CN103795461B - 高精度光纤双向时间比对设备时延不对称性标定系统 - Google Patents

Abstract

一种高精度光纤双向时间比对设备时延不对称性标定系统，包括第一时频基准、第二时频基准、多根电缆、多根光纤、第一光纤双向时间比对标定设备、第二光纤双向时间比对标定设备、第一高精度时延测试设备、第二高精度时延测试设备、待标定的光纤双向时间比对设备i(i=A,B)。本发明不仅能够简单方便的标定出光纤双向时间比对设备之间时延的不对称性，而且能够标定出任意时频设备之间时延不对称性，有效的克服光纤或者电缆时延不同对准确度带来的影响。

Description

高精度光纤双向时间比对设备时延不对称性标定系统

技术领域

本发明涉及光纤时间同步领域设备时延的标定方法，具体是一种高精度光纤双向时间比对设备时延不对称性标定系统。

背景技术

设备时延是指信号经过设备时产生的附加时延，是设备的固有特性。高精度光纤双向时间比对通过光纤链路发送和接收定时信号进行时间同步，精确的时间同步精度的获取需要扣除光纤时间比对设备延时不对称性，才能得到准确的钟差。因此，光纤时间比对设备本身时延不对称性的标定精度将直接影响光纤时间同步系统的精度，是光纤时间同步系统的一项关键技术。

目前,基于卫星和电缆的时间同步中系统标定主要通过测量电的时延来标定系统的时延，采用的设备时延测量方法主要有矢量网络分析仪法、示波器法和时间间隔计数器法等。德国联邦物理技术研究院(联邦物理技术研究院)提出了一种基于卫星设备的光纤双向时间比对设备时延不对称性方法(Rost,M.,etal."Timetransferthroughopticalfibresoveradistanceof73kmwithanuncertaintybelow100ps."Metrologia49.6(2012):772.)，但其无法扣除光纤和电缆对设备准确度的影响。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种高精度光纤双向时间比对设备时延不对称性标定系统及方法，通过组合测量方法，实现光纤双向时间比对设备时延不对称性的高精度标定。

设备时延是指信号从设备输入端口到输出端口所需的时间延迟。将光纤双向时间比对设备时延分为发射链路时延和接收链路时延：发射链路时延的起点为设备上被传递定时信号的输入端口，发射链路时延的终点为设备上携带被传递定时信号的光信号输出端口；接收链路时延的起点为设备上接收承载对方定时信号的光信号的输入端口，终点为从对方接收到的定时信号的输出端口。

发射设备时延来自以下两个引入时延的环节：时间编码处理时延电光转换和光纤双工器(opticalfiberduplexer，如环形器、WDM等)引入的时延因此，发射链路时延可以表示为：

与发射设备时延相似，接收设备时延也来自两个引入时延的环节:光电转换和光纤双工器(opticalfiberduplexer，如环形器、WDM等)引入的时延时间解码电路的时延因此，接收链路时延可以表示为： ${\mathrm{\τ}}_i^R={\mathrm{\τ}}_{EDi}^R+{\mathrm{\τ}}_{Ti}^R.$

本发明通过组合时延测量的方法分别测出双向时间比对系统两端设备(记为设备A和设备B)接收链路时延的不对称性(即：两设备间接收链路的时延差，)和发送链路时延的不对性(即：两设备间发送链路的时延差，)。在此基础上，进一步标定出两光纤双向时间比对设备时延的不对称性

本发明的具体技术解决方案如下：

一种高精度光纤双向时间比对设备时延不对称性标定系统，其特点在于，包括第一时频基准、第二时频基准、多根电缆、多根光纤、第一光纤双向时间比对标定设备、第二光纤双向时间比对标定设备、第一高精度时延测试设备、第二高精度时延测试设备、待标定的光纤双向时间比对设备i(i＝A,B)；

所述的第一时频基准的第一输出端经电缆与第一高精度时延测试设备的第一输入端连接，所述的第一时频基准的第二输出端经电缆与第一光纤双向时间比对标定设备的输入端连接，该第一光纤双向时间比对标定设备的输出端经光纤与待标定的光纤双向时间比对设备i(i＝A,B)的输入端连接，该待标定的光纤双向时间比对设备i(i＝A,B)的输出端经电缆与第一高精度时延测试设备的第二输入端连接；

所述的第二时频基准的第一输出端经电缆与第二高精度时延测试设备的第一输入端连接，所述的第二时频基准的第二输出端经电缆与待标定的光纤双向时间比对设备i(i＝A,B)的输入端连接，该待标定的光纤双向时间比对设备i(i＝A,B)经光纤与第二光纤双向时间比对标定设备的输入端连接，该第二光纤双向时间比对标定设备的输出端经电缆与第二高精度时延测试设备的第二输入端连接。

所述的第一时频基准和第二时频基准为原子钟、光钟等。

所述的第一高精度时延测试设备和第二高精度时延测试设备分别为时间间隔测量仪或示波器。

一种高精度光纤双向时间比对设备时延不对称性标定方法，其特点在于，该方法包括如下步骤：

①采用时频基准、电缆、光纤、光纤双向时间比对标定设备、高精度时延测试设备、第一待标定设备和第二待标定设备建立光纤双向时间比对设备时延标定系统；

②标定出光纤双向时间比对设备之间的接收链路时延差；

③标定出光纤双向时间比对设备之间的发送链路时延差；

④标定出光纤双向时间比对设备之间的时延不对称性。

所述的步骤②标定出光纤双向时间比对设备之间的接收链路时延差，具体包括如下步骤；

步骤2-1、第一时频基准输出的定时信息分为两路：一路定时信息通过电缆输入到高精度时延测试设备；另一路定时信息通过电缆输入到第一光纤双向时间比对标定设备，该第一光纤双向时间比对标定设备输出的携带定时信息的光信号通过光纤输入到待标定的光纤双向时间比对设备i(i＝A,B)，该待标定的光纤双向时间比对设备i输出的定时信息通过电缆输入到高精度时延测试设备；

步骤2-2、当所述的待标定的光纤双向时间比对设备i为第一待标定设备时：

第一高精度时延测试设备测量出第一时频基准输出的定时信息通过电缆、第一光纤双向时间比对标定设备的发送链路、光纤、第一待标定设备的接收链路和电缆构成的单向时间传递链路与第一时频基准输出的定时信息通过电缆输入到高精度时延测试设备的时延差

步骤2-3、当所述的待标定的光纤双向时间比对设备i为第二待标定设备时：

第一高精度时延测试设备测量出第一时频基准输出的定时信息通过电缆、第一光纤双向时间比对标定设备的发送链路、光纤、第二待标定设备的接收链路和电缆构成的单向时间传递链路与第一时频基准输出的定时信息通过电缆输入到高精度时延测试设备的时延差

步骤2-4、计算光纤双向时间比对设备之间的接收链路时延差公式如下：

${\mathrm{\Δ\τ}}_{AB}^R={\mathrm{\τ}}_A^R-{\mathrm{\τ}}_B^R.$

所述的步骤③标定出光纤双向时间比对设备之间的发送链路时延差，包括如下步骤：

步骤3-1、第二时频基准输出的定时信息分为两路：一路定时信息通过电缆输入到第二高精度时延测试设备，另一路定时信息通过电缆输入到待标定的光纤双向时间比对设备i(i＝A,B)，待标定的光纤双向时间比对设备i输出的携带定时信息的光信号通过光纤输入到第二光纤双向时间比对标定设备，第二光纤双向时间比对标定设备输出的定时信息通过电缆输入到第二高精度时延测试设备；

步骤3-2、当所述的待标定的光纤双向时间比对设备i为第一待标定设备时：

第二高精度时延测试设备测量出第二时频基准输出的定时信息通过电缆、第一待标定设备的发送链路、光纤、第二光纤双向时间比对标定设备的接收链路和电缆构成单向时间传递链路与第二时频基准输出的定时信号通过电缆输入到第二高精度时延测试设备的时延差

步骤3-3、当所述的待标定的光纤双向时间比对设备i为第一待标定设备时：

第二高精度时延测试设备测量出第二时频基准输出的定时信息通过电缆、第二待标定设备的发送链路、光纤、第二光纤双向时间比对标定设备的接收链路和电缆构成单向时间传递链路与第二时频基准输出的定时信号通过电缆输入到第二高精度时延测试设备的时延差

4)计算光纤双向时间比对设备之间的发送链路时延差公式如下：

${\mathrm{\Δ\τ}}_{AB}^T={\mathrm{\τ}}_A^T-{\mathrm{\τ}}_B^T.$

所述的步骤④标定出光纤双向时间比对设备之间的时延不对称性Δτ_AB，公式如下

${\mathrm{\Δ\τ}}_{AB}={\mathrm{\Δ\τ}}_{AB}^T-{\mathrm{\Δ\τ}}_{AB}^R$

其中，为发送链路的时延差，为接收链路的时延差。

与现有技术相比，本发明不仅能够简单方便的标定出光纤双向时间比对设备之间时延的不对称性，而且能够标定出任意时频设备之间的时延不对称性，并能够有效的克服光纤或者电缆时延不同对准确度带来的影响。

附图说明

图1接收链路时延差标定示意图；

图2发送链路时延差标定示意图。

具体实施方式

下面结合附图给出本发明的一个具体实施例子。本实施例以本发明的技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和和具体的工作流程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

图1为接收链路时延差的标定示意图，主要由第一时频基准H₁、第一光纤双向时间比对标定设备C₁、待标定光纤双向时间比对设备i(i＝A,B)、第一高精度时延测量设备M₁、电缆以及光纤组成。第一时频基准H₁(如各种原子钟)输出的定时信息分为两路。一路定时信息通过电缆1-1输入到第一高精度时延测试设备M₁(如时间间隔测量仪、示波器等)；另一路定时信息通过电缆1-2输入到第一光纤双向时间比对标定设备C₁，该第一光纤双向时间比对标定设备C₁输出的携带定时信息的光信号通过光纤1-3输入到待标定光纤双向时间比对设备i(i＝A,B)，设备i输出的定时信息通过电缆1-4输入到第一高精度时延测量设备M₂。当待标定光纤双向时间比对设备i为设备A时，第一高精度时延测试设备M₁测量出第一时频基准H₁输出的定时信息(如1pps)通过电缆1-2、第一光纤双向时间比对标定设备C₁的发送链路、光纤1-3、设备A的接收链路以及电缆1-4构成单向时间传递链路与第一时频基准H₁输出的定时信号(如1pps)通过电缆1-1输入到第一高精度时延测试设备M₁的时延差：当待标定光纤双向时间比对设备i为设备B时，测量出第一时频基准H₁输出的定时信息(如1pps)通过电缆1-2、第一光纤双向时间比对标定设备C₁的发送链路、光纤1-3、设备B的接收链路以及电缆1-4构成的单向时间传递链路与第一时频基准H₁输出的定时信号(如1pps)通过电缆1-1输入到第一高精度时延测试设备M₁的时延差：将和测量的结果相减得到设备A和B接收链路的时延差

图2为发送链路时延差的标定示意图，主要由第二时频基准H₂、第二光纤双向时间比对标定设备C₂、待标定光纤双向时间比对设备i(i＝A,B)、第二时延测量设备M₂、电缆以及光纤组成。第二时频基准H₂(如各种原子钟)输出的定时信息分为两路一路定时信息通过电缆2-1输入到第二高精度时延测试设备M₂(如时间间隔测量仪、示波器等)。另一路定时信息通过电缆2-2输入到待标定的光纤双向时间比对设备i(i＝A,B)，i输出的携带定时信息的光信号通过光纤2-3输入到第二光纤双向时间比对标定设备C₂。C₂输出的定时信息通过电缆2-4输入到第二高精度时延测试设备M₂。当待标定光纤双向时间比对设备i为设备A时，第二高精度时延测试设备M₂测量出第二时频基准H₂输出的定时信息(如1pps)通过电缆2-2、设备A的发送链路、光纤2-3、第二光纤双向时间比对标定设备C₂的接收链路以及电缆2-4构成单向时间传递链路与第二时频基准H₂输出的定时信号(如1pps)通过电缆2-1输入到第二高精度时延测试设备M₂的时延差：当待标定光纤双向时间比对设备i为B时，第二高精度时延测试设备M₂测量出第二时频基准H₂输出的定时信息(如1pps)通过电缆2-2、设备B的发送链路、光纤2-3、第二光纤双向时间比对标定设备C₂的接收链路以及电缆2-4构成单向时间传递链路与第二时频基准H₂输出的定时信号(如1pps)通过电缆2-1输入到第二高精度时延测试设备M₂的时延差：将上述和中测量的结果相减得到设备A和B发送链路的时延差

将标定出发送链路的时延差和收链路的时延差相减得到两光纤双向时间比对设备时延的不对称性

Claims (3)

1.一种高精度光纤双向时间比对设备时延不对称性标定系统，其特征在于，包括第一时频基准、第二时频基准、多根电缆、多根光纤、第一光纤双向时间比对标定设备、第二光纤双向时间比对标定设备、第一高精度时延测试设备、第二高精度时延测试设备、待标定的光纤双向时间比对设备i(i＝A,B)；

所述的第一时频基准(H₁)的第一输出端经电缆(1-1)与第一高精度时延测试设备(M₁)的第一输入端连接，所述的第一时频基准(H₁)的第二输出端经电缆(1-2)与第一光纤双向时间比对标定设备(C₁)的输入端连接，该第一光纤双向时间比对标定设备(C₁)的输出端经光纤(1-3)与待标定的光纤双向时间比对设备i(i＝A,B)的输入端连接，该待标定的光纤双向时间比对设备i(i＝A,B)的输出端经电缆(1-4)与第一高精度时延测试设备(M₁)的第二输入端连接；

所述的第二时频基准(H₂)的第一输出端经电缆(2-1)与第二高精度时延测试设备(M₂)的第一输入端连接，所述的第二时频基准(H₂)的第二输出端经电缆(2-2)与待标定的光纤双向时间比对设备i(i＝A,B)的输入端连接，该待标定的光纤双向时间比对设备i(i＝A,B)经光纤(2-3)与第二光纤双向时间比对标定设备(C₂)的输入端连接，该第二光纤双向时间比对标定设备(C₂)的输出端经电缆(2-4)与第二高精度时延测试设备(M₂)的第二输入端连接。

2.根据权利要求1所述的高精度光纤双向时间比对设备时延不对称性标定系统，其特征在于，所述的第一时频基准和第二时频基准为晶振或原子钟或光钟。

3.根据权利要求1所述的高精度光纤双向时间比对设备时延不对称性标定系统，其特征在于，所述的第一高精度时延测试设备和第二高精度时延测试设备分别为示波器或时间间隔计数器。