專利名稱：一種光纖時(shí)間頻率混合傳遞方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本方法涉及一種利用光纖鏈路進(jìn)行頻率和時(shí)間混合傳遞，實(shí)現(xiàn)異地同時(shí)授時(shí)和頻率傳遞的方法(以下簡(jiǎn)稱時(shí)頻混傳方法)。該方法具有精度高、成本低、方便級(jí)聯(lián)、即插即用的優(yōu)點(diǎn)。
背景技術(shù)：
世界上各個(gè)大國(guó)都在積極發(fā)展自己高精度時(shí)間與頻率統(tǒng)一系統(tǒng)，比較著名的主要是天基體統(tǒng)，比如美國(guó)的GPS系統(tǒng)、俄羅斯的GL0NASS，歐洲的伽利略系統(tǒng)以及我國(guó)正在建設(shè)的北斗系統(tǒng)等。與此同時(shí)，基于光網(wǎng)絡(luò)的高精度時(shí)間頻率網(wǎng)絡(luò)也是構(gòu)建時(shí)頻體系的重要組成部分，不但能夠勝任高精度的時(shí)間頻率傳遞工作，還可與天基時(shí)頻網(wǎng)絡(luò)相互補(bǔ)充、相互支撐，形成空地一體化的高精度時(shí)頻網(wǎng)絡(luò)。與天基時(shí)頻系統(tǒng)相比較而言，光纖信道具有傳輸 質(zhì)量穩(wěn)定可靠、相對(duì)封閉、抗干擾、傳輸特性變化緩慢、可有效管轄等優(yōu)點(diǎn)。因此，在需要更高精度的時(shí)頻傳遞場(chǎng)合，利用信道更好的光纖進(jìn)行更高精度的時(shí)間和頻率傳遞成為必然選擇。目前利用光纖進(jìn)行時(shí)間同步的方法包括前置補(bǔ)償法和雙向時(shí)間比對(duì)法，已有方法均為測(cè)量出時(shí)頻中心站與終端站之間的鐘差并進(jìn)行補(bǔ)償，終端用戶只能獲得時(shí)間同步信號(hào)，即同步秒脈沖信號(hào)。如終端用戶希望獲得同時(shí)保證短期穩(wěn)定度和長(zhǎng)期穩(wěn)定度的頻率信號(hào)，則需要利用獲得的秒脈沖或時(shí)差信號(hào)伺服本地二級(jí)振蕩器(恒溫晶體振蕩器或銣原子鐘)。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明的目的是提供一種利用光纖鏈路實(shí)現(xiàn)高精度時(shí)頻混傳的新方法。該方法采用對(duì)所傳遞頻標(biāo)的特殊標(biāo)定實(shí)現(xiàn)時(shí)間傳遞、通過(guò)測(cè)定秒時(shí)延計(jì)算頻率相位差、利用補(bǔ)償頻標(biāo)相位的方法實(shí)現(xiàn)時(shí)延預(yù)補(bǔ)償，保證了時(shí)延傳遞的高精度。本方法中，從站從接收的光信號(hào)中同時(shí)恢復(fù)時(shí)間和頻率信號(hào)，而無(wú)需本地二級(jí)時(shí)鐘伺服重生頻率信號(hào)，因此具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、方便級(jí)聯(lián)應(yīng)用和即插即用的優(yōu)點(diǎn)。技術(shù)方案本發(fā)明的光纖時(shí)間頻率混合傳遞方法包括以下步驟a).整秒標(biāo)定主站正常向從站傳送IOMHz頻率信號(hào)，在整秒所在IOMHz周期進(jìn)行特殊標(biāo)定；b)從站識(shí)別特殊標(biāo)定后，去除標(biāo)記恢復(fù)正常頻率信號(hào)，即為所需頻標(biāo)信號(hào)，并以此頻標(biāo)信號(hào)為時(shí)鐘，在標(biāo)記周期輸出秒沿得到定時(shí)信號(hào)，完成授時(shí)；從站在恢復(fù)頻標(biāo)和時(shí)標(biāo)信號(hào)的同時(shí)，向主站原樣回傳接收的時(shí)頻混傳信號(hào)，用于主站環(huán)回時(shí)延測(cè)量；c).頻標(biāo)相位補(bǔ)償量計(jì)算頻標(biāo)的相位補(bǔ)償用于抵消前向總時(shí)延的影響，即一秒時(shí)間內(nèi)相位提前總量相當(dāng)于時(shí)延量；d).頻標(biāo)相位電域補(bǔ)償主站在電光變換之前利用延時(shí)單元配合IOMHz時(shí)鐘，在下一秒內(nèi)實(shí)現(xiàn)均勻的相位補(bǔ)償，使得從站恢復(fù)頻率和定時(shí)信號(hào)與主站同步。
所述的特殊標(biāo)定是特殊標(biāo)定是對(duì)整秒周期進(jìn)行編碼，編碼過(guò)程保持周期信號(hào)的跳變沿位置不變，只在IOMHz周期信號(hào)高電平中間位置插入一個(gè)窄的負(fù)脈沖用來(lái)指示下一個(gè)周期的上升沿為秒脈沖上升沿。接收端利用組合邏輯去除負(fù)脈沖標(biāo)記恢復(fù)正常頻率信號(hào)，并按照標(biāo)記位置，以恢復(fù)的頻率信號(hào)作為時(shí)鐘信號(hào)，利用時(shí)序邏輯恢復(fù)定時(shí)信號(hào)。有益效果本發(fā)明首次提出的整秒標(biāo)定方法在光纖鏈路實(shí)現(xiàn)了時(shí)頻率混傳，從站可以從光纖鏈路中標(biāo)定的頻率信號(hào)直接獲得頻率和定時(shí)信號(hào)，無(wú)需伺服二級(jí)時(shí)鐘重生時(shí)間頻率信號(hào)，可以在較低的成本下實(shí)現(xiàn)高精度的時(shí)頻混合傳遞。該方法具有基準(zhǔn)統(tǒng)一、穩(wěn)定性高、方便級(jí)聯(lián)、易于同時(shí)保證時(shí)頻混傳的長(zhǎng)期穩(wěn)定度和短期穩(wěn)定度的優(yōu)點(diǎn)。采用本發(fā)明的方法在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境對(duì)設(shè)備樣機(jī)進(jìn)行了測(cè)試，其測(cè)試框圖如圖2所示，基準(zhǔn)銣原子鐘輸出的秒脈沖和10MHZ頻率信號(hào)注入中心站，中心站利用本發(fā)明提出的時(shí)頻混穿方法，利用約25Km的光纖鏈路將時(shí)間頻率信號(hào)傳遞到終端站，將終端站恢復(fù)出的秒脈沖信號(hào)與鐘源秒脈沖信號(hào)利用時(shí)間間隔測(cè)量?jī)x表SRS620進(jìn)行實(shí)時(shí)比對(duì) 測(cè)量，從而得到授時(shí)誤差。利用SRS620將終端站恢復(fù)的10MHZ頻率信號(hào)與銣原子中直接輸出的10MHZ頻率信號(hào)進(jìn)行比對(duì)測(cè)量，從而測(cè)出頻率傳遞的性能。


圖I是本發(fā)明光纖頻率時(shí)間混合傳遞工作原理圖。圖2是本發(fā)明的光纖頻率時(shí)間混合傳遞設(shè)備實(shí)驗(yàn)測(cè)試框圖。圖3是實(shí)驗(yàn)測(cè)試的授時(shí)誤差測(cè)試結(jié)構(gòu)。圖4是實(shí)驗(yàn)測(cè)試的頻率傳遞穩(wěn)定度測(cè)試結(jié)果。
具體實(shí)施例方式(a).整秒標(biāo)定主站正常向從站傳送IOMHz頻率信號(hào)，在整秒所在IOMHz周期進(jìn)行特殊標(biāo)定，標(biāo)定方法圖示見(jiàn)圖I。從站識(shí)別特殊標(biāo)定后，去除標(biāo)記恢復(fù)正常頻率信號(hào)，即為所需頻標(biāo)信號(hào)。并以此頻標(biāo)為時(shí)鐘，在標(biāo)記周期輸出秒沿得到定時(shí)信號(hào)，完成授時(shí)。從站在恢復(fù)頻標(biāo)和時(shí)標(biāo)信號(hào)的同時(shí)，向主站原樣回傳接收的時(shí)頻混傳信號(hào)，用于主站環(huán)回時(shí)延測(cè)量。(b).環(huán)回時(shí)延測(cè)量主站按照上述從站的方法從回傳信號(hào)中恢復(fù)定時(shí)信號(hào)，并利用內(nèi)部時(shí)間間隔測(cè)量單元?jiǎng)討B(tài)測(cè)定所恢復(fù)定時(shí)信號(hào)與本地定時(shí)信號(hào)的時(shí)延Tm，時(shí)延Tm減去兩端設(shè)備雙向總固定時(shí)延τ。，得雙向光纖鏈路傳播時(shí)延Tdp，Tdp=Tm-τ。，τ。與光纖鏈路長(zhǎng)度無(wú)關(guān)。(c).主站本地秒定時(shí)到從站恢復(fù)秒定時(shí)信號(hào)單向時(shí)延計(jì)算Tf :主站計(jì)算光纖長(zhǎng)度L、正向和反向傳播時(shí)延差δ、從而求出從主站到從站的光纖鏈路正向傳播時(shí)延Pf,再加上前向固定時(shí)延τ f得到所需單向總時(shí)延Tf。L=Tdp · C/ (2η), δ =Dac ( λ f- λ K) L
Pf= (Tdp+ δ ) /2，Tf=Pf+ Tf (式 I)其中，C是真空光速，η表示光纖折射率，Da。表示中心波長(zhǎng)處色散系數(shù)，入{和λκ分別表示主站到從站前向和反向激光載波波長(zhǎng)。(d).頻標(biāo)相位補(bǔ)償量計(jì)算頻標(biāo)的相位補(bǔ)償用于抵消前向總時(shí)延Tf的影響，即一秒時(shí)間內(nèi)相位提前總量相當(dāng)于時(shí)延量Tf。相位補(bǔ)償通過(guò)時(shí)延補(bǔ)償?shù)氖侄瓮瓿?，時(shí)延量采用數(shù)字方式實(shí)現(xiàn)，分辨率為IOps。(e).頻標(biāo)相位電域補(bǔ)償主站在電光變換之前采用了分辨率為IOps的電信號(hào)延時(shí)單元。主站利用延時(shí)單元配合IOMHz時(shí)鐘，在下一秒的IOM個(gè)周期內(nèi)均勻選取若干個(gè)周期，每個(gè)周期依次提前10ps，并保持標(biāo)定周期不變。從而保證了從站恢復(fù)的頻率信號(hào)與主站同相位且恢復(fù)的秒定時(shí)信號(hào)與主站同步。如圖2所示，本發(fā)明的光纖時(shí)頻混傳方法，包括以下步驟Ca).主站系統(tǒng)加電，依據(jù)本地頻標(biāo)和秒定時(shí)信號(hào)標(biāo)定IOMHz頻率信號(hào)整秒周期發(fā)送到從站。(b).從站從接收的信號(hào)中去除頻標(biāo)標(biāo)記得所需頻率信號(hào)，再依照頻率信號(hào)和標(biāo)記位置產(chǎn)生所需秒定時(shí)信號(hào)，同時(shí)收到的光纖線路信號(hào)原樣環(huán)回到主站。
(c).主站按照從站相同的方法從環(huán)回信號(hào)中提取參考秒定時(shí)信號(hào)，并利用內(nèi)部時(shí)間間隔測(cè)量單元測(cè)量本地定時(shí)與參考定時(shí)的時(shí)間間隔。(d).在主站,結(jié)合設(shè)備固定時(shí)延,依照公式I精確計(jì)算主站到從站的總單向時(shí)延。(e).按照一定濾波規(guī)則，由單向時(shí)延求得頻標(biāo)相位補(bǔ)償量。(f).主站利用本定頻標(biāo)基準(zhǔn)和電信號(hào)延時(shí)單元在下一秒內(nèi)實(shí)現(xiàn)均勻的相位電域補(bǔ)償，同時(shí)完成整秒標(biāo)定。(g).回到步驟(b)，如此反復(fù)。
權(quán)利要求
1.一種光纖時(shí)間頻率混合傳遞方法，其特征是該方法包括以下步驟 a).整秒標(biāo)定主站正常向從站傳送IOMHz頻率信號(hào)，在整秒所在IOMHz周期進(jìn)行特殊標(biāo)定； b)從站識(shí)別特殊標(biāo)定后,去除標(biāo)記恢復(fù)正常頻率信號(hào)，即為所需頻標(biāo)信號(hào),并以此頻標(biāo)信號(hào)為時(shí)鐘，在標(biāo)記周期輸出秒沿得到定時(shí)信號(hào)，完成授時(shí)；從站在恢復(fù)頻標(biāo)和時(shí)標(biāo)信號(hào)的同時(shí)，向主站原樣回傳接收的時(shí)頻混傳信號(hào)，用于主站環(huán)回時(shí)延測(cè)量； c).頻標(biāo)相位補(bǔ)償量計(jì)算頻標(biāo)的相位補(bǔ)償用于抵消前向總時(shí)延的影響，即一秒時(shí)間內(nèi)相位提前總量相當(dāng)于時(shí)延量； d).頻標(biāo)相位電域補(bǔ)償主站在電光變換之前利用延時(shí)單元配合IOMHz時(shí)鐘,在下一秒內(nèi)實(shí)現(xiàn)均勻的相位補(bǔ)償，使得從站恢復(fù)頻率和定時(shí)信號(hào)與主站同步。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光纖時(shí)間頻率混合傳遞方法，其特征是所述的特殊標(biāo)定是對(duì)整秒周期進(jìn)行編碼，編碼過(guò)程保持周期信號(hào)的跳變沿位置不變，只在IOMHz周期信號(hào)高電平中間位置插入一個(gè)窄的負(fù)脈沖用來(lái)指示下一個(gè)周期的上升沿為秒脈沖上升沿；接收端利用組合邏輯去除負(fù)脈沖標(biāo)記恢復(fù)正常頻率信號(hào)，并按照標(biāo)記位置，以恢復(fù)的頻率信號(hào)作為時(shí)鐘信號(hào)，利用時(shí)序邏輯恢復(fù)定時(shí)信號(hào)。
全文摘要
一種光纖時(shí)間頻率混合傳遞方法，主站正常向從站傳送10MHz頻率信號(hào)，在整秒前一個(gè)周期信號(hào)高電平中間插入一個(gè)窄負(fù)脈沖，完成頻率信號(hào)整秒標(biāo)定。從站識(shí)別特殊標(biāo)定后，運(yùn)用組合邏輯恢復(fù)頻率信號(hào)，再用觸發(fā)器恢復(fù)定時(shí)信號(hào)。從站同時(shí)向主站原樣回傳接收的時(shí)頻混傳信號(hào)，用于主站環(huán)回時(shí)延測(cè)量。主站按照從站的方法從回傳信號(hào)中恢復(fù)定時(shí)信號(hào)，并動(dòng)態(tài)測(cè)定所恢復(fù)定時(shí)信號(hào)與本地定時(shí)信號(hào)的時(shí)延，結(jié)合設(shè)備固定時(shí)延計(jì)算一秒內(nèi)頻標(biāo)信號(hào)的相位預(yù)補(bǔ)償量。主站利用計(jì)算的相位補(bǔ)償量在下一秒內(nèi)實(shí)現(xiàn)均勻的相位補(bǔ)償，使得從站恢復(fù)頻率和定時(shí)信號(hào)與主站同步。本發(fā)明具有授時(shí)精度高、成本低、方便級(jí)聯(lián)、即插即用的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H04B10/08GK102801469SQ20121033536
公開(kāi)日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2012年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月11日
發(fā)明者吳傳信, 盧麟, 經(jīng)繼松, 朱勇, 張寶富, 王榮 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍理工大學(xué)