CN103716090A - 一种稳频传输方法和系统 - Google Patents

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CN103716090A CN201310662882.3A CN201310662882A CN103716090A CN 103716090 A CN103716090 A CN 103716090A CN 201310662882 A CN201310662882 A CN 201310662882A CN 103716090 A CN103716090 A CN 103716090A
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far
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frequency
optical
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戴一堂
张安旭
尹飞飞
李建强
徐坤
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Beijing University of Posts and Telecommunications
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Abstract

本发明提供一种稳频传输方法和系统,包括:在中心站产生稳定的频率标准信号;利用可调谐激光器产生光载波;将频率标准信号调制到光载波上,形成初始光信号;将初始光信号通过光纤传输至远端;将远端光信号的一部分回传入同一根光纤至中心站;将回传光信号解调得到回传射频信号;比较回传射频信号与频率标准信号的相位差;根据相位差控制可调谐激光器改变光载波波长,得到补偿光载波,使补偿光载波与初始光载波的色散时延差,与温度变化和振动的环境因素导致的链路时延抖动相加为零;将稳定后的远端光信号解调得到远端射频信号并输出。本发明利用光纤同时作为传输介质和补偿器件,无需添加额外的补偿器件来实现时延/相位抖动补偿过程,系统结构简单,实用性强。

Description

一种稳频传输方法和系统
技术领域
本发明涉及信号传输领域,尤其涉及一种稳频传输方法和系统。
背景技术
高精度、高稳定度的频率标准传输技术是在现代科学技术和实际应用需求的推动下发展起来的一门新技术。在基础科学研究、天文观测、航空航天探测、通信和导航等很多领域都需要用到高精度、高稳定度的频率标准。但是高稳定的频率标准的产生和使用往往不在同一地点,所以需要将一个高精度的频率标准稳定地传递到远端。使用光纤进行高精度的频率标准传递有着许多优势,比如低损耗、不受电磁辐射干扰等。但是光纤受温度和振动等环境因素的影响,信号在其中传递时经历的时延会发生随机抖动,进而影响远端信号的频率和相位的稳定性。要在远端获得稳定的频率标准信号,需要对这种链路的抖动引起的时延变化进行补偿。
在现有技术的传统微波频率稳相传输光纤链路结构中,首先将射频参考信号直接通过强度调制器调制在光载波上传输,经光纤传输到远端;然后光信号在远端部分反射,经光纤再次传输回到中心站,恢复成射频信号并与原始的射频参考信号进行比较,得到光纤链路引入的相位误差信号。利用该信号控制温控光纤卷、压电光纤拉伸器、电压控振荡器,主动补偿相位/频率抖动,以实现频率参考的稳定相位/频率传输。
但是,根据以上描述可以看出,现有技术必须通过添加额外的补偿器件来实现光纤链路的时延补偿,以达到频率信号的稳定传输,有时甚至需要多种补偿器件共同协调工作,结构复杂,不利于实际应用中的稳频调节和信号传输。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明提供一种稳频传输方法和系统,以解决现有技术中需要添加额外补偿器件来实现光纤链路时延抖动补偿,系统结构复杂的技术问题。
(二)技术方案
为解决上述技术问题,本发明提供一种稳频传输方法,包括:
在中心站产生稳定的频率标准信号;
利用可调谐激光器产生光载波;
将所述频率标准信号调制到所述光载波上,形成初始光信号;
将所述初始光信号通过光纤传输至远端;
将远端光信号的一部分回传入同一根光纤至中心站;
将回传光信号解调得到回传射频信号;
比较所述回传射频信号与所述频率标准信号的相位差;
根据所述相位差控制可调谐激光器改变光载波波长,得到补偿光载波,使补偿光载波经光纤传输后与初始光载波的色散时延差,与温度变化和振动的环境因素导致的链路时延抖动相加为零;
将稳定后的远端光信号解调得到远端射频信号并输出。
进一步地,所述使补偿光载波经光纤传输后与初始光载波的色散时延差,与温度变化和振动的环境因素导致的链路时延抖动相加为零包括:
令所述频率标准信号的中心频率为ω,初始相位为
Figure BDA0000433213020000021
初始光载波波长为λ,光纤链路由于温度变化和振动引入的链路时延抖动为Δτpath,回传射频信号的相位为
Figure BDA0000433213020000022
则得到相位差为
控制可调谐激光器改变激光波长为λ+Δλ,使其满足其中,D是单模光纤的色散系数,L为光纤的长度。
进一步地,
在所述将远端光信号的一部分回传入同一根光纤至中心站之后,所述将回传光信号解调得到回传射频信号之前,还包括:对回传光信号进行信号放大;
和/或,在所述将稳定后的远端光信号解调得到远端射频信号并输出之前,还包括:对稳定后的远端光信号进行信号放大。
进一步地,
在所述将回传光信号解调得到回传射频信号之后,所述比较所述回传射频信号与所述频率标准信号的相位差之前,还包括:对所述回传射频信号进行射频放大和滤波;
和/或,在所述将稳定后的远端光信号解调得到远端射频信号之后,输出之前,还包括:对所述远端射频信号进行射频放大和滤波。
另一方面,本发明还提供一种稳频传输系统,包括:射频频率标准源、可调谐激光器、电光调制器、光纤、回传设备、中心站光电探测器、鉴相器、补偿控制单元和远端光电探测器,其中:
射频频率标准源,分别与电光调制器和鉴相器连接,用于在中心站产生稳定的频率标准信号;
可调谐激光器,分别与电光调制器和补偿控制单元连接,用于产生光载波;
电光调制器,还与光纤相连,用于将所述频率标准信号调制到所述光载波上,形成初始光信号;
光纤,还分别与回传设备、远端光电探测器和中心站光电探测器相连,用于将所述初始光信号传输至远端;
回传设备,用于将远端光信号的一部分回传入同一根光纤至中心站;
中心站光电探测器,还与鉴相器相连,用于将回传光信号解调得到回传射频信号;
鉴相器,用于比较所述回传射频信号与所述频率标准信号的相位差;
补偿控制单元,与鉴相器和可调谐激光器相连,用于根据所述相位差控制可调谐激光器改变光载波波长,得到补偿光载波,使补偿光载波经光纤传输后与初始光载波的色散时延差,与温度变化和振动的环境因素导致的链路时延抖动相加为零;
远端光电探测器,用于将稳定后的远端光信号解调为远端射频信号并输出。
进一步地,所述补偿控制单元包括:
相位差计算子单元,用于计算所述回传射频信号与所述频率标准信号的相位差:
令所述频率标准信号的中心频率为ω,初始相位为
Figure BDA0000433213020000041
初始光载波波长为λ,光纤链路由于温度变化和振动引入的时延抖动为Δτpath,回传射频信号的相位为
Figure BDA0000433213020000042
则用于计算相位差的公式为
波长改变子单元,用于控制可调谐激光器改变光载波波长为λ+Δλ,使其满足
Figure BDA0000433213020000044
其中,D是单模光纤的色散系数,L为光纤的长度。
进一步地,
所述回传设备为:法拉第旋转镜。
进一步地,所述系统还包括:
中心站光环形器,分别与电光调制器、光纤和中心站光电探测器顺时针相连,用于控制中心站光信号的顺序传输;
远端光耦合器,分别与光纤、回传设备和远端光电探测器相连,用于将远端的光信号分成两部分。
进一步地,所述系统还包括:
中心站掺铒光纤放大器,连接在光纤和中心站光电探测器之间,用于对回传光信号进行信号放大;
和/或,远端掺铒光纤放大器,连接在光纤和远端光电探测器之间,用于对稳定后的远端光信号进行信号放大。
进一步地,所述系统还包括:
中心站射频放大器,与中心站光电探测器相连,用于对所述回传射频信号进行射频放大;中心站滤波器,连接在中心站射频放大器和鉴相器之间,用于对射频放大后的回传射频信号进行滤波;
和/或,远端射频放大器,与远端光电探测器相连,用于对所述远端射频信号进行射频放大;远端滤波器,连接在远端射频放大器和输出端之间,用于对射频放大后的远端射频信号进行滤波。
(三)有益效果
可见,本发明提出的稳频传输方法和系统中,通过比较往返传递的回传射频信号和射频频率标准信号的相位差,得出光纤链路的时延抖动,然后利用可调谐激光器改变激光波长,通过不同波长在光纤中传递时产生不同的色散时延来补偿这种抖动,最后实现远端稳定频率和相位的射频信号输出。本发明利用光纤同时作为传输介质和补偿器件,无需添加额外的补偿器件来实现相位/频率抖动补偿过程,系统结构简单,实用性强。
另外,本发明通过改变激光波长来得到不同的色散时延以补偿光纤链路抖动,补偿范围更大,并且由于色散时延与光纤的长度成正比,光纤越长,补偿的范围也越大;同时,本发明能够保证光纤链路的总时延保持恒定,能够在链路调制上不同频率的射频频率标准信号并进行传递,传递链路的带宽大,并且适用于时间信号的传输。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是基于光可调延时线的补偿结构示意图;
图2是基于电压控振荡器的补偿结构示意图;
图3是本发明实施例稳频传输方法的基本流程示意图;
图4是本发明实施例稳频传输系统的基本结构示意图;
图5是本发明实施例稳频传输系统的一个优选实施例结构示意图;
图6是本发明实施例稳频传输方法的一个优选实施例流程示意图;
图7是本发明实施例稳频传输方法的补偿效果对比图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
对于现有的典型的基于光可调延时线的补偿结构,通常称为光补偿,如图1所示。光补偿方案的原理是在光链路中串联一个可以调节延时大小的光延时线,比如温控光纤卷,和/或,压电光纤拉伸器。射频频率标准信号调制到光上,然后传递到远端。在远端将一部分光信号沿同一根光纤返回来,在中心端将射频信号恢复出来。通过比较往返传递的信号与源信号的相位差来提取出光纤链路的时延抖动,然后控制可调光延时线来稳定整个链路的时延,使整个链路的时延稳定。整个链路的时延稳定后通过链路传递的射频信号的频率和相位即可稳定。这种稳定的频率传输方案的优点是带宽大,可以传递不同频率的标准信号。
但是由于光纤链路随温度变化的时延变化较大,普通单模光纤一般为35ps/km/℃,如果传递的距离较长,比如100km,1℃的温度变化将引起3.5ns的时延变化。一般的压电光纤拉伸器能调节的延时范围只能达到几个ps。温控光纤卷虽然可以补偿较大的时延变化,但是它通过改变光纤卷的温度来获得可调节的时延,这种方法的速度较慢。所以这种补偿结构有明显的不足,如果使用压电光纤拉伸器,其补偿范围有限;如果用温控光纤卷来补偿,其补偿速度太慢;很多情况下必须使用两者共同补偿,但是使用多种补偿器件协调工作,结构复杂。
图2是典型的基于电压控振荡器的补偿结构,通常称为电补偿。与光补偿类似,将频率标准信号调制到光上,然后通过光纤传递到远端,将远端的光信号的一部分从同一根光纤返回。在中心端恢复出射频频率标准信号后,比较往返传递后的信号与源信号的相位变化,然后在发送端调节被传递的标准信号的频率或相位,使得其通过光纤传输后的相位或频率与源的频率一致。这种方案的优点是具有较大的调节范围,可以补偿比较大的光纤链路时延变化。
这种方法补偿结构用来调节频率源的相位或频率的器件是压控振荡器(VCO),补偿范围很宽,可以补偿较大的链路延时变化。但是一般VCO工作的频率范围是有限的,所以如果传递不同的频率,需要不同的VCO。另外,在补偿带宽内,VCO的输出受相位差的控制,可以调节。在补偿带宽外,频率的稳定度需要依靠VCO本身的特性来保证,所以高稳定地传输必须要有一个很高质量的VCO才能保证。
基于以上各种方案的原理,本发明实施例首先提出一种稳频传输方法,如图3所示,包括:
步骤301:在中心站产生稳定的频率标准信号。
步骤302:利用可调谐激光器产生光载波。
步骤303:将所述频率标准信号调制到所述光载波上,形成初始光信号。
步骤304:将所述初始光信号通过光纤传输至远端。
步骤305:将远端光信号的一部分回传入同一根光纤至中心站。
步骤306:将回传光信号解调得到回传射频信号。
步骤307:比较所述回传射频信号与所述频率标准信号的相位差。
步骤308:根据所述相位差控制可调谐激光器改变光载波波长,得到补偿光载波,使补偿光载波经光纤传输后与初始光载波的色散时延差,与温度变化和振动的环境因素导致的链路时延抖动相加为零。
步骤309:将稳定后的远端光信号解调得到远端射频信号并输出。
可见,在本发明实施例提出的稳频传输方法中,通过比较往返传递的回传射频信号和射频频率标准信号的相位差,得出光纤链路的时延抖动,然后利用可调谐激光器改变光载波波长,通过不同波长在光纤中传递时产生不同的色散时延来补偿这种抖动,最后实现远端稳定频率和相位的射频信号输出。本发明实施例利用光纤同时作为传输介质和补偿器件,无需添加额外的补偿器件来实现抖动补偿过程,系统结构简单,实用性强。
另外,本发明实施例通过改变光载波波长来得到不同的色散时延以补偿光纤链路抖动,补偿范围更大,并且由于色散时延与光纤的长度成正比,光纤越长,补偿的范围也越大;同时,本发明实施例能够保证光纤链路的总时延保持恒定,能够在链路调制上不同频率的射频频率标准信号并进行传递,传递链路的带宽大,并且适用于时间信号的传输。
在本发明一个实施例中,令射频频率标准源产生一个稳定的单频点频率标准信号,其中心频率为ω,初始相位为
Figure BDA0000433213020000081
单频点频率标准信号调制到光载波上,载波波长λ,通过光纤传递到远端,在远端的光信号的一部分被反射进入同一根光纤传回中心站。
设光纤链路由于温度变化和振动引入的时延抖动为Δτpath;返回到中心站的光信号经光电探测器解调,恢复为射频信号,它的相位为
Figure BDA0000433213020000084
可以表示为:
往返传递后恢复的射频信号与源信号通过鉴相器比较相位差,得出误差相位:根据这个误差信号2ωΔτpath,控制可调谐激光器,改变激光器的波长到λ+Δλ,这时候调制到光载波上的射频信号与调制到光载波λ上的射频信号相比,经过光纤传输后,会有一个色散导致的时延差:Δτdisp=D·L·Δλ,其中,D是单模光纤的色散系数,L为光纤的长度。
光信号传递到远端后,经光电探测器恢复成射频信号,它经历了Δτpath和Δτdisp两种时延变化,相位可以表示为:
Figure BDA0000433213020000091
在中心站通过误差信号2ωΔτpath改变激光器波长,使其满足
Figure BDA0000433213020000092
通过补偿算法,使补偿环路锁定后,2ωΔτpath+2ωΔτdisp=0,这样
Figure BDA0000433213020000093
远端频率标准信号的相位与频率标准源信号的相位保持一致,即传输系统的传输相位稳定,所以远端信号的频率也能够保持稳定。
在本发明的另一个实施例中,为了对光纤链路中的信号进行放大,优选地,在将远端光信号回传入同一根光纤至中心站之后,将回传光信号解调得到回传射频信号之前,还可以包括:对回传光信号进行信号放大。在将稳定后的远端光信号解调得到远端射频信号并输出之前,还可以包括:对稳定后的远端光信号进行信号放大。
在本发明的一个实施例中,为了得到更高质量的射频信号,优选地,在将回传光信号解调得到回传射频信号之后,比较所述回传射频信号与所述频率标准信号的相位差之前,还可以包括:对所述回传射频信号进行滤波。在所述稳定后的远端光信号解调得到远端射频信号之后,输出之前,还可以包括:对所述远端射频信号进行滤波。
本发明实施例还提出一种稳频传输系统,如图4所示,包括:
射频频率标准源1,分别与电光调制器和鉴相器连接,用于在中心站产生稳定的频率标准信号;
可调谐激光器2,分别与电光调制器和补偿控制单元连接,用于产生光载波;
电光调制器3,还与光纤相连,用于将所述频率标准信号调制到所述光载波上,形成初始光信号;
光纤4,还分别与回传设备、远端光电探测器和中心站光电探测器相连,用于将所述初始光信号传输至远端;
回传设备5,用于将远端光信号回传入同一根光纤至中心站;
中心站光电探测器6,还与鉴相器相连,用于将回传光信号解调得到回传射频信号;
鉴相器7,用于比较所述回传射频信号与所述频率标准信号的相位差;
补偿控制单元8,与鉴相器和可调谐激光器相连,用于根据所述相位差控制可调谐激光器改变光载波波长,得到补偿光载波,使补偿光载波经光纤传输后与初始光载波的色散时延差,与温度变化和振动的环境因素导致的链路时延抖动相加为零;
远端光电探测器9,用于将稳定后的远端光信号解调得到远端射频信号并输出。
在本发明的一个实施例中,如图5所示,为了使补偿光信号经光纤传输后与初始光信号的色散时延差,与温度变化和振动的环境因素导致的链路时延抖动相加为零,优选地,补偿控制单元8可以包括:
相位差计算子单元9,用于计算所述回传射频信号与所述频率标准信号的相位差:
令所述频率标准信号的中心频率为ω,初始相位为
Figure BDA0000433213020000101
初始光载波波长为λ,光纤链路由于温度变化和振动引入的时延扰动为Δτpath,回传射频信号的相位为则用于计算相位差的公式为
Figure BDA0000433213020000103
波长改变子单元10,用于控制可调谐激光器改变激光波长为λ+Δλ,使其满足
Figure BDA0000433213020000104
其中,D是单模光纤的色散系数,L为光纤的长度。
在本发明的另一个实施例中,优选地,回传设备5可以是:法拉第旋转镜。
在本发明的一个实施例中,优选地,还可以包括:中心站光环形器11,分别与电光调制器、光纤和中心站光电探测器顺时针相连,用于控制中心站光信号的顺序传输;远端光耦合器12,分别与光纤、回传设备和远端光电探测器相连,用于将远端的光信号分成两部分。
在本发明的另一个实施例中,为了对回传光信号和远端光信号进行放大,优选地,还可以包括:中心站掺铒光纤放大器13,连接在光纤和中心站光电探测器之间,用于对回传光信号进行信号放大;远端掺铒光纤放大器14,连接在光纤和远端光电探测器之间,用于对稳定后的远端光信号进行信号放大。
在本发明的一个实施例中,为了得到更好的射频信号,优选地,还可以包括:中心站射频放大器15,与中心站光电探测器相连,用于对所述回传射频信号进行射频放大;中心站滤波器16,连接在中心站射频放大器和鉴相器之间,用于对射频放大后的回传射频信号进行滤波;远端射频放大器17,与远端光电探测器相连,用于对所述远端射频信号进行射频放大;远端滤波器18,连接在远端射频放大器和输出端之间,用于对射频放大后的远端射频信号进行滤波。
下面以具体对一个2.42GHz的射频频率标准信号进行时延抖动补偿,并在远端输出射频信号为例,来具体说明本发明一个实施例的实现过程。如图6所示:
步骤601:在中心站产生稳定的频率标准信号。
本步骤中,在中心站产生一个2.42GHz的射频频率标准信号,作为稳定的单频点频率标准信号。
步骤602:利用可调谐激光器产生光载波。
本发明实施例中,首先利用可调谐激光器产生波长为1550nm的光载波。
步骤603:将频率标准信号调制到光载波上,形成初始光信号。
本步骤中,利用电光调制器将频率标准信号调制到1550nm的光载波,形成初始光信号。
步骤604:将初始光信号通过光纤传输至远端。
本发明实施例中,将初始光信号通过光环行器,进入54km的光纤传输至远端。
步骤605:将远端光信号的一部分回传入同一根光纤至中心站。
本步骤中,利用光耦合器将远端光信号分为两部分,其中一部分经法拉第旋转镜反射,进入同一根光纤回传至中心站。
步骤606:将回传光信号信号进行放大。
本步骤中,利用中心站掺铒光纤放大器对回传的光信号进行放大。
步骤607:将放大后的回传光信号解调得到回传射频信号。
本步骤中,利用中心站光电探测器对回传光信号进行解调,得到回传射频信号。
步骤608:对回传射频信号进行滤波。
步骤609:比较回传射频信号与所述频率标准信号的相位差。
本步骤中,令所述频率标准信号的中心频率为ω,初始相位为初始光载波波长为λ,光纤链路由于温度变化和振动引入的时延抖动为Δτpath,回传射频信号的相位为
Figure BDA0000433213020000122
则用于计算相位差的公式为
Figure BDA0000433213020000123
步骤610:根据相位差控制可调谐激光器改变光载波波长,得到补偿光载波。
本步骤中,需要控制可调谐激光器改变光载波波长为λ+Δλ,使其满足
Figure BDA0000433213020000124
其中,D是单模光纤的色散系数,L为光纤的长度。
步骤611:将稳定后的远端光信号进行放大。
步骤612:将放大后的远端光信号解调得到远端射频信号。
步骤613:将解调后的远端射频信号进行滤波,并输出。
至此,则完成了本发明实施例对光纤链路进行时延抖动补偿,并在远端输出稳定射频信号的全过程。
需要说明的是,上述基于图6的所有流程描述是本发明稳频传输方法的一种优选的实现过程,在本发明稳频传输方法的实际实现中,可以根据需要在图3所示流程的基础上进行任意变形,可以是选择图6中的任意步骤来实现,各步骤的先后顺序也可以根据需要调整等。
本发明实施例记录了10000秒时间长度的数据,并比较了本发明实施例和未应用本发明实施例方法之间的对比效果,如图7所示。图7中,表示了两种情况下的链路时延变化:1)不改变可调谐激光器的波长,将其保持1550纳米,记录这种情况下远端恢复的射频信号的相位/时延变化,如图7中的黑色实线,时延抖动达到了502.3皮秒;2)改变可调谐激光器的波长,即在补偿的情况下,如图7中的黑色虚线,时延抖动被抑制在0.854皮秒。可见,本发明实施例对光纤链路时延抖动的抑制作用明显。
可见,本发明实施例具有如下有益效果:
在本发明实施例提出的稳频传输方法和系统中,通过比较往返传递的回传射频信号和射频频率标准信号的相位差,得出光纤链路的时延抖动,然后利用可调谐激光器改变光载波波长,通过不同波长在光纤中传递时产生不同的色散时延来补偿这种抖动,最后实现远端稳定频率和相位的射频信号输出。本发明实施例利用光纤同时作为传输介质和补偿器件,无需添加额外的补偿器件来实现相位抖动补偿过程,系统结构简单,实用性强。
另外,本发明实施例通过改变光载波波长来得到不同的色散时延以补偿光纤链路抖动,补偿范围更大,并且由于色散时延与光纤的长度成正比,光纤越长,补偿的范围也越大;同时,本发明实施例能够保证光纤链路的总时延保持恒定,能够在链路调制上不同频率的射频频率标准信号并进行传递,传递链路的带宽大,并且适用于时间信号的传输。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种稳频传输方法,其特征在于,包括:
在中心站产生稳定的频率标准信号;
利用可调谐激光器产生光载波;
将所述频率标准信号调制到所述光载波上,形成初始光信号;
将所述初始光信号通过光纤传输至远端;
将远端光信号的一部分回传入同一根光纤至中心站;
将回传光信号解调得到回传射频信号;
比较所述回传射频信号与所述频率标准信号的相位差;
根据所述相位差控制可调谐激光器改变光载波波长,得到补偿光载波,使补偿光载波经光纤传输后与初始光载波的色散时延差,与温度变化和振动的环境因素导致的链路时延抖动相加为零;
将稳定后的远端光信号解调得到远端射频信号并输出。
2.根据权利要求1所述的稳频传输方法,其特征在于,所述使补偿光载波经光纤传输后与初始光载波的色散时延差,与温度变化和振动的环境因素导致的链路时延抖动相加为零包括:
令所述频率标准信号的中心频率为ω,初始相位为
Figure FDA0000433213010000011
初始光载波波长为λ,光纤链路由于温度变化和振动引入的链路时延抖动为Δτpath,回传射频信号的相位为
Figure FDA0000433213010000012
则得到相位差为
Figure FDA0000433213010000013
控制可调谐激光器改变激光波长为λ+Δλ,使其满足其中,D是单模光纤的色散系数,L为光纤的长度。
3.根据权利要求1或2所述的稳频传输方法,其特征在于:
在所述将远端光信号的一部分回传入同一根光纤至中心站之后,所述将回传光信号解调得到回传射频信号之前,还包括:对回传光信号进行信号放大;
和/或,在所述将稳定后的远端光信号解调得到远端射频信号并输出之前,还包括:对稳定后的远端光信号进行信号放大。
4.根据权利要求1或2所述的稳频传输方法,其特征在于:
在所述将回传光信号解调得到回传射频信号之后,所述比较所述回传射频信号与所述频率标准信号的相位差之前,还包括:对所述回传射频信号进行射频放大和滤波;
和/或,在所述将稳定后的远端光信号解调得到远端射频信号之后,输出之前,还包括:对所述远端射频信号进行射频放大和滤波。
5.一种稳频传输系统,其特征在于,包括:射频频率标准源、可调谐激光器、电光调制器、光纤、回传设备、中心站光电探测器、鉴相器、补偿控制单元和远端光电探测器,其中:
射频频率标准源,分别与电光调制器和鉴相器连接,用于在中心站产生稳定的频率标准信号;
可调谐激光器,分别与电光调制器和补偿控制单元连接,用于产生光载波;
电光调制器,还与光纤相连,用于将所述频率标准信号调制到所述光载波上,形成初始光信号;
光纤,还分别与回传设备、远端光电探测器和中心站光电探测器相连,用于将所述初始光信号传输至远端;
回传设备,用于将远端光信号的一部分回传入同一根光纤至中心站;
中心站光电探测器,还与鉴相器相连,用于将回传光信号解调得到回传射频信号;
鉴相器,用于比较所述回传射频信号与所述频率标准信号的相位差;
补偿控制单元,与鉴相器和可调谐激光器相连,用于根据所述相位差控制可调谐激光器改变光载波波长,得到补偿光载波,使补偿光载波经光纤传输后与初始光载波的色散时延差,与温度变化和振动的环境因素导致的链路时延抖动相加为零;
远端光电探测器,用于将稳定后的远端光信号解调得到远端射频信号并输出。
6.根据权利要求5所述的稳频传输系统,其特征在于,所述补偿控制单元包括:
相位差计算子单元,用于计算所述回传射频信号与所述频率标准信号的相位差:
令所述频率标准信号的中心频率为ω,初始相位为
Figure FDA0000433213010000031
初始光载波波长为λ,光纤链路由于温度变化和振动引入的时延抖动为Δτpath,回传射频信号的相位为
Figure FDA0000433213010000032
则用于计算相位差的公式为
Figure FDA0000433213010000033
波长改变子单元,用于控制可调谐激光器改变光载波波长为λ+Δλ,使其满足
Figure FDA0000433213010000034
其中,D是单模光纤的色散系数,L为光纤的长度。
7.根据权利要求5所述的稳频传输系统,其特征在于:
所述回传设备为:法拉第旋转镜。
8.根据权利要求5所述的稳频传输系统,其特征在于,所述系统还包括:
中心站光环形器,分别与电光调制器、光纤和中心站光电探测器顺时针相连,用于控制中心站光信号的顺序传输;
远端光耦合器,分别与光纤、回传设备和远端光电探测器相连,用于将远端的光信号分成两部分。
9.根据权利要求5至8中任一项所述的稳频传输系统,其特征在于,所述系统还包括:
中心站掺铒光纤放大器,连接在光纤和中心站光电探测器之间,用于对回传光信号进行信号放大;
和/或,远端掺铒光纤放大器,连接在光纤和远端光电探测器之间,用于对稳定后的远端光信号进行信号放大。
10.根据权利要求5至8中任一项所述的稳频传输系统,其特征在于,所述系统还包括:
中心站射频放大器,与中心站光电探测器相连,用于对所述回传射频信号进行射频放大;中心站滤波器,连接在中心站射频放大器和鉴相器之间,用于对射频放大后的回传射频信号进行滤波;
和/或,远端射频放大器,与远端光电探测器相连,用于对所述远端射频信号进行射频放大;远端滤波器,连接在远端射频放大器和输出端之间,用于对射频放大后的远端射频信号进行滤波。
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