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Digital Instruments

INNOVATIVE SOLUTIONS FOR DVB-T/T2 SINGLE FREQUENCY NETWORK SYNCHRONIZATION GPS-MXS IL PROGETTO SOS


Digital Instruments GPS-MXS Generatore di segnali di riferimento Tempo-Frequenza a sorgenti multiple Digital Instruments, a seguito della sua affermata esperienza relativa alle soluzioni di rete SFN, ha sviluppato molteplici apparati in grado di generare con estrema precisione il riferimento Tempo-Frequenza (PPS, 10 MHz), fondamentale per la sincronizzazione dei segnali DVBT/T2. Finora, tutte queste macchine sono state disciplinate esclusivamente dal sistema GPS, che ha raggiunto dei livelli di precisione molto elevati; tuttavia, questo sistema, è integralmente dipendente dal Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti d' America. GPS-MXS risulta pionieristico in quanto, avendo la possibilità di usufruire di sorgenti alternative al GPS, è l'unico strumento in grado di garantire un funzionamento continuativo, indipendentemente da ogni eventuale malfunzionamento o degradamento volontario del sistema GPS. GPS-MXS prevede quattro distinti ingressi per quattro tipologie di sorgente: •

GPS: La sorgente tradizionale, e finora utilizzata in ogni applicazione Digital Instru ments.

External Reference (Ext): Supporta varie tipologie di segnale Tempo (1 PPS) e frequenza (1 MHz, 2 MHz, 2.048 MHz, 5 MHz, 10 MHz) che possono essere fornite indipendentemente.

E1/T1: Questi segnale operano al valore nominale di 2.048/1.536 Mbps e sono uno stan dard di comunicazione in gran parte del mondo. Possono essere utilizzati per diffondere la sincronizzazione da un apparato collegato ad una sorgente di ottima qualità (GPS se possibile, oppure orologio atomico), utilizzato come Master, agli apparati Slave sparsi sul territorio, mediante protocollo SDH (Synchronous Digital Hierarchy), usato per la trasmissione di dati su fibra ottica o cavo.

IEEE 1588: Riferimento di frequenza e di tempo trasportato su reti ethernet in grado di supportarlo.

La caratteristica di GPS-MXS di essere in grado di trattare diverse tipologie di segnale, lo rende l'apparato ottimale per poter operare negli ambiti di cruciale importanza per il futuro delle telecomunicazioni. Ulteriore caratteristica di GPS-MXS, è la possibilità di caratterizzare la qualità delle sorgenti fornite in ingresso all’apparato attraverso l’analisi del rapporto Δf/f (variazione del valore di frequenza sulla frequenza nominale) di ciascuna fonte.


Schema di funzionamento di GPS-MXS

Radio GPS Source EX: Atomic Clock

time

freq

EXT Time/Freq

TX DVB - T/T2

4 x PPS

RX TX

E1/T1

Switch

OCXO 4 x 10 MHz

ETH.

Sat Dish

IEEE 1588

SAT Receiver

Control and Measurement

L'OCXO viene disciplinato dal riferimento pi첫 adeguato tra i cinque possibili, mediante un meccanismo di Switch automatico o manuale. In uscita vengono forniti quattro riferimenti di tempo (PPS) e quattro di frequenza (10 MHz).

Foto Fronte e retro dell'apparato GPS-MXS


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GPS-MXS per la caratterizzazione delle sorgenti Il GPS-MXS è stato realizzato anche per confrontare la qualità delle diverse sorgenti fornite in ingresso all'apparato attraverso l'analisi del rapporto Δf/f (variazione del valore di frequenza sulla frequenza nominale) di ciascuna fonte. L’analisi è supportata da un grafico che mostra l'andamento di questi rapporti nel tempo.

Inoltre è possibile visualizzare sia su interfaccia web, sia su display LCD , il ritardo, espresso in nanosecondi, tra il PPS generato in uscita dall’apparato e le diverse sorgenti di disciplinamento.


SPECIFICHE TECNICHE PRINCIPALI Riferimento di Frequenza Segnale Purezza spettrale

Rumore di fase Uscite Livello di uscita Impedenza di uscita Connettori d'uscita Stabilità

10 MHz sinusoidale. -70 dBc alla massima potenza d’uscita. (armoniche) -75 dBc alla massima potenza d’uscita. (non armoniche) -125 dBc a 1kHz N° 4 indipendenti 13 dBm. 50 Ohm BNC 1e-12 media giornaliera (OCXO agganciato al GPS in SA) 1e-10 media giornaliera (OCXO in free run)

Riferimento di Tempo Segnale Uscite Livello di uscita Impedenza di uscita Connettori di uscita

Sezione GPS

Ricevitore Tracking Accuratezza PPS Connettore d'antenna Tempo di acquisizione

1 PPS, 100us Duty, Rising Edge. N° 4 indipendenti TTL 5 Vpp, Square wave 50 Ohm BNC L1 1575.42 MHz a 12 canali A correlazione su 12 satelliti < 50 ns in SA TNC < 4 minuti

Sezione Ext Riferimento di Frequenza Frequenza Standard Livello d’ingresso

1 MHz, 2 MHz, 2.048 MHz, 5 MHz, 10 MHz Da -2 dBm a 16 dBm, Sinusoide

Riferimento di Tempo Periodo Standard Livello d’ingresso Impedenza d’ingresso Connettori

1 PPS TTL 5 Vpp, Onda quadra 50 Ohm BNC

Sezione E1 Segnale Standard Impedenza d’ingresso Impedenza di uscita Connettori

E1 256S multiframe CRC-4 (16 frame per multiframe) 75 Ohm 75 Ohm BNC

Sezione PTP Protocollo Ruolo Timestamping Precisione

IEEE 1588-2002 (PTPv1) Grandmaster clock source (GPS) o slave Hardware < 1 µs


Digital Instruments Proposte Digital Instruments per garantire la massima sicurezza per la sincronizzazione delle reti: il Progetto SOS – Sync Over Sat/Sync Over SDH/Sync Over Ethernet Attualmente, il GPS è il sistema di posizionamento globalmente utilizzato per le operazioni di sincronizzazione. Il Progetto SOS è nato per garantire adeguate alternative, dal momento che sistemi di posizionamento analoghi quali GALILEO, GLONASS e altri, non saranno disponibili e sufficientemente affidabili ancora per anni. Poiché una rete non adeguatamente progettata e con punti deboli tecnologici, può portare a risultati disastrosi, come una situazione di buio in zone abitate da milioni di persone, si intuisce come la sincronizzazione dei segnali tra le varie postazioni sia una tematica di primaria importanza. Fulcro di questo progetto è il GPS-MXS, che permette di disporre, oltre che del GPS, anche di sorgenti alternative. Il progetto mira a strutturare una rete di dispositivi sul territorio nazionale comunicanti in maniera indipendente, che gestiti da un apparato Master permettano una sincronizzazione ad alta precisione delle postazioni trasmittenti, a prescindere dal GPS.

Sync Over Sat Sync Over Sat è l'applicazione del progetto SOS che utilizza il satellite. Sicuramente questo è un ambito di primaria importanza, poiché la tecnologia satellitare permette di coprire vaste aree, anche poco densamente abitate, mantenendo i costi contenuti. Risulta quindi il supporto irrinunciabile per molte zone che altrimenti risulterebbero isolate. Inoltre, il miglioramento delle performance di trasmissione e ricezione dati, lo rendono una delle tecnologie che sicuramente diventeranno sempre più capillari nel prossimo futuro. Alla luce di queste considerazioni, Digital Instruments si è dotata di tecnologia satellitare per ottimizzare l'hardware necessario e sufficiente per le applicazioni di trasferimento di segnali tempo-frequenza. Sono stati quindi studiati modelli matematici che hanno permesso un'adeguata stima della precisione dei segnali di sincronizzazione; queste stime, sono state poi testate sul campo, confermando la bontà dell'ipotesi e l'effettiva realizzabilità del progetto. Nella figura è rappresentato un esempio di rete su scala regionale, nella quale si può vedere un impianto principale (MASTER) e molteplici impianti secondari (Slave).


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GPS-MXS è stato progettato in modo tale che possa generare il segnale PPS in differenti istanti, a seconda del tempo impiegato dal segnale a giungere da Master a Slave. Dal momento che ci sono delle variazioni significative nella posizione orbitale dei satelliti, è stato necessario progettare un sistema ad anello ad aggancio di frequenza, e quindi di tempo, per correggere le variazioni temporali mobili. Attualmente, si è riusciti ad effettuare una ricostruzione del segnale Master con precisione inferiore al microsecondo.

CORREZIONE

Il segnale PPS di sincronizzazione Master è controllato in fase – o posizione temporale - da un sistema analogo al PLL, che tiene conto delle variazioni della posizione del satellite, ricevendo se stesso come segnale di riferimento, comparando il tempo di propagazione in tempo reale. Disciplinando il segnale PPS principale, verranno disciplinati i PPS secondari distribuiti nel territorio, che partiranno chiaramente in istanti differenti rispetto al Master, a causa della distanza geografica da quest'ultimo.

Schema di funzionamento del progetto Sync Over Sat


Digital Instruments Sync Over SDH In base a quanto visto, GPS-MXS è strutturato per operare anche su supporti diversi da satellite; Sync Over SDH è la soluzione dedicata alle problematiche di sincronizzazione per impianti che abbiano a disposizione la fibra ottica o i cavi elettrici, dal momento che utilizzano il protocollo SDH su E1/T1, che è quello attualmente in uso per queste applicazioni. Sync Over SDH è particolarmente indicato per quelle zone ad elevata densità demografica, che si trovino in un contesto in cui gli impianti siano già cablati o di futuro cablaggio. Le due immagini, rappresentano il principio di funzionamento del Progetto Synch Over SDH


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Sync Over Ethernet IEEE 1588 è uno standard che rende possibile la sincronizzazione di dispositivi collegati mediante una rete Ethernet dedicata, in tempi inferiori al microsecondo. Le enormi potenzialità di questo protocollo sono evidenti, soprattutto qualora ci fosse la scelta adottare la tecnologia e dunque di investire nella realizzazione di una rete apposita.

Sync Over Ethernet ha un principio di funzionamento analogo a quello dei due progetti affini Sync Over Sat e Sync Over SDH. Il punto fondamentale è rappresentato dal fatto che con un unico apparato, GPS-MXS, si può ottenere una sincronizzazione dei segnali ad alta affidabilità su tutti i principali supporti fisici, sia già disponibili ed operativi, che di futuro sviluppo.


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