CN104980220B - 一种补偿系统后置的频率传输系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种补偿系统后置的频率传输系统，包括：发射装置，用于将相位锁定参考频率源的频率信号调制至光信号，通过一条或多条光纤链路向一个或多个置于接收端的接收补偿装置传输；接收补偿装置，用于接收来自发射装置的带有光纤链路相位噪声的频率信号，将该频率信号作为第一辅助补偿信号，将频率振荡器生成的微波信号加载至光信号上经上述光纤链路传输并解调，得到与第一辅助补偿信号含有相同相位噪声的第二辅助补偿信号，基于第一、第二辅助补偿信号生成相位补偿信号，反馈控制频率振荡器输出信号的相位，复现相位锁定于频率发射源的频率信号。利用本发明可简化发射装置，避免频率信号多链路并行传输可能造成的共发射端发射装置繁杂的问题。
Description
技术领域
本发明涉及频率传输技术领域，具体涉及一种补偿系统后置的频率传输系统和方法。
背景技术
频率传输系统，主要用于将频率信号准确稳定的发布出去。现有的频率传输系统和传输方法，主要以卫星或光纤作为传输媒介。本发明申请人的另一授权专利“原子时信号传输系统及传输方法”（专利申请号：CN201110186493.9）介绍了一种通过光纤实现超长基线（距离）的频率信号传输系统及方法。该系统采用了主动补偿光纤链路的相位噪声的方法，它的主要原理是通过在发射端进行主动探测并预补偿光纤传输引入的相位噪声，从而在接收端得到相位锁定于发射端参考频率源的频率信号。该项技术有着很高的传输稳定度，但对于大规模的组网应用存在一个较大的限制——它的传输模式只适合于点对点的传输，每增加一个传输路径需要增加一套传输设备。同时由于主要的相位噪声补偿功能由发射端完成，对于由频率发射源向多个接收端传输频率信号的情况，相位发射补偿装置将集中于发射端，并随着用户数量的增加而增加，继而引发发射端设备繁杂及可拓展性受限等问题。
发明内容
为了解决现有技术的上述问题，本发明提出了一种补偿系统后置的频率传输系统和方法，通过光纤实现由一点向多点的频率信号传输。
根据本发明的一个方面，提供了一种补偿系统后置的频率传输系统，该系统包括：发射装置，用于产生相位锁定于参考频率源的频率信号，并将该频率信号调制到光信号上以通过一条或多条光纤链路向一个或多个置于接收端的接收补偿装置传输；以及接收补偿装置，用于接收来自发射 装置的光信号，解调得到带有光纤链路相位噪声的频率信号，将该频率信号作为第一辅助补偿信号，并利用频率振荡器生成微波信号，加载至光信号上经上述光纤链路传输并解调，得到与第一辅助补偿信号含有相同相位噪声的第二辅助补偿信号，基于第一辅助补偿信号和第二辅助补偿信号混频生成相位补偿信号，反馈控制上述频率振荡器输出信号的相位，进而复现相位锁定于频率发射源的频率信号。
根据本发明的另一方面，还提供了一种补偿系统后置的频率传输方法，该方法包括：在发射装置用于产生相位锁定于参考频率源的频率信号，并将该频率信号调制到光信号上以通过一条或多条光纤链路向一个或多个置于接收端的接收补偿装置传输；以及在接收补偿装置接收来自发射装置的光信号，解调得到带有光纤链路相位噪声的频率信号，将该频率信号作为第一辅助补偿信号，并利用频率振荡器生成微波信号，加载至光信号上经上述光纤链路传输并解调，得到与第一辅助补偿信号含有相同相位噪声的第二辅助补偿信号，基于第一辅助补偿信号和第二辅助补偿信号生成相位补偿信号，反馈控制上述频率振荡器输出信号的相位，复现相位锁定于频率发射源的频率信号。
根据本发明的再一方面，还提供了一种发射装置，其用于产生相位锁定于参考频率源的频率信号，并将该频率信号调制到光信号上以通过一条或多条光纤链路向一个或多个置于接收端的接收补偿装置传输，该发射装置包括：频率振荡器，其将参考频率源产生的频率信号作为参考信号，生成相位锁定于该参考信号的频率信号；光调制模块，通过振幅调制将所述频率振荡器生成的频率信号加载到光信号上；光耦合器，用于将光调制模块输出的经频率信号调制的光信号以及来自接收补偿装置的光信号耦合到同一光路；环形器，用于将来自光耦合器光信号输出至对应接收补偿装置的光纤链路，将来自光纤链路的光信号输入至光耦合器。
根据本发明的再一方面，还提供了一种接收补偿装置，该接收补偿装置包括辅助补偿部和补偿部，由辅助补偿部生成第二辅助补偿信号，解调来自发射装置的光信号得到第一辅助补偿信号，将该第一辅助补偿信号和该第二辅助补偿信号一同输入至补偿部，由补偿部生成相位锁定于发射端参考频率源的频率信号，并转换成相应频率供用户使用。
利用本发明的方案，对于由一点向多点的多链路并行的频率信号传输，由于本发明提供了一种相位补偿装置位于传输链路接收端的相位噪声补偿方法，避免了多链路并行传输可能造成的共发射端发射装置繁杂的问题。
另外，对于超长距离的频率信号的传输，可采串联或混联方式，利用多个中继站进行分段相位噪声补偿，从而解决了远距离频率信号传输存在的信号衰减的问题，同时大大提高了频率信号的传递精度。
附图说明
图1为本发明的频率信号传输系统的结构示意图；
图2为本发明的发射装置的结构示意图；
图3为本发明的接收补偿装置的结构示意图；
图4为本发明的接收补偿装置中比相单元的一种结构示意图；
图5为本发明的接收补偿装置中比相单元的另一种结构示意图；
图6为本发明的发射装置的一个示例；
图7为本发明的接收补偿装置的一个示例。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。
图1为本发明的补偿装置后置的频率信号传输系统的结构示意图。
如图1所示，本发明的补偿装置后置的频率信号传输系统包括：发射装置100，用于产生相位锁定于参考频率源的频率信号，并将该频率信号调制到光信号上以通过一条或多条光纤向一个或多个置于接收端的接收补偿装置200传输；与接收端数目相同的接收补偿装置，用于接收来自发射装置的光信号，解调得到带有光纤链路相位噪声的频率信号，将该频率信号作为第一辅助补偿信号，并利用频率振荡器生成微波信号，加载至光信号上经上述光纤链路传输至发射装置，再经发射装置传送回接收补偿装置并解调，得到与第一辅助补偿信号含有相同相位噪声的第二辅助补偿信 号，基于第一辅助补偿信号和第二辅助补偿信号生成相位补偿信号，利用该相位补偿信号反馈控制上述频率振荡器输出信号的相位，复现相位锁定于频率发射源的频率信号。
参照图1，本发明的补偿装置后置的频率信号传输系统包含一个发射装置和多个接收补偿装置，示例性的采用并行传输方式，但不限制于此。在实际应用中，根据需要可以将接收补偿装置复现的频率信号作为参考信号，再次向远端发射信号，以形成由发射端、中继端和终端组成的串联、并联或串并联同时存在的混联频率传输网络，实现频率信号由一点向一点或多点的长距离高精度传输。
下面将进一步详细说明本发明的频率信号传输系统的各组成部分。
图2为本发明的发射装置的结构示意图。
本发明的发射装置处于频率信号传输系统的发射端，主要具有下述作用：（1）发射频率信号；（2）将来自接收端的光信号沿原路传回。
如图2所示，本发明的发射装置100包括频率振荡器101、光调制模块102、一个或多个光耦合器103以及环形器104，其中光耦合器103的数量与接收补偿装置200的数量一致，且一一对应，在每一个光耦合器103与接收补偿装置200之间都连接有一个环形器104。
在图2中，将参考频率源产生的频率信号作为参考信号，由频率振荡器101生成相位锁定于该参考信号的频率信号，优选的该生成的频率信号可为参考信号的倍频信号。通过光调制模块102的振幅（强度）调制将该频率振荡器101生成的频率信号加载到光信号上，将调制后的信号分成多份分别输入至光耦合器103，可选的，可按照功率平均分配，也可根据实际需要，按照一定的功率配比分配，不限于此。每一份再经各自的环形器104进入各光纤链路，传输至对应的接收补偿装置200；与此同时，由各接收补偿装置200传来经其微波信号V3调制的光信号，经环形器104进入光耦合器103，再输出到环形器104进入原光纤链路，传回接收补偿装置200。
设参考频率源产生的作为参考信号的频率信号为
V0=A0cos(ω0t+φref)
这里，A0表示参考信号的振幅；φref为参考信号的相位；ω0为参考信号的频率。本发明所述的参考频率源可以是产生参考信号的任意微波信号源，优选的，可以采用氢钟、铯钟或铷钟等由国家参考频率源（铯喷泉钟）校准的守时钟。
频率振荡器101产生相位锁定于参考频率源的第一微波信号
V1=A1cos(aω0t+aφref)
其中A1表示第一微波信号的振幅；a为任意数，由所要传输的频率信号的频率除以参考信号的频率得到，通过锁相环及频率综合器可以产生相位锁定于参考信号的任意频率微波信号。
由上所述，来自光调制模块102和环形器104的两路光信号经光耦合器103耦合至同一光路，经环形器104输出至对应的接收补偿装置200。
本发明所述的各链路所传输的微波信号由同一光调制模块调制，所得的光信号具有相同波长。可选的，频率振荡器输出的微波信号可输入至多个光调制模块，得到不同或相同波长的光信号，再输入至光耦合器用于不同链路的传输。本发明所述的光调制模块用于将第一微波信号经振幅（强度）调制，加载到光信号上，实现微波信号的电光转换。可选的，可以采用特定波长的光源和调制器实现此功能，不在本发明的讨论之列。
本发明所述的各链路所传输的微波信号具有相同的传输频率（aω0）。可选的，参考频率源输出的参考信号可输入至多个频率振荡器，生成不同或相同频率的相位锁定于参考频率源相位的微波信号，再经过光调制模块调制到光信号传输至接收端，各链路传输的微波信号可由此获得不同的传输频率。
本发明所述的光耦合器用于将两路光信号合成一路光信号通过光纤传输。可选的，可以采用波分复用器等方法实现此功能，不在本发明的讨论之列。
图3为本发明的接收补偿装置的结构示意图。
本发明的接收补偿装置200处于频率信号传输系统的各链路末端。主要具有下述作用：（1）接收来自发射端的光信号，解调得到其调制的频率信号（此时已包含链路相位噪声），将其作为第一辅助补偿信号；（2）利用频率振荡器生成微波信号加载至光信号，经上述光纤链路传输并解调，得到第二辅助补偿信号（与第一辅助补偿信号含有相同的相位噪声）；（3）基于前二者生成相位补偿信号，反馈控制上述频率振荡器输出信号的相位，复现相位锁定于发射端参考频率源的频率信号，并转换成相应频率供用户使用。
如图3所示，接收补偿装置包括辅助补偿部和补偿部。由辅助补偿部生成第二辅助补偿信号，解调来自发射装置的光信号得到第一辅助补偿信号，将该第一辅助补偿信号和该第二辅助补偿信号一同输入至补偿部，由补偿部生成相位锁定于发射端参考频率源的频率信号，并转换成相应频率供用户使用。
辅助补偿部包括光纤环形器201、光调制模块202、波分复用器203、第一探测器204和第二探测器205。
补偿部包括比相单元206、混频器207、频率振荡器208、反馈电路209和变频器210。
发射装置输出的光信号所加载的频率信号V1经过光纤链路的传输，引入一定相位噪声，由辅助补偿部接收，经环形器201输入至波分复用器203。
由补偿部的频率振荡器208产生第三微波信号
其中，A3表示第三微波信号的振幅；φ0表示第三微波信号的相位，可由反馈补偿信号V6控制，以满足特定的条件（见下文）；为使得第二辅助补偿信号包含与第一辅助补偿信号相同的相位噪声，第三微波信号的频率设定为第一辅助补偿信号频率的一半，即（详细说明见下文）。
光调制模块202将第三微波信号经振幅（强度）调制加载到光信号上，经环形器201输入上述光纤链路传输至发射装置，再经发射装置沿原路传 回接收补偿装置200，经环形器201输入至波分复用器203.
上述两路光信号经波分复用器203分离，分别经过第一探测器204和第二探测器205进行解调，得到第一辅助补偿信号和第二辅助补偿信号，输入补偿部。该第一辅助补偿信号和第二辅助补偿信号的形式为：
V2=A2cos(aω0t+aφref+φp)
其中，A2表示第一辅助补偿信号的振幅；φp为光纤链路引入的相位噪声，该相位噪声受到光纤链路所处环境温度变化，光纤所受机械应力的变化等因素影响。A4表示第二辅助补偿信号的振幅；由于第三微波信号的频率为第一辅助补偿信号频率的一半经相同的光纤链路传输至发射端引入的相位噪声也应为第一辅助补偿信号携带相位噪声的一半（φp/2），再经原路传回，所得的第二辅助补偿信号中的相位噪声则包含两倍的光纤链路中的相位噪声，即φp。
另外，光调制模块202输出的光信号波长对应于光纤通信窗口波段，且由于要与来自发射装置的光信号经同一光纤链路传至接收补偿装置200，为便于分离两光信号，其波长应不相同，但应尽量接近。
本发明的比相单元206用于将上述给出的信号V2和V4进行比相处理。该比相处理是指通过电路运算，得到一个包含几个信号相位之间特定数学关系的电信号。
图4为本发明的接收补偿装置200中比相单元的一种结构示意图。
图4中的代表混频器400，它使得两个输入信号做乘法运算，即使得两个信号的频率和相位做加法运算。
参照图4，混频器400对第一辅助补偿信号和第二辅助补偿信号进行混频和低通滤波得到第五微波信号
其中，A5表示第五微波信号的振幅。
图5显示了本发明的接收补偿装置200中比相单元206的另一种结构 示意图。
为了避免图4中的比相单元206混频后的信号中包含频率为的谐波成分，比相单元206可采用如图5所示的方案，包括频率振荡器501、混频器502、503和504。参照图5，频率振荡器501生成较低频率的第七微波信号
V7二A7cos(ω1t+φ1)
其中，A7表示第七微波信号的振幅，该微波信号的频率为 n、m是正整数；相位为φ1，φ1为任意数。将第七微波信号分别与第一辅助补偿信号、第二辅助补偿信号经混频器502和504混频，然后经过低通滤波，得到第八微波信号和第九微波信号
V8=A8cos(aω0t-ω1t+aφref+φp-φ1)
再将第八微波信号和第九微波信号经混频器503混频，然后进行低通滤波得到第十微波信号
由此得到的第十微波信号与图4中由混频器得到的第五微波信号具有相同的频率和相位。
应说明的是，图4和图5所示的比相单元的工作方法仅仅是示例性的，不构成对本发明的限制。
然后，将第三微波信号和第五微波信号经过混频器混频和低通滤波后得到第六反馈补偿信号
V6=A6cos(aφref-2φ0)
该反馈补偿信号经过反馈电路209输入至频率振荡器208，用来反馈补偿频率振荡器208的输出相位φ0，使其相位φ0满足关系式：
上式中，当系统锁定时，C为某一确定不变的数。
例如，通过伺服反馈电路209，令V6=0，从而得到
n为某一确定不变的整数。
由此，频率振荡器208输出的第三微波信号的相位φ0锁定于发射端参考信号的相位φref。
本发明中，只要实现接收端微波信号相位相对于发射端参考频率源相位锁定即可，并不严格要求其相位完全相等。因此，为了表述方便，在本发明的优选实施方式中可以略去固定的相位差项C，这样接收端的频率信号（第三微波信号）为
由上式可见，接收补偿装置的补偿部得到了与发射端参考频率源品质相同的频率信号，从而实现了很干净（噪声很低）的频率信号传输通道。
本发明所述的光调制模块用于将第三微波信号经振幅（强度）调制，加载到光信号上，实现微波信号的电光转换。可选的，可以采用特定波长的光源和调制器实现此功能，不在本发明的讨论之列。
可选的，如图4所示，补偿部还包括连接至频率振荡器208输出端的变频器210，可将第三微波信号转换至相应频率，供接收端的用户使用。
如上所述，本发明的接收补偿装置200用于接收来自发射装置100的带有光纤链路相位噪声的频率信号，将该频率信号作为第一辅助补偿信号，并利用频率振荡器208生成微波信号，加载至光信号上经上述光纤链路传输，得到与第一辅助补偿信号含有相同相位噪声的第二辅助补偿信号，基于第一辅助补偿信号和第二辅助补偿信号生成相位补偿信号，反馈控制频率振荡器208输出信号的相位，复现相位锁定于频率发射源的频率信号，使得在接收端得到了与参考频率源品质相同的频率信号，并可转换成相应频率供用户使用。
下面结合附图介绍本发明的频率信号传输系统的具体应用示例，其中图6为该系统中发射装置的结构图，图7为该系统中接收补偿装置的结构图。
如图6所示，以由发射装置将参考频率源生成的参考信号向一个接收端用户传递传输频率为2.0GHz的频率信号为例，但不限制于此，包含中继端或不包含中继端的串联、并联连接方式及串联、并联同时存在的混接方式的情形类似，其他传输频率的情形类似。
本示例中的发射装置600，用于产生频率为2.0GHz且相位锁定于参考频率源的频率信号，并将其调制到光信号上以通过光纤传输至接收端；将来自接收端的光信号原路传回接收端。
发射装置600包括：压控频率振荡器601；微波功率分配器602；微波频率除法器603；除法因子20，将2.0GHz信号的频率除至100MHz；混频器604；伺服电路(Servo)605；微波功率放大器606；波长为λ1的激光器607；光学放大器608；光纤耦合器（FC）609，将两路光纤中的光信号耦合至同一光纤中；光纤环行器610，由端口1入射的光只能由端口2输出，由端口2入射的光只能由端口3输出。
发射装置600的具体工作方式如下：压控频率振荡器601输出2.0GHz微波信号经微波功率分配器602分成两份，微波频率除法器603将其中一路2.0GHz信号的频率除以20，得到100MHz的频率信号，通过混频器604将其与来自氢钟的100MHz信号混频，得到的输出信号作为反馈补偿信号输入伺服电路(Servo)605，经过伺服电路(Servo)605进行比例积分放大后输入至压控频率振荡器601的电压控制端，反馈控制压控频率振荡器601输出信号的相位，从而获得一个相位锁定于氢钟的2.0GHz频率信号。由微波功率分配器602输出的另一路信号输入至微波功率放大器606进行功率放大，然后输入至波长为λ1的激光器607，调制到波长为λ1的光信号上，实现对2.0GHz微波信号的电光转换过程，将该光信号经光学放大器608放大。从发射端传来的光信号由环形器610的端口2输入，从端口3输入至光纤耦合器（FC）609，与光学放大器608输出的光信号耦合至环形器610的端口1，从端口2进入光纤链路传输至接收端。
图7为该示例中接收补偿装置的结构图，如图7所示，该接收补偿装置包括辅助补偿部700和补偿部800。
在该示例中，设定用户需求为100MHz相位锁定于参考频率源的频率信号。第一辅助补偿信号频率为2.0GHz（接收自发射端），第二辅助补偿信号频率为1.0GHz（由第一辅助补偿信号的频率决定），在接收端接收其他传输频率调制的光信号时，可根据具体的由发射装置传来的调制信号频率计算得到第二辅助补偿信号频率。
辅助补偿部700用于接收来自发射端的光信号，解调得到其调制的频率信号（此时已包含链路相位噪声），将其作为第一辅助补偿信号；生成第二辅助补偿信号（与第一辅助补偿信号含有相同的相位噪声）。
辅助补偿部700包括：微波功率放大器701；波长为λ2的激光器702；光学放大器703；光纤环行器704，由端口1入射的光只能由端口2输出，由端口2入射的光只能由端口3输出；波分复用器（WDM）705；光学放大器706和709；光探测器707和710；微波功率放大器708和711。
辅助补偿部700生成第二辅助补偿信号的具体工作方式如下：由补偿部输入的1.0GHz的微波信号输入至701进行功率放大，然后输入至702，调制到波长为λ2的光信号上，实现对1.0GHz的微波信号的电光转换过程。将该光信号经703放大，输入至704的端口3，从端口1进入到光纤链路传输至发射端，再沿原路返回（详见接收补偿装置的相关内容），并由环行器704的端口1输入，从端口2输出至705，经705输出至光学放大器709，经放大后，输入到光探测器710，实现第二辅助补偿信号的光电转换，经过微波功率放大器711放大后输入至补偿部800。
辅助补偿部700接收来自发射端的第一辅助补偿信号的具体工作方式如下：来自发射端的光信号由环行器704的端口1输入，从端口2输出至705，经705输出至光学放大器706，经放大后，输入到光探测器707，实现第二辅助补偿信号的光电转换，经过微波功率放大器708放大后输入至补偿部800。
补偿部800用于基于第一辅助补偿信号和第二辅助补偿信号，生成相 位锁定于参考频率源的频率为1.0GHz的频率信号，并转换成相位锁定于参考频率源的频率为100MHz的微波信号供用户使用。
如图7所示，补偿部800包括混频器801和802、伺服电路(Servo)803、压控频率振荡器804、一分三微波功率分配器805、微波频率除法器806（包含除法因子10，将1.0GHz信号频率除至100MHz）、混频器807、压控频率振荡器808、一分二微波功率分配器809、伺服电路(Servo)810。
补偿部生成相位锁定于参考频率源的频率信号的具体工作方式如下。压控频率振荡器804产生1.0GHz的微波信号，经一分三微波功率分配器805分成三路，一路输入至辅助补偿部700，一路输入至混频器802。由辅助补偿部700得到的第一辅助补偿频率信号和第二辅助补偿信号的频率分别为2.0GHz和1.0GHz，一同输入至混频器801进行混频和低通滤波，实现比相功能，得到频率为1.0GHz，且不含光纤链路中的相位噪声的微波信号，与来自一分三微波功率分配器805的微波信号通过混频器802混频，得到的输出信号作为反馈补偿信号经伺服电路(Servo)803放大后输入至压控频率振荡器804的电压控制端，反馈控制压控频率振荡器804输出信号的相位，从而得到相位锁定于氢钟频率参考源的1.0GHz微波信号。
补偿部将锁定于参考频率源的频率信号转换成100MHz供用户使用的具体工作方式如下。由一分三微波功率分配器805生成的第三路微波信号经过微波频率除法器806将其频率除以10，然后输入至混频器807。压控频率振荡器808输出的100MHz信号经一分二微波功率分配器809分成两份。一路输出供用户使用，另一路输入至混频器807与来自微波频率除法器806的信号混频，输出信号经伺服电路(Servo)810进行放大后输入至808的电压控制端，反馈控制808输出信号的相位。这样就使得压控频率振荡器808输出的100MHz信号的相位锁定于压控频率振荡器808输出的微波信号，而该微波信号相位锁定于参考频率源（详见接收补偿装置的相关内容），从而使得接收端的用户获得相位锁定于参考频率源的频率信号（由一分二微波功率分配器809输出）。
本发明还提供了一种补偿系统后置的频率传输方法，该方法通过上面介绍的补偿系统后置的频率传输系统实施。
本发明的补偿系统后置的频率传输方法包括步骤：在发射装置100用于产生相位锁定于参考频率源的频率信号，并将该频率信号调制到光信号上以通过一条或多条光纤链路向一个或多个置于接收端的接收补偿装置200传输；以及在接收补偿装置200接收来自发射装置100的光信号，解调得到带有光纤链路相位噪声的频率信号，将该频率信号作为第一辅助补偿信号，并利用频率振荡器生成微波信号，加载至光信号上经上述光纤链路传输并解调，得到与第一辅助补偿信号含有相同相位噪声的第二辅助补偿信号，基于第一辅助补偿信号和第二辅助补偿信号生成相位补偿信号，反馈控制上述频率振荡器输出信号的相位，复现相位锁定于频率发射源的频率信号。其中发射装置100与接收装置200的结构以及工作原理在上面结合图1-7的说明中已经详细描述，在此不再赘述。
综上所述，本发明旨在保护一种新型的补偿系统后置的频率传输系统及传输方法，本发明的技术方案相对比于现有技术具有如下显著的技术效果：
（1）实现由一点向多点的频率传递，避免了频率信号多链路并行传输可能造成的共发射端发射装置繁杂的问题。
通过本发明提出的相位噪声末端补偿方法，将相位噪声补偿功能置于光纤链路的末端，弱化了发射端功能，从而简化了发射装置，方便于由频率发射源向多个用户单位的高精度频率传递的实现及系统的拓展。
（2）可以在接收端复现发射端的参考频率源，供用户使用。
由于本发明所使用的光纤传输信道的长期稳定度远优于参考频率源的长期稳定度，因此可在接收端，将一个具有很好短稳（秒稳）的晶体振荡器的相位锁定于发射端参考频率源的相位，复现一个相位锁定于发射端参考频率源的本地频率，实现长时间两者的时间频率的同步。
（3）多地之间实时连续的频率传输与比对。
本发明的技术方案可以利用现有的光纤通信网络作为频率信号的传输媒介，在多地之间同时进行频率信号的传输与比对，且所有装置都可以 长时间连续运行。
应当说明的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (10)
1.一种补偿系统后置的频率传输系统，其特征在于，该系统包括：
发射装置(100)，用于产生相位锁定于参考频率源的频率信号，并将该频率信号经振幅调制到光信号上以通过一条或多条光纤链路向一个或多个置于接收端的接收补偿装置(200)传输；以及
接收补偿装置(200)，用于接收来自发射装置(100)的光信号，解调得到带有光纤链路相位噪声的频率信号，将该频率信号作为第一辅助补偿信号，并利用第一频率振荡器(208)生成微波信号，加载至光信号上经上述光纤链路传输到发射装置并由发射装置返回到该接收补偿装置并解调，得到与第一辅助补偿信号含有相同相位噪声的第二辅助补偿信号，基于第一辅助补偿信号和第二辅助补偿信号生成相位补偿信号，反馈控制上述第一频率振荡器(208)输出信号的相位，复现相位锁定于频率发射源的频率信号。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，发射装置(100)进一步包括：
第二频率振荡器(101)，其将参考频率源产生的频率信号作为参考信号，生成相位锁定于该参考信号的频率信号；
第一光调制模块(102)，通过振幅调制将所述第二频率振荡器(101)生成的频率信号加载到光信号上；
光耦合器(103)，用于将第一光调制模块(102)输出的经频率信号调制的光信号以及来自接收补偿装置(200)的光信号耦合到同一光路；
第一环形器(104)，用于将来自光耦合器(103)的光信号输出至对应接收补偿装置(200)的光纤链路，将来自光纤链路的光信号输出至光耦合器(103)。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述接收补偿装置(200)进一步包括辅助补偿部和补偿部，由辅助补偿部生成第二辅助补偿信号，与来自发射装置的光信号解调后得到的第一辅助补偿信号一同输入至补偿部，生成相位锁定于发射端参考频率源的频率信号，并转换成相应频率供用户使用。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，发射装置的第二频率振荡器(101)产生的相位锁定于参考频率源的第一微波信号为：
V1＝A1cos(aω0t+aφref)
其中，A1表示第一微波信号的振幅，φref为参考频率源产生的参考信号的相位，ω0为参考信号的频率，a为任意数，
辅助补偿部进一步包括第二光调制模块(202)、第二环形器(201)、波分复用器(203)、第一探测器(204)和第二探测器(205)，
加载了第一微波信号的光信号，通过相应的光纤链路传输到接收补偿装置(200)，经该第二环形器(201)输入至波分复用器(203)，
接收补偿装置的补偿部的第一频率振荡器(208)产生第三微波信号：
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其中，A3表示第三微波信号的振幅，φ0表示第三微波信号的相位，
该第二光调制模块(202)将第三微波信号经振幅调制加载到光信号上，经该第二环形器(201)输入光纤链路传输至发射装置，再经发射装置沿原路传回接收补偿装置(200)，经该第二环形器(201)也输入至波分复用器(203)，
上述两路光信号经波分复用器(203)分离，分别经过第一探测器(204)和第二探测器(205)进行解调，得到第一辅助补偿信号和第二辅助补偿信号，输入补偿部，该第一辅助补偿信号和第二辅助补偿信号的形式为：
V2＝A2cos(aω0t+aφref+φp)
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其中，A2表示第一辅助补偿信号的振幅，φp为光纤链路引入的相位噪声，A4表示第二辅助补偿信号的振幅。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述补偿部进一步包括：比相单元(206)、混频器(207)、第一频率振荡器(208)、反馈电路(209)和变频器(210)，所述第一辅助补偿信号V2和第二辅助补偿信号V4输入至比相单元(206)进行混频和低通滤波，得到第五微波信号V5，
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其中，A5表示第五微波信号V5的振幅，将所述第三微波信号和第五微波信号经过混频器(207)混频后得到第六反馈补偿信号
V6＝A6cos(aφref-2φ0)
其中A6为该第六反馈补偿信号的振幅，该第六反馈补偿信号V6经过反馈电路(209)输入至第一频率振荡器(208)，用来反馈补偿第一频率振荡器(208)的输出相位φ0，使其相位φ0满足关系式：
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上式中，当系统锁定时，C为某一确定不变的数，由此，第一频率振荡器(208)输出的第三微波信号的相位φ0锁定于发射端参考信号的相位φref，第一频率振荡器(208)输出端连接的变频器(210)将第三微波信号转换至相应频率，供接收端的用户使用。
6.一种补偿系统后置的频率传输方法，其特征在于，该方法包括：
在发射装置(100)产生相位锁定于参考频率源的频率信号，并将该频率信号经振幅调制加载到光信号上以通过一条或多条光纤链路向一个或多个置于接收端的接收补偿装置(200)传输；以及
在接收补偿装置(200)接收来自发射装置(100)的光信号，解调得到带有光纤链路相位噪声的频率信号，将该频率信号作为第一辅助补偿信号，并利用第一频率振荡器(208)生成微波信号，加载至光信号经上述光纤链路传输至发射装置，再经发射装置传回接收补偿装置并解调，得到与第一辅助补偿信号含有相同相位噪声的第二辅助补偿信号，基于第一辅助补偿信号和第二辅助补偿信号生成相位补偿信号，反馈控制第一频率振荡器(208)输出信号的相位，复现相位锁定于频率发射源的频率信号。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在发射装置(100)，通过第二频率振荡器(101)将参考频率源产生的频率信号作为参考信号，生成相位锁定于该参考信号的频率信号；利用第一光调制模块(102)通过振幅调制将所述第二频率振荡器(101)生成的频率信号加载到光信号上；通过光耦合器(103)将第一光调制模块(102)调制后的频率信号以及来自接收补偿装置(200)的光信号耦合到同一光路；通过第一环形器(104)将来自光耦合器(103)的光信号经相应的光纤链路输出至对应的接收补偿装置(200)。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述接收补偿装置(200)进一步包括辅助补偿部和补偿部，由辅助补偿部生成第二辅助补偿信号，与解调来自发射装置的光信号得到的第一辅助补偿信号一同输入至补偿部，由补偿部生成相位锁定于发射端参考频率源的频率信号，并转换成相应频率供用户使用。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，发射装置的第二频率振荡器(101)产生的相位锁定于参考频率源的第一微波信号为：
V1＝A1cos(aω0t+aφref)
其中，A1表示第一微波信号的振幅，φref为参考频率源产生的参考信号的相位，ω0为参考信号的频率，a为任意数，
辅助补偿部进一步包括第二光调制模块(202)、第二环形器(201)、波分复用器(203)、第一探测器(204)和第二探测器(205)，
加载了第一微波信号的光信号，通过相应的光纤链路传输到接收补偿装置(200)，经该第二环形器(201)输入至波分复用器(203)，
接收补偿装置的补偿部的第一频率振荡器(208)产生第三微波信号：
<mrow>
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其中，A3表示第三微波信号的振幅，φ0表示第三微波信号的相位，
该第二光调制模块(202)将第三微波信号经振幅调制加载到光信号上，经该第二环形器(201)输入光纤链路传输至发射装置，再经发射装置沿原路传回接收补偿装置(200)，经该第二环形器(201)也输入至波分复用器(203)，
上述两路光信号经波分复用器(203)分离，分别经过第一探测器(204)和第二探测器(205)进行解调，得到第一辅助补偿信号和第二辅助补偿信号，输入补偿部，该第一辅助补偿信号和第二辅助补偿信号的形式为：
V2＝A2cos(aω0t+aφref+φp)
<mrow>
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其中，A2表示第一辅助补偿信号的振幅，φp为光纤链路引入的相位噪声，A4表示第二辅助补偿信号的振幅。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述补偿部进一步包括：比相单元(206)、混频器(207)、第一频率振荡器(208)、反馈电路(209)和变频器(210)，所述第一辅助补偿信号V2和第二辅助补偿信号V4输入至比相单元(206)进行混频和低通滤波，得到第五微波信号V5，
<mrow>
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其中，A5表示第五微波信号V5的振幅，将所述第三微波信号和第五微波信号经过混频器(207)混频后得到第六反馈补偿信号
V6＝A6cos(aφref-2φ0)
其中A6为该第六反馈补偿信号的振幅，该第六反馈补偿信号V6经过反馈电路(209)输入至第一频率振荡器(208)，用来反馈补偿第一频率振荡器(208)的输出相位φ0，使其相位φ0满足关系式：
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上式中，当系统锁定时，C为某一确定不变的数，由此，第一频率振荡器(208)输出的第三微波信号的相位φ0锁定于发射端参考信号的相位φref，第一频率振荡器(208)输出端连接的变频器(210)将第三微波信号转换至相应频率，供接收端的用户使用。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Wang Lijun Inventor after: Wang Bo Inventor after: Gao Chao Inventor after: Bai Yu Inventor after: Dong Jingwen Inventor after: Zhu Xi Inventor before: Wang Bo Inventor before: Gao Chao Inventor before: Dong Jingwen Inventor before: Zhu Xi Inventor before: Bai Yu Inventor before: Wang Lijun |
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| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20231024 Address after: 100072 No. 105, floor 1, building 2-8, No. 1, yanggongzhuang, Changxindian, Fengtai District, Beijing Patentee after: Beijing Putian spacetime Technology Co.,Ltd. Address before: 100084 No. 1 Tsinghua Yuan, Beijing, Haidian District Patentee before: TSINGHUA University |
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| TR01 | Transfer of patent right |