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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Referenzsignale von Frequenz und Zeit. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Funkamateur-Designer In verschiedenen Wirtschaftszweigen, insbesondere in der Telekommunikation, gibt es eine Vielzahl von Verbrauchern, die eine „Bindung“ (Synchronisation) von Zeitskalen mit einer Genauigkeit von Sekundenbruchteilen bis Tausendstel Mikrosekunden, Synchronisation von Generatorfrequenzen und Zeit benötigen und Frequenzmessgeräte mit einem Fehler von 10 bis 10' 13. Das System zur Übertragung der entsprechenden Signale wird vom Staatlichen Dienst für Zeit und Frequenz Russlands verwaltet, dessen wissenschaftliches Zentrum das Institut für Metrologie von Zeit und Raum im Dorf Mendeleevo in der Region Moskau ist. Der Artikel beschreibt die Referenzsignale von Zeit und Frequenz, die über verschiedene Telekommunikationskanäle übertragen werden, erklärt, mit welchen technischen Mitteln dies geschieht und wie sie zur Synchronisierung der Zeitskalen und Frequenzen von Generatoren verwendet werden. Frequenz- und Zeitreferenzsignale (ESChV) werden in verschiedenen Strukturen der Telekommunikation häufig verwendet. Beim Frequenzmultiplexen von Kommunikationskanälen werden Nachrichten also auf einem Seitenband des Spektrums eines amplitudenmodulierten Signals mit Trägerunterdrückung übertragen. Seine unabhängige Wiederherstellung am Empfangsende der Leitung erfordert, dass die Oszillatorfrequenzen mit einem Fehler von nicht mehr als 10-9 synchronisiert werden. Zeitmultiplex wird in der Regel bei der Übertragung von Nachrichten im Pulscodemodulationsverfahren verwendet und ermöglicht eine zehnfache Erhöhung der Informationskapazität einer Kommunikationsleitung. Um Informationsverluste in solchen Systemen zu verhindern, ist ein genaues Timing des an der Empfangsstation erzeugten Taktsignals in Bezug auf die empfangene Impulsfolge erforderlich. Für den effizienten Betrieb von Hochgeschwindigkeits-Digitalkommunikationssystemen mit großer Reichweite ist es erforderlich, dass die Frequenzen der Hauptgeneratoren in territorialen Kommunikationszentren mit einer Genauigkeit von 10 -11 eingehalten werden. Im Fernsehen hängt die Qualität der Regiebearbeitung und -mischung davon ab, dass Synchronität und phasengleiche Signale von Studio- und Out-of-Studio-Quellen gewährleistet sind. Um die Qualität eines Fernsehbildes zu verbessern, ist es notwendig, hochstabile zentralisierte Synchronisationssignale und Referenzsignale von Farbunterträgern zu bilden und eine hohe Frequenzstabilität der Erreger von Fernsehsendern aufrechtzuerhalten. Eine der möglichen Einsatzrichtungen von ESChV ist die Synchronisation von Timern einzelner Computer und Computernetzwerke. Hier sind nur einige Beispiele für Richtungen, in denen Frequenz- und Zeitreferenzsignale benötigt werden. Insbesondere sind sie auch für die Sicherheit des Verkehrs, insbesondere der Luftfahrt, von großer Bedeutung. Die Industrie produziert eine breite Palette von Zeit- und Frequenzmessgeräten unterschiedlicher Genauigkeit – von Zeitrelais und Uhren für den Haushalt bis hin zu Quantenfrequenznormalen. Die Einstellung dieser Werkzeuge im Produktionsprozess, die Durchführung von Kontrollmessungen und die Beurteilung ihrer messtechnischen Eigenschaften erfordern den Einsatz von Referenzwerkzeugen, einschließlich ESChV, die über verschiedene Kommunikationskanäle übermittelt werden. Gegenwärtig wird die Einheitlichkeit der Zeit- und Frequenzmessungen auf der ganzen Welt hauptsächlich durch ESHF gewährleistet, das über verschiedene Informationsmittel übertragen wird, darunter Radiosender, die in den VLF-, LW- und HF-Bändern arbeiten, die beide spezialisiert sind und nur für die Übertragung von Referenzen bestimmt sind Signale und andere Zwecke (Radionavigation, Kommunikation, Tonrundfunk, Fernsehen), Übertragung von ESCHV auf sekundärer Basis sowie globale Navigationssatellitensysteme GLONASS (Russland) und GPS (USA). Für viele Verbraucher, darunter auch Funkamateure, könnte es von Interesse sein, die über das Tonrundfunknetz übertragenen Zeitsignale - SPV ("6 Punkte") sowie ESCHV-Übertragungen über einen spezialisierten LW-Radiosender RBU der State Time zu überprüfen und Frequenzdienst Russlands, der mit einer Strahlungsleistung von 10 kW bei einer Frequenz von 66, (6) kHz arbeitet und laut dem ersten Fernsehprogramm codierte Informationen über die aktuellen Werte der Zeit enthält. Über das Hörfunknetz übertragene SPVs tragen aufgrund von Nachrichten über die Tageszeit einen erhöhten Informationsgehalt. Diese Signale dienen der Überprüfung von Messwerten und der automatischen Synchronisierung von Uhren für technische und Haushaltszwecke. Sie stellen eine Gruppe von sechs Radioimpulsen mit einer Füllfrequenz von 1000 Hz dar. Die ersten fünf Impulse haben jeweils eine Dauer von 100 ms. Die Dauer des sechsten Impulses variiert je nach Wert der Tageszeit Moskauer Zeit von 100 ms bis 560 ms nach 20 ms gemäß dem Ausdruck t=(100+20h) ms, wobei h der aktuelle Wert ist Stunde. Der Beginn des sechsten Impulses entspricht dem Beginn der Stunde. Im zweiten, dritten, vierten und fünften SPW-Funkimpuls können zusätzlich Signale in Form von Sinusschwingungen mit einem Pegel 21 dB unter dem maximalen SPW-Pegel übertragen werden, die zur automatischen Steuerung von Audio-Rundfunkkanälen und -pfaden vorgesehen sind. Der Zeitfehler der SST beträgt nicht mehr als 0,3 s, wenn sie im europäischen Teil Russlands empfangen werden, und 0,5 s im Rest des Landes. Der Radiosender RBU nutzt Signale vom Typ DXXXW zur Übertragung von Zeit und Frequenz sowie codierten Informationen (Abb. 1).
Bei diesen Signalen handelt es sich um Trägerschwingungen sinusförmiger Form mit einer Frequenz von 66,(6) kHz, die alle 100 ms um 5 ms unterbrochen werden. Alle 10 ms nach der Unterbrechung werden die Trägerschwingungen für 80 ms durch Sinussignale mit Hilfsträgerfrequenzen von 100 oder 312,5 Hz und einem Modulationsindex von 0,698 schmalbandig phasenmoduliert. Die Phasenmodulation des Signals erfolgt digital und so, dass der Durchschnittswert der Phase des phasenmodulierten Signals gleich der Phase der Trägerschwingungen ohne Modulation ist. Signale mit einer Unterträgerfrequenz von 312,5 Hz werden zur Markierung von Sekunden- und Minutenmarkierungen sowie zur Markierung von Einheiten im binär codierten Dezimalcode bei der Übertragung von Informationen über Zeitskalen im ersten und zweiten 100-ms-Intervall, gezählt ab der Sekundenmarkierung, verwendet (siehe unter). Signale mit einer Unterträgerfrequenz von 100 Hz werden verwendet, um während der Informationsübertragung Nullen im BCD-Code zu markieren und alle 80-ms-Intervalle frei von der Übertragung von Informationen zu füllen. Frequenzreferenzsignale (EFS) sind direkte Trägerschwingungen des ausgesendeten Signals, deren durchschnittlicher täglicher Frequenzwert mit der Größe der Frequenzeinheit übereinstimmt und durch den staatlichen Zeit- und Frequenzstandard mit einem Fehler von nicht mehr als 2 x reproduziert wird 10-12. Wie aus der Abbildung ersichtlich ist, handelt es sich bei der Signalhüllkurve um eine Einschaltdauer von 5 ms, gefolgt von einer Frequenz von 10 Hz. Diese Einfügungen sind die Referenzzeitsignale (ESV). Die charakteristischen Punkte des ESP des RBU-Radiosenders, die die Wendepunkte der aufsteigenden Fronten der Einbindungen sind, stimmen mit der koordinierten russischen Atomzeitskala UTS (SU) mit einem Fehler von nicht mehr als 10 μs überein. In diesem Fall ist die zweite Markierung im Signal die Einfügung, der ein Intervall von 80 ms vorangeht, das mit einem Unterträger von 312,5 Hz markiert ist (Abb. 1). Minutenmarkierungen werden durch zusätzliche Markierung des 312,5-Hz-Unterträgers in zwei 80-ms-Intervallen vor der Sekundenmarkierung identifiziert. Die Informationsstruktur des Signals ist in Abb. dargestellt. 2.
Der im Rahmen des ESChV übertragene Zeitcode basiert auf zwei Arten von Codes: Positionseinheit – zur Übertragung der Werte der Differenz zwischen den UTC- und UTC-Skalen UT1-UTC und binäre Dezimalzahl mit Parität - zur Übermittlung sonstiger Informationen. Codeelemente werden jede Sekunde mittels Trägermodulation im ersten und zweiten 100-ms-Intervall ab der zweiten Markierung übertragen. Das Vollzeitcodeformat enthält 120 Elemente (60 Elemente im ersten 100-ms-Intervall und 60 Elemente im zweiten) und wird mit einem Zyklus von 1 Minute übertragen. Der Beginn des Minutenzyklus (Minutenmarkierung) wird durch zusätzliche Markierung des achten und neunten 100-ms-Intervalls gekennzeichnet. Das Timecode-Format und der Inhalt der übertragenen Informationen werden in Abb. grafisch dargestellt. 3.
Informationen über die aktuellen Werte der Tageszeit werden in Stunden (h) und Minuten (m) dargestellt, übertragen in der Moskauer Zeitskala mit UT-Korrektur relativ zur Weltzeit, die während der „Winterzeit“ 3 Stunden entspricht Zeitraum und 4 Stunden - während des Zeitraums „Sommerzeit“. Zu den Kalenderdatumsinformationen gehören: der Wert des Jahres des aktuellen Jahrhunderts (Y), der Wert des Monats des aktuellen Jahres (M), der Wert des Tages des Monats (dm) und der Wert der Seriennummer von der Wochentag (dm). Die julianischen Datumsinformationen umfassen das verkürzte Datum (TJD), das die vier niedrigstwertigen Ziffern des numerischen Werts des modifizierten julianischen Datums darstellt (das julianische Datum ist die Anzahl der Tage, die ab 12:1 UT am 4713. Januar XNUMX v. Chr. kontinuierlich gezählt werden). ). Die vom RBU-Radiosender ausgestrahlten ESChV ermöglichen den Vergleich hochstabiler Generatoren (Quantenfrequenznormale, Quarzgeneratoren) in Entfernungen bis zu 3000 km mit einem Fehler von (1 ... 50)x10-12 pro Tag und einer Uhrensynchronisation in Entfernungen von bis zu 1000 km mit einem Fehler von bis zu 0,03, 2 ... XNUMX ms, abhängig von den Empfangsbedingungen des ESHF und der verwendeten Empfangssignalisierungsausrüstung. Um genauere Zeit- und Frequenzmessungen zu ermöglichen, werden ESHF verwendet, die als Teil von Fernsehsignalen über terrestrische und Satellitenfernsehkanäle übertragen werden. ESChV enthält ESCH-, ESV- und Codesignale aktueller Zeitwerte. Diese Signale werden in der sechsten Zeile jedes ungeraden Halbbildes übertragen. Die Form der Signale und ihre Lage in der sechsten Zeile sind in Abb. dargestellt. 4.
Die Spanne der Eingangssignale beträgt G.35±0,05 der gesamten Videosignalspanne. Die sechste Zeile ist in drei Intervalle unterteilt, und jedes hat seine eigene Art von Signalen. Für die Übertragung des ECH wird ein I-Intervall mit einer Dauer von 15 μs verwendet. ESCs werden in Bursts bestehend aus 15 Schwingungsperioden bei einer Frequenz von 1 MHz gesendet, die immer mit einer positiven Halbwelle im Burst beginnen. Der relative Tagesfehler des ESP in Moskau überschreitet nicht 2 · 10-12. Für die Übertragung von ESP ist das zweite Intervall mit einer Dauer von 12 μs vorgesehen. Informationen über die Zeitskala werden von einem charakteristischen Punkt getragen, der der Mitte der ESP-Front entspricht. deren Zeitposition mit der UTC(SU)-Skala mit einem Fehler von nicht mehr als 0,5 µs übereinstimmt. Die ESP-Wiederholungsfrequenz beträgt 1 Hz, die Dauer der Anstiegsfront beträgt 20 ns. Für die Übertragung codierter Informationen über die aktuellen Zeitwerte - TZV (h, min, s) ist das III-Intervall mit einer Dauer von 15 μs vorgesehen. Informationen über die TVT werden mithilfe eines binär-dezimalen Codes (Abb. 5) für 24 Frames (voller Zyklus – 25 Frames pro 1 s) unter Verwendung von Funkimpulsen verschiedener Frequenzen übertragen. Die Frequenz des Signals, das dem Protokoll entspricht. 1 Code, gleich 1,66 MHz, log. 0 entspricht einer Frequenz von 2,5 MHz und ein Funkimpuls mit einer Frequenz von 1 MHz im 25. Rahmen wird als Markierung für das End-of-Cycle-Signal verwendet. Um die Störfestigkeit zu verbessern, wurden die Paritätsprüfbits Rs, Rmin und Rch in den TZV-Code eingeführt. Der TZV-Code wird während der gesamten Übertragungszeit kontinuierlich im Zyklus von 1 s übertragen.
Der zentrale Punkt für die Bildung und Eingabe von ESCHV in die sechste Zeile der Fernsehsignale des ersten ORT-Kanals und seiner über die Satellitenkanäle „Orbit 2, 3, 4“ übertragenen Duplikate befindet sich im technischen Fernsehzentrum (Moskau, Ostankino). Abhängig von den verwendeten Methoden und Mitteln liegt der Taktsynchronisationsfehler des Fernsehens ESChV zwischen 0,02 und 10 μs, der Frequenzvergleichsfehler beträgt (1 ... 10) x 10-12 pro Tag. Um Verbraucher über ESChV zu informieren, gibt der Staatliche Zeit- und Frequenzdienst Russlands (GSVCh) auf Anfrage eine Reihe spezieller Bulletins heraus und verteilt diese. Wie aus dem oben Gesagten hervorgeht, sind ESChV der einen oder anderen Art, die codierte Informationen zu Uhrzeit und Datum enthalten, fast in ganz Russland verfügbar. Dies eröffnet den Verbrauchern ein weites Feld bei der Entwicklung von Haushaltsfunkuhren sowie von Geräten, die es ermöglichen, Unternehmen und Städte zu takten, Computernetzwerk-Timer zu synchronisieren und Messungen mit hoher Genauigkeit und Zuverlässigkeit zu automatisieren. Dies ist umso relevanter, als die Industrie derzeit nur ein sehr kleines Spektrum an Geräten nach ESChV herstellt und der Bedarf dafür groß ist. Die Industrie beherrscht die Herstellung von zwei Arten elektronischer Uhren, bei denen die aktuellen Zeitwerte gemäß den „6 Punkten“ FPV korrigiert werden, die über kabelgebundene Rundfunknetze (Radiosendungen) und Radiosender übertragen werden, die die Programme „Mayak“ und „ „Radio-1“: 1 – Empfänger von Zeitüberprüfungssignalen (PSPV-1); 2 - Zähler der aktuellen Zeit- und Frequenzwerte des Netzes (IVCh-1). Der PSPV-1-Empfänger besteht aus einer Platine, die in einen freien Steckplatz eines PC/AT-Personalcomputers eingesetzt wird. und wird verwendet, um Computer-Timer zu synchronisieren oder als „Zeitreferenz“ zu verwenden und die Uhrzeit und das Datum eines Ereignisses darin zu registrieren. PSPV-1 dient zum Empfangen von Signalen von UKW-Radiosendern, zum Speichern und Ausgeben von Informationen über die aktuellen Werte der Tageszeit (h, min, s) und des Datums (Jahr, Monat, Tag), Zuweisung von SPV, automatisch Korrektur (Einstellung) der TTZ, Ausgabe von Informationen über Zeit und Datum vom Timer des Empfängers an den Monitor und an den ISA-Personalcomputer-Bus, Eingabe von Zeit- und Datumsinformationen vom Timer des Empfängers in den Systemtimer des Computers (manuell oder automatisch, je nachdem). zu den „6 Punkten“ SPV), Anzeige von Zeitinformationen zum Timer des Empfängers auf dem Monitorbildschirm und Computersystem-Timer und der Differenz zwischen ihnen. Der Fehler beim Einstellen der Zeit im Computer-Timer relativ zur Mitte der Kante des sechsten FPV-Signals „6 Punkte“ während der Korrektur beträgt nicht mehr als 0,1 s. Das Messgerät IVCh-1 ist in Form eines Mikroprozessormoduls ausgeführt und dient zum Messen (Speichern) und Ausgeben von Informationen über die aktuellen Werte von Uhrzeit, Datum und Frequenz eines industriellen Stromnetzes mit anschließender Übertragung von Messdaten über das RS-232-Anschluss an einen Personalcomputer. Dieses Gerät ermöglicht die Messung der Netzfrequenz, Installation, Speicherung, Anzeige auf der Anzeigetafel und Ausgabe von Informationen über die aktuellen Werte der Tageszeit (h, min, s) und des Datums (Jahr, Monat, Tag), Zuordnung der Freizeit, automatische Korrektur der aktuellen Werte der Tageszeit im Timer IVCh-1. Ausgabe von Informationen über Uhrzeit, Datum und Frequenz des Netzwerks über den RS-232-Port. In IVCH-1 werden die Funktionsfähigkeit der Stromversorgungskreise, die Notfallsituation und die Richtigkeit des SPV-Empfangs angezeigt. Genauigkeit der Zeitspeicherung mit stündlicher Korrektur nach SST – ±20 ms, ohne Korrektur – ±2 s/Tag. Die Industrie produziert auch SYNCHRONOMETER ChK7-50, die dazu dienen, Zeitskalen zu synchronisieren oder „Zeitreferenzen“ zu erstellen, die aktuellen Werte der Tageszeit (h, min. s) und des Datums (Jahr, Monat, Tag) zu bestimmen und zu fixieren Momente von Ereignissen unter Verwendung von Referenzfrequenzsignalen und Zeit, die vom RBU-Radiosender übertragen werden, Informationsübertragung über die IEC 625-Schnittstelle. Das SYNCHRONOMETER ChK7-50 kann in der Metrologie, Astronomie, Geophysik, Energie usw. eingesetzt werden. Der Fehler der automatischen Synchronisation der Zeitskala beträgt nicht mehr als 20 µs. Empfängerempfindlichkeit - nicht schlechter als 2 μV. Autoren: V.Borisochkin, S.Kagan, G.Cherenkov, Dorf Mendeleev, Gebiet Moskau.
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