izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2023-2-24-29izmertech-1497Research ArticleИЗМЕРЕНИЯ ВРЕМЕНИ И ЧАСТОТЫTIME AND FREQUENCY MEASUREMENTSВысокоточное сравнение шкал времени по волоконно-оптическим линиям с использованием спутниковых модемов с дополнительной тоновой модуляциейHigh-precision comparison of time scales over fiber optic lines using satellite modems with additional tone modulationhttps://orcid.org/0000-0002-9085-0353НаумовА. В.NaumovA. V.

Андрей Владимирович Наумов

Менделеево

Andrey V. Naumov

Mendeleevo, Moscow region

naumov@vniiftri.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7405-8609БалаевР. И.BalaevR. I.

Роман Игоревич Балаев

Менделеево

Roman I. Balaev

Mendeleevo, Moscow region

balaev@vniiftri.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5680-556XМалимонА. Н.MalimonA. N.

Александр Никифорович Малимон

Менделеево

Alexander N. Malimon

Mendeleevo, Moscow region

amalimon@vniiftri.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2125-7019КобяковР. С.KobyakovR. S.

Роман Сергеевич Кобяков

Н. Новгород

Roman S. Kobyakov

Nizhny Novgorod

kobyakov.r@vremya-ch.comhttps://orcid.org/0000-0002-4557-5276ЖегловА. В.ZheglovA. V.

Александр Викторович Жеглов

Н. Новгород

Alexander V. Zheglov

Nizhny Novgorod

zheglov@vremya-ch.comВсероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измеренийРоссияRussian Metrological Institute of Technical Physics and Radio Engineering MeasurementsRussian FederationАО «Время-Ч»РоссияJSC “Vremya-CH”Russian Federation202320032023022429Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20232023ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/1497

Рассмотрено применение нового типа модемов с псевдошумовым кодированием и дополнительной тоновой модуляцией, разработанных для сравнения эталонных шкал времени по спутниковым каналам связи. Проведены экспериментальные исследования сравнения шкал времени водородных хранителей из состава Государственного первичного эталона единиц времени, частоты и национальной шкалы времени ГЭТ 1-2022 по оптическому каналу связи с использованием рассматриваемых модемов. В качестве канала связи применяли волоконно-оптические линии разной длины, по которым осуществлялась двухсторонняя передача сигналов. Выходные радиочастотные сигналы модемов с помощью оптических трансмиттеров, подключённых к концам волоконных линий, встречно передавались на оптической несущей частоте с длиной волны 1,55 мкм. Демодуляция оптических сигналов в радиочастотный диапазон происходила на концах волоконных линий оптическими ресиверами. Приведены результаты экспериментальной оценки неопределённости типа А при сравнении шкал времени по волоконно-оптическим линиям длиной 50; 100; 200 км. На линии длиной 200 км неопределённость измерений по типу А при сравнении шкал времени не превышает 3 пс в суточном интервале измерений. Экспериментально показано, что реализация метода сравнений шкал времени с модемами с псевдошумовым кодированием и дополнительной тоновой модуляцией возможна по волоконно-оптической линии длиной 200 км без промежуточных оптических усилителей. Это открывает перспективу создания каскадированных систем сравнений шкал времени удалённых эталонов по волоконно-оптическим линиям связи с меньшим количеством промежуточных оптических усилителей.

The use of a new type of modems with pseudonoise coding and additional tone modulation designed to compare reference time scales over telecommunication geostationary satellites is considered. Experimental studies were carried out on the possibility of comparing time scales of hydrogen keepers from the State primary standard of unit of time, frequency and national time scale using these modems via an optical link. A fiber-optical lines of various lengths were used for a two-way signal transmission. The output radio-frequency signals of the modems connected to the optical transmitters at the ends of the fiber-optical lines were transmitted towards each other on an optical carrier with a wavelength of 1.55 μm. Demodulation of optical signals into the radio frequency range was carried out using optical receivers at the ends of fiber lines. The results of experimental evaluation of type A uncertainty by comparing time scales using fiber-optical lines with 50, 100, and 200 km of length are presented. For the 200 km line, the type A measurement uncertainty does not exceed 3 ps for one day of averaging interval. For the first time, it has been experimentally shown that the implementation of the method of time scales comparison using modems with pseudo-noise coding and additional tone modulation over 200 km of fiber line is possible without the intermediate optical amplifiers. The result opens up the prospect of creating cascaded systems for comparing time scales of remote standards via fiber-optic communication lines with a smaller number of intermediate optical amplifiers.

передача эталонных сигналовсигналы времени и частотымодемпсевдошумовое кодированиедополнительная тоновая модуляцияволоконно-оптическая линия связиметодсравнение шкал времениtransmission of reference signalstime and frequency signalsmodempseudo-noise codingadditional tone modulationfiber-optic communication linemethodcomparison of time scalesReferencesСутырин Д. В., Грибов А. Ю., Балаев Р. И., Горохина А. А., Пальчиков В. Г., Малимон А. Н., Слюсарев С. Н. На пути к формированию оптической шкалы времени во ВНИИФТРИ // Квантовая электроника. 2022. Т. 52. № 6. С. 498–504. https://doi.org/10.1070/QEL18058Sutyrin D. V., Gribov A. Yu., Balaev R. I., Gorokhina A. A., Pal’chikov V. G., Malimon A. N., Slyusarev S. N. Quantum Electronics, 2022, vol. 52, no. 6, pp. 498–504. https://doi.org/10.1070/QEL18058Рекомендация МСЭ-R TF.1153-4 (08/2015). Оперативное использование двухсторонней передачи сигналов времени и частоты через спутники с применением псевдослучайных шумовых кодов. URL: https://www.itu.int/dms_pubrec/itu-r/rec/tf/R-REC-TF.1153-4-201508-I!!PDF-R.pdf (дата обращения: 11.01.2023).Recommendation ITU-R TF.1153-4 (08/2015). The operational use of two-way satellite time and frequency transfer employing pseudorandom noise codes URL: https://www.itu.int/dms_pubrec/itu-r/rec/tf/R-REC-TF.1153-4-201508-I!!PDF-R.pdfSchafer W. Two-Way Time and Frequency Transfer via Satellite TWSTFT. 2013 Asia-Pacific Radio Science Conference Taipei, Taiwan, September 3–7, 2013.Schafer W. Two-Way Time and Frequency Transfer via Satellite TWSTFT. 2013 Asia-Pacific Radio Science Conference Taipei, Taiwan, September 3–7, 2013.Schaefer W., Pawlitzki A., Kuhn T. New trends in two-way time and frequency transfer via satellite. 31st Annual Precise Time and Time Interval Systems and Applications Meeting, Dana Point, California December 7–9, 1999, available at: https://www.timetech.de/fileadmin/Documents/new-trends-in-two-way-timeand-frequency.pdf (accessed: 11.01.2023).Schaefer W., Pawlitzki A., Kuhn T. New trends in two-way time and frequency transfer via satellite. 31st Annual Precise Time and Time Interval Systems and Applications Meeting, Dana Point, California December 7–9, 1999, available at: https://www.timetech.de/fileadmin/Documents/new-trends-in-two-way-timeand-frequency.pdf (accessed: 11.01.2023).Fujieda M., Gotoh T., Nakagawa F., Tabuchi R., Aida M., Amagai J. IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, Dec. 2012, vol. 59, no. 12, pp. 2625–2630. https://doi.org/10.1109/TUFFC.2012.2503Fujieda M., Gotoh T., Nakagawa F., Tabuchi R., Aida M., Amagai J. IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, Dec. 2012, vol. 59, no. 12, pp. 2625–2630. https://doi.org/10.1109/TUFFC.2012.2503Fujieda M., Piester D., Gotoh T., Becker J., Aida M., Bauch A. Metrologia, 2014, vol. 51, no. 3, 253. https://doi.org/10.1088/0026-1394/51/3/253Fujieda M., Piester D., Gotoh T., Becker J., Aida M., Bauch A. Metrologia, 2014, vol. 51, no. 3, 253. https://doi.org/10.1088/0026-1394/51/3/253Gotoh T., Amagai J., Hobiger T., Fujieda M., Aida M. CPEM 2010, Daejeon, Korea (South), 2010, pp. 460–461. https://doi.org/10.1109/CPEM.2010.5545320Gotoh T., Amagai J., Hobiger T., Fujieda M., Aida M. CPEM 2010, Daejeon, Korea (South), 2010, pp. 460–461. https://doi.org/10.1109/CPEM.2010.5545320Кобяков Р. С., Медведев С. Ю., Мишагин К. Г., Наумов А. В., Блинов И. Ю. Разработка DPN модема с конфигурируемыми поднесущими частотами, первые результаты измерений // Альманах современной метрологии. 2020. № 2(22). С. 73–82.Kobyakov R. S., Medvedev S. Y., Midhagin K. G., Naumov A. V., Blinov I. Y. Development of DPN modem with selectable carrier frequencies, first results of measurements. Al’manac of Modern Metrology, 2020, no. 2(22), pp. 73–82 (In Russ.)Варакин Л. Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. М.: Радио и связь, 1985. 384 с.Varakin L. E. Communication systems with noise-like signals. Moscow, Radio and Сommunication Publ., 1985, 384 p. (In Russ.)SATRE 10139 Datasheet, available at: https://www.yumpu.com/en/document/view/6665851/satre-satellite-time-andranging-equipment-timetech-gmbh (accessed: 11.01.2023).SATRE 10139 Datasheet, available at: https://www.yumpu.com/en/document/view/6665851/satre-satellite-time-andranging-equipment-timetech-gmbh (accessed: 11.01.2023).Gotoh T., Fujieda M., Amagai J., Aida M., Tabuchi R., Maeno M., Hanado Y. TWSTFT Experiments using Carrier Phase and DPN Signals. 2013 Asia-Pacific Radio Science Conference, 2013.Gotoh T., Fujieda M., Amagai J., Aida M., Tabuchi R., Maeno M., Hanado Y. TWSTFT Experiments using Carrier Phase and DPN Signals. 2013 Asia-Pacific Radio Science Conference, 2013.Наумов А. В., Балаев Р. И., Малимон А. Н., Федорова Д. М. Двухсторонняя передача сигналов времени и частоты по оптическим линиям связи с использованием модемов SATRE // Измерительная техника. 2018. № 10. С. 41–46. https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2018-10-41-46Naumov A. V., Balaev R. I., Malimon A. N., Fedorova D. M. Measurement Techniques, 2019, vol. 61, pp. 1009–1017. https://doi.org/10.1007/s11018-019-01541-0Lopez O., Kanj A., Pottie P., Rovera D., Achkar J., Chardonnet C., Amy-Klein A., Santarelli G. Applied Physics B, 2013, vol. 110, pp. 3–6. https://doi.org/10.1007/s00340-012-5241-0Lopez O., Kanj A., Pottie P., Rovera D., Achkar J., Chardonnet C., Amy-Klein A., Santarelli G. Applied Physics B, 2013, vol. 110, pp. 3–6. https://doi.org/10.1007/s00340-012-5241-0Piester D., Fujieda M., Rost M., Bauch A. Proc. 41st Precise Time and Time Interval (PTTI) Systems and Applications Meeting, 16–19 Nov. 2009, Santa Ana Pueblo, New Mexico, USA. https://doi.org/10.48550/arXiv.1001.5406Piester D., Fujieda M., Rost M., Bauch A. Proc. 41st Precise Time and Time Interval (PTTI) Systems and Applications Meeting, 16–19 Nov. 2009, Santa Ana Pueblo, New Mexico, USA. https://doi.org/10.48550/arXiv.1001.5406Rost M., Piester D., Yang W., Feldmann T., Wübbena T., Bauch A. Metrologia, 2012, vol. 49, no. 6, 772. https://doi.org/10.1088/0026-1394/49/6/772Rost M., Piester D., Yang W., Feldmann T., Wübbena T., Bauch A. Metrologia, 2012, vol. 49, no. 6, 772. https://doi.org/10.1088/0026-1394/49/6/772Wen-Hung Tseng, Shinn-Yan Lin. NCSLI Measure: J. Meas. Sci. 2013, vol. 8, no. 2, pp. 70–77. https://doi.org/10.1080/19315775.2013.11721643Wen-Hung Tseng, Shinn-Yan Lin. NCSLI Measure: J. Meas. Sci. 2013, vol. 8, no. 2, pp. 70–77. https://doi.org/10.1080/19315775.2013.11721643

The authors declare that there are no conflicts of interest present.