CN110557199A - 基于数字光模块的高精度光纤频率传递装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于数字光模块的高精度光纤频率传递装置，包括中心站光纤频率发送单元和远端光纤频率接收单元；所述中心站光纤频率发送单元发送和接收高精度频率信号，并根据远端环回频率信号获取光纤链路的时延/相位及其波动信息对光纤传输时延/相位进行调整，从而稳定光纤传输时延/相位；所述远端光纤频率接收单元接收中心站光纤频率发送单元发送的光载频率信号，并产生光载环回频率信号返回给中心站光纤频率发送单元。本发明中，通过数字光模块进行光电转换及电光转换，采用单纤双向传输方式，能够有效避免环境变化对频率传输的影响，实现高精度传输，并能够直接利用现有商用光通信网络进行高精度频率传输，性价比高，应用潜力大。
Description
技术领域
本发明涉及光纤时间频率传递领域，特别涉及一种基于数字光模块的高精度光纤频率传递装置。
背景技术
高精度的频率传递技术在导航、通信、电力和金融等应用场景有着重要的应用，极大地推动着社会发展和技术进步。目前基于卫星的频率传递技术，如GPS共视法(CV)、双向卫星时间频率传递技术(TWSTFT)，可以达到10-15/d量级的频率传递稳定度；上述天基频率传递技术虽然已经相当成熟，但它们自身存在着体系复杂、成本昂贵、实现周期长、安全性差、可靠性差等缺点。光纤传输具有低损耗、大容量、大带宽、高速、高稳定、安全可靠的优势，在通信领域已经得到了广泛的应用。高精度的光纤频率传递面临着光纤链路传输时延随温度、应力、振动和传输波长等因素变化而变化的问题，使得传输频率信号频率/相位发生抖动。近十年来，高精度光纤频率传递技术得到广泛的关注和研究，已报道的光纤双向频率传递技术可以满足高精度的应用需求，但普遍存在价格昂贵、无法大规模应用、不兼容现有光通信网络等缺点。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供了一种能够直接利用现有商用光通信网络进行高精度传输的基于数字光模块的光纤频率传递装置。
本发明的技术方案如下：
一种基于数字光模块的高精度光纤频率传递装置，包括中心站光纤频率发送单元和远端光纤频率接收单元，所述中心站光纤频率发送单元的输入端与频率源电连接，输出端采用单纤双向传输方式通过光纤链路与远端光纤频率接收单元连接，构成单纤双向通路；
所述中心站光纤频率发送单元将来自频率源的频率信号转换为光载频率信号发送给远端光纤频率接收单元，并接收来自远端光纤频率接收单元的光载环回频率信号，提取其与本地频率信号之间的时延/相位信息，并根据提取的时延/相位信息对时延/相位补偿值进行调整；
所述远端光纤频率接收单元用于接收中心站光纤频率发送单元发送的光载频率信号，以及根据该光载频率信号产生光载环回频率信号返回给中心站光纤频率发送单元。
进一步的，所述中心站光纤频率发送单元包括第一时延/相位补偿模块、第一数字光模块、第一光路由模块、第一信号处理模块、第二时延/相位补偿模块、时延/相位提取模块和控制模块；
所述第一时延/相位补偿模块根据控制模块输出的控制信号对来自频率源的频率信号进行时延/相位调整，并输出给第一数字光模块；
所述第一数字光模块将来自第一时延/相位补偿模块的电信号转换为光载频率信号，并输出给第一光路由模块，同时将来自第一光路由模块的光载频率信号转换为电信号，并输出给第一信号处理模块；
所述第一光路由模块将来自第一数字光模块的光信号耦合进一根光纤链路，同时将来自该光纤链路的光信号耦合并输出到第一数字光模块；
所述第一信号处理模块对来自第一数字光模块的数字信号进行滤波和放大，从而转换为模拟信号输出给第二时延/相位补偿模块；
所述第二时延/相位补偿模块根据控制模块输出的控制信号对来自第一信号处理模块的频率信号进行时延/相位调整，并输出给时延/相位提取模块；
所述时延/相位提取模块与频率源连接，并将来自第二时延/相位补偿模块的信号与频率源输出的信号进行比较，从而提取光纤链路的时延/相位及其变化信息，并输出给控制模块；
所述控制模块根据时延/相位提取模块送来的光纤链路时延/相位信息及其变化信息，产生相应的控制信号，并分别输出给第一时延/相位补偿模块和第二时延/相位补偿模块。
进一步的，所述远端光纤频率接收单元包括第二数字光模块、第二信号处理模块、和第二光路由模块；
所述第二数字光模块将来自第二光路由模块的光载频率信号转换为数字电信号，并送给第二信号处理模块；同时将来自第二信号处理模块的模拟电信号转换为光载频率信号，并经第二光路由模块环回中心站光纤频率发送单元；
所述第二信号处理模块将来自第二数字光模块的数字信号通过滤波和放大转换为模拟信号，并分为两路，一路输出给用户，另一路返回给第二数字光模块；
所述第二光路由模块，接收来自光纤链路的光载频率信号，并输出给第二数字光模块；同时将来自第二数字光模块的环回频率信号耦合进该光纤链路。
进一步的，所述光纤链路包括串接的多个双向光放大单元，所述中心站光纤频率发送单元通过串接的多个双向光放大单元与远端光纤频率接收单元连接。
进一步的，所述中心站光纤频率发送单元与相邻的双向光放大单元之间、相邻两个双向光放大单元之间、以及远端光纤频率接收单元与相邻的双向光放大单元之间，均采用单纤双向传输方式连接。
有益效果：本发明中，通过数字光模块进行光电转换及电光转换，采用单纤双向传输方式，能够有效避免环境变化对频率传输的影响，实现高精度传输，并能够直接利用现有商用光通信网络进行高精度频率传输，性价比高，应用潜力大。
附图说明
图1是本发明具体实施例的结构框图；
图2是中心站光纤频率发送单元的结构示意图；
图3是远端光纤频率接收单元的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
如图1所示，本发明的一个实施例包括中心站光纤频率发送单元1、远端光纤频率接收单元2和串接的多个双向光放大单元3，所述中心站光纤频率发送单元1的输入端与频率源电连接，输出端采用单纤双向传输方式通过光纤链路与远端光纤频率接收单元2连接，构成单纤双向通路；所述光纤链路包括串接的多个双向光放大单元3，所述中心站光纤频率发送单元1与相邻的双向光放大单元3之间、相邻两个双向光放大单元3之间、以及远端光纤频率接收单元2与相邻的双向光放大单元3之间，均采用单纤双向传输方式连接，构成单纤双向通路。双向光放大单元3采用无隔离器的传统商用光放大器(参见P.Krehlik,A.Czubla,Buczek,and M.Lipiński,"Dissemination of time and RFfrequency via a stabilized fibre optic link over a distance of 420km,"Metrologia,vol.50,pp.133-145,2013.)。中心站光纤频率发送单元1发射的光载频率信号波长为1550.12nm；远端光纤频率单元2发射的光载环回频率信号波长为1549.32nm；频率源输出信号频率为10MHz。
如图2所示，所述中心站光纤频率发送单元1包括第一时延/相位补偿模块11、第一数字光模块12、第一光路由模块13、第一信号处理模块14、第二时延/相位补偿模块15、时延/相位提取模块16和控制模块17。
所述第一时延/相位补偿模块11根据控制模块17输出的控制信号对来自频率源的频率信号进行时延/相位调整，并输出给第一数字光模块12；所述第一数字光模块12将来自第一时延/相位补偿模块11的电信号转换为光载频率信号，并输出给第一光路由模块13，同时将来自第一光路由模块13的光载频率信号转换为电信号，并输出给第一信号处理模块14；所述第一光路由模块13将来自第一数字光模块12的光信号耦合进一根光纤链路，同时将来自该光纤链路的光信号耦合并输出到第一数字光模块12；所述第一信号处理模块14对来自第一数字光模块12的数字信号进行滤波和放大，从而转换为模拟信号输出给第二时延/相位补偿模块15；所述第二时延/相位补偿模块15根据控制模块17输出的控制信号对来自第一信号处理模块14的频率信号进行时延/相位调整，并输出给时延/相位提取模块16；所述时延/相位提取模块16与频率源连接，并将来自第二时延/相位补偿模块15的信号与频率源输出的信号进行比较，从而提取光纤链路的时延/相位信息及其变化信息，并输出给控制模块17；所述控制模块17根据时延/相位提取模块16送来的光纤链路时延/相位信息及其变化信息，产生相应的控制信号，并分别输出给第一时延/相位补偿模块11和第二时延/相位补偿模块15。
如图3所示，所述远端光纤频率接收单元2包括第二数字光模块21、第二信号处理模块22、和第二光路由模块23。所述第二数字光模块21将来自第二光路由模块23的光载频率信号转换为数字电信号，并送给第二信号处理模块22；同时将来自第二信号处理模块22的模拟电信号转换为光载频率信号，并经第二光路由模块23环回中心站光纤频率发送单元；所述第二信号处理模块22将来自第二数字光模块21的数字信号通过滤波和放大等处理转换为模拟信号，并分为两路，一路输出给用户，另一路返回给第二数字光模块21；所述第二光路由模块23，接收来自光纤链路的光载频率信号，并输出给第二数字光模块21；同时将来自第二数字光模块21的环回频率信号耦合进该光纤链路。
本实施例的工作原理如下：
如图1至图3所示，频率源输出的频率信号进入中心站光纤频率发送单元1后，先被送到第一时延/相位补偿模块11进行时延/相位调整，然后被送到第一数字光模块12转换为光载频率信号，之后被第一光路由模块13耦合进一根光纤链路，经多个串联的双向光放大单元3依次放大后，被送给远端光纤频率接收单元2。
光载频率信号由光纤频率接收单元2的第二光路由模块23接收后，被送到第二数字光模块21转换为数字电信号，之后被送到第二信号处理模块22经过滤波和放大等处理后转换为模拟信号，该模拟信号分为两路，一路输出给用户，另一路返回第二数字光模块21，由第二数字光模块21转换为光载环回频率信号后，经第二光路由模块23耦合进光纤链路，反向经过多个串联的双向光放大单元3依次放大后，环回中心站光纤频率发送单元1。
光载环回频率信号由中心站光纤频率发送单元1的第一光路由模块13接收后，被送到第一数字光模块12转换为数字电信号，之后被送到第一信号处理模块14经过滤波和放大等处理后转换为模拟信号，然后被送到第二时延/相位补偿模块15进行时延/相位调整，再被送给时延/相位提取模块16；时延/相位提取模块16对来自第二时延/相位补偿模块15的信号和频率源输出的信号进行比较，从而提取光纤链路的时延/相位信息及其变化信息，并输出给控制模块17，控制模块17根据时延/相位提取模块16送来的光纤链路时延/相位信息及其变化信息产生相应的控制信号，调整第一时延/相位补偿模块11和第二时延/相位补偿模块15进行时延/相位补偿，直至时延/相位提取模块16输出稳定的信号，从而使远端光纤频率接收单元2接收到高精度的频率信号。
中心站光纤频率发送单元1与双向光放大单元3之间、相邻两个双向光放大单元3之间、以及双向光放大单元3与远端光纤频率接收单元2之间，均采用单纤双向传输方式连接，能够有效避免环境变化对频率传输的影响。
双向光放大单元3的数量根据中心站光纤频率发送单元1与远端光纤频率接收单元2之间光纤路由的距离确定，光纤路由的距离越长，双向光放大单元3的数量越多，以弥补光信号在光纤链路中传输时产生的损耗，当光纤路由的距离很短时，也可以不使用双向光放大单元3。
本发明未描述部分与现有技术一致，在此不做赘述。
以上仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明的专利保护范围之内。
Claims (5)
1.一种基于数字光模块的高精度光纤频率传递装置，其特征在于：包括中心站光纤频率发送单元(1)和远端光纤频率接收单元(2)，所述中心站光纤频率发送单元(1)的输入端与频率源电连接，输出端采用单纤双向传输方式通过光纤链路与远端光纤频率接收单元(2)连接，构成单纤双向通路；
所述中心站光纤频率发送单元(1)将来自频率源的频率信号转换为光载频率信号发送给远端光纤频率接收单元(2)，并接收来自远端光纤频率接收单元(2)的光载环回频率信号，提取其与本地频率信号之间的时延/相位信息，并根据提取的时延/相位信息对时延/相位补偿值进行调整；
所述远端光纤频率接收单元(2)用于接收中心站光纤频率发送单元(1)发送的光载频率信号，以及根据该光载频率信号产生光载环回频率信号返回给中心站光纤频率发送单元(1)。
2.根据权利要求1所述的基于数字光模块的高精度光纤频率传递装置，其特征在于：所述中心站光纤频率发送单元(1)包括第一时延/相位补偿模块(11)、第一数字光模块(12)、第一光路由模块(13)、第一信号处理模块(14)、第二时延/相位补偿模块(15)、时延/相位提取模块(16)和控制模块(17)；
所述第一时延/相位补偿模块(11)根据控制模块(17)输出的控制信号对来自频率源的频率信号进行时延/相位调整，并输出给第一数字光模块(12)；
所述第一数字光模块(12)将来自第一时延/相位补偿模块(11)的电信号转换为光载频率信号，并输出给第一光路由模块(13)，同时将来自第一光路由模块(13)的光载频率信号转换为电信号，并输出给第一信号处理模块(14)；
所述第一光路由模块(13)将来自第一数字光模块(12)的光信号耦合进一根光纤链路，同时将来自该光纤链路的光信号耦合并输出到第一数字光模块(12)；
所述第一信号处理模块(14)对来自第一数字光模块(12)的数字信号进行滤波和放大，从而转换为模拟信号输出给第二时延/相位补偿模块(15)；
所述第二时延/相位补偿模块(15)根据控制模块(17)输出的控制信号对来自第一信号处理模块(14)的频率信号进行时延/相位调整，并输出给时延/相位提取模块(16)；
所述时延/相位提取模块(16)与频率源连接，并将来自第二时延/相位补偿模块(15)的信号与频率源输出的信号进行比较，从而提取光纤链路的时延/相位及其变化信息，并输出给控制模块(17)；
所述控制模块(17)根据时延/相位提取模块(16)送来的光纤链路时延/相位及其变化信息，产生相应的控制信号，并分别输出给第一时延/相位补偿模块(11)和第二时延/相位补偿模块(15)。
3.根据权利要求2所述的基于数字光模块的高精度光纤频率传递装置，其特征在于：所述远端光纤频率接收单元(2)包括第二数字光模块(21)、第二信号处理模块(22)、和第二光路由模块(23)；
所述第二数字光模块(21)将来自第二光路由模块(23)的光载频率信号转换为数字电信号，并送给第二信号处理模块(22)；同时将来自第二信号处理模块(22)的模拟电信号转换为光载频率信号，并经第二光路由模块(23)环回中心站光纤频率发送单元；
所述第二信号处理模块(22)将来自第二数字光模块(21)的数字信号通过滤波和放大转换为模拟信号，并分为两路，一路输出给用户，另一路返回给第二数字光模块(21)；
所述第二光路由模块(23)，接收来自光纤链路的光载频率信号，并输出给第二数字光模块(21)；同时将来自第二数字光模块(21)的环回频率信号耦合进该光纤链路。
4.根据权利要求1所述的基于数字光模块的高精度光纤频率传递装置，其特征在于：所述光纤链路包括串接的多个双向光放大单元(3)，所述中心站光纤频率发送单元(1)通过串接的多个双向光放大单元(3)与远端光纤频率接收单元(2)连接。
5.根据权利要求4所述的基于数字光模块的高精度光纤频率传递装置，其特征在于：所述中心站光纤频率发送单元(1)与相邻的双向光放大单元(3)之间、相邻两个双向光放大单元(3)之间、以及远端光纤频率接收单元(2)与相邻的双向光放大单元(3)之间，均采用单纤双向传输方式连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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