光纖時頻傳遞中傳輸時延的補償器及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種光纖時頻傳遞中傳輸時延的補償器及方法。該補償器包括通過光纖相連的中心站和遠端站，中心站包括時頻標源、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，遠端站包括分波器、光調制器Ⅰ、光調制器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。方法機理為：中心站對遠端站的光電振蕩器進行遠程注入鎖定，遠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調控電路進行補償，從而將遠端站光電振蕩器的輸出鎖定到中心站。本發(fā)明消除了雙向時延的不對稱性，使傳遞精度不受系統(tǒng)的測量精度限制，能夠進行長距離精確傳遞。
【專利說明】光纖時頻傳遞中傳輸時延的補償器及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及光纖傳遞中傳輸時延補償?shù)摹炯夹g領域】，特別是一種光纖時頻傳遞中傳輸時延的補償器及方法。
【背景技術】
[0002]時間頻率是物質存在的基本物理量，是人們日常生活和生產科研的基礎。時頻基準信號的傳遞有國外的GPS/GL0NASS多源時間同步為主的天基時頻網(wǎng)絡和國內的“北斗”二代衛(wèi)星定位導航系統(tǒng)。一般情況下，天基時頻體系能達到納秒量級的時間同步精度和10_15/日的頻率傳遞穩(wěn)定度。但是，當更高精度等級的鐘源(如離子鐘、噴泉鐘、光鐘)的時間和頻率需要傳遞和比對時，或者需要更高精度時頻同步保障要求時，已有的天基傳遞手段無法達到“無損”時間頻率傳遞與比對的要求，不能充分發(fā)揮高性能時間頻率信號源在精密測量中的性能、滿足高速飛行目標的導航定位、高速動態(tài)粒子的微觀測量、大型陣列天線對宇宙空間的探測等重大科學實驗的需求。
[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，自商用光纖出現(xiàn)以來就被視為實現(xiàn)高精度時間頻率傳遞的重要手段。四通八達的光纜網(wǎng)為時頻信號傳遞提供了成熟的物理通路，構建于物理網(wǎng)之上的光網(wǎng)絡可用作基準的時間同步網(wǎng)，但其設計之初的目的是服務于通信業(yè)務，因而其精度受網(wǎng)絡影響較大，時間同步精度只能到達百納秒量級。因此，高精度時頻傳遞與比對的主流方法是在物理鏈路上利用光波長直接進行時頻信號的傳遞比對。
[0004]單纖雙向波分復用(WDM)傳輸系統(tǒng)是實現(xiàn)高精度時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延不對稱性。其基本思路為同一根光纖采用雙波長傳輸，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，通過測試往返時延來估算時間信號單程傳輸時延。如設原始頻標的相位是Gtl，該頻標經過雙向來回傳遞后，通過相位比對監(jiān)測其相位變化了 2Λ Θ，假設往返相位變化相同，則可在傳遞之前預先補償-Λ Θ相位，則經過單程傳遞后收端的相位就與原始頻標同為Qtl，從而實現(xiàn)了頻標的“無損”傳遞。但其缺點是往、返時延假設由于同一鏈路采用不同波長時光纖色散的存在不易滿足，發(fā)端補償Λ Θ的誤差大，雙向時延不對稱，使得時頻信號光纖傳輸?shù)膫鬟f精度低，并且遠端站光電振蕩器輸出與中心站不能同步，無法實現(xiàn)遠距離傳輸。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種高精度、低成本的光纖時頻傳遞中傳輸時延的補償器及方法，消除雙向時延的不對稱性，使傳遞精度不受系統(tǒng)的精度限制，進而實現(xiàn)光纖時頻的遠距離精確傳遞。
[0006]實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術解決方案為:一種光纖時頻傳遞中傳輸時延的補償器，該補償器包括中心站和遠端站且二者通過光纖相連，所述中心站包括時頻標源、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，所述遠端站包括分波器、光調制器I、光調制器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，時頻標源分別連接倍頻器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的一個輸入端，倍頻器II的輸出端接入混頻器I的另ー個輸入端，混頻器I的輸出端接入濾波器I ;合波器與光纖相連；
所述遠端站中，分波器與光纖相連，分波器的輸出端接入光調制器I，光調制器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制器I和光調制器II，光調制器II的輸出端接入分波器；光發(fā)模塊II接入光調制器II ;濾波器III的輸出端接入電接ロ。
[0007]—種光纖時頻傳遞中傳輸時延的補償方法，根據(jù)遠端站光電振蕩器輸出信號傳輸?shù)街行恼緯r光纖傳輸時延的大小，在中心站進行實時預補償，中心站對遠端站的光電振蕩器進行注入鎖定，將遠端站光電振蕩器輸出同步于中心站的時頻標源，具體為：
中心站中,光收模塊I收到遠端站中光電振蕩器的輸出信號，經放大器I放大后，與倍頻器II輸出的時頻標源的四倍頻信號一起輸入混頻器I進行混頻；混頻器I的輸出經濾波器I濾波后，與倍頻器I輸出的時頻標源的二倍頻信號一起輸入混頻器II進行混頻；混頻器II的輸出經濾波器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)；
在遠端站中，光調制器I接收中心站光發(fā)模塊I (2)經合波器（19)、光纖、分波器（20)傳輸過來的的光信號，并依次經過光收模塊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并經光調制器II回傳至中心站；同時光電振蕩器通過濾波器III經電接ロ輸出與中心站時頻同步的信號。
[0008]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的顯著優(yōu)點是：（1)補償器由常用的光纖通信器件和電子元器件構成，通過中心站對遠端站光電振蕩器進行注入鎖定補償，克服了時延不対稱性、降低了對相位波動精確測量的要求；（2)整個系統(tǒng)實現(xiàn)了中心站和遠端站或ー個中心站和多個遠端站之間時頻信號長距離高精度傳輸；（3)拓寬了時頻信號光纖傳輸?shù)膽妙I域，加快了光纖時頻基準網(wǎng)的產業(yè)化進程。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖I是本發(fā)明光纖時頻傳遞中傳輸時延的補償器的系統(tǒng)框圖。
【具體實施方式】
[0010]下面結合附圖及具體實施例對本發(fā)明作進ー步詳細說明。
[0011]本發(fā)明光纖時頻傳遞中傳輸時延的補償器及方法，其工作機理為：上游站（時頻中心站）對下游站(遠端站）的光電振蕩器進行遠程注入鎖定，遠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調控算法進行補償，從而將遠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)勢為時頻信號的傳遞提供了優(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，輸出信號的短期穩(wěn)定性好，通過中心站對光電振蕩器進行遠程注入鎖定，從而改善光電振蕩器長期穩(wěn)定性，實現(xiàn)高精度的光纖時頻傳遞。
[0012]結合圖1，本發(fā)明光纖時頻傳遞中傳輸時延的補償器，包括通過光纖相連的中心站和遠端站，所述中心站包括時頻標源、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，所述遠端站包括分波器20、光調制器I 10、光調制器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，時頻標源分別連接倍頻器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的一個輸入端，倍頻器II 9的輸出端接入混頻器I 7的另一個輸入端，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；
所述遠端站中，分波器20與光纖相連，分波器20的輸出端接入光調制器I 10，光調制器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制器I 10和光調制器II 12，光調制器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)明光纖時頻傳遞中傳輸時延的補償方法為，根據(jù)遠端站光電振蕩器輸出信號傳輸?shù)街行恼緯r光纖傳輸時延的大小，在中心站進行實時預補償，中心站對遠端站的光電振蕩器進行注入鎖定，將遠端站光電振蕩器輸出同步于中心站的時頻標源，具體為：
中心站中,光收模塊I 4收到遠端站中光電振蕩器的輸出信號,經放大器I 5放大后，與倍頻器II 9輸出的時頻標源的四倍頻信號一起輸入混頻器I 7進行混頻；混頻器I 7的輸出經濾波器I 6濾波后，與倍頻器I 8輸出的時頻標源的二倍頻信號一起輸入混頻器II 3進行混頻；混頻器II 3的輸出經濾波器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 ；
在遠端站中，光調制器I 10接收中心站光發(fā)模塊I (2)經合波器（19)、光纖、分波器
(20)傳輸過來的的光信號，并依次經過光收模塊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輸出一路反饋信號并經光調制器II 12回傳至中心站；同時光電振蕩器通過濾波器III17經電接口 18輸出與中心站時頻同步的信號。
[0014]實施例I
本發(fā)明光纖時頻傳遞中傳輸時延的補償器，由常用的光纖通信器件和電子元器件構
成：
所述中心站中，濾波器II I為中心頻率與時頻標源對應的窄帶通電濾波器；光發(fā)模塊I 2采用強度調制的DFB光源；混頻器II 3將時頻標源的二倍頻信號與三倍頻信號混頻；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；濾波器I 6米用中心頻率為時頻標源三倍頻的窄帶通電濾波器；混頻器I 7將與時頻標源對應頻率信號與三倍頻信號混頻；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]所述遠端站中，光調制器I 10和光調制器II 12均采用MZM調制器；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為中心頻率與時頻標源對應的窄帶通電濾波器；電接口 18采用功率放大電路。
[0016]本發(fā)明光纖時頻傳遞中傳輸時延的補償方法可根據(jù)時間與頻率信號在光纖中的傳輸時延以及環(huán)境因素， 如溫度、壓力等引起的時延變化進行實時補償，實現(xiàn)高精度時頻信號的遠距離光纖傳遞和網(wǎng)絡化分配，消除了雙向時延的不對稱性，使傳遞精度不受系統(tǒng)的精度限制，配合光放大器能夠進行長距離精確傳遞。
【權利要求】
1.一種光纖時頻傳遞中傳輸時延的補償器，其特征為，該補償器包括中心站和遠端站且二者通過光纖相連，所述中心站包括時頻標源、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)，所述遠端站包括分波器(20)、光調制器I (10)、光調制器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，時頻標源分別連接倍頻器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)的一個輸入端，濾波器I (6)的輸出端接入混頻器II (3)的另一個輸入端；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)的一個輸入端，倍頻器II O)的輸出端接入混頻器I (7)的另一個輸入端，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； 所述遠端站中，分波器(20)與光纖相連，分波器(20)的輸出端接入光調制器I (10)，光調制器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制器I (10)和光調制器II (12)，光調制器II (12)的輸出端接入分波器(20);光發(fā)模塊II (15)接入光調制器II (12);濾波器111(17)的輸出端接入電接口(18)。
2.根據(jù)權利要求1所述光纖時頻傳遞中傳輸時延的補償器，其特征為，所述中心站中，濾波器II (I)為中心頻率與時頻標源對應的窄帶通電濾波器；光發(fā)模塊I (2)采用強度調制的DFB光源；光收模塊I (4)采用PIN光收組件；濾波器I (6)采用中心頻率為時頻標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)權利要求1所述光`纖時頻傳遞中傳輸時延的補償器，其特征為，所述遠端站中，光調制器I (10)和光調制器II (12)均采用MZM調制器；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)為中心頻率與時頻標源對應的窄帶通電濾波器；電接口(18)采用功率放大電路。
4.一種光纖時頻傳遞中傳輸時延的補償方法，其特征在于，根據(jù)遠端站光電振蕩器輸出信號傳輸?shù)街行恼緯r光纖傳輸時延的大小，在中心站進行實時預補償，中心站對遠端站的光電振蕩器進行注入鎖定，將遠端站光電振蕩器輸出同步于中心站的時頻標源，具體為: 中心站中,光收模塊I (4)收到遠端站中光電振蕩器的輸出信號,經放大器I (5)放大后，與倍頻器II (9)輸出的時頻標源的四倍頻信號一起輸入混頻器I (7)進行混頻；混頻器I (7)的輸出經濾波器I (6)濾波后，與倍頻器I (8)輸出的時頻標源的二倍頻信號一起輸入混頻器II (3)進行混頻；混頻器II (3)的輸出經濾波器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); 在遠端站中，光調制器I (10)接收中心站光發(fā)模塊I (2)經合波器(19)、光纖、分波器(20)傳輸過來的光信號，并依次經過光收模塊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)輸出一路反饋信號并經光調制器II (12)回傳至中心站；同時光電振蕩器通過濾波器111(17)經電接口(18)輸出與中心站時頻同步的信號。
5.根據(jù)權利要求4所述的光纖時頻傳遞中傳輸時延的補償方法,其特征在于，所述光纖采用同纜單光纖雙波長傳輸 。
【文檔編號】H04J3/06GK103490818SQ201310461820
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月30日 優(yōu)先權日:2013年9月30日
【發(fā)明者】張寶富, 吳傳信, 盧麟, 經繼松, 程清明 申請人:中國人民解放軍理工大學