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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Señales de referencia de frecuencia y tiempo. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / diseñador radioaficionado En varios sectores de la economía, en particular en las telecomunicaciones, existe una amplia gama de consumidores que requieren "binding" (sincronización) de escalas de tiempo con una precisión de fracciones de segundo a milésimas de microsegundo, sincronización de frecuencias del generador, tiempo e instrumentos de medición de frecuencia con un error de 10 a 10' 13. El sistema de transmisión de las señales correspondientes es administrado por el Servicio Estatal de Tiempo y Frecuencia de Rusia, cuyo centro científico es el Instituto de Metrología del Tiempo y el Espacio, ubicado en el pueblo de Mendeleevo, Región de Moscú. El artículo describe las señales de referencia de tiempo y frecuencia transmitidas a través de varios canales de telecomunicaciones, explica qué medios técnicos se llevan a cabo y cómo se utilizan para sincronizar las escalas de tiempo y frecuencias de los generadores. Las señales de referencia de frecuencia y tiempo (ESChV) se utilizan ampliamente en diversas estructuras de telecomunicaciones. Entonces, con la multiplexación de frecuencia de los canales de comunicación, los mensajes se transmiten en una banda lateral del espectro de una señal modulada en amplitud con supresión de portadora. Su recuperación independiente en el extremo receptor de la línea requiere que las frecuencias del oscilador estén sincronizadas con un error no mayor a 10-9. La multiplexación por división de tiempo, por regla general, se usa cuando se transmiten mensajes utilizando el método de modulación de código de pulso y permite aumentar la capacidad de información de una línea de comunicación en docenas de veces. Para evitar la pérdida de información en dichos sistemas, se requiere una temporización exacta de la señal de reloj generada en la estación receptora con respecto a la secuencia de pulsos recibida. Para la operación eficiente de los sistemas de comunicación digital de largo alcance y alta velocidad, es necesario que las frecuencias de los generadores maestros en los centros de comunicación territorial se mantengan con una precisión de 10 -11. En televisión, la calidad de la edición y mezcla de directores depende de garantizar el sincronismo y las señales en fase de las fuentes del estudio y fuera del estudio. Para mejorar la calidad de una imagen de televisión, es necesario formar señales de sincronización centralizadas altamente estables, señales de referencia de subportadoras de color y mantener la estabilidad de alta frecuencia de los excitadores del transmisor de TV. Una de las posibles direcciones del uso de ESChV es la sincronización de temporizadores de computadoras individuales y redes de computadoras. Estos son solo algunos ejemplos de direcciones en las que se necesitan señales de referencia de frecuencia y tiempo. En particular, también son muy importantes para la seguridad del transporte, especialmente la aviación. La industria produce una amplia gama de instrumentos de medición de tiempo y frecuencia de diversa precisión, desde relés de tiempo y relojes domésticos hasta estándares de frecuencia cuántica. La configuración de estas herramientas en el proceso de producción, la realización de mediciones de control y la evaluación de sus características metrológicas requieren el uso de herramientas de referencia, incluida la ESChV, transmitida a través de varios canales de comunicación. En la actualidad, la uniformidad de las mediciones de tiempo y frecuencia en todo el mundo se asegura principalmente por medio de ESHF transmitidas a través de diversos medios de información, incluidas las estaciones de radio que operan en las bandas VLF, LW y HF, ambas especializadas, destinadas únicamente a la transmisión de referencia. señales y otros fines (radionavegación, comunicación, radiodifusión sonora, televisión), transmisión ESHF de forma secundaria, así como sistemas globales de navegación por satélite GLONASS (Rusia) y GPS (EE. UU.). Para muchos consumidores, incluidos los radioaficionados, puede ser de interés verificar las señales de tiempo - SPV ("6 puntos"), transmitidas a través de la red de transmisión de sonido, así como las transmisiones de ESCHV a través de una estación de radio LW especializada RBU del Estado Hora y Servicio de Frecuencia de Rusia, que opera con una potencia de radiación de 10 kW a una frecuencia de 66. (6) kHz, y según el primer programa de televisión que contiene información codificada sobre los valores actuales del tiempo. Los SPV transmitidos a través de la red de radiodifusión sonora llevan un mayor contenido de información debido a los mensajes sobre la hora del día. Estas señales están diseñadas para verificar las lecturas y sincronizar automáticamente los relojes con fines técnicos y domésticos. Representan un grupo de seis pulsos de radio con una frecuencia de llenado de 1000 Hz. Los primeros cinco pulsos tienen una duración de 100 ms cada uno. La duración del sexto pulso varía según el valor de la hora del día hora de Moscú de 100 ms a 560 ms después de 20 ms de acuerdo con la expresión t=(100+20h) ms, donde h es el valor actual de la hora. El comienzo del sexto pulso corresponde al comienzo de la hora. En los pulsos de radio segundo, tercero, cuarto y quinto de SPW, las señales pueden transmitirse adicionalmente en forma de oscilaciones sinusoidales con un nivel de 21 dB por debajo del nivel máximo de SPW, destinadas al control automático de los canales y caminos de transmisión de audio. El error de SST en el tiempo no supera los 0,3 s cuando se reciben en la parte europea de Rusia y 0,5 s en el resto del país. La estación de radio RBU utiliza señales de tipo DXXXW para transmitir tiempo y frecuencia, así como información codificada (Fig. 1).
Estas señales son oscilaciones portadoras de forma sinusoidal con una frecuencia de 66.(6) kHz, interrumpidas cada 100 ms por 5 ms. Cada 10 ms después de la interrupción, las oscilaciones de la portadora son moduladas en fase de banda estrecha durante 80 ms por señales sinusoidales con frecuencias de subportadora de 100 o 312,5 Hz y un índice de modulación de 0,698. La modulación de fase de la señal se realiza de forma digital y de forma que el valor medio de la fase de la señal modulada en fase sea igual a la fase de las oscilaciones de la portadora en ausencia de modulación. Las señales con una frecuencia de subportadora de 312,5 Hz se utilizan para marcar marcas de segundos y minutos, así como para marcar unidades en código decimal codificado en binario al transmitir información sobre escalas de tiempo en los primeros y segundos intervalos de 100 ms, contados a partir de la segunda marca (ver abajo). Las señales con una frecuencia de subportadora de 100 Hz se utilizan para marcar ceros en el código BCD durante la transmisión de información y llenar todos los intervalos de 80 ms libres de transmisión de cualquier información. Las señales de referencia de frecuencia (EFS) son oscilaciones directamente portadoras de la señal emitida, cuyo valor de frecuencia diario promedio es consistente con el tamaño de la unidad de frecuencia, reproducido por el estándar estatal de tiempo y frecuencia con un error de no más de 2 x 10-12. Como puede verse en la figura, la envolvente de la señal es un corte de 5 ms, siguiendo a una frecuencia de 10 Hz. Estas inserciones son las señales de tiempo de referencia (ESV). Los puntos característicos del ESP de la estación de radio RBU, que son los puntos de inflexión de los frentes ascendentes de los enlaces, son consistentes con la escala de tiempo atómico ruso coordinado UTS (SU) con un error que no excede los 10 μs. En este caso, la segunda marca en la señal es la inserción, que va precedida de un intervalo de 80 ms, marcado con una subportadora de 312,5 Hz (Fig. 1). Las marcas de minutos se identifican mediante marcas adicionales de la subportadora de 312,5 Hz de dos intervalos de 80 ms que preceden al segundo marcador.La estructura de información de la señal se muestra en la fig. 2.
El código de tiempo transmitido como parte de ESChV se basa en dos tipos de códigos: unidad posicional: para transmitir los valores de la diferencia entre las escalas UTC y UTC UT1-UTC, y decimal binario con paridad - para transmitir otra información. Los elementos de código se transmiten cada segundo utilizando la modulación de la portadora en los primeros y segundos intervalos de 100 ms contados desde la segunda marca. El formato de código de tiempo completo contiene 120 elementos (60 elementos en el primer intervalo de 100 ms y 60 elementos en el segundo) y se transmite con un ciclo de 1 min. El inicio del ciclo de minutos (marca de minutos) se identifica mediante marcas adicionales de los intervalos de 100 ms octavo y noveno. El formato del código de tiempo y el contenido de la información transmitida se presentan gráficamente en la fig. 3.
La información sobre los valores actuales de la hora del día se presenta en horas (h) y minutos (m) transmitidos en la escala de tiempo de Moscú con corrección UT relativa al tiempo universal, que es igual a 3 horas durante el "invierno" período y 4 horas - durante el período de "horario de verano". La información de la fecha del calendario incluye: el valor del año del siglo actual (Y), el valor del mes del año actual (M), el valor del día del mes (dm) y el valor del número de serie de el día de la semana (dm). La información de la fecha juliana incluye la fecha abreviada (TJD), que son los cuatro dígitos menos significativos del valor numérico de la fecha juliana modificada (la fecha juliana es el número de días contados continuamente desde las 12:1 UT del 4713 de enero de XNUMX a. ). Los ESChV emitidos por la estación de radio RBU proporcionan una comparación de generadores altamente estables (estándares de frecuencia cuántica, generadores de cuarzo) a distancias de hasta 3000 km con un error de (1 ... 50)x10-12 por día y sincronización de reloj a distancias de hasta 1000 km con un error de hasta 0,03, 2... XNUMX ms dependiendo de las condiciones de recepción de la ESHF y del equipo receptor de señalización utilizado. Para proporcionar mediciones más precisas de tiempo y frecuencia, se utilizan ESHF, que se transmiten a través de canales de televisión terrestres y satelitales como parte de las señales de televisión. ESChV contiene ESCH, ESV y señales de código de valores actuales de tiempo. Estas señales se transmiten en la sexta línea de cada campo impar. La forma de las señales y su ubicación en la sexta línea se muestran en la fig. 4.
El intervalo de las señales de entrada es G.35±0,05 del intervalo completo de la señal de video. La sexta línea se divide en tres intervalos, y cada uno tiene su propio tipo de señales. Para la transmisión de la ECH se utiliza un intervalo I con una duración de 15 μs. Los ESC se transmiten en ráfagas que consisten en 15 períodos oscilatorios a una frecuencia de 1 MHz, que siempre comienzan con una media onda positiva en la ráfaga. El error diario relativo del ESP en Moscú no supera los 2 · 10-12. Para la transmisión de ESP, el segundo intervalo está previsto con una duración de 12 μs. La información sobre la escala de tiempo es transportada por un punto característico correspondiente a la mitad del frente ESP. cuya posición temporal sea consistente con la escala UTC(SU) con un error de no más de 0,5 µs. La frecuencia de repetición del ESP es de 1 Hz, la duración del frente ascendente es de 20 ns. Para la transmisión de información codificada sobre los valores actuales de tiempo - TZV (h, min, s), se prevé el intervalo III con una duración de 15 μs. La información sobre el TVT se transmite utilizando un código binario-decimal (Fig. 5) para 24 cuadros (ciclo completo - 25 cuadros por 1 s) usando pulsos de radio de varias frecuencias. La frecuencia de la señal correspondiente al registro. 1 código, igual a 1,66 MHz, log. 0 corresponde a una frecuencia de 2,5 MHz, y un pulso de radio con una frecuencia de 1 MHz en el cuadro 25 se utiliza como marcador para la señal de fin de ciclo. Para mejorar la inmunidad al ruido, se han introducido bits de verificación de paridad Rs, Rmin y Rch en el código TZV. El código TZV se transmite con un ciclo de 1 s de forma continua durante todo el tiempo de transmisión.
El punto central para la formación y entrada de ESCHV en la sexta línea de señales de televisión del primer canal ORT y sus duplicados transmitidos a través de canales satelitales "Órbita 2, 3, 4" se encuentra en el centro técnico de televisión (Moscú, Ostankino). Dependiendo de los métodos y medios utilizados, el error de sincronización del reloj de la televisión ESChV varía de 0,02 a 10 μs, el error de comparación de frecuencia es (1 ... 10) x 10-12 por día. Para informar a los consumidores de ESChV, el Servicio Estatal de Hora y Frecuencia de Rusia (GSVCh) emite y distribuye una serie de boletines especiales a pedido. Como se puede ver en lo anterior, los ESChV de un tipo u otro, que contienen información codificada sobre la hora y la fecha, están disponibles en casi toda Rusia. Esto abre un amplio campo para los consumidores en el desarrollo de radiorrelojes domésticos, así como dispositivos que permitan cronometrar empresas y ciudades, sincronizar temporizadores de redes informáticas y automatizar mediciones con alta precisión y confiabilidad. Esto es aún más relevante, ya que la industria produce actualmente una gama muy pequeña de equipos que utilizan ESChV, y la necesidad es grande. La industria ha dominado la producción de dos tipos de relojes electrónicos, en los que los valores de tiempo actuales se corrigen de acuerdo con el FPV de "6 puntos" transmitido a través de redes de transmisión por cable (transmisiones de radio) y estaciones de radio que transmiten programas "Mayak" y "Radio-1": 1 - receptor de señales de verificación de tiempo (PSPV-1); 2 - medidor de valores actuales de tiempo y frecuencia de la red (IVCh-1). El receptor PSPV-1 está hecho en forma de placa insertada en una ranura libre de una computadora personal PC/AT. y se utiliza para sincronizar o "referenciar el tiempo" de los cronómetros de la computadora y registrar la hora y la fecha de un evento en ella. PSPV-1 está diseñado para recibir señales de estaciones de radio VHF, almacenar y emitir información sobre los valores actuales de la hora del día (h, min, s) y fecha (año, mes, día), asignación de SPV, automático corrección (ajuste) de la TZV, salida de información sobre la hora y la fecha desde el temporizador del receptor al monitor y al bus de la computadora personal ISA, entrada de información de hora y fecha desde el temporizador del receptor al temporizador del sistema de la computadora (manual o automático según al SPV de "6 puntos"), mostrando información de tiempo en el temporizador del receptor en la pantalla del monitor y el temporizador del sistema informático y la diferencia entre ellos. El error al configurar el tiempo en el temporizador de la computadora en relación con la mitad del borde de la sexta señal FPV "6 puntos" durante la corrección no supera los 0,1 s. El medidor IVCh-1 está hecho en forma de módulo de microprocesador y está diseñado para medir (almacenar) y emitir información sobre los valores actuales de hora, fecha y frecuencia de una red eléctrica industrial con la posterior transmisión de datos de medición a través del Puerto RS-232 a una computadora personal. Este dispositivo proporciona medición de la frecuencia de la red, instalación, almacenamiento, indicación en el marcador y salida de información sobre los valores actuales de la hora del día (h, min, s) y fecha (año, mes, día), asignación de tiempo libre, corrección automática de los valores actuales de la hora del día en el temporizador IVCh-1. salida de información sobre hora, fecha y frecuencia de la red a través del puerto RS-232. En IVCH-1, se muestran la capacidad de servicio de los circuitos de suministro de energía, la situación de emergencia, la corrección de la recepción del SPV. Precisión de almacenamiento de tiempo con corrección horaria según SST - ±20 ms, en ausencia de corrección - ±2 s/día. La industria también produce SINCRONÓMETRO ChK7-50, diseñado para sincronizar o "referencia de tiempo" escalas de tiempo, determinar los valores actuales de la hora del día (h, min. s) y fecha (año, mes, día), fijar el momentos de eventos utilizando señales de frecuencia de referencia y tiempo transmitidos por la estación de radio RBU, transmisión de información a través de la interfaz IEC 625. El SINCRONÓMETRO ChK7-50 se puede utilizar en metrología, astronomía, geofísica, energía, etc. El error de sincronización automática de la escala de tiempo no supera los 20 µs. sensibilidad del receptor: no peor que 2 μV. Autores: V.Borisochkin, S.Kagan, G.Cherenkov, pueblo de Mendeleev, región de Moscú.
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