光纖時(shí)頻傳遞中傳輸時(shí)延的補(bǔ)償器及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種光纖時(shí)頻傳遞中傳輸時(shí)延的補(bǔ)償器及方法。該補(bǔ)償器包括通過光纖相連的中心站和遠(yuǎn)端站，中心站包括時(shí)頻標(biāo)源、倍頻器Ⅰ、倍頻器Ⅱ、濾波器Ⅰ、混頻器Ⅰ、混頻器Ⅱ、濾波器Ⅱ、光發(fā)模塊Ⅰ、合波器、光收模塊Ⅰ和放大器Ⅰ，遠(yuǎn)端站包括分波器、光調(diào)制器Ⅰ、光調(diào)制器Ⅱ、光收模塊Ⅱ、放大器Ⅱ、濾波器Ⅲ、移相器、功分器、光發(fā)模塊Ⅱ和電接口。方法機(jī)理為：中心站對(duì)遠(yuǎn)端站的光電振蕩器進(jìn)行遠(yuǎn)程注入鎖定，遠(yuǎn)端站將誤差累積反向傳送給中心站，中心站采用相位延遲及波動(dòng)調(diào)控電路進(jìn)行補(bǔ)償，從而將遠(yuǎn)端站光電振蕩器的輸出鎖定到中心站。本發(fā)明消除了雙向時(shí)延的不對(duì)稱性，使傳遞精度不受系統(tǒng)的測(cè)量精度限制，能夠進(jìn)行長(zhǎng)距離精確傳遞。
【專利說明】光纖時(shí)頻傳遞中傳輸時(shí)延的補(bǔ)償器及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光纖傳遞中傳輸時(shí)延補(bǔ)償?shù)摹炯夹g(shù)領(lǐng)域】，特別是一種光纖時(shí)頻傳遞中傳輸時(shí)延的補(bǔ)償器及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]時(shí)間頻率是物質(zhì)存在的基本物理量，是人們?nèi)粘Ｉ詈蜕a(chǎn)科研的基礎(chǔ)。時(shí)頻基準(zhǔn)信號(hào)的傳遞有國(guó)外的GPS/GL0NASS多源時(shí)間同步為主的天基時(shí)頻網(wǎng)絡(luò)和國(guó)內(nèi)的“北斗”二代衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)。一般情況下，天基時(shí)頻體系能達(dá)到納秒量級(jí)的時(shí)間同步精度和10_15/日的頻率傳遞穩(wěn)定度。但是，當(dāng)更高精度等級(jí)的鐘源(如離子鐘、噴泉鐘、光鐘)的時(shí)間和頻率需要傳遞和比對(duì)時(shí)，或者需要更高精度時(shí)頻同步保障要求時(shí)，已有的天基傳遞手段無法達(dá)到“無損”時(shí)間頻率傳遞與比對(duì)的要求，不能充分發(fā)揮高性能時(shí)間頻率信號(hào)源在精密測(cè)量中的性能、滿足高速飛行目標(biāo)的導(dǎo)航定位、高速動(dòng)態(tài)粒子的微觀測(cè)量、大型陣列天線對(duì)宇宙空間的探測(cè)等重大科學(xué)實(shí)驗(yàn)的需求。
[0003]光纖具有信道穩(wěn)定、溫度系數(shù)較低以及通信信噪比高等優(yōu)勢(shì)，自商用光纖出現(xiàn)以來就被視為實(shí)現(xiàn)高精度時(shí)間頻率傳遞的重要手段。四通八達(dá)的光纜網(wǎng)為時(shí)頻信號(hào)傳遞提供了成熟的物理通路，構(gòu)建于物理網(wǎng)之上的光網(wǎng)絡(luò)可用作基準(zhǔn)的時(shí)間同步網(wǎng)，但其設(shè)計(jì)之初的目的是服務(wù)于通信業(yè)務(wù)，因而其精度受網(wǎng)絡(luò)影響較大，時(shí)間同步精度只能到達(dá)百納秒量級(jí)。因此，高精度時(shí)頻傳遞與比對(duì)的主流方法是在物理鏈路上利用光波長(zhǎng)直接進(jìn)行時(shí)頻信號(hào)的傳遞比對(duì)。
[0004]單纖雙向波分復(fù)用(WDM)傳輸系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)高精度時(shí)間傳遞較為成熟的方法。它是由Round-Trip法發(fā)展而來,克服了 Round-Trip法采用雙光纖由于往返路徑不同引起的時(shí)延不對(duì)稱性。其基本思路為同一根光纖采用雙波長(zhǎng)傳輸，保證環(huán)路的往返鏈路使用同一根光纖，避免了往返鏈路的光纖在物理上不一樣長(zhǎng)，通過測(cè)試往返時(shí)延來估算時(shí)間信號(hào)單程傳輸時(shí)延。如設(shè)原始頻標(biāo)的相位是Gtl，該頻標(biāo)經(jīng)過雙向來回傳遞后，通過相位比對(duì)監(jiān)測(cè)其相位變化了 2Λ Θ，假設(shè)往返相位變化相同，則可在傳遞之前預(yù)先補(bǔ)償-Λ Θ相位，則經(jīng)過單程傳遞后收端的相位就與原始頻標(biāo)同為Qtl，從而實(shí)現(xiàn)了頻標(biāo)的“無損”傳遞。但其缺點(diǎn)是往、返時(shí)延假設(shè)由于同一鏈路采用不同波長(zhǎng)時(shí)光纖色散的存在不易滿足，發(fā)端補(bǔ)償Λ Θ的誤差大，雙向時(shí)延不對(duì)稱，使得時(shí)頻信號(hào)光纖傳輸?shù)膫鬟f精度低，并且遠(yuǎn)端站光電振蕩器輸出與中心站不能同步，無法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種高精度、低成本的光纖時(shí)頻傳遞中傳輸時(shí)延的補(bǔ)償器及方法，消除雙向時(shí)延的不對(duì)稱性，使傳遞精度不受系統(tǒng)的精度限制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)光纖時(shí)頻的遠(yuǎn)距離精確傳遞。
[0006]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為:一種光纖時(shí)頻傳遞中傳輸時(shí)延的補(bǔ)償器，該補(bǔ)償器包括中心站和遠(yuǎn)端站且二者通過光纖相連，所述中心站包括時(shí)頻標(biāo)源、倍頻器1、倍頻器II、濾波器I、混頻器I、混頻器II、濾波器II、光發(fā)模塊I、合波器、光收模塊I和放大器I，所述遠(yuǎn)端站包括分波器、光調(diào)制器I、光調(diào)制器II、光收模塊II、放大器II、濾波器III、移相器、功分器、光發(fā)模塊II和電接ロ ：
所述中心站中，時(shí)頻標(biāo)源分別連接倍頻器I和倍頻器II的輸入端；倍頻器I的輸出端分別接入混頻器II的一個(gè)輸入端和濾波器I，濾波器I的輸出端接入混頻器II的另ー個(gè)輸入端；混頻器II與濾波器II、光發(fā)模塊I順次連接后接入合波器；合波器的輸出端順次通過光收模塊I、放大器I后接入混頻器I的一個(gè)輸入端，倍頻器II的輸出端接入混頻器I的另ー個(gè)輸入端，混頻器I的輸出端接入濾波器I ;合波器與光纖相連；
所述遠(yuǎn)端站中，分波器與光纖相連，分波器的輸出端接入光調(diào)制器I，光調(diào)制器I與光收模塊II、放大器II、濾波器III、移相器、功分器順次連接；功分器的輸出端分別接入光調(diào)制器I和光調(diào)制器II，光調(diào)制器II的輸出端接入分波器；光發(fā)模塊II接入光調(diào)制器II ;濾波器III的輸出端接入電接ロ。
[0007]—種光纖時(shí)頻傳遞中傳輸時(shí)延的補(bǔ)償方法，根據(jù)遠(yuǎn)端站光電振蕩器輸出信號(hào)傳輸?shù)街行恼緯r(shí)光纖傳輸時(shí)延的大小，在中心站進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)補(bǔ)償，中心站對(duì)遠(yuǎn)端站的光電振蕩器進(jìn)行注入鎖定，將遠(yuǎn)端站光電振蕩器輸出同步于中心站的時(shí)頻標(biāo)源，具體為：
中心站中,光收模塊I收到遠(yuǎn)端站中光電振蕩器的輸出信號(hào)，經(jīng)放大器I放大后，與倍頻器II輸出的時(shí)頻標(biāo)源的四倍頻信號(hào)一起輸入混頻器I進(jìn)行混頻；混頻器I的輸出經(jīng)濾波器I濾波后，與倍頻器I輸出的時(shí)頻標(biāo)源的二倍頻信號(hào)一起輸入混頻器II進(jìn)行混頻；混頻器II的輸出經(jīng)濾波器II濾波后送光發(fā)模塊I ;光發(fā)模塊I與光收模塊I連接到合波器
(19)；
在遠(yuǎn)端站中，光調(diào)制器I接收中心站光發(fā)模塊I (2)經(jīng)合波器（19)、光纖、分波器（20)傳輸過來的的光信號(hào)，并依次經(jīng)過光收模塊II、放大器II、濾波器III、移相器、功分器形成光電振蕩器；光電振蕩器通過功分器輸出一路反饋信號(hào)并經(jīng)光調(diào)制器II回傳至中心站；同時(shí)光電振蕩器通過濾波器III經(jīng)電接ロ輸出與中心站時(shí)頻同步的信號(hào)。
[0008]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的顯著優(yōu)點(diǎn)是：（1)補(bǔ)償器由常用的光纖通信器件和電子元器件構(gòu)成，通過中心站對(duì)遠(yuǎn)端站光電振蕩器進(jìn)行注入鎖定補(bǔ)償，克服了時(shí)延不対稱性、降低了對(duì)相位波動(dòng)精確測(cè)量的要求；（2)整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了中心站和遠(yuǎn)端站或ー個(gè)中心站和多個(gè)遠(yuǎn)端站之間時(shí)頻信號(hào)長(zhǎng)距離高精度傳輸；（3)拓寬了時(shí)頻信號(hào)光纖傳輸?shù)膽?yīng)用領(lǐng)域，加快了光纖時(shí)頻基準(zhǔn)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖I是本發(fā)明光纖時(shí)頻傳遞中傳輸時(shí)延的補(bǔ)償器的系統(tǒng)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步詳細(xì)說明。
[0011]本發(fā)明光纖時(shí)頻傳遞中傳輸時(shí)延的補(bǔ)償器及方法，其工作機(jī)理為：上游站（時(shí)頻中心站）對(duì)下游站(遠(yuǎn)端站）的光電振蕩器進(jìn)行遠(yuǎn)程注入鎖定，遠(yuǎn)端站將誤差累積反向傳送給中心站，中心站采用相位延遲及波動(dòng)調(diào)控算法進(jìn)行補(bǔ)償，從而將遠(yuǎn)端站光電振蕩器的輸出鎖定到中心站。光纖的傳輸損耗小、信道穩(wěn)定、溫度系數(shù)較低以及通信信噪比高等優(yōu)勢(shì)為時(shí)頻信號(hào)的傳遞提供了優(yōu)良的物理通道，光電振蕩器Q值比現(xiàn)有振蕩器高出數(shù)量級(jí)，輸出信號(hào)的短期穩(wěn)定性好，通過中心站對(duì)光電振蕩器進(jìn)行遠(yuǎn)程注入鎖定，從而改善光電振蕩器長(zhǎng)期穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)高精度的光纖時(shí)頻傳遞。
[0012]結(jié)合圖1，本發(fā)明光纖時(shí)頻傳遞中傳輸時(shí)延的補(bǔ)償器，包括通過光纖相連的中心站和遠(yuǎn)端站，所述中心站包括時(shí)頻標(biāo)源、倍頻器I 8、倍頻器II 9、濾波器I 6、混頻器I 7、混頻器II 3、濾波器II I、光發(fā)模塊I 2、合波器19、光收模塊I 4和放大器I 5，所述遠(yuǎn)端站包括分波器20、光調(diào)制器I 10、光調(diào)制器II 12、光收模塊II 11、放大器II 14、濾波器III 17、移相器16、功分器13、光發(fā)模塊II 15和電接口 18 ：
所述中心站中，時(shí)頻標(biāo)源分別連接倍頻器I 8和倍頻器II 9的輸入端；倍頻器I 8的輸出端分別接入混頻器II 3的一個(gè)輸入端和濾波器I 6，濾波器I 6的輸出端接入混頻器II 3的另一個(gè)輸入端；混頻器II 3與濾波器II I、光發(fā)模塊I 2順次連接后接入合波器19 ;合波器19的輸出端順次通過光收模塊I 4、放大器I 5后接入混頻器I 7的一個(gè)輸入端，倍頻器II 9的輸出端接入混頻器I 7的另一個(gè)輸入端，混頻器I 7的輸出端接入濾波器I 6 ;合波器19與光纖相連；
所述遠(yuǎn)端站中，分波器20與光纖相連，分波器20的輸出端接入光調(diào)制器I 10，光調(diào)制器I 10與光收模塊II 11、放大器II 14、濾波器III 17、移相器16、功分器13順次連接；功分器13的輸出端分別接入光調(diào)制器I 10和光調(diào)制器II 12，光調(diào)制器II 12的輸出端接入分波器20 ;光發(fā)模塊II 15接入光調(diào)制器II 12 ;濾波器III 17的輸出端接入電接口 18。
[0013]本發(fā)明光纖時(shí)頻傳遞中傳輸時(shí)延的補(bǔ)償方法為，根據(jù)遠(yuǎn)端站光電振蕩器輸出信號(hào)傳輸?shù)街行恼緯r(shí)光纖傳輸時(shí)延的大小，在中心站進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)補(bǔ)償，中心站對(duì)遠(yuǎn)端站的光電振蕩器進(jìn)行注入鎖定，將遠(yuǎn)端站光電振蕩器輸出同步于中心站的時(shí)頻標(biāo)源，具體為：
中心站中,光收模塊I 4收到遠(yuǎn)端站中光電振蕩器的輸出信號(hào),經(jīng)放大器I 5放大后，與倍頻器II 9輸出的時(shí)頻標(biāo)源的四倍頻信號(hào)一起輸入混頻器I 7進(jìn)行混頻；混頻器I 7的輸出經(jīng)濾波器I 6濾波后，與倍頻器I 8輸出的時(shí)頻標(biāo)源的二倍頻信號(hào)一起輸入混頻器II 3進(jìn)行混頻；混頻器II 3的輸出經(jīng)濾波器II I濾波后送光發(fā)模塊I 2 ;光發(fā)模塊I 2與光收模塊I 4連接到合波器19 ；
在遠(yuǎn)端站中，光調(diào)制器I 10接收中心站光發(fā)模塊I (2)經(jīng)合波器（19)、光纖、分波器
(20)傳輸過來的的光信號(hào)，并依次經(jīng)過光收模塊II 11、放大器II 14、濾波器III 17、移相器
16、功分器13形成光電振蕩器；光電振蕩器通過功分器13輸出一路反饋信號(hào)并經(jīng)光調(diào)制器II 12回傳至中心站；同時(shí)光電振蕩器通過濾波器III17經(jīng)電接口 18輸出與中心站時(shí)頻同步的信號(hào)。
[0014]實(shí)施例I
本發(fā)明光纖時(shí)頻傳遞中傳輸時(shí)延的補(bǔ)償器，由常用的光纖通信器件和電子元器件構(gòu)
成：
所述中心站中，濾波器II I為中心頻率與時(shí)頻標(biāo)源對(duì)應(yīng)的窄帶通電濾波器；光發(fā)模塊I 2采用強(qiáng)度調(diào)制的DFB光源；混頻器II 3將時(shí)頻標(biāo)源的二倍頻信號(hào)與三倍頻信號(hào)混頻；光收模塊I 4米用PIN光收組件；放大器I 5放大光收模塊I輸出的信號(hào)；濾波器I 6米用中心頻率為時(shí)頻標(biāo)源三倍頻的窄帶通電濾波器；混頻器I 7將與時(shí)頻標(biāo)源對(duì)應(yīng)頻率信號(hào)與三倍頻信號(hào)混頻；倍頻器I 8采用二倍頻平衡混頻器；倍頻器II 9采用四倍頻平衡混頻器。[0015]所述遠(yuǎn)端站中，光調(diào)制器I 10和光調(diào)制器II 12均采用MZM調(diào)制器；光收模塊II 11采用PIN光收組件；功分器13采用1X2的功分器；放大器II 14采用RF放大器；光發(fā)模塊II 15采用DFB激光源；移相器16采用電壓控制的移相器；濾波器III 17為中心頻率與時(shí)頻標(biāo)源對(duì)應(yīng)的窄帶通電濾波器；電接口 18采用功率放大電路。
[0016]本發(fā)明光纖時(shí)頻傳遞中傳輸時(shí)延的補(bǔ)償方法可根據(jù)時(shí)間與頻率信號(hào)在光纖中的傳輸時(shí)延以及環(huán)境因素， 如溫度、壓力等引起的時(shí)延變化進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)高精度時(shí)頻信號(hào)的遠(yuǎn)距離光纖傳遞和網(wǎng)絡(luò)化分配，消除了雙向時(shí)延的不對(duì)稱性，使傳遞精度不受系統(tǒng)的精度限制，配合光放大器能夠進(jìn)行長(zhǎng)距離精確傳遞。
【權(quán)利要求】
1.一種光纖時(shí)頻傳遞中傳輸時(shí)延的補(bǔ)償器，其特征為，該補(bǔ)償器包括中心站和遠(yuǎn)端站且二者通過光纖相連，所述中心站包括時(shí)頻標(biāo)源、倍頻器I (8)、倍頻器II (9)、濾波器I(6)、混頻器I (7)、混頻器II (3)、濾波器II (I)、光發(fā)模塊I (2)、合波器(19)、光收模塊I(4)和放大器I (5)，所述遠(yuǎn)端站包括分波器(20)、光調(diào)制器I (10)、光調(diào)制器II (12)、光收模塊II (11)、放大器II (14)、濾波器IIK17)、移相器(16)、功分器(13)、光發(fā)模塊II (15)和電接口(18): 所述中心站中，時(shí)頻標(biāo)源分別連接倍頻器I (8)和倍頻器II (9)的輸入端；倍頻器I(8)的輸出端接入混頻器II (3)的一個(gè)輸入端，濾波器I (6)的輸出端接入混頻器II (3)的另一個(gè)輸入端；混頻器II (3)與濾波器II (I)、光發(fā)模塊I (2)順次連接后接入合波器(19);合波器(19)的輸出端順次通過光收模塊I (4)、放大器I (5)后接入混頻器I (7)的一個(gè)輸入端，倍頻器II O)的輸出端接入混頻器I (7)的另一個(gè)輸入端，混頻器I (7)的輸出端接入濾波器I (6);合波器(19)與光纖相連； 所述遠(yuǎn)端站中，分波器(20)與光纖相連，分波器(20)的輸出端接入光調(diào)制器I (10)，光調(diào)制器I (10)與光收模塊II (11)、放大器II (14)、濾波器111(17)、移相器(16)、功分器(13)順次連接；功分器(13)的輸出端分別接入光調(diào)制器I (10)和光調(diào)制器II (12)，光調(diào)制器II (12)的輸出端接入分波器(20);光發(fā)模塊II (15)接入光調(diào)制器II (12);濾波器111(17)的輸出端接入電接口(18)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述光纖時(shí)頻傳遞中傳輸時(shí)延的補(bǔ)償器，其特征為，所述中心站中，濾波器II (I)為中心頻率與時(shí)頻標(biāo)源對(duì)應(yīng)的窄帶通電濾波器；光發(fā)模塊I (2)采用強(qiáng)度調(diào)制的DFB光源；光收模塊I (4)采用PIN光收組件；濾波器I (6)采用中心頻率為時(shí)頻標(biāo)源三倍頻的窄帶通電濾波器；倍頻器I (8)采用二倍頻平衡混頻器；倍頻器II (9)采用四倍頻平衡混頻器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述光`纖時(shí)頻傳遞中傳輸時(shí)延的補(bǔ)償器，其特征為，所述遠(yuǎn)端站中，光調(diào)制器I (10)和光調(diào)制器II (12)均采用MZM調(diào)制器；光收模塊II (11)采用PIN光收組件；功分器(13)采用IX 2的功分器；放大器II (14)采用RF放大器；光發(fā)模塊II (15)采用DFB激光源；移相器(16)采用電壓控制的移相器；濾波器111(17)為中心頻率與時(shí)頻標(biāo)源對(duì)應(yīng)的窄帶通電濾波器；電接口(18)采用功率放大電路。
4.一種光纖時(shí)頻傳遞中傳輸時(shí)延的補(bǔ)償方法，其特征在于，根據(jù)遠(yuǎn)端站光電振蕩器輸出信號(hào)傳輸?shù)街行恼緯r(shí)光纖傳輸時(shí)延的大小，在中心站進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)補(bǔ)償，中心站對(duì)遠(yuǎn)端站的光電振蕩器進(jìn)行注入鎖定，將遠(yuǎn)端站光電振蕩器輸出同步于中心站的時(shí)頻標(biāo)源，具體為: 中心站中,光收模塊I (4)收到遠(yuǎn)端站中光電振蕩器的輸出信號(hào),經(jīng)放大器I (5)放大后，與倍頻器II (9)輸出的時(shí)頻標(biāo)源的四倍頻信號(hào)一起輸入混頻器I (7)進(jìn)行混頻；混頻器I (7)的輸出經(jīng)濾波器I (6)濾波后，與倍頻器I (8)輸出的時(shí)頻標(biāo)源的二倍頻信號(hào)一起輸入混頻器II (3)進(jìn)行混頻；混頻器II (3)的輸出經(jīng)濾波器II (I)濾波后送光發(fā)模塊I (2)；光發(fā)模塊I (2)與光收模塊I (4)連接到合波器(19); 在遠(yuǎn)端站中，光調(diào)制器I (10)接收中心站光發(fā)模塊I (2)經(jīng)合波器(19)、光纖、分波器(20)傳輸過來的光信號(hào)，并依次經(jīng)過光收模塊II (11)、放大器II (14)、濾波器111(17)、移相器(16)、功分器(13)形成光電振蕩器；光電振蕩器通過功分器(13)輸出一路反饋信號(hào)并經(jīng)光調(diào)制器II (12)回傳至中心站；同時(shí)光電振蕩器通過濾波器111(17)經(jīng)電接口(18)輸出與中心站時(shí)頻同步的信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光纖時(shí)頻傳遞中傳輸時(shí)延的補(bǔ)償方法,其特征在于，所述光纖采用同纜單光纖雙波長(zhǎng)傳輸 。
【文檔編號(hào)】H04J3/06GK103490818SQ201310461820
【公開日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2013年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月30日
【發(fā)明者】張寶富, 吳傳信, 盧麟, 經(jīng)繼松, 程清明 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍理工大學(xué)