Курсовая работа (т): Мережі синхронізації. Побудова мережі синхронізації України

Мережі синхронізації. Побудова мережі синхронізації України

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТЕ "ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА"

Інститут телекомунікацій, радіоелектроніки та електронної техніки

Кафедра "Телекомунікацій"

Курсова робота

з дисципліни "Телекомунікаційні системи передачі, частина 2"

На тему: "Мережі синхронізації. Побудова мережі синхронізації України"

Львів - 2015

Вступ

. Характеристика пристроїв синхронізації

.1 Автогенератори

.2 Основні типи пристроїв синхронізації (генераторів тактових імпульсів)

.3 Принципи фізичної реалізації стандартів частоти

.4 Активні та пасивні атомні стандарти частоти

. Параметри сигналів на виходах пристроїв синхронізації

.1 Точність

.2 Точність значущих моментів

.3 Стабільність

.4 Дисперсія Аллана по часу

. Нормовані параметри сигналів синхронізації

.1 Максимальна помилка часового інтервалу

.2 Девіація часового інтервалу ДЧІ(т) і стандарт відхилення часового

інтервалу ПВІ

. Лінійна модель зміни частоти. Дослідження зв’язку фази і частоти сигналу при дрейфі частоти

.1 Дрейф частоти

.2 Зв'язок між фазою і частотою сигналу при лінійному дрейфі частоти

.3 Поведінка параметрів генераторів у часі

. Дослідження впливу просковзування на якість передачі інформації

5.1 Проковзування при передачі різних видів інформації

5.2 Допустима величина проковзування

. Побудова мережі синхронізації України з урахуванням вимог МСЕ-Т

.1 Еталонна модель мережі синхронізації

.2 Принцип побудови мережі синхронізації України

Висновки

Список рекомендованої літератури

синхронізація частота сигнал інформація

Вступ

Мережа синхронізації є мережею підтримки цифрової мережі зв’язку. Проблеми, пов'язані з синхронізацією, виникли одразу з появою цифрових методів передачі інформації. Проблеми планування мереж синхронізації, забезпечення їх функціонування у різноманітних умовах з відповідною надійністю постали перед операторами зв’язку України. Дійсно, будь-яка процедура дискретизації, передачі й прийому даних у виглядi цифрового сигналу вимагає погодженості частот передачі й прийому, у будь-якому іншому разі передана інформація не буде прийнята коректно. Синхронізація цифрових мереж зв’язку є необхідною для забезпечення двох умов інформаційного обміну між користувачами, які є базовими для цифрових технологій:

1)   безперервність: середнє значення швидкості передавання (приймання) інформації має бути однаковим в пов’язаних між собою кінцевих пристроях;

2)   цілісність: інформаційні блоки в кінцевому пристрої приймання мають з’являтися в тій самій послідовності, з якою їх відправляли з кінцевого пристрою передавання.

Подальший розвиток цифрового зв’язку спряє пошук нових розробок та вдосконалень обладнання мереж синхронізації та принципів планування мереж синхронізації.

1. Характеристика пристроїв синхронізації

1.1 Автогенератори

Сучасні генератори, прилади синхронізації або, як ще говорять, "годинник" легше зрозуміти виходячи із загальних принципів роботи добре знайомого годинника і генераторів.

Визначення, що вже стало класичним, називає автоколивальною систему перетворення енергії постійних джерел в енергію коливань. Необхідним елементом будь-якої автоколивальної системи є наступні функціональні частини:

) власне коливальна система;

) елемент, що управляє вступом енергії в коливальну систему, який умовно називають клапаном;

) ланцюг зворотного зв'язку між коливальною системою і клапаном;

) джерело постійної енергії.

Усі типи сучасного устаткування синхронізації (чи, як їх іноді називають, годинник) містять власний генератор коливанні (автогенератор') з внутрішнім джерелом енергії. У автогенераторі, джерелі коливань можуть бути використані періодичні явища будь-якого типу. З курсу теорії ланцюгів широко відомі LC або RC автоколивальні системи на електронних лампах або транзисторах. У сучасних автоколивальних системах використовуються коливання атомів в кварцевих резонаторах або квантові переходи, що виникають при опроміненні (накачуванню) в атомних генераторах.

Частини автоколивальної системи знаходяться між собою у взаємодії, яка полягає в тому, що з одного боку клапан управляє рухом коливальної системи і підкочуванням енергії, а з іншого боку, рух системи управляє роботою клапана. Це управління здійснюється по ланцюгах зворотного зв'язку.

У внутрішніх джерелах енергії може використовуватися, наприклад, потенційна енергія гирь в механічному годиннику, стисла пружина або джерело постійного струму - батарея в наручному годиннику.

У одних випадках перераховані функціональні елементи можна виділити в явному виді, в інших вони поєднані так. що їх функції не відразу очевидні, але в тій або іншій формі вони властиві кожній автоколивальній системі.

Сучасні реалізації високоточного генераторного устаткування містять але декілька АКС, різні системи рахунку коливань, індикації, внутрішньої синхронізації, наприклад, атомною КС кварцевого ГУН і або систему прив'язки до глобальної навігаційної системи, а також функції оцінки якості коливань, управління резервуванням і т. д..

.2 Основні типи пристроїв синхронізації (генераторів тактових імпульсів)

Використовувані сучасні промислові пристрої синхронізації включають кварцеві, рубідієві, цезієві і водневі пристрої. Приблизно у такому ж порядку зростає їх вартість. Генератори тактової частоти - автогенератори, використовувані в сучасних облаштуваннях синхронізації цифрових систем зв'язку, розрізняють:

1)      за принципом фізичної реалізації коливальної системи:

·        кварцеві;

·        атомні: на цезієвих пучках, на рубідієвих газових комірках, водневі або оптичні лазери.

2)      по якості генерованого сигналу і функціях, що виконуються в мережі:

·        первинні;

·        вторинні;

·        місцеві;

·        відомі і ведені;

·        загальностанційні - головні для всього обладнання електрозв’язку в даній будівлі або комплексі будівель.

Первинний стандарт частоти (в українській термінології ПЕГ - первинний еталонний генератор) - це джерело стандартної частоти, яке не потребує регулювання з боку іншого еталонного задаючого генератора. Приклади первинних стандартів частоти - атомні стандарти на цезієвих пучках і водневі квантові підсилювачі (мазери).

Вторинний стандарт частоти (в українській термінології ВЗГ - вторинний задаючий генератор) - це джерело стандартної частоти, яка може регулюватися (і зазвичай регулюється) за деяким первинним стандартом. Прикладами вторинних стандартів частоти є високоякісні кварцеві генератори, а також атомні стандарти на рубідієвих газових осередках. Вторинні облаштування синхронізації у свою чергу діляться за якістю і місцю в мережі.

.3 Принципи фізичної реалізації стандартів частоти

Кварцеві генератори:

Кварцеві генератори складають основу технологій часу і частоти. Кварцеві генератори (англійське позначення: ХО - Crystal Oscillator) грунтовані на ефекті п'єзоелектрики : під впливом змінного електричного поля в кристалі кварцу (резонаторі) поширюються механічні деформації. Коли акустичні хвилі задовольняють заданим граничним умовам, кристал входить в резонанс. Діапазон частоти резонансу - від 10 кГц до 1 ГГц, але частіше всього від 5 до 10 Мгц. Кварцевий резонатор включається в ланцюг позитивного зворотного зв'язку для збудження і підтримки коливань : в стійкому стані на частоті резонансу зрушення фази в замкнутому ланцюзі складає 0 або 1, і амплітуда коливань постійна. Отриманий таким чином сигнал синхронізації характеризується високою короткочасною стабільністю.

Окрім описаної вище простої моделі кварцевого генератора існують складніші варіанти, що дозволяють отримати синхросигнал більш високої якості.

·        Кварцеві генератори з температурною компенсацією (ТСХО -

Temperature - Compensated Crystal Oscillator) автоматично управляють частотою коливань відповідно до змін температури кристала.

·        Термостатовані кварцеві генератори (ОСХО - Oven - ControlledOscillator) забезпечують роботу в закритому середовищі з постійною температурою. Резонатор і інші чутливі до температури елементи поміщаються в керований термостат, температура в якому встановлюється як можна ближчою до точки, в якій частота резонатора не залежить від температури. Це дозволяє мінімізувати вплив залишкових температурних змін.

Широке поширення кварцевих генераторів обумовлене, в першу чергу, зручністю використання кварцу. Цей матеріал можна вирощувати у великих кількостях, при низькій вартості, зі значною хімічною чистотою і високою досконалістю кристалічної решітки. Крім того, кварц має низькі електричні втрати. Завдяки цьому практично усі сучасні системи електрозв'язки використовують кварцеві генератори. Дешеві кварцеві генератори забезпечують синхросигналами устаткування цифрових систем зв'язку, а високоякісні використовуються в стандартах частоти.

Число кварцевих генераторів, використовуваних навіть в самих високо-технологічних застосуваннях, дуже велике. Їх число явно перевершує число атомних стандартів на декілька порядків. Хоча їх довготривала стабільність і відхід частоти набагато нижче в порівнянні з аналогічними параметрами атомних стандартів, кварцеві прилади широко затребувані із-за їх низької вартості, малої ваги і невеликих розмірів, високої надійності і малої споживаної потужності.

Атомні стандарти частоти:

Атомні генератори використовують як еталон частоти коливання електромагнітного сигналу, і засновані на квантовому переході між двома енергетичними рівнями певного типу атомів Квантовий пучок електромагнітної енергії називається фотоном і дорівнює різниці енергій між двома рівнями в одному атомі. Вживані нині атомні стандарти частоти використовують властивості трьох елементів: водню Н (у стандартах частоти на водневих мазерах), рубідія Rb⁸⁷ (у стандартах частоти на рубідієвих газових осередках) і цезію Cs¹³³ (в стандартах частоти на цезієвих пучках).

У використовуваних на практиці атомних стандартах частоти енергетичні рівні 1 і 2 визначаються взаємодією між магнітним моментом неспареного електрона атома в основному стані і магнітним моментом атомного ядра (надтонка взаємодія). Оскільки така взаємодія слабка, воно призводить до малої ширини забороненої енергетичної зони Е₂ - Е₁). При цьому частота резонансу V₀ лежить в НВЧ діапазоні сантиметрових хвиль, що і визначає ту, що практичну, що реалізовується атомних резонаторів.

На жаль, інший наслідок малої ширини забороненої зони Е₂ - Е₁, полягає в тому, що при тепловій рівновазі обидва рівні заселені майже однаково. Цю рівновагу необхідно порушити, щоб зробити атомний перехід помітним, наприклад, при вимірі поглинання або випромінювання порцій енергії. Для досягнення цієї мети використовують два методи.

Перший метод заснований на тому, що атом, на різних енергетичних рівнях, має протилежні магнітні моменти. Тому атоми двох енергетичних рівнів можуть бути розділені пропусканням через неоднорідне магнітне поле. Цей метод використовується в стандартах частоти на цезієвих пучках і водневих мазерах.

Другий метод заснований на оптичному накачуванні. Оптичне випромінювання відповідної довжини хвилі використовується для збудження (накачування) атомів і їх переходу, наприклад, з рівня Е₂ на інший рівень з більшою енергією E₃. Спонтанний перехід з рівня Е3 на нижні рівні Е₁ і Е₂ відбувається дуже швидко, і в результаті заселеність одного з двох рівнів Е₁, і Е₂ збільшується. Цей принцип застосовується в рубідієвих стандартах частоти і в стандартах на цезієвому пучку з оптичним накачуванням.

Таким чином, в основу принципу роботи атомних стандартів частоти покладено захоплення частоти резонансу V₀ при максимальній кількості атомних переходів між двома квантовими енергетичними рівнями 1 і 2. Для управління частотою використовується ланцюг зворотного зв'язку, який містить синтезатор від кварцевого генератора, керованого напругою (ГУН) і датчик атомного резонатора.

.4 Активні та пасивні атомні стандарти частоти

В пасивних атомних стандартах на атоми діє сигнал надвисокої частоти, який стимулює атомні переходи. Система зворотного зв’язку вирішує завдання максимізації кількості атомних переходів, регулюючи частоту, що синтезується від кварцового генератора, керованого напругою. Таким чином резонанс досягається тоді, коли частота збудженого надвисокочастотного коливання точно становить V₀.

До пасивних стандартів частоти можна віднести і оптичні генератори, що використовують атомні чи молекулярні переходи між основними і збудженими станами. Джерелом світла для збудження переходів і підстройки часто служить лазер.

В активних стандартах частоти є деякий пристрій, який підтримує автоколивання. Електрична система здійснює фазову підстройку частоти генераторів, керованих напругою на частоті генерованих коливань.

Якість пасивних атомних стандартів залежить від кварцових генераторів. Короткочасна стабільність пасивних атомних стандартів значно гірша, ніж кварцового генератора, що використовується для керування надвисокочастотним генератором. Рубідієві стандарти частоти мають кращі характеристики. їх стабільність перевищує стабільність кварцових осциляторів для періодів часу, що більші, ніж 104с але гірша, ніж у стандартів на пучках. Вони, як правило, менш чутливі до змін оточуючого середовища, ніж кварцові. Упакований рубідієвий стандарт, як правило, менший ніж існуючі цезієві стандарти.

Первинні стандарти частоти на пучках цезію базують на принципі резонансу. Стандартні цезієві пучки займають вагоме місце в системах, де точна частота повинна підтримуватися протягом довгого проміжку часу. Цезієві стандарти відіграють важливу роль в системі GPS, і на бортах супутників.

2. Параметри сигналів на виходах пристроїв синхронізації

2.1 Точність

Під точністю пристроїв синхронізації розуміють максимальну похибку часу або частоти, яку можна виміряти протягом заданого часу (або всього терміну служби).

Коли говорять про точність частоти, розуміють максимальну різницю ∆f_max, з якою ця частота може відрізнятися від свого номінального значення f_н:

Наприклад, максимально допустиме відхилення швидкості первинного цифрового потоку E_l може відрізнятись від номінального значення f₀ = 2048 кбіт/с на величину ∆f = ±102 біт/с.

Для зручності порівняння точності сигналів з різними номінальними значеннями частоти точність виражають переважно у відносному виді - відношенням величини зсуву ∆f до номінального значення і т.д.

Відносні одиниці виражають у мільйонних частках - ppm [мкГц/Гц], а для високоточних пристроїв в біліонних частках - ppb [наноГц/Гц].

На рис. 2.1 показана область допустимих значень частоти сигналу E_l і деякі можливі значення, які можна спостерігати протягом деякого часу. Зліва від осі ординат представлені позначення в абсолютних одиницях, а праворуч - у відносних.