
в
и.в
н
н
Технический результат, обеспечивающий компенсацию отклонения частоты генератора в режиме удержания, обусловленного эффектом старения и колебаниями температуры, достигается за счет периодического обмена информацией о шкале времени между передатчиками и приемниками сигналов шкалы времени, с учетом данных измеренной задержки распространения сигнала, характеризующийся тем, что в качестве управляющего сигнала для подстройки шкалы времени, частоты и сдвига фазы генератора меток времени (ГМВ) в синхронном режиме в цифровом дискриминаторе кода шкалы времени оценивается расхождение шкалы времени ΔКВ, для шкалы времени, поступающей от эталонного сигнала частоты и времени Государственной службы времени и частоты (ЭСЧВ ГСЧВ) и шкалы времени, формируемой ГМВ, а в режиме удержания для подстройки ГМВ используется сигнал расхождения временных отклонений ΔКВ, который представляет собой расхождение запомненных значений отклонения Δƒ частоты генератора в синхронном режиме и текущих значений отклонения Δƒ частоты генератора в режиме удержания на интервале времени Т, получаемых посредством преобразования в цифровой код временных отклонений Т периодов частоты ГМВ, просуммированных со временем выборки τ, причем интервал времени Т равен n*Т, n равно целому значению , полученному от деления значения величины интервала наблюдения Т и периода Т частоты генератора, интервал наблюдения Т равен , где  - относительная нестабильность генератора меток времени, a Δt - точность корректировки.
Полезная модель поясняется фиг. 1, на которой изображена система сетевой синхронизации сигналов генераторов меток времени.
1
N
1
N
1
N
Система сетевой синхронизации сигналов генераторов меток времени содержит эталонный сигнал частоты и времени (1) (ЭСЧВ) Государственной службы времени и частоты (ГВСЧ), цифровые дискриминаторы (2÷2) кода шкалы времени (ЦДКВ), генераторы (3÷3) меток времени (ГМВ), преобразователи интервала временных отклонений (4÷4), соответствующего Т периодам частоты ГМВ, в цифровой код (ИВОЦК).
Устройство ИВОЦК, используемое для преобразования интервала временных отклонений Т периодов частоты ГМВ в цифровой код и являющееся детектором, характеризующим медленные изменения частоты (вандер) на интервале выборки, может быть реализовано, например, с помощью циклически заряжаемого и разряжаемого генератора линейно-изменяющегося напряжения и аналого-цифрового преобразователя.
1
1
2
и.в.
Система сетевой синхронизации сигналов ГМВ работает следующим образом. В ЦДКВ проводится цифровая оценка значения ΔКВ, представляющего собой расхождение шкалы времени, поступающей от ЭСЧВ ГВСЧ и шкалы времени ГМВ. Далее расхождение ΔKB используется в качестве управляющего сигнала для подстройки шкалы времени, частоты и сдвига фазы ГМВ. Одновременно с помощью ИВОЦК определяются отклонения Δƒ частоты выходного сигнала ГМВ относительно ее номинального значения, выраженные через отклонение временного интервала. В случае пропадания внешнего сигнала синхронизации меток времени для подстройки ГМВ используется сигнал расхождения временных отклонений ΔКВ, который представляет собой цифровую оценку расхождения запомненных значений отклонения Δƒ частоты ГМВ в синхронном режиме и значений отклонения Δƒ частоты ГМВ в режиме удержания на интервале времени Т, выраженную через отклонение временного интервала и вычисленную в результате аппроксимации значений полученных отклонений с помощью полинома первого порядка, то есть в результате определения и сравнения коэффициента, характеризующего наклон линейной зависимости для синхронного режима и режима удержания.
Скорость отклонения частоты выходного сигнала относительно ее номинального значения, выраженная для синхронного режима и режима удержания через отклонение временного интервала, представлена соответственно на фиг. 2 и фиг. 3. Как следует из графиков фиг. 2 и фиг. 3 скорость отклонения частоты выходного сигнала относительно ее номинального значения в режиме удержания выше, чем в синхронном режиме. На основании результатов оценки разницы отклонений, что следует согласно описанию работы полезной модели, формируется управляющий сигнал для изменения частоты выходного сигнала генератора в режиме удержания, обеспечивающий уменьшение отклонений частоты выходного сигнала от ее номинального значения.
Литература