CC BY
111
6 декабря 2011 r. 1:19
МЕТРОЛОГИЯ
Современные стандарты частоты
Ключевые слова: рубидиевые стандарты частоты, метрология, измерения в телекоммуникациях, GPS/ГЛОНАСС, Pendulum Instruments
Рассмотрены основные характеристики, возможные области применения, а также отличительные особенности серии рубидиевых стандартов частоты GPS-12RG/ -12RR/-12R с поддержкой синхронизации от систем GPS/ГЛОНАСС производства компании "Pendulum Instruments* (Швеция).
Шиганош АА,
начальник информационнотехнического отдела ЗАО "ПриСТ" info@prlsl.ru
Рубидиевые стандарты частоты GPS-12RG, GPS -12RR, GPS-12R ориентированы для использования в качестве источника синхросигнала в сфере метрологического обеспечения, для научных исследований, разработок и производства РЭА. в телекоммуникационных системах, сетях мобильной и смешанных видов связи (GSM, SDH/ РОН/ Sonet).
GPS-12R/-RG является лабораторным рубидиевым стандартом частоты, постоянно управляемым сигналами спутников навигационных систем- ГЛОНАСС и GPS (GPS-12RG) или GPS (GPS-12R). Прибор обеспечивает высокую точность по частоте выходных сигналов 10 МГц, 5 МГц 1 Гц малые фазовые шумы и нестабильность чостоты. Джиттер выходного сигнала I 1ц не превосходит I не. Для обеспечения улучшенной долговременной стабильности по частоте предусмотрено использование внешнего сигнала 1 Гц (с ГЛОНАСС/ GPS приемника).
Сигналы спутников обладают очень низкой характеристикой ухода чостоты в режиме длительного использования (5x10 3 за сутки) и привязываются к различным государственным стандартам времени и частоты. КНС ГЛОНАСС обеспечивает привязку к Государственному первичному эталону времени и частоты Российской Федерации. КНС GPS обеспечивает привязку в Национальном институте стандартов и технологий США (NIST) через Военно-морское управление США (USNO). В состав GPS-12R(RG) входит приемник спутникового сигнала, выдающий стабильный сигнал с частотой
I GPS-12AG G*OMSS/G*S йивоимfHOutNcv мачоаяо
Di-.r bu (.MSS
OPS t (Kiwi to J MttllrtM 1900*11
A tern Но гюм wont» и* 1Ы» I04
Pov*or source 10e-?-*#UAC
Uief opt ion-.
mi к к наг.» i.m.e?
pr ndulu
Рис 1. Внеихий вид GPS-12RG
1 импульс в секунду (I Гц], а также управляемый напряжением местный рубидиевый генератор с измерительной базой высокого разрешения, которая непрерывно синхронизирует фазы спутникового сигнала и местного генератора (ФАПЧ). Таким образом, сигналы местного генератора чостоты в GPS-12R(RG) непрерывно отслеживаются и подстраиваются.
GPS-12RR может работать только автономно. Поддержка стандартом в режиме захвата частоты от GPS/ГЛОНАСС и обеспечение качества выходного сигнала максимально приближенного к уровню "Cs/Cesium" (рис. 2) делоет его современным высокоточным калибратором для частотных анализаторов всех диапазонов.
Функциональная блок-схема GPS-12RG приведена на рис. 3, основные технические характеристики указаны в таблице.
На передней панели расположены: дисплей для отображения режимов работы, функциональных состояний и значений параметров воспроизводимых сигналов; кнопки управления обеспечивающих выбор требуемых режимов работы и установку параметров. Наличие большого контрастного дисплея с отображением информации о сигнале в цифровом и графическом виде, в том числе результатов статистической обработки его параметров позволяет использовать стандарт без необходимости подключения к ПК.
Основные характеристики:
• Рубидиевый (Rb) ОГ с подстройкой по GPS или ГЛОНАСС |12х10-'2).
• 2выходр: 1,544 МГц/Т 1 или 2,048 М1ц / Е1 ♦ выход 1 Гц (1 pps-pulse per second).
• Выходы: 3x10 МГц +1x5 МГц для метрологических и телекоммуникационных нужд.
• Выход сообщений об аварийных ситуациях
• При отключении GPS (unlocked) — нестабильность 1 мкс/сутки.
28
T-Comm2010
ш
МЕТРОЛОГИЯ
Нестабильность
10«
Время
НИ ШИ ОСХО GNSS+Rb GNSS-0CX0 .
С подстрокой от GNSS
Рис 5. Кратковременная и долговременная нестабильность различных ОГ
нестабильности наь^юлее распространённых стандартов частоты. Для GPS-12RG область допускоемых значений кратковременной и долговременной нестабильности по шкале времени ограничена горизонтальными голубыми линями ("GNSS+Rb").
Применение в сфере твлекоммундеаций
И аэронавигации
В стандартной конфигурации GPS-12 RG как повторитель синхросигнала 2,048/1,544 МГц служит для калибровки измерительного оборудования или внешней синхронизации сетевых элементов телекоммуникационных систем Благодаря поддержке спецификаций PRC (Primary Reference Clock) и функции захвата опорной частоты от GPS/GLONASS в режиме длительной работы стандарт может служить основным источником построения сети синхронизации.
Применение GPS-12RG иллюстрируется на примере синхронизации SDH. Известно, что нарушение тактовой синхронизации (хронирования) может привести к увеличению коэффициента ошибок и проскальзываниям в цифровой последовательности (и, как следствие этого, к нарушению циклового синхронизма). Поэтому для построения сети синхронизации используется первичный эталонный генератор.
На практике таким первичным генератором может являться атомный источник тактовых импульсов (цезиевый или рубидиевый генератор с точностью не хуже Ю'1), в донном случае GPS-12RG. Он имеет возможность автоматической калибровки по
сигналам мирового скоординированного точного времени. Система такого распределения базируется в настоящее время на иерархической схеме, заключающейся в создании ряда точек, в которых находится первичный эталонный генератор тактовых импульсов, сигналы которого затем распределяются по сети, создавая вторичные источники хронирования транзитных или локальных узлов.
Кроме того GPS-12RG — ультра стабильный источник импульсного сигнала 1 Гц с очень низким значением ухода частоты в режиме длительного использования (менее
1 мкс за 24 чоса). Данная функция используется в оборудовании, для которого критичным является точное измерение временных интервалов, примером может служить синхронизация радарных систем или объектов имеющих в своем составе излучающие антенны направленного действия Зга особенность позволяет применять стандарт для синхронизации различных устройств и оборудования с фикск^юванием времени предоставления услуг (WCDMA), для систем цифрового вещания (DAB) и телевидения (DVB).
Гибкость конфигурирования
Установка в стандарт внутренней батареи 12 В NiMH (опция 78) для поддержания стабильности чостоты позволяет использовать GPS-12RG без привязки к сетям питания переменного напряжения промышленной частоты 50 Гц В первую очередь речь идёт о полевых приложениях и транспортировке стандарта к месту измерений (до
2 чосов работы), а также для ответственных
лабораторных исследований, не допускающих случайное отключение напряжения питания 220В. Благодаря этому впервые появилась возможность мгновенного доступа к стабильному источнику синхронизации даже при движении в транспортном средстве. Зарядка аккумулятора осуществляется постоянным напряжением 12В (DC) от сетевого адаптера. Использование опции питания постоянным напряжением 48В делоет GPS-12RG превосходным стационарным устройством для использования в качестве локального источника синхронизации телефонных станций ISDN (integrated services digital network) цифровой сети, на телекоммуникационных узлах и пунктах доступа сетей передачи.
Гибкость конфигурирования и легкость применения GPS-12RG позволяет настраивать оповещение о различных аварийных ситуациях (критичных и некритичных), например, "сбой аппаратной части", "обрыв связи с антенной", "обрыв сеанса связи с GPS" и т.д GPS-12RG — это превосходный источник опорной частоты для внешней калибровки частотных анализаторов (например, анализаторов типа WM-11 фирмы Pendulum InsJru merits) или частотно-временных параметров оборудования SDH/PDH/ Sonet.
Распределение опорной чостоты
На базе GPS-12RG может быть реализована коммутационно-усилительная система с использованием устройств DA-35 и DA-36 производства компании Pendulum Instruments для распределения сигнала от стандарта чостоты (рис. 6) к одному прибору или сразу к нескольким потребителям Такое пространственное распределение по соединительной проводке в помещения соседних этажей и даже других зданий возможно на расстояние до 2 км.
Распределение обеспечивается за счёт передачи исходного сигнала по волоконнооптической соединительной линии (ВОЛС/ fiber) или коаксиальному соединительному кабелю с минимальным конечным джиттером. Чувствительный фильтр устраняет шумы и искажения сигнала, благодаря чему выходной сигнал является почти равным исходному вход ному. Стандартной частотой используемой при изготовлении усилителей
30
T*Comm2010
МЕТРОЛОГИЯ
является 10 МГц (синус). Распределение и восстановление сигнала ОГ происходит на всех этапах передачи полностью в аналоговом виде, без использования устройств ФАГ1Ч (Р11) или других схем регенеративной трансляции частоты, которые могли вызвать добавление в исходный сигнал искажений в виде джиттера или вандера.
Применение ВОЛС в качестве среды распространения сигнала исключает наличие гальванической связи между передающими модулями и приемниками. Это устраняет влияние на исходный сигнал токов ВЧ утечек и наводок в заземляющих цепях, электрического шума и импульсных помех, которые неизбежны в случае соединения элементов системы при помощи коаксиального кабеля. ВОЛС по своей природе и физическим свойствам неподвержены влиянию переходных помех, воздействию разрядов электростатического напряжения (Е1ес1го $1аИс Й&сЬагде — ЕБО) и не "собирают" шум
Ли воле Прижми» orntm^m
і T?. I I
о DAS* =r=r
волс
Рис 6. Структурное схема системы распределения опорных частот GPS-12RG
или радиопомехи, как это происходит в случае применения протяжённых коаксиальных кабелей. Такие линии удобны для прокладки и разводки по зданию и помещениям на каждом этаже в силу большей гибкости благодаря малому д иаметру световодов и кабеля в целом.
Рубидиевый стандарт (5Р$*121Ю отличает компактность, функциональность и простота в использовании. Сочетание штат-
ных возможностей и опций позволяет обеспечить опорной частотой все виды оборудования независимо от сферы применения и места их установки. Это ультрастабильный источник частоты для отрасли связь и телекоммуникаций, НИОКР, использования в лабораторных и стендовых экспериментах, для тестирования различных систем или производства оборудования СВЧ-диапазона.
ХАРАКТЕРИСТИКИ ПАРАМЕТРЫ ЗНАЧЕНИЯ
ПАРАМЕТРЫ ВЫХОДА Выходные частоты 2 выхода: 1.S44 или 2,04В МГц (прямоугольник, скважность 20%)
Амплитуда -1,2 В—»1,2 В на нагрузке 75 Ом для частот 1,544/2,048 МГц 0.2 В на нагрузке 50 Ом для частоты 1 Гц
Фазовые шумы <-140 дБи/Г ц (отстройка 10 кГ ц)
Гармонические искажения <-60 дБн
Негармонические искажения <-100 дБн (в полосе 100 кГц)
Выход стандартный импульсный выход 1 Гц (импульс длительностью 200 мс.
на передней панели джиттер < 1 мс); уровень сигнала: 0...+2.0 В (на нагрузке 50 Ом); уход частоты в реж. «удержание GPS»: < 1 мке за сутки
Выход сигнала ■тревога» (раэомки. контакт - авария; замкн. контакт - нормально);
(сообщения об аварийных ситуациях) 1 выход - срочная авария/ 1 выход - не срочная авария; макс. уровень 60 В; макс. переключаемый ток: 200 мА.
Выходы ОГ (на задней панели) 3X10 МГ111X5 МГц, синус, амплитуда 1 В екз на нагрузке 50 Ом
погрешность Погрешность ±2*10 м( за сутки, при синхронизации по GPS) 15*10 *°(м 1 год, без синхронизации по GPS)
Кратковременная нестабильность <S-10"(Mlcl; <1,7-10"(м10с); <5*10”(м 100с)
Температурная погрешность 140'” (в диапаюме 0 ‘С -.50 ‘С)
Время прогрева 10 минут до достижения погрешности 1 • 10 ’
АНТЕННА Вход на задней панели Тип N, питание 5 В постоянное по центральному проводнику
(ОПЦИЯ! Тип антенны (01/90) Активная 11, коэффициент усиления 30 дБ (ГЛОНАСС ♦ GPS)
Тип антенны (01/00) Активная 11. коэффициент усиления 30 дБ (только GPS)
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ Плата расширения 4 выхода (синус): 0,1/ 1/ 5/ 10 МГц
ВЫХОДЫ (ОПЦИЯ 71В) Амплитуда 1 В на нагрузке 50 Ом
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ Плата расширения 4 выхода (синус): 3X10 МГц, 1X5 МГц
ВЫХОДЫ (ОПЦИЯ 70В| Амплитуда 1 В на нагрузке 50 Ом
ОБЩИЕ ДАННЫЕ Условия применения Температура от 0 до »50 *С
115 / 230 В; 50 / 60 Гц, опция батарейного питания 12 В или внешнего постоянного напряжения 12/48 В
Габаритные размеры 210x108x395 мм
Масса 2,7 кг без батареи
Комплект поставки Шнур питания (1), руководство по эксплуатации, ПО
T-Comm 2010
31
