專利名稱：一種光纖時間頻率混合傳遞方法
技術領域：
本方法涉及一種利用光纖鏈路進行頻率和時間混合傳遞，實現異地同時授時和頻率傳遞的方法(以下簡稱時頻混傳方法)。該方法具有精度高、成本低、方便級聯、即插即用的優(yōu)點。
背景技術：
世界上各個大國都在積極發(fā)展自己高精度時間與頻率統一系統，比較著名的主要是天基體統，比如美國的GPS系統、俄羅斯的GL0NASS，歐洲的伽利略系統以及我國正在建設的北斗系統等。與此同時，基于光網絡的高精度時間頻率網絡也是構建時頻體系的重要組成部分，不但能夠勝任高精度的時間頻率傳遞工作，還可與天基時頻網絡相互補充、相互支撐，形成空地一體化的高精度時頻網絡。與天基時頻系統相比較而言，光纖信道具有傳輸 質量穩(wěn)定可靠、相對封閉、抗干擾、傳輸特性變化緩慢、可有效管轄等優(yōu)點。因此，在需要更高精度的時頻傳遞場合，利用信道更好的光纖進行更高精度的時間和頻率傳遞成為必然選擇。目前利用光纖進行時間同步的方法包括前置補償法和雙向時間比對法，已有方法均為測量出時頻中心站與終端站之間的鐘差并進行補償，終端用戶只能獲得時間同步信號，即同步秒脈沖信號。如終端用戶希望獲得同時保證短期穩(wěn)定度和長期穩(wěn)定度的頻率信號，則需要利用獲得的秒脈沖或時差信號伺服本地二級振蕩器(恒溫晶體振蕩器或銣原子鐘)。

發(fā)明內容
技術問題本發(fā)明的目的是提供一種利用光纖鏈路實現高精度時頻混傳的新方法。該方法采用對所傳遞頻標的特殊標定實現時間傳遞、通過測定秒時延計算頻率相位差、利用補償頻標相位的方法實現時延預補償，保證了時延傳遞的高精度。本方法中，從站從接收的光信號中同時恢復時間和頻率信號，而無需本地二級時鐘伺服重生頻率信號，因此具有系統結構簡單、方便級聯應用和即插即用的優(yōu)點。技術方案本發(fā)明的光纖時間頻率混合傳遞方法包括以下步驟a).整秒標定主站正常向從站傳送IOMHz頻率信號，在整秒所在IOMHz周期進行特殊標定；b)從站識別特殊標定后，去除標記恢復正常頻率信號，即為所需頻標信號，并以此頻標信號為時鐘，在標記周期輸出秒沿得到定時信號，完成授時；從站在恢復頻標和時標信號的同時，向主站原樣回傳接收的時頻混傳信號，用于主站環(huán)回時延測量；c).頻標相位補償量計算頻標的相位補償用于抵消前向總時延的影響，即一秒時間內相位提前總量相當于時延量；d).頻標相位電域補償主站在電光變換之前利用延時單元配合IOMHz時鐘，在下一秒內實現均勻的相位補償，使得從站恢復頻率和定時信號與主站同步。
所述的特殊標定是特殊標定是對整秒周期進行編碼，編碼過程保持周期信號的跳變沿位置不變，只在IOMHz周期信號高電平中間位置插入一個窄的負脈沖用來指示下一個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脈沖標記恢復正常頻率信號，并按照標記位置，以恢復的頻率信號作為時鐘信號，利用時序邏輯恢復定時信號。有益效果本發(fā)明首次提出的整秒標定方法在光纖鏈路實現了時頻率混傳，從站可以從光纖鏈路中標定的頻率信號直接獲得頻率和定時信號，無需伺服二級時鐘重生時間頻率信號，可以在較低的成本下實現高精度的時頻混合傳遞。該方法具有基準統一、穩(wěn)定性高、方便級聯、易于同時保證時頻混傳的長期穩(wěn)定度和短期穩(wěn)定度的優(yōu)點。采用本發(fā)明的方法在實驗室環(huán)境對設備樣機進行了測試，其測試框圖如圖2所示，基準銣原子鐘輸出的秒脈沖和10MHZ頻率信號注入中心站，中心站利用本發(fā)明提出的時頻混穿方法，利用約25Km的光纖鏈路將時間頻率信號傳遞到終端站，將終端站恢復出的秒脈沖信號與鐘源秒脈沖信號利用時間間隔測量儀表SRS620進行實時比對 測量，從而得到授時誤差。利用SRS620將終端站恢復的10MHZ頻率信號與銣原子中直接輸出的10MHZ頻率信號進行比對測量，從而測出頻率傳遞的性能。


圖I是本發(fā)明光纖頻率時間混合傳遞工作原理圖。圖2是本發(fā)明的光纖頻率時間混合傳遞設備實驗測試框圖。圖3是實驗測試的授時誤差測試結構。圖4是實驗測試的頻率傳遞穩(wěn)定度測試結果。
具體實施例方式(a).整秒標定主站正常向從站傳送IOMHz頻率信號，在整秒所在IOMHz周期進行特殊標定，標定方法圖示見圖I。從站識別特殊標定后，去除標記恢復正常頻率信號，即為所需頻標信號。并以此頻標為時鐘，在標記周期輸出秒沿得到定時信號，完成授時。從站在恢復頻標和時標信號的同時，向主站原樣回傳接收的時頻混傳信號，用于主站環(huán)回時延測量。(b).環(huán)回時延測量主站按照上述從站的方法從回傳信號中恢復定時信號，并利用內部時間間隔測量單元動態(tài)測定所恢復定時信號與本地定時信號的時延Tm，時延Tm減去兩端設備雙向總固定時延τ。，得雙向光纖鏈路傳播時延Tdp，Tdp=Tm-τ。，τ。與光纖鏈路長度無關。(c).主站本地秒定時到從站恢復秒定時信號單向時延計算Tf :主站計算光纖長度L、正向和反向傳播時延差δ、從而求出從主站到從站的光纖鏈路正向傳播時延Pf,再加上前向固定時延τ f得到所需單向總時延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。表示中心波長處色散系數，入{和λκ分別表示主站到從站前向和反向激光載波波長。(d).頻標相位補償量計算頻標的相位補償用于抵消前向總時延Tf的影響，即一秒時間內相位提前總量相當于時延量Tf。相位補償通過時延補償的手段完成，時延量采用數字方式實現，分辨率為IOps。(e).頻標相位電域補償主站在電光變換之前采用了分辨率為IOps的電信號延時單元。主站利用延時單元配合IOMHz時鐘，在下一秒的IOM個周期內均勻選取若干個周期，每個周期依次提前10ps，并保持標定周期不變。從而保證了從站恢復的頻率信號與主站同相位且恢復的秒定時信號與主站同步。如圖2所示，本發(fā)明的光纖時頻混傳方法，包括以下步驟Ca).主站系統加電，依據本地頻標和秒定時信號標定IOMHz頻率信號整秒周期發(fā)送到從站。(b).從站從接收的信號中去除頻標標記得所需頻率信號，再依照頻率信號和標記位置產生所需秒定時信號，同時收到的光纖線路信號原樣環(huán)回到主站。
(c).主站按照從站相同的方法從環(huán)回信號中提取參考秒定時信號，并利用內部時間間隔測量單元測量本地定時與參考定時的時間間隔。(d).在主站,結合設備固定時延,依照公式I精確計算主站到從站的總單向時延。(e).按照一定濾波規(guī)則，由單向時延求得頻標相位補償量。(f).主站利用本定頻標基準和電信號延時單元在下一秒內實現均勻的相位電域補償，同時完成整秒標定。(g).回到步驟(b)，如此反復。
權利要求
1.一種光纖時間頻率混合傳遞方法，其特征是該方法包括以下步驟 a).整秒標定主站正常向從站傳送IOMHz頻率信號，在整秒所在IOMHz周期進行特殊標定； b)從站識別特殊標定后,去除標記恢復正常頻率信號，即為所需頻標信號,并以此頻標信號為時鐘，在標記周期輸出秒沿得到定時信號，完成授時；從站在恢復頻標和時標信號的同時，向主站原樣回傳接收的時頻混傳信號，用于主站環(huán)回時延測量； c).頻標相位補償量計算頻標的相位補償用于抵消前向總時延的影響，即一秒時間內相位提前總量相當于時延量； d).頻標相位電域補償主站在電光變換之前利用延時單元配合IOMHz時鐘,在下一秒內實現均勻的相位補償，使得從站恢復頻率和定時信號與主站同步。
2.根據權利要求I所述的光纖時間頻率混合傳遞方法，其特征是所述的特殊標定是對整秒周期進行編碼，編碼過程保持周期信號的跳變沿位置不變，只在IOMHz周期信號高電平中間位置插入一個窄的負脈沖用來指示下一個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脈沖標記恢復正常頻率信號，并按照標記位置，以恢復的頻率信號作為時鐘信號，利用時序邏輯恢復定時信號。
全文摘要
一種光纖時間頻率混合傳遞方法，主站正常向從站傳送10MHz頻率信號，在整秒前一個周期信號高電平中間插入一個窄負脈沖，完成頻率信號整秒標定。從站識別特殊標定后，運用組合邏輯恢復頻率信號，再用觸發(fā)器恢復定時信號。從站同時向主站原樣回傳接收的時頻混傳信號，用于主站環(huán)回時延測量。主站按照從站的方法從回傳信號中恢復定時信號，并動態(tài)測定所恢復定時信號與本地定時信號的時延，結合設備固定時延計算一秒內頻標信號的相位預補償量。主站利用計算的相位補償量在下一秒內實現均勻的相位補償，使得從站恢復頻率和定時信號與主站同步。本發(fā)明具有授時精度高、成本低、方便級聯、即插即用的優(yōu)點。
文檔編號H04B10/08GK102801469SQ20121033536
公開日2012年11月28日 申請日期2012年9月11日 優(yōu)先權日2012年9月11日
發(fā)明者吳傳信, 盧麟, 經繼松, 朱勇, 張寶富, 王榮 申請人:中國人民解放軍理工大學