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

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 DVB-
T/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 dipen-
dente dal Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti d' America.

GPS-MXS risulta pionieristico in quanto, avendo la possibilità di usufruire di sorgenti alternati-
ve al GPS, è l'unico strumento in grado di garantire un funzionamento continuativo, indipenden-
temente 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 teleco-
municazioni.

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

                 time
   Source
                                 EXT
     EX:                                                                                                   TX DVB - T/T2
Atomic Clock
                              Time/Freq
                 freq

                                                                                            4 x PPS
          RX
          TX                    E1/T1                Switch             OCXO
                                                                                          4 x 10 MHz

          ETH.                  IEEE
                                1588

                                                           Control and
          Sat Dish               SAT
                                                           Measurement
                               Receiver

    L'OCXO viene disciplinato dal riferimento più 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

Digital
    Instruments

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 disciplina-
mento.

SPECIFICHE TECNICHE PRINCIPALI
Riferimento di Frequenza
Segnale                    10 MHz sinusoidale.
Purezza spettrale          -70 dBc alla massima potenza d’uscita. (armoniche)
                           -75 dBc alla massima potenza d’uscita. (non armoniche)
Rumore di fase             -125 dBc a 1kHz
Uscite                     N° 4 indipendenti
Livello di uscita          13 dBm.
Impedenza di uscita        50 Ohm
Connettori d'uscita        BNC
Stabilità                  1e-12 media giornaliera (OCXO agganciato al GPS in SA)
                           1e-10 media giornaliera (OCXO in free run)

Riferimento di Tempo

Segnale                    1 PPS, 100us Duty, Rising Edge.
Uscite                     N° 4 indipendenti
Livello di uscita          TTL 5 Vpp, Square wave
Impedenza di uscita        50 Ohm
Connettori di uscita       BNC

Sezione GPS
Ricevitore                 L1 1575.42 MHz a 12 canali
Tracking                   A correlazione su 12 satelliti
Accuratezza PPS            < 50 ns in SA
Connettore d'antenna       TNC
Tempo di acquisizione      < 4 minuti

Sezione Ext
Riferimento di Frequenza

Frequenza Standard         1 MHz, 2 MHz, 2.048 MHz, 5 MHz, 10 MHz
Livello d’ingresso         Da -2 dBm a 16 dBm, Sinusoide

Riferimento di Tempo

Periodo Standard           1 PPS
Livello d’ingresso         TTL 5 Vpp, Onda quadra
Impedenza d’ingresso       50 Ohm
Connettori                 BNC

Sezione E1
Segnale Standard           E1 256S multiframe CRC-4
                           (16 frame per multiframe)
Impedenza d’ingresso       75 Ohm
Impedenza di uscita        75 Ohm
Connettori                 BNC

Sezione PTP
Protocollo                 IEEE 1588-2002 (PTPv1)
Ruolo                      Grandmaster clock source (GPS) o slave
Timestamping               Hardware
Precisione                 < 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 risul-
    tati 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 migliora-
    mento 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 preci-
    sione 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).

Digital
    Instruments

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 progetta-
re 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 infe-
riore 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 satelli-
te; 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 proto-
collo 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

Digital
     Instruments

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.

www.digital-instruments.it

           email: info@digital-instruments.it
              phone: (+39) 02.66506250
                fax: (+39) 02.66506103

info@digital-instruments.it
Digital Instruments S.r.l.
Sede Legale:
Via A.M. Ampére, 103
20131 MILANO

Sede Amm.va:
Via Parco degli Scout, 13
20091 BRESSO (MI)

Cap. Soc. 10.400,00 Euro PI-CF 11976360153 R.E.A. 1521054
                            copyright © 2009 Digital Instruments s.r.l.