Формирователь опорных сигналов частоты и времени

Авторы патента:

Мещанин Владимир Юрьевич (RU)

Волкодаев Борис Васильевич (RU)

Дрига Игорь Анатольевич (RU)

Насонов Анатолий Юрьевич (RU)

Рыжков Анатолий Васильевич (RU)

H04J3/06 - синхронизирующие устройства

Владельцы патента RU 2592475:

Федеральное государственное бюджетное учреждение "16 Центральный научно-исследовательский испытательный ордена Красной Звезды институт имени маршала войск связи А.И. Белова" Министерства обороны Российской Федерации (RU)

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 состав формирователя опорных сигналов частоты и времени входит первичный эталонный генератор, состоящий из блока сетевой синхронизации, двух блоков первичных эталонных источников - водородных или/и цезиевых стандартов частоты, и приемника-синхронизатора с дисциплинированным рубидиевым генератором. Кроме того, в устройство 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 соединения составных элементов между собой. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей устройства, состоящем в обеспечении одновременного, отказоустойчивого и равнопрочного формирования высокоточных сигналов как частоты, так и времени. 1 ил.

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.

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^-12÷1·10^-13, 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.

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^-11 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.

Формирователь опорных сигналов частоты и времени, содержащий первичный эталонный генератор на основе приемника-синхронизатора с дисциплинированным рубидиевым генератором, первый выход которого соединен с первым входом блока сетевой синхронизации, ко второму и третьему входам которого подключены выходы первого и второго первичных эталонных источников стандартов частоты, а выход блока сетевой синхронизации является выходом тактовых последовательностей 2048 кГц формирователя, отличающийся тем, что в его состав дополнительно введены блок приема эталонных сигналов времени из канала связи, блок приема эталонных сигналов времени специализированных ДВ-радиостанций, блок обработки эталонных сигналов времени и синхронометр, при этом второй выход приемника-синхронизатора подключен к первому входу блока обработки эталонных сигналов времени, выход блока приема эталонных сигналов времени по каналу связи и выход блока приема эталонных сигналов времени специализированных ДВ-радиостанций подключены соответственно ко второму и третьему входам блока обработки эталонных сигналов времени, выход блока обработки эталонных сигналов времени подключен к первому входу синхронометра, ко второму входу которого подключен выход блока сетевой синхронизации, выход синхронометра является выходом оцифрованной метки времени 1 Гц.

Изобретение относится к телеметрии, радиотехническим системам измерений, технике связи и может быть использовано для обеспечения синхронизации за минимальное время передаваемых и принимаемых сообщений и сигналов в условиях помех.

Способ и устройство для синхронизации часов // 2583847

Изобретение относится к области контроля синхронизации времени частоты и может быть использовано для синхронизации часов. Способ синхронизации часов заключается в том, что ведомое устройство синхронизации одновременно выполняет протокол обмена сообщениями с множеством устройств-кандидатов на роль источника синхронизации и рассчитывает соответственно сдвиги времени и частоты ведомого устройства синхронизации относительно каждого из устройств-кандидатов на роль источника синхронизации в соответствии с протоколом обмена сообщениями с множеством устройств-кандидатов на роль источника синхронизации, тем самым начиная синхронизацию с множеством устройств-кандидатов на роль источника синхронизации.

Протокол беспроводной передачи данных для приемников малой мощности // 2583753

Изобретение относится к офтальмологическим линзам с электропитанием и более конкретно к протоколам беспроводной передачи данных для применения в офтальмологических линзах с электропитанием и других устройствах, сверхмалых и ограниченных по мощности.

Передача данных по сети с пакетной коммутацией // 2567379

Изобретение относится к области передачи данных в электроэнергетических системах и предназначено для использования связи с пакетной коммутацией для передачи синхронных данных, мультиплексированных с разделением по времени, удаленному реле дифференциальной защиты линии.

Способ синхронизации времени и устройство синхронизации времени для системы мобильной связи // 2559037

Изобретение относится к способу и устройству синхронизации времени для системы мобильной связи. При неверном состоянии времени одного типа протокола времени может быть автоматически выбран другой протокол времени, имеющий лучшее состояние, в связи с чем могут быть усовершенствованы гибкость системы, а также качество и надежность информации о времени.

Определение асимметрий в сети связи // 2550149

Изобретение относится к технике связи и может использоваться для измерения асимметрии в задержке распространения первой и второй линий связи, которые соединяют первый узел со вторым узлом сети связи.

Способы синхронизации времени в сетях связи // 2546198

Изобретение относится к области связи. Техническим результатом является предоставление асимметрии задержки на пути для синхронизации времени между ведущими часами на первом клиентском узле и ведомыми часами на втором клиентском узле через серверную сеть связи, а также осуществление синхронизации между ними.

Узел и система для синхронной сети // 2529015

Изобретение имеет отношение к временному распределению в коммуникационных сетях, а более конкретно к синхронизации в распределительных сетях цифрового телевидения, и позволяет снизить требования к инфраструктуре сети, в частности, нет необходимости в выделенных сетях.

Синхронизация ldp и igp для широковещательных сетей // 2521092

Изобретение относится к области организации сетей и, более конкретно, к синхронизации протокола распределения меток (LDP) и протокола внутренних шлюзов (IGP) для широковещательных сетей, не вызывая неоптимального отклонения трафика.

Способ и устройство синхронизации и демультиплексирования компонентных сигналов в цифровых потоках // 2514092

Изобретение относится к области цифровой техники и может быть использовано при создании высокоскоростных демультиплексоров цифровых потоков. Технический результат - увеличение пропускной способности при сохранении возможности адаптации под произвольную структуру входного сигнала.

Способ для определения опорных синхросигналов, подвергнутых воздействию изменения в асимметрии задержки трассы распространения между узлами в сети связи // 2638645

Изобретение относится к области беспроводной связи и может быть использовано для определения опорных синхросигналов, подвергнутых влиянию изменения в асимметрии задержки распространения между узлами в сети связи. Способ для определения опорного синхросигнала, подвергнутого воздействию изменения в асимметрии задержки распространения в сети связи, содержащей главный узел, имеющий главный тактовый генератор и множество подчиненных узлов, каждый имеющий соответствующий подчиненный тактовый генератор, включает этапы: определение того, что первый опорный синхросигнал, принимаемый посредством первого подчиненного узла, указывает временную коррекцию для его подчиненного тактового генератора больше, чем порог временной коррекции; определение того, что один или более других подчиненных узлов приняли опорный синхросигнал, указывающий временную коррекцию для их подчиненного тактового генератора больше чем порог временной коррекции; и определение того, подвергается ли первый опорный синхросигнал влиянию изменения в асимметрии задержки распространения на основе определения того, приняли ли один или более других подчиненных узлов опорный синхросигнал, указывающий временную коррекцию для их подчиненного тактового генератора больше, чем порог временной коррекции. Технический результат – более точное определение изменения в асимметрии задержки распространения, предотвращение потерь трафика, масштабируемость и гибкость. 8 н. и 19 з.п. ф-лы, 7 ил.

Система синхронизации пространственно разнесенных объектов // 2647650

Изобретение относится к средствам синхронизации и может быть использовано в системах временной синхронизации, использующих оптоволоконную линию для связи синхронизирующего объекта с удаленным синхронизируемым объектом. Технический результат заключается в создании системы синхронизации пространственно разнесенных объектов, основанной на принципе передачи собственно синхронизирующих импульсов на синхронизируемый объект по оптоволоконной линии связи. Система содержит оптоволоконную линию, первый конец которой через блок управляемой задержки связан с выходом-входом оптического соединителя, однонаправленный выход которого через оптический объединитель, оптический усилитель и оптический разветвитель связан с однонаправленным входом оптического соединителя. Второй выход оптического разветвителя связан с входом первого оптоэлектронного преобразователя, выход которого через блок выделения характерных импульсов связан с сигнальным входом детектора рассогласования. Выход детектора рассогласования через формирователь управляющего сигнала связан с управляющим входом блока управляемой задержки. Опорный вход детектора рассогласования связан с выходом формирователя шкалы времени, который также связан с входом формирователя запускающего импульса, выход которого через электрооптический преобразователь связан с вторым входом оптического объединителя. Синхронизируемый объект содержит оптически связанный с другим концом оптоволоконной линии блок формирования прямого и отраженного сигналов, выход прямого сигнала которого через второй оптоэлектронный преобразователь связан с входом блока формирования синхронизирующих импульсов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Выбор источника синхронизации устройство-устройство // 2648278

Изобретение относится к технике связи и может использоваться для выбора источника синхронизации из числа различных источников синхронизации. Технический результат состоит в повышении надежности связи путем осуществления адаптации тактирования устройства. Для этого источники, определяющие сигнал синхронизации из сети, такие как базовые станции, сетевые узлы или пользовательское оборудование, которые принимают сигнал синхронизации возможно через другие транзитные участки от базовой станции и дополнительно включают в себя источники, которые не определяют свой сигнал синхронизации из сети. Выбор источника синхронизации выполняется посредством выбора источника с самым надежным сигналом синхронизации на основе показателя, вычисленного для каждого из рассмотренных источников. В частности, показатель основан на типе источника, числе транзитных участков между сетью и источником и/или качестве принятого сигнала. После осуществления выбора источника тактирование устройства адаптируется соответствующим образом. 3 н. и 20 з.п. ф-лы, 9 ил.

Способ и устройство компенсации задержки // 2648285

Изобретение относится к области связи. Техническим результатом является решение проблемы задержки. При этом способ включает: получение сопровождающего сигнала, передаваемого вместе со служебным сигналом, в процессе передачи служебного сигнала из первого оборудования во второе оборудование; получение, соответственно, первого значения задержки, генерируемого во время передачи сопровождающего сигнала в первом оборудовании, и второго значения задержки, генерируемого во время передачи во втором оборудовании; получение первого разностного значения между первым значением задержки и первым заданным значением задержки первого оборудования и второго разностного значения между вторым значением задержки и вторым заданным значением задержки второго оборудования; вставку первого разностного значения в служебный сигнал для передачи во второе оборудование вместе со служебным сигналом; извлечение первого разностного значения из служебного сигнала на втором оборудовании и получение значения компенсации задержки, требуемого в процессе передачи служебного сигнала в соответствии с первым разностным значением и вторым разностным значением; и выполнение компенсации задержки на служебном сигнале в процессе передачи служебного сигнала в соответствии со значением компенсации задержки. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 9 ил., 1 табл.