Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ ЗАДЕРЖКИ СИГНАЛОВ ТОЧНОГО ВРЕМЕНИ В КАНАЛАХ СВЯЗИ

Изобретение относиться к технике измерения сигналов единого точного времени (ЕТВ), при их распределении в сетях электросвязи, построенных на базе систем передачи синхронной и плезиохронной цифровой иерархии в условиях фазовых помех, с целью установки ЕТВ на различных объектах цифровой сети путем определения задержки этих сигналов в системах передачи.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является «Устройство определения временной задержки» (патент на изобретение №2240648, опубликованный в бюл. №32 от 20.11.2004).

Известное устройство содержит первый второй и третий делители частоты с переменным коэффициентом деления, управляющие входы которых соединены с первыми выходами блока управления режимами, блок установки фазы делителя, на вход которого подключены два сигнала фазирования, выходы которого соединены соответственно с входами первого и третьего делителей частоты с переменным коэффициентом деления, выходы которых соединены с первыми входами соответственно первого и второго релейно-фазововых детекторов, выходы которых соединены с входами блока управления режимами, а выходы второго делителя частоты с переменным коэффициентом деления - со вторыми входами соответственно первого и второго релейно-фазововых детекторов, причем дополнительный сигнал подключен к входу второго делителя частоты с переменным коэффициентом деления, измеряемый сигнал подключен к входу третьего делителя частоты с переменным коэффициентом деления, а опорный сигнал подключен к входу первого делителя частоты с переменным коэффициентом деления.

Недостатком прототипа устройства является его низкая помехоустойчивость и сравнительно низкая точность измерения, что ограничивает возможность его применения на цифровой сети связи.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение точности измерений в условиях фазовых помех в каналах связи, которая достигается применением метода многократного измерения в течении всего периода повторения опорного сигнала точного времени с соответствующей обработкой данных, получаемых в результате этих измерений.

Для достижения технического результата в устройство, содержащее первый, делитель частоты с переменным коэффициентом деления, вход которого соединен с входом опорных импульсов устройства, а управляющий вход с первым выходом блока управления режимами, второй и третий выход которого соединены соответственно с управляющими входами второго и третьего делителя частоты с переменными коэффициентами деления, а первый вход - с выходом первого релейно-фазового детектора, первый вход которого соединен с выходом первого делителя частоты с переменным коэффициентом деления, а второй вход - с выходом второго делителя частоты с переменным коэффициентом деления и со вторым входом второго релейно-фазового детектора, первый вход которого соединен с выходом третьего делителя частоты с переменным коэффициентом деления, а выход - со вторым входом блока управления режимами, при этом на входы второго и третьего делителей частоты с переменным коэффициентами деления подключены соответственно входы импульсов дополнительного и измеряемого сигналов, в отличие от прототипа, введены вычислитель, содержащий сумматор, два счетчика, два дополнительных сумматора, триггер-коммутатор, формирователь данных измерения и фиксатор, а также счетчик тактовых импульсов, первый вход которого соединен с входом опорных тактовых импульсов, второй вход - с входом опорного сигнала времени и с первым входом фиксатора в вычислителе, третий вход - с входом измеряемого сигнала времени, а выходы с входами «n» и «0,5ТИ» вычислителя, у которого управляющие входы соединены с управляющими выходами блока управления режимами, так что второй вход фиксатора вычислителя соединен с управляющим входом «Готов», счетные входы сумматора - с выходами «Сигн. 1» и «Сигн. 2», а счетные входы первого и второго счетчиков и первые управляющие входы дополнительных сумматоров - с выходом «Измер», первый же выход вычислителя с триггера-коммутатора «1» соединен с управляющим входом блока управления режимами, а результирующий выход вычислителя, с формирователя данных измерения, является выходом устройства, при этом выход фиксатора соединен с первым управляющим входом сумматора, выход которого соединен со счетными входами первого и второго дополнительных сумматоров, вторые управляющие входы которых соединены с выходами триггера-коммутатора так, что выход «1» соединен с первым управляющим входом первого дополнительного сумматора и управляющим входом первого счетчика, а выход «0» - с первыми управляющими входами второго дополнительного сумматора и второго счетчика, выходы счетчиков соединены с входами триггера-коммутатора так, что вход счета первого счетчика - с входом установки «0» коммутатора, а выход окончания счета второго счетчика - с входом установки «1» и входом дополнительного суммирования первого дополнительного сумматора, причем оба выхода соединены с входом сброса данных в сумматоре, кроме того третий управляющий вход первого дополнительного сумматора соединен с входом «0,5ТИ» вычислителя, а дополнительный счетный вход с выходом второго дополнительного сумматора, а первый счетный вход формирователя данных измерения соединен с выходом первого дополнительного сумматора, второй счетный вход с входом «n₀» вычислителя, управляющий вход с выходом окончания счета первого счетчика и входом сброса фиксатора. Работу устройства поясняют следующие графические материалы:

функциональная схема предлагаемого устройства - фиг.1;

функциональная схема вычислителя - фиг.2;

алгоритм работы блока управления режимами - фиг.3;

алгоритм работы вычислителя - фиг 4.

Предлагаемое устройство (см. фиг.1) содержит три делителя с переменным коэффициентом деления (1), (3) и (4), два релейно-фазовых детектора (2) и (5), блок управления режимами (7), счетчик тактовых импульсов (8) и вычислитель (6), причем выходы первого (1) и второго (3) делителя с переменным коэффициентом деления соединены соответственно с первым и вторым входами первого релейно-фазового детектора (2), а выходы третьего (4) и второго (3) делителя с переменным коэффициентом деления соединены соответственно с первым и вторым входами второго релейно-фазового детектора (5), выходы которых (2 и 5) соединены соответственно с первым и вторым входами блока управления режимами (7), а выходы последнего соединены с управляющими входами всех трех делителей с переменным коэффициентом деления (1), (3) и (4), при этом управляющий выход блока управления режимами (7) соединен с первым входом вычислителя (6), управляющие выходы которого соединены с управляющим входами блока управления режимами (7), а результирующий выход - с выходом устройства, а счетные входы вычислителя соединены с выходами счетчика тактовых импульсов (8), в то же время опорные тактовые импульсы (ТИ₀) подключены к первым входам первого делителя с переменным коэффициентом деления (1) и счетчика тактовых импульсов (8), тактовые импульсы измеряемого сигнала (ТИ_И) - к первым входам третьего делителя с переменным коэффициентом деления (4), а импульсы дополнительного сигнала (ДИ) - к первым входам второго делителя с переменным коэффициентом деления (3), при этом опорный сигнал времени (ОВ) подключен к соответствующему входу вычислителя (6) и второму входу счетчика тактовых импульсов (8), а измеряемый сигнал времени (ИВ) - к третьим входам счетчика тактовых импульсов (8).

Установленный в устройстве вычислитель (6) (см. фиг.2) содержит фиксатор (9), сумматор данных (10), триггер-коммутатор (11), два счетчика (12) и (13), два дополнительных сумматора (15) и (16) и формирователь данных измерения (14), причем вход опорного сигнала времени (ОВ) и управляющий выход «Готов», в составе управляющих выходов блока управления режимами (7), соединены с управляющими входами фиксатора (9), а управляющие выходы блока управления режимами (7): «Сигн. 1» и «Сигн. 2» - со счетными входами сумматора (10), «Измер» - со счетными входами счетчиков (12 и 13) и первыми управляющими входами дополнительных сумматоров (15 и 16), первый же выход вычислителя (6) с коммутатора (11) «1» соединен с управляющим входом блока управления режимами (7), а результирующий выход вычислителя (6) с формирователя данных измерения (14) - с выходом устройства, при этом выход фиксатора (9) соединен с первым управляющим входом сумматора (10), выход которого соединен со счетными входами первого и второго дополнительных сумматоров (15 и 16), вторые же управляющие входы сумматоров (15 и 16) соединены с выходами триггер-коммутатора (11) так, что выход «1» соединен с входом первого дополнительного сумматора (15) и управляющим входом первого счетчика (12), а выход «0» - с входами второго дополнительного сумматора (16) и второго счетчика (13), выходы же счетчиков (12 и 13) соединены с входами триггер-коммутатора (11) так, что вход счета первого счетчика (12) соединен с входом установки «0»(У₀) коммутатора (11), а выход окончания счета второго счетчика (13) - с входом установки «1»(У₁) и входом дополнительного суммирования первого дополнительного сумматора (15), причем оба выхода соединены с входом сброса данных сумматора (10), кроме того, третий управляющий вход первого дополнительного сумматора (15) соединен с входом «0,5ТИ» вычислителя (6), а дополнительный счетный вход - с выходом второго дополнительного сумматора (16), а первый счетный вход формирователя данных измерения (14) соединен с выходом первого дополнительного сумматора (15), второй счетный вход с входом «n₀» вычислителя (6), а управляющий вход - с выходом окончания счета первого счетчика (12) и входом сброса фиксатора (9).

Измерения начинаются в момент поступления сигнала ОВ. При этом счетчик тактовых импульсов (8) начинает считать число ТИ₀, которые подаются на его вход, вплоть до момента приема сигнала ИВ. При этом определяется наличие в этом интервале времени дополнительного 0,5 ТИ₀. В то же время в соответствии с алгоритмом (см. фиг.3) все делители с переменным коэффициентом деления (ДПКД) непрерывно работают от поступающих тактовых импульсов, т.е. не существует точного момента, соответствующего началу процесса получения данных точного измерения. Начаться такие измерения могут с любого момента. Если сигнал «Готов» поступил раньше, чем сигнал ОВ, то триггер-коммутатор (11) стоит в положении «1» и все ДПКД начнут делить соответственно на d₁ и на d₂. При таком делении период поделенных сигналов в ДПКД₁ (1) и ДПКД₃ (4) меньше, чем в ДПКД₂ (3) на N измеряемых единиц. При каждом делении в релейно-фазовом детекторе (РФД) (2 и 5) формируется сигнал ОП, когда передний фронт поделенного сигнала с ДПКД₁ (1) или ДПКД₃ (4) поступил раньше, чем с ДПКД₂ (3), или ОТ, если сигнал с ДПКД₂ (3) поступил раньше. Для более быстрого фазирования делителей коэффициенты деления, соответственно, в ДПКД₁ (1) или ДПКД₃ (4) уменьшается на 1, если получен сигнал ОТ, или увеличивается на 1, если получен сигнал ОП. Если при делении на d₂+1 появляется сигнал ОТ, то в ДПКД₁ (1) и ДПКД₃ (4) устанавливается коэффициент деления равным d₂ и начинается постепенное сближение передних фронтов поделенных сигналов на N измеряемых единиц при каждом периоде деления. В конце концов, сформируется сигнал ОП. Так как при проведении измерений необходимо, чтобы поделенный сигнал с выхода ДПКД₃ (4) был задержан относительно сигнала с выхода ДПКД₁ (1), при поступлении сигнала ОП с выхода РФД₂ (5) производят однократное увеличение периода поделенных сигналов ДПКД₃ (4) на один такт. Этот процесс оканчивается тогда, когда при делении обоих ДПКД на d₂, с РФД₁ (2) поступил сигнал ОП, а с РФД₂ (5) - ОТ. Далее фронт поделенного сигнала с ДПКД₁ (1) сближают с фронтом поделенного сигнала от ДПКД₂ (3) путем установки таких коэффициентов деления, при которых период поделенного сигнала ДПКД₃ (4) меньше на одну измеряемую единицу, чем у ДПКД₁ (1). Фазирование ДПКД₁ (1) оканчивается при поступлении с РФД₁ (2) сигнала ОТ₁. При этом формируется сигнал «Готов» и начинается измерение, если до этого на устройство поступил сигнал ОВ. В процессе измерения сигнал с выхода ДПКД₃ (4) фазируется с сигналом с выхода ДПКД₂, (3) т.е. определяется величина задержки поделенного сигнала ДПКД₃ (4) относительно положения, когда этот сигнал был фазирован с ДПКД₁ (1).

В процессе измерения начинается расчет временного сдвига в вычислителе (6) в соответствии с алгоритмом фиг.4. Необходимые для проведения расчетов управляющие сигналы («Сигн. 1», «Сигн. 2» и Измер.) формируются в блоке управления режимами (7) в соответствии с алгоритмом фиг.3.

В процессе измерения сначала устанавливают такие коэффициенты деления, при которых период поделенного сигнала с ДПКД₃ (4) меньше периода сигнала ДПКД₂ (3) на N единиц и на вычислитель (6) в составе сигналов управления поступает «Сигн. 1» при каждом периоде деления. Когда сигнал с ДПКД₃ (4) начнет опережать сигнал ДПКД₂ (3) формируется в РФД₂ (5) сигнал ОП₂ и начинается сближение сигналов на входе РФД₂ (5) по одной единице при каждом делении. При этом на вход вычислителя поступает «Сигн. 2». Когда фазирование достигнуто, то формируется «Измер» и в зависимости от установленного режима вычислителя («1» или «0» в триггер-коммутаторе) по сигналу управления (1-й Выход) производится повторное вычисление или перед проведением вычислений проводится фазирование по описанному выше алгоритму. До поступления сигнала ОВ 1-й выход вычислителя (6) соответствует положению «1», а сигнал «Готов» не оказывает никакого воздействия на работу вычислителя (6). При этом в соответствии с алгоритмом фиг.3 происходит последовательный переход от режима фазирования к режиму вычисления и обратно к режиму фазирования.

Работу вычислителя поясняет функциональная схема, изображенная на фиг.2 и алгоритм, показанный на фиг 4.

Работа вычислителя начинается при поступлении сигнала «Готов», при условии, что до этого поступил сигнал ОВ, и заканчивается при сигнале заполнении счетчика с выхода первого счетчика (12), по которому результаты измерения поступают на выход устройства. Фиксатор режима измерений (9) определяет период времени, в течение которого сумматор принимает данные, соответствующие «Сигн. 1» и «Сигн. 2» и производит их сложение. Т.к. в триггер-коммутаторе (11) установлен режим «1», то сигнал «Измер» с выхода коммутатора записывает данные сумматора в 1-й дополнительный сумматор (15) и подает импульс на счетчик (12). В 1-м дополнительном сумматоре (15) полученные данные от сумматора n₁ суммируются с имеющимися данными (n₂=n₂+n₁). Одновременно добавляется 1 в счетчике (12) (n₄). Выходной сигнал этого счетчика (12), при условии, что n₄ не равно N₂, т.е. счетчик не заполнен, поступает на коммутатор (11), устанавливая режим «0». При этом обнуляются данные сумматора (10) и в 1-м дополнительном сумматоре (15) определяют и устраняют возможную ошибку в положении импульсов ТИ_И за счет наличия помех в канале связи, считая при этом, что уровень этих помех в интервале между двумя ОВ не превышает 0,25 периода ТИ, т.е. N₃ минимальных интервалов суммирования в сумматоре (10). Сигнал наличия 0,5ТИ с выхода счетчика тактовых импульсов (8) показывает наличие дополнительно 0,5ТИ_о в измеряемом временном интервале. Если 0,5ТИ=0, то измеряемый сдвиг фаз ТИ не может быть больше 0,75 N₃, т.е. если полученный сигнал больше 0,75, то из измеренных данных надо вычесть величину периода ТИ, т.е. величину N₃, т.к. за счет помех число ТИ₀ в измеряемом интервале меньше, чем замерено счетчиком тактовых импульсов. В результате данные измерения отрицательные, т.е. меньше записанных в 1-й дополнительный сумматор (15) на величину N₃. Аналогично, при 0,5ТИ=1 и результатах измерения, меньших 0,25, необходимо увеличить данные 1-го дополнительного сумматора (15) на величину N₃. Рассчитанное значение измеряемой задержки, запоминается в 1-м дополнительным сумматоре (15). В дальнейшем повторяется режим измерения, и сумматор (10) набирает новые данные, которые переписываются во 2-й дополнительный сумматор (16) и 2-й счетчик (13), который подсчитывает количество таких измерений. Когда число измерений n₅=N₁ данные 2-го дополнительного сумматора (16) делятся на число проведенных измерений и подаются в 1-й дополнительный сумматор (15) в качестве корректирующей поправки. После этого в триггер-коммутаторе (11) устанавливается «1». Все процессы повторяются до тех пор, пока 1-й счетчик (12) не отметит, что прошло N₂ измерений. При этом обеспечивается перенос всех данных 1-го дополнительного сумматора (15) в формирователь данных измерения (14), в котором уже имеются данные о числе n₀, полученных от счетчика тактовых импульсов (8). В формирователе данных измерений (14) производится суммирование полученных донных и приведение их к одному масштабу, который может быть значительно меньше, чем шаг измерения. Этот шаг уменьшается в N₄/N₂=N₅/N₃ раз. Полученные таким образом данные измерений поступают на выход устройства.

Таким образом, расчет фактической задержки измеряемого сигнала происходит в вычислителе (6) путем проведения многократных измерений задержки ТИ_и относительно ТИ₀,по описанному выше алгоритму, и суммирование их с данными счетчика тактовых импульсов (8).