GPS-12RG - современный источник опорной частоты

В статье рассмотрены основные характеристики, возможные области применения, а также отличительные особенности нового рубидиевого стандарта частоты GPS-12RG с поддержкой синхронизации от систем GPS/GLONASS производства компании «Pendulum Instruments» (Швеция) Подробные технические характеристики прибора...

Новый высокотехнологичный продукт GPS-12RG ориентирован 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/ PDH/ Sonet).

Рис. 1. Внешний вид GPS-12RG

Стандарт  частоты GPS-12RG (рис. 1) представляет собой портативный источник опорной частоты  с ультрастабильным приёмом базового сигнала GPS/GLONASS  Rubidium. Поддержка стандартом в режиме захвата частоты от GPS/GLONASS и обеспечение качества выходного сигнала максимально приближенного к уровню «Cs/Cesium» (рис.2) делает его современным высокоточным калибратором для частотных анализаторов всех диапазонов.

Рис. 2. Иерархия стандартов частоты

Приёмник стандарта GPS/GLONASS обеспечивает выдачу высокостабильного синхросигнала на внешние устройства. На передней панели реализован интерфейс (G.703) - 2 выхода синхросигналов 2.048 МГц/Мбс или 1.544 МГц/Мбс (тип сигнала - по выбору), а также стандартный импульсный выход 1 Гц. Прибор выполнен в корпусе настольного исполнения  с минимальными массогабаритными характеристиками (21×11×40 см; 3,1 кг). Функциональная блок-схема GPS-12RG приведена на рис.3, основные технические характеристики указаны в таблице №1.

Рис. 3.Функциональная блок-схема GPS-12RG

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 GLONASS (±2×10-12);
• 2 выхода: 1,544 МГц / T1 или 2,048 МГц / E1 + выход 1 Гц (1pps-pulse per second);
• Выходы: 3 × 10 МГц + 1 × 5 МГц для метрологических и телекоммуникационных нужд;
• Выход сообщений об аварийных ситуациях;
• При отключении GPS (unlocked)  - нестабильность 1 мкс/сутки;
• Небольшое время выхода на рабочий режим (1×10^-9 за 10 мин);
• Портативность, возможность автономного применения.

В стандартной комплектации на задней панели (рис.4):

• Разъём сетевого питания ~ 220В;
• Интерфейс дистанционного управления USB;
• 4 разъёма выхода опорной частоты: 10 / 5 МГц;
• Слоты для опционального расширения количества выходов;
• Сигнальный разъём для выдачи сообщений об аварии и контакты исполнительного реле;
• Разъём питания постоянным напряжением 12 В / 48 В

Рис.4. Задняя панель GPS-12RG

Количество интерфейсов и варианты конфигурации стандарта частоты могут быть изменены в зависимости от предназначения и специализированных требований пользователя. Доступен выбор между 4-мя дополнительными модулями с возможностью установки одной из нижеперечисленных опций:

• Опция 70В:  включает 4 выхода - выход 5 МГц и три выхода 10 МГц синусоидального сигнала с минимальными шумами для использования в метрологии или при тестировании оборудования связи;
• Опция 71В: четыре аналоговых выхода сигналов 10 МГц, 5 МГц, 1 МГц и 0,1 МГц;
• Опция 72В: 2 выхода 2,048 МГц или 2 интерфейса 2,049 Мб/с (Е1) для применения в сфере телекоммуникаций, например в сетях SDH;
• Опция 74В: 2 выхода 1,544 МГц или 2 интерфейса 1,544 Мб/с (Т1) сигналов для использования в системах телекоммуникаций, например сетях SONET.

Известно, что нестабильность частоты определяется дисперсией Аллана, которая связана со среднеквадратичной ошибкой разности двух измерений частоты (СКО), разделённых временным интервалом τ (т.е. при измерении с постоянством частоты во времени). При увеличении τ до определённой величины случайные флуктуации частоты усредняются, и дисперсия Аллана уменьшается, однако при дальнейшем увеличении τ начинается систематическое увеличение шумов, приводящее в свою очередь к неизбежному увеличению дисперсии Аллана. На рис. 5 приведены параметры нестабильности наиболее распространённых стандартов частоты. Для GPS-12RG область допускаемых значений кратковременной и долговременной нестабильности по шкале времени ограничена горизонтальными голубыми линями («GNSS+Rb»).

Рис. 5. Кратковременная и долговременная нестабильность различных ОГ

Применение в сфере телекоммуникаций и аэронавигации

В стандартной конфигурации GPS-12RG 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 10-11), в данном 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 - ультрастабильный источник импульсного сигнала 1 Гц  с очень низкой значением ухода частоты в режиме длительного использования (менее 1 мкс за 24 часа). Данная функция используется в оборудовании, для которого критичным является точное измерение временных интервалов, примером может служить синхронизация радарных систем или объектов имеющих в своём составе излучающие антенны направленного действия. Эта особенность позволяет применять стандарт для синхронизации различных устройств и оборудования с фиксированием 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 частоты 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 часов работы), а также для ответственных лабораторных исследований, не допускающих случайное отключение напряжения питания 220В. Благодаря этому теперь впервые есть 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 делает 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 лёгкость 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 Instruments) или частотно-временных параметров  оборудования SDH/PDH/Sonet.

Распределение опорной частоты

На базе GPS-12RG может быть реализована коммутационно-усилительная система с использованием устройств DA-35 и DA-36  от Pendulum Instruments для распределения сигнала от стандарта частоты (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 волоконно-оптической 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 входному. Стандартной частотой используемой при изготовлении усилителей является 10 МГц (синус). Распределение и восстановление сигнала ОГ происходит на всех этапах передачи полностью в аналоговом виде, без использования устройств ФАПЧ (PLL) или других схем регенеративной трансляции частоты, которые могли вызвать добавление в исходный сигнал искажений в виде джиттера или вандера.

Рис. 6. Структурная схема системы распределения опорных частот GPS-12RG

Применение ВОЛС в качестве среды распространения сигнала исключает наличие гальванической связи между передающими модулями и приёмниками. 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 (ElectroStatic Discharge - ESD) и не «собирают» шум 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 диаметру световодов и кабеля в целом.

Стандарт GPS-12RG отличает компактность, функциональность и проста в использовании. Сочетание штатных возможностей и опций позволяет обеспечить опорной частотой все виды оборудования, независимо от сферы применения и места их установки. Это ультра стабильный источник частоты для отрасли связь и телекоммуникаций, НИОКР, использования в лабораторных и стендовых экспериментах, для тестирования различных систем или производства оборудования СВЧ-диапазона.

Автор:  Шиганов А.А.
Дата публикации:  24.03.2009
Модели:  GPS-12RG