光纖傳輸時(shí)延自動(dòng)鎖定及均衡補(bǔ)償方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種適用于光纖通信網(wǎng)絡(luò)的光纖傳輸時(shí)延自動(dòng)鎖定及均衡補(bǔ)償方法，該方法在現(xiàn)有的光纖傳輸設(shè)備SDH體系下，通過加入零衰耗可程控光纖時(shí)延均衡補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合光纖時(shí)延在線監(jiān)測技術(shù)，合理選取C標(biāo)和與它對(duì)應(yīng)的時(shí)間間隔碼Txk碼，利用往返對(duì)比鎖相技術(shù)將主從站之間的光纖時(shí)延值的變化剝離分割開，去除它對(duì)時(shí)間頻率同步的負(fù)面影響，采用三點(diǎn)歸一精確測量算法將光纖時(shí)延的變化恒定地控制在極小的范圍之內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了高精度的時(shí)間和頻率同步。本發(fā)明提供的方法與光纖時(shí)延在線監(jiān)測技術(shù)結(jié)合應(yīng)用，可以將光纖傳輸?shù)臅r(shí)延變化牢牢地控制在≤（1ns/天～2ns/天～5ns/天～10ns/天）的范圍之內(nèi)。
【專利說明】光纖傳輸時(shí)延自動(dòng)鎖定及均衡補(bǔ)償方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光纖通信【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)中光纖時(shí)延的自動(dòng)鎖定及 均衡補(bǔ)償?shù)姆椒ā?br>
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著光通信傳輸技術(shù)的發(fā)展，極其精準(zhǔn)的時(shí)間頻率同步技術(shù)(<lns、< 1E-13 / 天，即比現(xiàn)有的時(shí)間頻率精度高100倍)已成為全世界時(shí)間頻率研究的重大課題。而當(dāng)前運(yùn) 行的時(shí)間頻率同步網(wǎng)，由于時(shí)間頻率信號(hào)在光纖通信網(wǎng)絡(luò)傳遞的過程中損傷較大，因此很 難實(shí)現(xiàn)。針對(duì)光纖時(shí)延的精確測量問題，國內(nèi)學(xué)者提出了一些有益的方法，有的申請了相關(guān) 的發(fā)明專利，例如：
[0003] 1、發(fā)明名稱："一種時(shí)間延遲不對(duì)稱差值自動(dòng)均衡補(bǔ)償方法"，發(fā)明人：李忠文、孟 志才，申請公布號(hào)CN101977105A，申請公布日2011年02月16日。利用該發(fā)明專利所述的 方法可以使主一從的UTC時(shí)刻相對(duì)偏差維持在< +f⑴之內(nèi)。但是，該方法在實(shí)際 應(yīng)用中除了誤差較大外，還存在對(duì)光纖傳輸時(shí)延的緩慢變化(指松耦合等效濾波帶內(nèi)的漂 移）無法控制的現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)均衡補(bǔ)償?shù)碾娐芬脖容^復(fù)雜等缺點(diǎn)。
[0004] 2、發(fā)明名稱："一種時(shí)間延遲不對(duì)稱差值精準(zhǔn)測量的方法"，發(fā)明人：李忠文、孟志 才、熊開國、郝東，申請公布號(hào)CN102916743A，申請公布日2013年02月06日。利用該發(fā)明 專利所述的方法，通過三維時(shí)間坐標(biāo)點(diǎn)算法，在實(shí)驗(yàn)室模擬實(shí)驗(yàn)中，可以使主一從同步精度 達(dá)到：相對(duì)頻率偏差< ±5Ε-14 /天，相對(duì)時(shí)間間隔偏差< ±20ns/天。但是，該方法存在 著光纖時(shí)延的變化較大，且不能解決光纖時(shí)延隨溫度變化產(chǎn)生日波動(dòng)、月波動(dòng)、年波動(dòng)和光 纖老化漂移，會(huì)引入極其緩慢的時(shí)延漂移和漂移累積等問題。
[0005] 國內(nèi)許多公司采用精密的測量儀表可將此變化值測量得比較精確并一次性補(bǔ)償， 達(dá)到通信網(wǎng)絡(luò)的基本要求。但是隨著時(shí)間、溫度、老化等極其緩慢的變化，光纖傳輸時(shí)延 值會(huì)發(fā)生隨機(jī)變化，它會(huì)使光通信網(wǎng)絡(luò)的從站同步設(shè)備單元在較長時(shí)間的運(yùn)行后，產(chǎn)生錯(cuò) 誤的時(shí)間頻率偏差，產(chǎn)生惡性循環(huán)的漂移累積，使時(shí)間同步誤差超限，造成光傳輸網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn) 定、通信故障告警等。因此，光纖時(shí)延是影響時(shí)間同步的重要因素之一，必須想方設(shè)法對(duì)它 進(jìn)行補(bǔ)償和控制。
[0006] 光纖時(shí)延隨溫度變化產(chǎn)生日波動(dòng)、月波動(dòng)、年波動(dòng)和光纖老化漂移，會(huì)引入極其緩 慢的時(shí)延漂移和漂移累積，這種極其緩慢的變化可以用隨機(jī)過程函數(shù)來描述，如何將其收 斂為符合平穩(wěn)隨機(jī)過程的研究資料目前尚未見公開報(bào)道。
[0007] 本發(fā)明的核心技術(shù)之一就是將光纖時(shí)延變化的隨機(jī)過程成功地收斂為符合平穩(wěn) 隨機(jī)過程的硬件和軟件實(shí)現(xiàn)的技術(shù)和方法。
[0008] 利用光纖時(shí)延在線監(jiān)測技術(shù)可以精準(zhǔn)測量出每根光纖的時(shí)延，但是光纖時(shí)延值隨 溫度變化將產(chǎn)生日波動(dòng)、月波動(dòng)、年波動(dòng)和光纖老化漂移，會(huì)引入極其緩慢的時(shí)延漂移和漂 移累積，將給時(shí)間頻率同步帶來不良影響。本發(fā)明是利用往返對(duì)比鎖相技術(shù)將主從兩站之 間的光纖時(shí)延值變化值精準(zhǔn)測出，并用零衰耗可程控光纖時(shí)延均衝補(bǔ)償技術(shù)將光纖時(shí)延值 牢牢地鎖定和控制在規(guī)定的范圍之內(nèi)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)不能消除光纖傳輸時(shí)延隨著時(shí)間、溫度、光纖 老化等極其緩慢的變化而產(chǎn)生極其緩慢的時(shí)延漂移和漂移累積，將給時(shí)間頻率同步帶來不 良影響，造成光傳輸網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定、通信故障告警等缺點(diǎn)。提出一種光纖時(shí)延自動(dòng)鎖定及均衝 補(bǔ)償?shù)姆椒?，該方法利用往返?duì)比鎖相技術(shù)將主從兩站之間的光纖時(shí)延值的變化剝離分割 開，去除它對(duì)時(shí)間頻率同步的負(fù)面影響，并用零衰耗可程控光纖時(shí)延均衝補(bǔ)償技術(shù)，將光纖 時(shí)延的變化恒定地鎖定和控制在<(Ins/天?2ns/天?5ns/天?IOns/天)的范圍之內(nèi)， 實(shí)現(xiàn)了更高精度的時(shí)間和頻率同步。該方法適用的光傳輸設(shè)備包括但不限于光同步數(shù)字體 系SDH(SynchronousDigitalHierarchy)，和同步光纖網(wǎng)絡(luò)SONET(SynchronousOptical Network)。與現(xiàn)有的發(fā)明"一種時(shí)間延遲不對(duì)稱差值自動(dòng)均衡補(bǔ)償方法"、"一種時(shí)間延遲不 對(duì)稱差值精準(zhǔn)測量的方法"相比，本發(fā)明解決了光纖時(shí)延隨溫度變化產(chǎn)生日波動(dòng)、月波動(dòng)、 年波動(dòng)和光纖老化漂移引入的極其緩慢的時(shí)延漂移和漂移累積等問題，不僅提高了光纖時(shí) 延的測量精度<(Ins/天?2ns/天?5ns/天?IOns/天)，而且可以對(duì)光纖傳輸時(shí)延的緩 慢變化實(shí)現(xiàn)自動(dòng)鎖定和均衡補(bǔ)償。
[0010] 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案加以解決的：
[0011] 光纖傳輸時(shí)延自動(dòng)鎖定及均衡補(bǔ)償方法，其特征在于，包括如下步驟：
[0012] 步驟一、在光纖時(shí)延在線監(jiān)測系統(tǒng)上加裝零衰耗可程控光纖時(shí)延均衡補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)， 所述光纖時(shí)延在線監(jiān)測系統(tǒng)包括主站時(shí)鐘設(shè)備、主站光傳輸設(shè)備、主站雙纖變單纖傳輸復(fù) 用設(shè)備、從站時(shí)鐘設(shè)備、從站光傳輸設(shè)備、從站雙纖變單纖傳輸復(fù)用設(shè)備；
[0013] 步驟二、根據(jù)主站到從站之間的光纖時(shí)延值選擇適當(dāng)?shù)臉?biāo)稱化的時(shí)延環(huán)回測量值 (?以及與(?相對(duì)應(yīng)的時(shí)間間隔碼Txk碼；
[0014] 步驟三、完成從站與主站之間的頻率同步；
[0015] 步驟四、建立從站IPPS初始原點(diǎn)；
[0016]步驟五、采用時(shí)間間隔Txk碼往返比對(duì)，C標(biāo)、Txk碼實(shí)現(xiàn)每秒鐘1000次的重 復(fù)測量，濾除光纖傳遞過程中引入的抖動(dòng)噪聲即Txi(t)和Tyi(t)分別取值為： 10001000 ⑴；通過測量主從站之間的Txi⑴和Tyi⑴值，并將 ?-lr-1 其鎖定在TaO=Cig/ 2左右，其中Tx(t)為主站至從站的時(shí)延量，Ty(t)為從站至主站的時(shí)延 量，Txi (t)為第i次測量的主站至從站的時(shí)延量，Tyi (t)為第i次測量的從站至主站的時(shí)延 量；從而將光纖時(shí)延隨時(shí)間、溫度、老化變化的多維隨機(jī)函數(shù)建立為符合廣義平穩(wěn)隨機(jī)過程 條件的隨機(jī)過程，使過程平穩(wěn)的條件就是隨機(jī)過程的統(tǒng)計(jì)特性不隨時(shí)間的改變而改變，即： E[TXi(t)] =EliTxi (t+τ)] =E[TXi(τ0)] =TaO=常數(shù)，所述常數(shù)為精準(zhǔn)的C標(biāo) / 2，E□為 取統(tǒng)計(jì)平均，Txi (t)為第i次測量的主站至從站的時(shí)延量，τ為任意兩個(gè)時(shí)刻的時(shí)間差；
[0017] 步驟六、采用三點(diǎn)歸一精確測量算法，即三個(gè)時(shí)間測量參考點(diǎn)趨于一點(diǎn)，所述三個(gè) 時(shí)間測量參考點(diǎn)為共同的參考點(diǎn)、過零平衝點(diǎn)以及基準(zhǔn)點(diǎn)，將主從站之間的時(shí)延值控制在 I/ 2(?值左右。
[0018] 本發(fā)明的有益效果是：
[0019] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下創(chuàng)新點(diǎn)：
[0020] 1)使用與主從站之間的光纖傳輸時(shí)延值相對(duì)應(yīng)的標(biāo)稱化的時(shí)延環(huán)回測量值Cig ;
[0021] 2)使用與(?相對(duì)應(yīng)的時(shí)間間隔數(shù)據(jù)碼Txk碼進(jìn)行光纖時(shí)延的往返對(duì)比；
[0022] 3)采用Txk碼(帶幀頭）進(jìn)行每秒鐘重復(fù)1000次的測量，有效濾除光纖傳遞過程 中引入的抖動(dòng)噪聲
[0023] 4)將零衰耗可程控光纖時(shí)延均衡補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)與光纖時(shí)延在線監(jiān)測技術(shù)結(jié)合；
[0024] 5)使用三點(diǎn)歸一精確測量算法；
[0025] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下顯著優(yōu)點(diǎn)：
[0026] 1)通過選擇與主從站之間光纖傳輸時(shí)延值相對(duì)應(yīng)的標(biāo)稱化的時(shí)延環(huán)回測量值C P以及與(?相對(duì)應(yīng)的時(shí)間間隔Txk碼可以實(shí)時(shí)地、準(zhǔn)確地測量出在通信現(xiàn)網(wǎng)中運(yùn)行的光纜 的每一根光纖在當(dāng)前運(yùn)行環(huán)境下實(shí)際的時(shí)延值，并將其鎖定在TaO=Cs / 2左右。
[0027] 2)將光纖時(shí)延隨時(shí)間、溫度、老化等變化的多維隨機(jī)函數(shù)建立為符合廣義平穩(wěn)隨 機(jī)過程條件的隨機(jī)過程，使過程平穩(wěn)的條件就是隨機(jī)過程的統(tǒng)計(jì)特性不隨時(shí)間的改變而改 變，通過采用與(?相對(duì)應(yīng)的Txk碼實(shí)現(xiàn)每秒鐘重復(fù)1000次的測量，能夠有效地濾除光纖傳 遞過程中引入的抖動(dòng)噪聲?KO;
[0028] 3)通過在光纖時(shí)延在線監(jiān)測系統(tǒng)中加入零衰耗可程控光纖時(shí)延均衡補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，使 用三點(diǎn)歸一精確測量算法可以根據(jù)光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸和具體設(shè)計(jì)的需要實(shí)現(xiàn)光纖時(shí)延的自動(dòng) 鎖定及均衡補(bǔ)償；
[0029] 4)本發(fā)明與光纖時(shí)延在線監(jiān)測技術(shù)結(jié)合應(yīng)用，可以剝離光纖時(shí)延變化，濾除漂移 和累積漂移，將光纖傳輸?shù)臅r(shí)延變化牢牢地控制在<(Ins/天?2ns/天?5ns/天?IOns/ 天）的范圍之內(nèi)。同理，光纖時(shí)延的月波動(dòng)、年波動(dòng)和老化引入的漂移累積也同樣牢牢控制 在（<±lns/年?< ±5ns/年?< ±10ns/年）的變化范圍之內(nèi)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0030] 圖1是零衰耗可程控光纖時(shí)延自動(dòng)鎖定及均衡補(bǔ)償示意圖。
[0031] 圖2是二點(diǎn)歸一精確測量算法不意圖。
[0032] 圖3是從站再生UTC原子時(shí)特高時(shí)間頻率同步的穩(wěn)態(tài)TiE (t)值。

【具體實(shí)施方式】
[0033] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的詳細(xì)說明：本實(shí)施例在以本發(fā) 明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作步驟，但本發(fā)明的保 護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
[0034] 實(shí)施例
[0035] 為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié) 合具體圖示，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
[0036] 參見圖1，本發(fā)明涉及的光纖傳輸時(shí)延自動(dòng)鎖定及均衡補(bǔ)償方法，在現(xiàn)有的光纖傳 輸系統(tǒng)SDH體系下，基于光纖時(shí)延在線監(jiān)測技術(shù)，在從站增加零衰耗可程控光纖時(shí)延均衡 補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，選擇與主從站之間的光纖傳輸時(shí)延相對(duì)應(yīng)的(?以及與它相對(duì)應(yīng)的時(shí)間間隔碼 Txk進(jìn)行時(shí)間的往返對(duì)比，采用三點(diǎn)歸一精確測量算法，便可以完成對(duì)光纖傳輸時(shí)延的自動(dòng) 鎖定及均衡補(bǔ)償。
[0037] 本實(shí)施例涉及的光纖傳輸距離為100km，但本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，本發(fā)明 適用于各種長度的光纖傳輸距離。本實(shí)施例涉及的光纖時(shí)延在線監(jiān)測設(shè)備包括主站時(shí)鐘 設(shè)備、主站光傳輸設(shè)備、主站雙纖變單纖傳輸復(fù)用設(shè)備、零衰耗可程控光纖時(shí)延均衡補(bǔ)償網(wǎng) 絡(luò)、從站時(shí)鐘設(shè)備、從站光傳輸設(shè)備、從站雙纖變單纖傳輸復(fù)用設(shè)備。
[0038] 各設(shè)備說明如下：
[0039] A1，主站時(shí)鐘設(shè)備：具備高等級(jí)時(shí)鐘，銫鐘或銣原子鐘，例如美國FEI通信公司 FE-5650A銣原子鐘，溯源至UTC時(shí)間基準(zhǔn)，守時(shí)性能優(yōu)于從站時(shí)鐘10倍以上。X11是頻率 同步輸出接口（滿足El傳輸，2MHz標(biāo)準(zhǔn)）；X12是往返對(duì)比數(shù)據(jù)碼流輸出接口（滿足El傳輸， 2MBits標(biāo)準(zhǔn)）；Y13是往返對(duì)比數(shù)據(jù)碼流輸入接口（滿足El傳輸，2MBits標(biāo)準(zhǔn))。
[0040] A2,主站光傳輸設(shè)備：SDH或其它光傳輸設(shè)備，例如大唐電信公司SDH光傳輸設(shè)備 TranSmart-SCT600,能進(jìn)行數(shù)據(jù)碼流的透明傳遞。Y11是頻率同步輸入接口（滿足El傳輸， 2MHz標(biāo)準(zhǔn)）；Y12是往返對(duì)比數(shù)據(jù)碼流輸入接口（滿足El傳輸，2MBits標(biāo)準(zhǔn)）；X13是從站返回 發(fā)送的往返對(duì)比數(shù)據(jù)碼流輸出接口（滿足El傳輸，2MBits標(biāo)準(zhǔn));X21為光路輸出接口，Y22是 光路輸入接口。
[0041]A3,主站雙纖變單纖傳輸復(fù)用設(shè)備，例如臺(tái)灣波若威公司波分復(fù)用設(shè)備TW25/ TW100。Y21為雙纖側(cè)光路輸入接口；X22是雙纖側(cè)光路輸出接口；X31為單纖側(cè)的光路輸出（輸 入）接口；
[0042]A4,從站雙纖變單纖傳輸復(fù)用設(shè)備(與主站型號(hào)相同XY31為單纖側(cè)的光路輸出（輸 入）接口；X41為雙纖側(cè)光路輸出接口；Y42為雙纖側(cè)光路輸入接口。
[0043] A5,從站光傳輸設(shè)備(與主站型號(hào)相同)。X72為光路輸出接口；Y71是光路輸入接口； X51是T4導(dǎo)出頻率輸出接口（滿足El傳輸，2MHz標(biāo)準(zhǔn));X52為主站經(jīng)過光纖傳遞后的往返對(duì) 比數(shù)據(jù)碼流輸出接口（滿足El傳輸，2MBits標(biāo)準(zhǔn));Y53是從站返回發(fā)送的往返對(duì)比數(shù)據(jù)碼流 輸出接口（滿足El傳輸，2MBits標(biāo)準(zhǔn))。
[0044] A6,從站時(shí)鐘設(shè)備，一般選用比主站時(shí)鐘等級(jí)低的受控時(shí)鐘設(shè)備，例如大唐電信公 司SDHTranSmart-SCT600網(wǎng)元時(shí)鐘。Y51為T4導(dǎo)出頻率輸入接口（滿足El傳輸，2MHz標(biāo)準(zhǔn))； Y52是主站傳遞到從站的往返對(duì)比數(shù)據(jù)碼流輸入接口（滿足El傳輸，2MBits標(biāo)準(zhǔn))X53是從站 返回發(fā)送的往返對(duì)比數(shù)據(jù)碼流輸入接口（滿足El傳輸，2MBits標(biāo)準(zhǔn))。
[0045] A7 :零衰耗可程控光纖時(shí)延均衡補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，例如成都泰富通信公司TF0DC-1 光纖時(shí)延補(bǔ)償器。X42為返回光路輸出接口，Y41是正向光路輸入接口；X71是正向光路輸出接 口，Y72為返回光路輸入接口。
[0046] 各設(shè)備之間的連接說明下：
[0047]A3 -A4 :主站與從站通過長度為IOOKm的單根光纖進(jìn)行通信連接。
[0048] X11-Yn，X12-Y12, X13-Y13, X51-Y51，X52-Y52,X53-Y53采用電纜線連接。
[0049] X21-Y21，X22-Y22, X41-Y41，X42-Y42, X71-Y71，X72-Y72采用室內(nèi)光纖接頭光 纜連接。
[0050] (I) Al?A6是光纖在線監(jiān)測部分，A7是零衰耗可程控光纖時(shí)延均衡補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。
[0051] (2) A7可根據(jù)光傳輸網(wǎng)絡(luò)的要求選擇每步0. 4ns?Ins?2ns?5ns?IOns等 系列廣品的選件；
[0052] (3)根據(jù)光纖時(shí)延日波動(dòng)、月波動(dòng)、年波動(dòng)、老化的變化情況，選擇時(shí)間間隔周期值 τ，對(duì)光纖時(shí)延進(jìn)行自動(dòng)鎖定，將光纖時(shí)延值牢牢控制在Ta0± (<±lns/天?±5ns/ 天?< ±IOns/天）范圍的變化之內(nèi)。
[0053] (4)TaO值=光纖時(shí)延在線監(jiān)測出來的實(shí)際值+Cia(選擇標(biāo)稱化的數(shù)值)，例如 本實(shí)施例中主站一從站之間的光纜距離是lOOKm，實(shí)際測出的某一根光纖時(shí)延值是1000 次重復(fù)測量的平均值。波長1550.5211111的時(shí)延值是489761.951^(25°〇，則1/2(：標(biāo)= jN 500000. 00ns，I/ 2C標(biāo)差=10238. 05ns即ΓαΟ= +零衰耗可程控光纖時(shí)延均衡補(bǔ) TV 償網(wǎng)絡(luò)。
[0054] 本發(fā)明提出的光纖傳輸時(shí)延自動(dòng)鎖定及均衡補(bǔ)償方法，具體包括：
[0055] 步驟一、在光纖時(shí)延在線監(jiān)測系統(tǒng)上加裝零衰耗可程控光纖時(shí)延均衡補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)；
[0056] 步驟二、根據(jù)主站到從站之間的光纖時(shí)延值選擇適當(dāng)?shù)臉?biāo)稱化的時(shí)延環(huán)回測量值 (?以及與(?相對(duì)應(yīng)的時(shí)間間隔碼Txk碼；
[0057] 通過合理選取與(?相對(duì)應(yīng)的時(shí)間間隔碼Txk碼，可以達(dá)到剝離光纖時(shí)延變化，濾 除漂移和累積漂移，為新概念時(shí)間頻率網(wǎng)創(chuàng)造滿足平穩(wěn)隨機(jī)過程條件的目的。新概念時(shí)間 頻率同步技術(shù)需要極其精準(zhǔn)的時(shí)間頻率，最關(guān)鍵的核心技術(shù)必須應(yīng)用"信息論"的理論基礎(chǔ) 將光纖時(shí)延隨時(shí)間、溫度、老化等變化的多維隨機(jī)函數(shù)建立為符合廣義平穩(wěn)隨機(jī)過程條件 的隨機(jī)過程，如公式（1)所示。也就是隨機(jī)過程的均值與時(shí)間t無關(guān)；相關(guān)函數(shù)與時(shí)間t無 關(guān)，只與時(shí)間的相對(duì)差值τ(時(shí)間間隔）有關(guān)。不管τ多大、N多大，都能使公式（1)成立。
[0058] 'Σ 7X⑴=士Σ 7X々+ Γ) (1 )
[0059] 式中Txi (t)為第i次測量的從主站至從站的時(shí)延量，τ是任意兩個(gè)時(shí)刻的時(shí)間 差，N是測量的次數(shù)。
[0060] 根據(jù)光纖的時(shí)延值選擇(?以及與它對(duì)應(yīng)的時(shí)間間隔碼Txk碼。所述(?為標(biāo) 稱化的時(shí)延環(huán)回測量值，其值選擇為與實(shí)際時(shí)延測量的環(huán)回值C相接近的整數(shù)。例如在 常溫25 °C實(shí)驗(yàn)室測出的結(jié)果是：當(dāng)波長為1550. 52nm時(shí)，長度100公里的光纖時(shí)延值為 489761. 95ns。
[0061]C=Txi(t) +Tyi⑴，假定Txi(t) =Tyi⑴，則C= 979523.9ns，其中C為主 站一從站一主站光纖時(shí)延測量的環(huán)回值，Txi (t)為第i次測量的主站至從站的時(shí)延量， TyiU)為第i次測量的從站至主站的時(shí)延量。（?選擇為與C接近的整數(shù)，由于時(shí)延值C= 979523. 9ns，因此選定C標(biāo)=1000000. 00ns。由于I/C標(biāo)=1kHz，因此選取Txk碼為Ikbit/ s時(shí)間間隔碼流。
[0062] 步驟三、完成從站與主站之間的頻率同步；
[0063]從站接收從主站光纖傳遞，例如SDH的STM-USTM- 4和STM- 16,以及其它傳 輸網(wǎng)絡(luò)，直接T4導(dǎo)出的主站時(shí)鐘參考信號(hào)，全天候地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離"松耦合"鑒頻鑒相過零檢 測鎖相同步（即完成頻率同步)。一般情況下1?3天頻率同步進(jìn)入穩(wěn)態(tài)跟蹤狀態(tài)，達(dá)到Fi =F主，F(xiàn)Λ和F主分別是從站和主站的頻率，主從相對(duì)頻率偏差<±5E-14/天?<±lE-13/ 天。
[0064] 步驟四、建立從站IPPS初始原點(diǎn)；
[0065] 主站(我們設(shè)定為國家授時(shí)中心)是600萬年差1秒的噴泉銫原子鐘作為最高時(shí)鐘 源，從站與主站的距離假定是100公里，再逐級(jí)建立IPPS初始原點(diǎn)。600萬年差1秒的原子 鐘的頻率穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度應(yīng)優(yōu)于< 1E-15 /天，與UTC的絕對(duì)時(shí)刻偏差多少ns我們暫不考 慮，只以它建立的IPPS原點(diǎn)（S卩1秒脈沖的上升沿為參考基準(zhǔn))為起始時(shí)刻原點(diǎn)（為最高基 準(zhǔn)）。
[0066] 100公里距離的從站時(shí)鐘節(jié)點(diǎn)（銣鐘或高穩(wěn)定雙恒溫槽低相位噪聲輸出的受控晶 體鐘）采用下述方法建立自己的IPPS初始原點(diǎn)：
[0067] (1)在國家授時(shí)中心嵌入外置式新概念同步時(shí)鐘及其往返對(duì)比單元獲取"零距 尚"主從同步，使新概念同步設(shè)備具有特1?精度時(shí)間頻率基準(zhǔn)，組成最1?等級(jí)的傳輸節(jié)點(diǎn)中 心，按圖1測出到100公里外的從站光纖時(shí)延值（Txi⑴值和Tyi⑴值)，C=Txi⑴+ Tyi(t)，按照步驟二所述的方法選取與C對(duì)應(yīng)的(?= 1000000. 000ns，并按下式計(jì)算：
[0068]C標(biāo)差=C標(biāo)一C=C標(biāo)一（Txi⑴十Tyi⑴） （2)
[0069]式中Cg為標(biāo)稱化的時(shí)延環(huán)回測量值(?與實(shí)際的時(shí)延環(huán)回測量值C之差。再按 照圖2所示的三點(diǎn)歸一精確測量算法進(jìn)行計(jì)算，參見圖2說明如下：
[0070]Tl:主站IPPS原點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻；T2:主站一從站經(jīng)時(shí)延Txi⑴后的時(shí)刻；T3:從站 接收到Txk碼后向主站反向發(fā)送Txk碼的時(shí)刻；T4:主站接收到由從站發(fā)送回來的Txk碼的 時(shí)刻。
[0071] 由圖2可知：lkbit/s的時(shí)間間隔(帶巾貞頭)Txk碼傳遞100公里的時(shí)延值Txi(t)= T2-T1 ;由從站T3時(shí)刻向主站返回Txk碼到T4的傳遞時(shí)延Tyi(t) =T4-T3 ;T3-T2 = (?差， 即在精準(zhǔn)測出往返時(shí)延的環(huán)回值C后，Ciga也是一個(gè)已知值；(?=T4-T1 = 1000000. 00ns。
[0072] 采用Cg、Txk碼可以實(shí)現(xiàn)每秒鐘重復(fù)1000次的測量，能夠有效地濾除光纖傳遞 1000 過程中引入的抖動(dòng)噪聲M即：Txi⑴和Tyi⑴的取值分別為：？；⑴， 9(t) , 1000 。根據(jù)精準(zhǔn)度的要求還可以連續(xù)測量?ο秒、loo秒或更長時(shí)間，因此從站 /-1 IPPS初始原點(diǎn)就不難建立。
[0073] 由于主站的時(shí)間頻率基準(zhǔn)級(jí)別高，此時(shí)從站建立的IPPS初始原點(diǎn)與主站IPPS原 點(diǎn)的相對(duì)偏差彡Ins。
[0074] (2)從站IPPS將隨著從站時(shí)鐘相對(duì)主站時(shí)鐘同步后的剩余頻率偏差和老化的剩 余偏差、光纖時(shí)延的極其緩慢的日波動(dòng)、年波動(dòng)和老化漂移而變化。采用如下數(shù)學(xué)公式計(jì)算 主一從同步設(shè)備的時(shí)間間隔偏差：
[0075] E^=E0 +ΑζΑ^.1^/·2+ΑΤαη+φ(η ( 3 ) Ja2
[0076]式中Es為主站時(shí)鐘和從站時(shí)鐘的時(shí)間間隔偏差；Etl表示主站與從站的初始相位偏 f-f 差；f。是主站頻率，fi是從站頻率，t是時(shí)間為主站時(shí)鐘與從站時(shí)鐘比對(duì)鎖相同步后 的相對(duì)剩余頻率偏差；A是經(jīng)過主從同步后，從站時(shí)鐘相對(duì)主站時(shí)鐘老化變化的殘余偏差；ΛTxy (t)是主站至從站與從站至主站的時(shí)延差；<0是光傳輸網(wǎng)絡(luò)傳遞時(shí)間和頻率基準(zhǔn)參 考信息中引入的抖動(dòng)和噪聲。在新概念遠(yuǎn)距離"松耦合"鑒頻鑒相過零檢測同步技術(shù)中，公 式（3)的前面三項(xiàng)得到很好的控制，而公式（3)的后面兩項(xiàng)ATxy(t)和#0正是本發(fā)明要 解決的內(nèi)容。ATxyU)不是從站時(shí)鐘要跟蹤鎖相的內(nèi)容，它不能跟蹤，必須把它的影響剝離 開、分割開來，還要使光纖時(shí)延值為恒定，也就是說必須給檢測光纖時(shí)延變化一個(gè)常數(shù)參考 值。
[0077] 步驟五、采用時(shí)間間隔Txk碼往返比對(duì)技術(shù)，通過每秒鐘1000次的重復(fù)測量，精準(zhǔn) 測量主從站之間的Txi(t)和Tyi(t)值，將其鎖定在TaO=Cig/ 2左右，并有效濾除光纖 傳遞過程中引入的抖動(dòng)噪聲供⑴；
[0078] 往返對(duì)比使用時(shí)間間隔Txk碼的優(yōu)點(diǎn)：
[0079]l)Txk碼與主從站之間的光纖時(shí)延--對(duì)應(yīng)，100公里的是IkHz(時(shí)間間隔是 lms)，1000公里是IOOHz(時(shí)間間隔是IOms)等很容易實(shí)現(xiàn)，而且很精確。
[0080] 2)(? >C，為零衰耗可程控光纖時(shí)延均衡補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)留夠了可調(diào)整的范圍。
[0081] 3)Txk碼(帶幀頭）是精準(zhǔn)探測光纖時(shí)延變化量，實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測的有效方法。將光 纖時(shí)延隨時(shí)間、溫度、老化等變化的多維隨機(jī)函數(shù)建立為符合廣義平穩(wěn)隨機(jī)過程條件的隨 機(jī)過程，使過程平穩(wěn)的條件就是隨機(jī)過程的統(tǒng)計(jì)特性(均值）不隨時(shí)間的改變而改變，即：
[0082]EliTxi ⑴]=EliTxi (t+τ)]=EliTxi (τ〇) ]=TaO=常數(shù) (4)
[0083] 式中E□表示取統(tǒng)計(jì)平均，Txi (t)為第i次測量的主站至從站的時(shí)延量，τ是任 意兩個(gè)時(shí)刻的時(shí)間差。而這個(gè)常數(shù)就是(?/ 2,這個(gè)常數(shù)是可測量和可預(yù)見的。將主從站 之間的光纖時(shí)延和主從站的輸入輸出接口及終端設(shè)備的時(shí)延變化和其它微小的變化都考 慮到這個(gè)(?/ 2內(nèi)，時(shí)延的在線監(jiān)測就十分容易。
[0084] 步驟六、加入零衰耗可程控光纖時(shí)延均衡補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，采用三點(diǎn)歸一精確測量算法 將主從站之間的時(shí)延值控制在I/ 2(?值左右。
[0085] 三點(diǎn)歸一精確測量算法的示意圖如圖2所示。由于單纖分合波雙向傳輸網(wǎng)絡(luò)滿足 條件Txi(t) =Tyi(t)，因此：
[0086]Txi(t) +I/ 2C標(biāo)差（可程控）=I/ 2C標(biāo) （5)
[0087] Tyi(t) +I/ 2C標(biāo)差（可程控）=I/ 2C標(biāo) （6)
[0088] 由圖2可知，加入零衰耗可程控光纖時(shí)延均衡補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)后，一個(gè)共同的參考點(diǎn)、過 零平衝點(diǎn)、基準(zhǔn)點(diǎn)就產(chǎn)生了，這三點(diǎn)歸于一點(diǎn)，即實(shí)現(xiàn)了光纖時(shí)延在線監(jiān)測的可探測、可見、 可控的很精準(zhǔn)的測試，將主從站之間的時(shí)延值牢牢地控制在I/ 2(?值左右。
[0089] 由上述可知，采用上述方法和步驟，公式（3)的最后面兩項(xiàng)ATxy(t)和WO可以得 到很好的測量和控制，將光纖時(shí)延變化與給定的時(shí)延常數(shù)參考值比對(duì)和鎖定，牢牢地控制 在允許的范圍之內(nèi)。
[0090] 本實(shí)施例通過一系列的措施實(shí)現(xiàn)了光纖傳輸時(shí)延自動(dòng)鎖定及均衡補(bǔ)償，解決了現(xiàn) 有技術(shù)不能消除光纖傳輸時(shí)延隨著時(shí)間、溫度、光纖老化等極其緩慢的變化而產(chǎn)生極其緩 慢的時(shí)延漂移和漂移累積的問題，將光纖時(shí)延的變化恒定地控制在<(Ins/天?2ns/天? 5ns/天?IOns/天）的范圍之內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了更高精度的時(shí)間和頻率同步。
[0091] 本實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果如圖3所示，圖3中TiE(t)=Txi(t)=Tyi(t)。
[0092] 以上顯示和說明了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)，但本發(fā)明不受 上述實(shí)施例的限制。上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā) 明精神和范圍的前提下，熟悉本行業(yè)的技術(shù)人員還可以做出各種等同的變形或替換，這些 等同的變形或替換均包含在本申請權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.光纖傳輸時(shí)延自動(dòng)鎖定及均衡補(bǔ)償方法，其特征在于，包括如下步驟： 步驟一、在光纖時(shí)延在線監(jiān)測系統(tǒng)上加裝零衰耗可程控光纖時(shí)延均衡補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，所述 光纖時(shí)延在線監(jiān)測系統(tǒng)包括主站時(shí)鐘設(shè)備、主站光傳輸設(shè)備、主站雙纖變單纖傳輸復(fù)用設(shè) 備、從站時(shí)鐘設(shè)備、從站光傳輸設(shè)備、從站雙纖變單纖傳輸復(fù)用設(shè)備； 步驟二、根據(jù)主站到從站之間的光纖時(shí)延值選擇適當(dāng)?shù)臉?biāo)稱化的時(shí)延環(huán)回測量值Cfi W及與Cfi相對(duì)應(yīng)的時(shí)間間隔碼Txk碼； 步驟H、完成從站與主站之間的頻率同步； 步驟四、建立從站1PPS初始原點(diǎn)； 步驟五、采用時(shí)間間隔Txk碼往返比對(duì)，C標(biāo)、Txk碼實(shí)現(xiàn)每砂鐘1000次的重復(fù) 測量，濾除光纖傳遞過程中引入的抖動(dòng)噪聲P的，即Txi(t)和Tyi(t)分別取值為：
通過測量主從站之間的Txi (t)和Tyi (t)值，并將 其鎖定在化〇=C4i/ 2左右，其中T,(t)為主站至從站的時(shí)延量，Ty(t)為從站至主站的時(shí)延 量，Td (t)為第i次測量的主站至從站的時(shí)延量，Tyi (t)為第i次測量的從站至主站的時(shí)延 量；從而將光纖時(shí)延隨時(shí)間、溫度、老化變化的多維隨機(jī)函數(shù)建立為符合廣義平穩(wěn)隨機(jī)過程 條件的隨機(jī)過程，使過程平穩(wěn)的條件就是隨機(jī)過程的統(tǒng)計(jì)特性不隨時(shí)間的改變而改變，即； E[TXi(t)] =E[TXi(t+x)] =E[TXi(x〇)] =TaO=常數(shù)，所述常數(shù)為精準(zhǔn)的 C標(biāo) / 2，E□為 取統(tǒng)計(jì)平均，TXi(t)為第i次測量的主站至從站的時(shí)延量，X為任意兩個(gè)時(shí)刻的時(shí)間差； 步驟六、采用H點(diǎn)歸一精確測量算法，即H個(gè)時(shí)間測量參考點(diǎn)趨于一點(diǎn)，所述H個(gè)時(shí)間 測量參考點(diǎn)為共同的參考點(diǎn)、過零平衝點(diǎn)W及基準(zhǔn)點(diǎn)，將主從站之間的時(shí)延值控制在1 / 2C標(biāo)值左右。
【文檔編號(hào)】H04J3/14GK104426600SQ201310397649
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年9月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月4日
【發(fā)明者】孟志才, 李忠文, 李高峰, 李有生, 李琦, 彭良福 申請人:成都泰富通信有限公司