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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Segnali di riferimento di frequenza e tempo. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Progettista radioamatore In vari settori dell'economia, in particolare nelle telecomunicazioni, esiste un'ampia gamma di consumatori che richiedono "binding" (sincronizzazione) di scale temporali con una precisione da frazioni di secondo a millesimi di microsecondo, sincronizzazione delle frequenze del generatore, tempo e strumenti di misura della frequenza con un errore da 10 a 10' 13. Il sistema di trasmissione dei segnali corrispondenti è gestito dal Servizio statale del tempo e della frequenza della Russia, il cui centro scientifico è l'Istituto di metrologia del tempo e dello spazio, situato nel villaggio di Mendeleevo, nella regione di Mosca. L'articolo descrive i segnali di riferimento di tempo e frequenza trasmessi su vari canali di telecomunicazione, racconta quali mezzi tecnici vengono realizzati e come vengono utilizzati per sincronizzare le scale temporali e le frequenze dei generatori. I segnali di riferimento di frequenza e tempo (ESChV) sono ampiamente utilizzati in varie strutture di telecomunicazioni. Quindi, con il multiplexing di frequenza dei canali di comunicazione, i messaggi vengono trasmessi su una banda laterale dello spettro di un segnale modulato in ampiezza con soppressione della portante. Il suo recupero indipendente all'estremità ricevente della linea richiede che le frequenze dell'oscillatore siano sincronizzate con un errore non peggiore di 10-9. Il multiplexing a divisione di tempo, di norma, viene utilizzato durante la trasmissione di messaggi utilizzando il metodo di modulazione del codice a impulsi e consente di aumentare la capacità di informazioni di una linea di comunicazione di dozzine di volte. Per prevenire la perdita di informazioni in tali sistemi, è richiesta una temporizzazione esatta del segnale di clock generato nella stazione ricevente rispetto alla sequenza di impulsi ricevuti. Per il funzionamento efficiente dei sistemi di comunicazione digitale a lungo raggio ad alta velocità, è necessario che le frequenze dei generatori master nei centri di comunicazione territoriali siano mantenute con una precisione di 10 -11. In televisione, la qualità del montaggio e del missaggio della regia dipende dall'assicurare il sincronismo e i segnali in fase da fonti in studio e fuori dallo studio. Per migliorare la qualità di un'immagine televisiva, è necessario formare segnali di sincronizzazione centralizzati altamente stabili, segnali di riferimento di sottoportanti di colore e mantenere la stabilità ad alta frequenza degli eccitatori dei trasmettitori TV. Una delle possibili direzioni di utilizzo di ESChV è la sincronizzazione dei timer dei singoli computer e delle reti di computer. Di seguito sono riportati solo alcuni esempi di direzioni in cui sono necessari segnali di riferimento di frequenza e tempo. In particolare, sono anche molto importanti per la sicurezza dei trasporti, in particolare dell'aviazione. L'industria produce un'ampia gamma di strumenti di misurazione del tempo e della frequenza di varia precisione, dai relè orari e gli orologi domestici agli standard di frequenza quantistica. L'inserimento di questi strumenti nel processo produttivo, l'esecuzione di misure di controllo e la valutazione delle loro caratteristiche metrologiche richiedono l'utilizzo di strumenti di riferimento, tra cui ESChV, trasmessi attraverso vari canali di comunicazione. Attualmente l'uniformità delle misure di tempo e frequenza in tutto il mondo è assicurata principalmente per mezzo di ESHF trasmessi attraverso vari mezzi di informazione, comprese le stazioni radio operanti nelle bande VLF, LW e HF, entrambe specializzate, destinate solo alla trasmissione di riferimenti segnali e altri scopi (radionavigazione, comunicazione, diffusione sonora, televisione), trasmissione secondaria di ESCHV, nonché sistemi globali di navigazione satellitare GLONASS (Russia) e GPS (USA). Per molti consumatori, compresi i radioamatori, potrebbe essere interessante controllare i segnali orari - SPV ("6 punti"), trasmessi sulla rete di trasmissione audio, nonché le trasmissioni ESCHV attraverso una stazione radio LW specializzata RBU dell'ora statale e Frequency Service of Russia, operante con una potenza di 10 kW a una frequenza di 66. (6) kHz, e secondo il primo programma televisivo contenente informazioni codificate sui valori attuali del tempo. Gli SPV trasmessi attraverso la rete di diffusione sonora trasportano un contenuto informativo maggiore a causa dei messaggi sull'ora del giorno. Questi segnali sono progettati per controllare le letture e sincronizzare automaticamente gli orologi per scopi tecnici e domestici. Rappresentano un gruppo di sei impulsi radio con una frequenza di riempimento di 1000 Hz. I primi cinque impulsi hanno una durata di 100 ms ciascuno. La durata del sesto impulso varia a seconda del valore dell'ora del giorno ora di Mosca da 100 ms a 560 ms dopo 20 ms secondo l'espressione t=(100+20h) ms, dove h è il valore corrente del ora. L'inizio del sesto impulso corrisponde all'inizio dell'ora. Nel secondo, terzo, quarto e quinto impulso radio SPW, i segnali possono inoltre essere trasmessi sotto forma di oscillazioni sinusoidali con un livello di 21 dB al di sotto del livello SPW massimo, destinato al controllo automatico dei canali e dei percorsi di trasmissione audio. L'errore di SST nel tempo non supera 0,3 s quando vengono ricevuti nella parte europea della Russia e 0,5 s nel resto del paese. La stazione radio RBU utilizza segnali di tipo DXXXW per trasmettere tempo e frequenza, nonché informazioni codificate (Fig. 1).
Questi segnali sono oscillazioni portanti di forma sinusoidale con una frequenza di 66.(6) kHz, interrotte ogni 100 ms di 5 ms. Ogni 10 ms dopo l'interruzione, le oscillazioni della portante sono modulate in fase a banda stretta per 80 ms da segnali sinusoidali con frequenze di sottoportante di 100 o 312,5 Hz e un indice di modulazione di 0,698. La modulazione di fase del segnale viene effettuata digitalmente e in modo tale che il valore medio della fase del segnale modulato in fase sia uguale alla fase delle oscillazioni della portante in assenza di modulazione. I segnali con una frequenza di sottoportante di 312,5 Hz vengono utilizzati per contrassegnare i contrassegni dei secondi e dei minuti, nonché per contrassegnare le unità in codice decimale codificato binario quando si trasmettono informazioni sulle scale temporali nel primo e nel secondo intervallo di 100 ms, contati dal secondo contrassegno (vedere sotto). I segnali con una frequenza di sottoportante di 100 Hz vengono utilizzati per contrassegnare gli zeri nel codice BCD durante la trasmissione di informazioni e riempire tutti gli intervalli di 80 ms liberi dalla trasmissione di qualsiasi informazione. I segnali di riferimento in frequenza (EFS) sono oscillazioni direttamente portanti del segnale emesso, il cui valore di frequenza media giornaliera è coerente con la dimensione dell'unità di frequenza, riprodotta dallo standard statale di tempo e frequenza con un errore non superiore a 2 x 10-12. Come si può vedere dalla figura, l'inviluppo del segnale è un cut-in di 5 ms, seguito da una frequenza di 10 Hz. Questi inserti sono i segnali temporali di riferimento (ESV). I punti caratteristici dell'ESP della stazione radio RBU, che sono i punti di flesso dei fronti di salita dei tie-in, sono coerenti con la scala oraria atomica russa coordinata UTS (SU) con un errore non superiore a 10 μs. In questo caso, il secondo segno nel segnale è l'inserto, che è preceduto da un intervallo di 80 ms, contrassegnato da una sottoportante di 312,5 Hz (Fig. 1). I segni dei minuti sono identificati dalla marcatura aggiuntiva della sottoportante 312,5 Hz di due intervalli di 80 ms che precedono il secondo marcatore.La struttura informativa del segnale è mostrata in fig. 2.
Il codice temporale trasmesso come parte dell'ESChV è costruito sulla base di due tipi di codici: unità posizionale - per trasmettere i valori della differenza tra le scale UTC e UTC UT1-UTC e decimale binario con parità - per la trasmissione di altre informazioni. Gli elementi di codice vengono trasmessi ogni secondo utilizzando la modulazione della portante nel primo e nel secondo intervallo di 100 ms contati a partire dal secondo segno. Il formato full time code contiene 120 elementi (60 elementi nel primo intervallo di 100 ms e 60 elementi nel secondo) e viene trasmesso con un ciclo di 1 min. L'inizio del ciclo dei minuti (segno dei minuti) è identificato da un'ulteriore marcatura dell'ottavo e del nono intervallo di 100 ms. Il formato del time code e il contenuto delle informazioni trasmesse sono presentati graficamente in fig. 3.
Le informazioni sui valori correnti dell'ora del giorno sono presentate in ore (h) e minuti (m) trasmesse nella scala dell'ora di Mosca con correzione UT relativa all'ora universale, che è pari a 3 ore durante l'ora "invernale" periodo e 4 ore - durante il periodo di "ora legale". Le informazioni sulla data del calendario includono: il valore dell'anno del secolo corrente (Y), il valore del mese dell'anno corrente (M), il valore del giorno del mese (dm) e il valore del numero seriale di il giorno della settimana (dm). Le informazioni sulla data giuliana includono la data abbreviata (TJD), ovvero le quattro cifre meno significative del valore numerico della data giuliana modificata (la data giuliana è il numero di giorni contati continuamente dalle 12:1 UT del 4713 gennaio XNUMX a.C. ). ESChV emessi dalla stazione radio RBU forniscono il confronto di generatori altamente stabili (standard di frequenza quantistica, generatori di quarzo) a distanze fino a 3000 km con un errore di (1 ... 50)x10-12 al giorno e la sincronizzazione dell'orologio a distanze fino a 1000 km con un errore fino a 0,03, 2 ... XNUMX ms a seconda delle condizioni di ricezione dell'ESHF e dell'apparecchiatura di segnalazione di ricezione utilizzata. Per fornire misurazioni più accurate di tempo e frequenza, vengono utilizzati ESHF, trasmessi su canali televisivi terrestri e satellitari come parte dei segnali televisivi. ESChV contiene segnali ESCH, ESV e di codice dei valori correnti del tempo. Questi segnali vengono trasmessi sulla sesta riga di ciascun campo dispari. La forma dei segnali e la loro collocazione nella sesta riga sono mostrati in fig. 4.
L'intervallo dei segnali di ingresso è G.35±0,05 dell'intero intervallo del segnale video. La sesta linea è divisa in tre intervalli e ciascuno ha il proprio tipo di segnali. Per la trasmissione dell'ECH viene utilizzato l'intervallo I con una durata di 15 μs. Gli ESC vengono trasmessi in burst costituiti da 15 periodi oscillatori a una frequenza di 1 MHz, che iniziano sempre con una semionda positiva nel burst. L'errore relativo giornaliero dell'ESP a Mosca non supera 2 · 10-12. Per la trasmissione dell'ESP si intende il secondo intervallo della durata di 12 μs. Le informazioni sulla scala temporale sono trasportate da un punto caratteristico corrispondente al centro del fronte ESP. la cui posizione temporale è coerente con la scala UTC(SU) con un errore non superiore a 0,5 µs. La frequenza di ripetizione dell'ESP è di 1 Hz, la durata del fronte di salita è di 20 ns. Per la trasmissione di informazioni codificate sui valori correnti del tempo - TZV (h, min, s), è previsto l'intervallo III con una durata di 15 μs. Le informazioni sulla TVT vengono trasmesse utilizzando un codice decimale binario (Fig. 5) per 24 frame (ciclo completo - 25 frame per 1 s) utilizzando impulsi radio di varie frequenze. La frequenza del segnale corrispondente al log. 1 codice, pari a 1,66 MHz, log. 0 corrisponde a una frequenza di 2,5 MHz e un impulso radio con una frequenza di 1 MHz nel 25° frame viene utilizzato come marcatore per il segnale di fine ciclo. Per migliorare l'immunità al rumore, nel codice TZV sono stati introdotti i bit di controllo della parità Rs, Rmin e Rch. Il codice TZV viene trasmesso con un ciclo di 1 s continuo durante tutto il tempo di trasmissione.
Il punto centrale per la formazione e l'ingresso di ESCHV nella sesta linea di segnali televisivi del primo canale ORT e dei suoi duplicati trasmessi tramite i canali satellitari "Orbit 2, 3, 4" si trova presso il centro televisivo tecnico (Mosca, Ostankino). A seconda dei metodi e dei mezzi utilizzati, l'errore di sincronizzazione dell'orologio dalla televisione ESChV varia da 0,02 a 10 μs, l'errore di confronto della frequenza è (1 ... 10) x 10-12 al giorno. Per informare i consumatori di ESChV, il servizio statale di tempo e frequenza della Russia (GSVCh) emette e distribuisce una serie di bollettini speciali su richiesta. Come si può vedere da quanto sopra, ESChV di un tipo o dell'altro, contenente informazioni codificate su ora e data, sono disponibili quasi in tutta la Russia. Ciò apre un ampio campo per i consumatori nello sviluppo di orologi radio domestici, nonché dispositivi che consentono di cronometrare aziende e città, sincronizzare i timer della rete di computer e automatizzare le misurazioni con elevata precisione e affidabilità. Ciò è tanto più rilevante, dal momento che l'industria attualmente produce una gamma molto piccola di apparecchiature che utilizzano ESChV e la necessità è grande. L'industria ha dominato la produzione di due tipi di orologi elettronici, in cui i valori dell'ora corrente vengono corretti in base ai "6 punti" FPV trasmessi su reti di trasmissione cablate (trasmissioni radio) e stazioni radio che trasmettono programmi "Mayak" e " Radio-1": 1 - ricevitore di segnali di verifica del tempo (PSPV-1); 2 - misuratore di valori correnti di tempo e frequenza della rete (IVCh-1). Il ricevitore PSPV-1 è realizzato sotto forma di una scheda inserita in uno slot libero di un personal computer PC/AT. e viene utilizzato per sincronizzare o "riferimento temporale" i timer del computer e registrare l'ora e la data di un evento al suo interno. PSPV-1 è progettato per ricevere segnali da stazioni radio VHF, memorizzare ed emettere informazioni sui valori correnti dell'ora del giorno (h, min, s) e data (anno, mese, giorno), assegnazione di SPV, automatico correzione (impostazione) del TTZ, emissione di informazioni su ora e data dal timer del ricevitore al monitor e al bus ISA del personal computer, immissione di informazioni su ora e data dal timer del ricevitore nel timer di sistema del computer (manuale o automatico a seconda all'SPV "6 punti"), visualizzando le informazioni sull'ora del timer del ricevitore sullo schermo del monitor e sul timer del sistema del computer e la differenza tra di essi. L'errore nell'impostazione dell'ora nel timer del computer rispetto al centro del bordo del sesto segnale FPV "6 punti" durante la correzione non supera 0,1 s. Il misuratore IVCh-1 è realizzato sotto forma di un modulo a microprocessore ed è destinato alla misurazione (memorizzazione) e all'emissione di informazioni sui valori correnti di ora, data e frequenza di una rete elettrica industriale con successiva trasmissione dei dati di misurazione tramite il porta RS-232 a un personal computer. Questo dispositivo fornisce la misurazione della frequenza di rete, l'installazione, la memorizzazione, l'indicazione sul tabellone e l'emissione di informazioni sui valori correnti dell'ora del giorno (h, min, s) e della data (anno, mese, giorno), assegnazione di tempo libero, correzione automatica dei valori correnti dell'ora del giorno nel timer IVCH-1. uscita di informazioni su ora, data e frequenza della rete attraverso la porta RS-232. In IVCH-1 vengono visualizzate la funzionalità dei circuiti di alimentazione, la situazione di emergenza, la correttezza della ricezione dell'SPV. Precisione della memorizzazione dell'ora con correzione oraria secondo SST - ±20 ms, in assenza di correzione - ±2 s/giorno. L'industria produce anche SINCRONOMETRO ChK7-50, progettato per sincronizzare o "riferimento temporale" le scale temporali, determinare i valori correnti dell'ora del giorno (h, min. s) e della data (anno, mese, giorno), fissare il momenti di eventi utilizzando segnali di frequenza di riferimento e tempo trasmessi dalla stazione radio RBU, trasmissione di informazioni tramite l'interfaccia IEC 625. SINCRONOMETRO ChK7-50 può essere utilizzato in metrologia, astronomia, geofisica, energia, ecc. L'errore di sincronizzazione automatica della scala temporale non è superiore a 20 µs. sensibilità del ricevitore - non peggiore di 2 μV. Autori: V.Borisochkin, S.Kagan, G.Cherenkov, villaggio di Mendeleev, regione di Mosca.
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