CN112350796A - 无需链路校准的分布式光纤时间频率传递系统和方法 - Google Patents

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CN112350796A CN202011361829.6A CN202011361829A CN112350796A CN 112350796 A CN112350796 A CN 112350796A CN 202011361829 A CN202011361829 A CN 202011361829A CN 112350796 A CN112350796 A CN 112350796A
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Abstract

一种无需链路校准的分布式光纤时间频率传递系统和传递方法,该系统由主钟、主时间频率单元、若干从时间频率单元和若干接入时间频率单元组成。该方法中主钟的频率信号以波长1的光载波单向传递,时间信号依次以波长2、3、4的光载波环回传递。在各从时间频率单元和接入时间频率单元处,根据测得波长3和波长4光载波的传输时延,以接收到的频率信号为参考对波长2的时间信号进行延时,得到与主钟同步的时间信号,从而实现无需链路校准的分布式光纤时间频率传递。本发明简化了分布式时间频率传递系统复杂度,抑制了光纤色散对时间传递准确度的影响,使得本系统只需要进行一次背靠背的端机校准,当光纤链路发生变动时,该系统不需要进行链路校准。

Description

无需链路校准的分布式光纤时间频率传递系统和方法
技术领域
本发明涉及时间频率传递,特别是一种无需链路校准的分布式光纤时间频率传递系统和传递方法。
背景技术
高精度的时间频率同步技术在卫星导航、航空航天和基础科学研究与计量等领域有着重要的应用价值。传统的高精度时间频率同步技术主要有基于GPS共视的方案和基于卫星双向比对的方案,这种天基时间频率传递技术已经相当成熟且可行性得到了验证,但这种方案只能达到纳秒量级的时间同步精度,且他们自身存在着体系复杂、成本昂贵、实现周期长、安全性差和可靠性差等的缺点,已经不能满足当前应用的需求。
光纤传输具有损耗低、容量大、高速、稳定性高、安全可靠的优势,在通信领域已经得到了广泛应用。基于光纤的时间频率传递是实现高精度时间频率传递的有效途径。
对于分布式光纤时间传递,波兰AGH理工大学[参见P.Krehlik,L.Sliwczynski,L.Buczek,and M.Lipinski,"Multipoint dissemination of RF frequency in fiberoptic link with stabilized propagation delay,"IEEE transactions onultrasonics,ferroelectrics,and frequency control,vol.60,pp.1804-1810,2013.]提出在主链路中插入2×2光耦合器,耦合出部分前向和后向传递的光信号用于分布式时间传递。但这会减少主链路传递光信号的功率,同时还会恶化主链路时间传递的稳定性。之前我们提出了一种在单一光纤链路上进行多点接入分布式时间传递方案[参见吴龟灵;张浩;陈建平,“高精度长距离分布式光纤时间传递方法与系统,”申请号:CN201610781482.8,2016.8],可以实现高精度长距离分布式光纤时间传递,但这种线型分布式系统无法实现多条光纤链路中点对多点的光纤时间频率传递。同时我们提出了一种在多条光纤链路中点对多点的分布式光纤时间频率传递方案[参见吴龟灵;左发兴;胡亮;陈建平,“分布式光纤时间频率联合传递系统和传递方法”申请号:CN201910215814.X,2019.3],该方案存在由于波长前后向的不对称性,使得光纤色散对系统时间传递的准确度产生影响的问题,且在不同的光纤链路长度的情况下,色散引入的前后向不对称性不一致,因此该方案在光纤链路发生变动的时候需要复杂的链路校准。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足,提供一种无需链路校准的分布式光纤时间频率传递系统和传递方法。
本发明的技术解决方案如下:
本发明一方面,提供一种无需链路校准的分布式光纤时间频率传递系统,其特点在于,包括主钟、主时间频率单元、N个从时间频率单元和N个光纤链路,所述的主时间频率单元分别通过N个光纤链路与所述的N个从时间频率单元相连,其中,N为大于等于1的正整数,每个光纤链路上分布有0到M个不同数量的接入时间频率单元,M为大于等于1的正整数;
每个接入时间频率单元均包括光耦合器模块、第1接入光波分复用模块、第2接入光波分复用模块、接入频率光接收模块、第1接入时间光接收模块、第3接入时间光接收模块、第2接入时间光接收模块、接入时间间隔测量模块和接入时间延迟模块;
所述的光耦合器模块的第1端口和第2端口分别连接在第n个光纤链路上,该的光耦合器模块的第4端口与所述的第1接入光波分复用模块的第5端口相连,该光耦合器模块的第3端口与所述的第2接入光波分复用模块的第5端口相连,将来自主时间频率单元的光信号发送到所述的第1接入光波分复用模块,将来自从时间频率单元的光信号发送到所述的第2接入光波分复用模块;所述的第1接入光波分复用模块的第1端口与所述的接入频率光接收模块的输入端相连,该接入频率光接收模块的输出端输出接入频率信号分为两路,一路直接输出,另一路与所述的接入时间延迟模块的第2输入端相连;所述的第1接入光波分复用模块的第2端口与所述的第1接入时间光接收模块的输入端相连,该第1接入时间光接收模块的输出端与所述的接入时间延迟模块的第1输入端相连;所述的第1接入光波分复用模块的第4端口与所述的第3接入时间光接收模块的输入端相连,该第3接入时间光接收模块的输出端与所述的接入时间间隔测量模块的第2输入端相连;所述的第2接入光波分复用模块的第3端口与所述的第2接入时间光接收模块的输入端相连,该第2接入时间光接收模块的输出端与所述的接入时间间隔测量模块的第1输入端相连;所述的接入时间间隔测量模块的输出端口与所述的接入时间延迟模块的第3输入端相连;所述的接入时间延迟模块的输出端即为接入时间信号的输出端。
所述的主时间频率单元包括频率光发送模块、时间光发送模块、频率光分路器模块、时间光分路器模块、N个光波分复用模块和N个主时间光收发模块;所述的从时间频率单元包括从光波分复用模块、从频率光接收模块、第1从时间光接收模块、从时间光发送模块、从时间间隔测量模块、从时间延迟模块和第2从时间光接收模块;
所述的主钟的频率光输出端与所述的频率光发送模块的输入端相连,该主钟的时间光输出端与所述的时间光发送模块的输入端相连,所述的频率光发送模块的输出端与所述的频率光分路器模块的输入端相连,所述的时间光发送模块的输出端与所述的时间光分路器模块的输入端相连,所述的频率光分路器模块的N个输出端分别与N个光波分复用模块的第1端口相连,所述的时间光分路器模块的N个输出端分别与N个光波分复用模块的第2端口相连;N个光波分复用模块的第3端口分别与N个主时间光收发模块的输入端相连,即第n个光波分复用模块的第3端口与第n个主时间光收发模块的输入端相连;N个主光波分复用模块的第4端口分别与N个主时间光收发模块,即第n个主光波分复用模块的第4端口与第n主时间光收发模块的输出端相连;N个光波分复用模块的第5端口分别与N个光纤链路的输入端相连,即第n个光波分复用模块的第5端口与第n个光纤链路的输入端相连,n=1,2,...,N;N个光纤链路的输出端与N个从时间频率单元的输入端相连,即第n个光纤链路的输出端与第n个从时间频率单元的输入端相连,所述的从光波分复用模块的第1端口与所述的从频率光接收模块的输入端相连,该频率光接收模块的输出端输出从频率信号分为两路,一路直接输出,另一路与所述的从时间延迟模块的第2输入端相连;所述的从光波分复用模块的第2端口与所述的第1从时间光接收模块的输入端相连,该第1从时间光接收模块的三路输出分别与所述的从时间延迟模块的第1输入端口、从时间光发送模块的输入端口、从时间间隔测量模块的第1输入端口相连;所述的从光波分复用模块的第3端口与所述的从时间光发送模块的输出端相连;所述的从光波分复用模块的第4端口与所述的第2从时间光接收模块的输入端相连,该第2从时间光接收模块的输出端与所述的从时间间隔测量模块的第2输入端相连,该从时间间隔测量模块的输出端口与所述的从时间延迟模块的第3输入端相连;所述的从时间延迟模块的输出端输出从时间信号。
本发明还提供了一种无需链路校准的分布式光纤时间频率传递系统,其特点在于,包括主钟、主时间频率单元、N个从时间频率单元和N个光纤链路,所述的主时间频率单元分别通过N个光纤链路与所述的N个从时间频率单元相连,其中,N为大于等于1的正整数,每个光纤链路上分布有0到M个不同数量的接入时间频率单元,M为大于等于1的正整数;
每个接入时间频率单元均包括光耦合器模块、第1接入光波分复用模块、第2接入光波分复用模块、接入频率光接收模块、第1接入时间光接收模块、第3接入时间光接收模块、第2接入时间光接收模块、接入时间间隔测量模块和接入时间延迟模块;
所述的光耦合器模块的第1端口和第2端口分别连接在第n个光纤链路上,该的光耦合器模块的第4端口与所述的第1接入光波分复用模块的第5端口相连,该光耦合器模块的第3端口与所述的第2接入光波分复用模块的第5端口相连,将来自主时间频率单元的光信号发送到所述的第1接入光波分复用模块,将来自从时间频率单元的光信号发送到所述的第2接入光波分复用模块;所述的第1接入光波分复用模块的第1端口与所述的接入频率光接收模块的输入端相连,该接入频率光接收模块的输出端输出接入频率信号分为两路,一路直接输出,另一路与所述的接入时间延迟模块的第2输入端相连;所述的第1接入光波分复用模块的第2端口与所述的第1接入时间光接收模块的输入端相连,该第1接入时间光接收模块的输出端与所述的接入时间延迟模块的第1输入端相连;所述的第1接入光波分复用模块的第4端口与所述的第3接入时间光接收模块的输入端相连,该第3接入时间光接收模块的输出端与所述的接入时间间隔测量模块的第2输入端相连;所述的第2接入光波分复用模块的第3端口与所述的第2接入时间光接收模块的输入端相连,该第2接入时间光接收模块的输出端与所述的接入时间间隔测量模块的第1输入端相连;所述的接入时间间隔测量模块的输出端口与所述的接入时间延迟模块的第3输入端相连;所述的接入时间延迟模块的输出端即为接入时间信号的输出端。
所述的主时间频率单元包括频率光发送模块、时间光发送模块、合波模块、光分路模块、N个光波分复用模块和N个主时间光收发模块;所述的从时间频率单元包括从光波分复用模块、从频率光接收模块、第1从时间光接收模块、从时间光发送模块、从时间间隔测量模块、从时间延迟模块和第2从时间光接收模块;
所述的主钟的频率光输出端与所述的频率光发送模块的输入端相连,该主钟的时间光输出端与所述的时间光发送模块的输入端相连,所述的频率光发送模块的输出端与所述的合波模块的第一输入端相连,所述的时间光发送模块的输出端与所述的合波模块的第二输入端相连,该合波模块的输出端与所述的光分路模块的输入端相连,该光分路模块的N个输出端分别与N个光波分复用模块的第1端口相连,N个光波分复用模块的第2端口分别与N个主时间光收发模块的输入端相连,即第n个光波分复用模块的第2端口与第n个主时间光收发模块的输入端相连;N个主光波分复用模块的第3端口分别与N个主时间光收发模块的输出端相连,即第n个主光波分复用模块的第3端口与第n主时间光收发模块的输出端相连;N个光波分复用模块的第4端口分别与N个光纤链路的输入端相连,即第n个光波分复用模块的第4端口与第n个光纤链路的输入端相连,n=1,2,...,N;N个光纤链路的输出端与N个从时间频率单元的输入端相连,即第n个光纤链路的输出端与第n个从时间频率单元的输入端相连,所述的从光波分复用模块的第1端口与所述的从频率光接收模块的输入端相连,该频率光接收模块的输出端输出从频率信号分为两路,一路直接输出,另一路与所述的从时间延迟模块的第2输入端相连;所述的从光波分复用模块的第2端口与所述的第1从时间光接收模块的输入端相连,该第1从时间光接收模块的三路输出分别与所述的从时间延迟模块的第1输入端口、从时间光发送模块的输入端口、从时间间隔测量模块的第1输入端口相连;所述的从光波分复用模块的第3端口与所述的从时间光发送模块的输出端相连;所述的从光波分复用模块的第4端口与所述的第2从时间光接收模块的输入端相连,该第2从时间光接收模块的输出端与所述的从时间间隔测量模块的第2输入端相连,该从时间间隔测量模块的输出端口与所述的从时间延迟模块的第3输入端相连;所述的从时间延迟模块的输出端输出从时间信号。
另一方面,根据上述二种无需链路校准的分布式光纤时间频率传递系统,本发明还提供了时间频率传递方法,包括下列步骤:
1)主时间频率单元将来自主钟的频率信号和时间信号分别加载到第一波长λ1和第二波长λ2的光信号,经过无源光分路和光波分复用后输入到光纤链路,沿光纤链路发送到各从时间频率单元和各接入时间频率单元;
2)各从时间频率单元通过从光波分复用器将第一波长λ1的光信号输入从频率光接收模块转换得到从频率信号,将第二波长λ2的光信号输入第1从时间光接收模块得到电信号和从第一时间信号,电信号输入到从时间光发送模块加载到第三波长λ3的光信号,通过从光波分复用模块复用后反向输入到同一光纤链路,沿该光纤链路发送给主时间频率单元和接入时间频率单元;从第一时间信号分成2路,分别输入从时间间隔测量模块和从时间延迟模块;
3)主时间频率传递单元将第三波长λ3的光信号加载到第四波长λ4的光信号,经复用后反向输入到同一光纤链路,沿该光纤链路发送到各从时间频率单元和各接入时间频率单元;
4)各从时间频率单元的第2从时间光接收模块对第四波长λ4的光信号进行接收得到从第二时间信号,各从时间频率单元的时间间隔测量模块测量接收到的从第一时间信号与从第二时间信号之间的时间间隔ΔT;
5)各接入时间频率单元将作如下传输:所述的光耦合器模块的第1端口接收所述的主时间频率传递单元的第1端口时间频率信号,并经第4端口发送到第1接入光波分复用模块的第5端口,所述的光耦合器模块的第2端口接收所述的主时间频率传递单元的第1端口时间信号将来自从时间频率单元的光信号经所述的光耦合器模块的第3端口发送到第2接入光波分复用模块第5端口,所述的第1接入光波分复用模块将第一波长λ1的光信号经第1端口输入接入频率光接收模块转换得到接入频率信号,经第2端口将第二波长λ2的光信号输入第1接入时间光接收模块转换得到第1接入时间信号,经第4端口将第四波长λ4的光信号输入第3接入时间光接收模块转换得到第3接入时间信号输入所述的接入时间间隔测量模块的第2端口;所述的光耦合器模块的第3端口通过第2接入光波分复用模块并经第3端口将第三波长λ3的光信号输入第2接入时间光接收模块转换得到第2接入时间信号输入所述的接入时间间隔测量模块第1端口;所述的接入时间间隔测量模块测量接收到的第2接入时间信号与接收到的第3接入时间信号之间的时间间隔ΔT′;
6)各从时间频率单元根据测得时间间隔ΔT,以本地接收到的从频率信号为参考对接收到的从第一时间信号经所述的从时间延迟模块进行时间延迟,该延迟时间为
Figure BDA0002804207830000071
其中T为时间信号的定时间隔,ΔT0为主时间频率单元和从时间频率单元引入的双向时延不对称性(通过标定得到);
7)各接入时间频率传递单元根据测得时间间隔ΔT′,以本地接收到的接入频率信号为参考对接收到的接入第一时间信号经所述的接入时间延迟模块进行时间延迟,该延迟时间为
Figure BDA0002804207830000072
其中T为时间信号的定时间隔,ΔT0′为主时间频率单元和从时间频率单元引入的双向时延不对称性(通过标定得到);
8)各从时间频率单元将接收到的从频率信号以及同步后的从时间信号进行输出,各接入时间频率单元将接收到的接入频率信号以及同步后的接入时间信号进行输出,从而实现分布式光纤时间频率联合传递。
所述的第一波长λ1、第三波长λ3和第四波长λ4满足关系式:
Figure BDA0002804207830000073
且λ1、λ2、λ3、λ4互不相等。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
采用波分复用方式实现时间信号和频率信号的联合传递;通过无源光分路方式实现点对多点的分布式时间频率联合传递;在各从时间频率单元和接入时间频率单元处以接收到的频率信号为参考对接收到的时间信号进行时延补偿,简化了分布式时间频率传递系统复杂度;通过优化前后向时间信号传递波长配置,抑制了光纤色散对时间传递准确度的影响,使得本系统只需要进行一次背靠背的端机校准,当光纤链路发生变动时,该系统不需要进行链路校准。
附图说明
图1是本发明无需链路校准的分布式光纤时间频率传递系统的结构示意图;
图2是本发明无需链路校准的分布式光纤时间频率传递系统中主时间频率传递单元实施例1的结构示意图;
图3是本发明无需链路校准的分布式光纤时间频率传递系统中主时间频率传递单元实施例2的结构示意图;
图4是本发明无需链路校准的分布式光纤时间频率传递系统中从时间频率传递单元的结构示意图;
图5是本发明无需链路校准的分布式光纤时间频率传递系统中接入时间频率传递单元的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。本实施例给出了本发明的详细实施方式和具体的工作流程,但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
本实施例,一种无需链路校准的分布式光纤时间频率传递系统(如图1所示),包括:主钟1、主时间频率单元2、N个从时间频率单元3、M个接入时间频率单元4和N个光纤链路5,所述的N和M为大于等于1的正整数。主钟1与主时间频率单元2电连接,主时间频率单元2和各从时间频率单元3、各接入时间频率单元4通过多路光纤链路5进行连接。主钟1的时间信号和频率信号通过主时间频率单元2广播发送,沿光纤链路5到达各从时间频率单元3和各接入时间频率单元4。各从时间频率单元3接收主时间频率单元2发送的时间信号和频率信号,将接收到的时间信号反向发送到同一光纤链路5,将接收到的频率信号进行输出。主时间频率单元2将接收到的时间信号直接环回反向发送到同一光纤链路5。各从时间频率单元3接收主时间频率单元2直接环回的时间信号,测量由主时间频率单元2环回的时间信号与主时间频率单元2直接发送的时间信号之间的时间间隔。各接入时间频率单元4接收来自主时间频率单元2发送的时间信号和频率信号以及来自从时间频率单元3和主时间频率单元2环回的时间信号。各接入时间频率单元4测量由从时间频率单元3环回的时间信号和由主时间频率单元2环回的时间信号之间的时间间隔。各从时间频率单元3和各接入时间频率单元4利用测得的时间间隔信息,以接收到的频率为参考,对主时间频单元2直接发送到本地的时间信号进行延时,得到与主钟1同步的时间信号。在本实施例中,传递时间信号为1PPS信号(定时间隔为1s),传递频率信号为10MHz频率信号。
主时间频率单元有两种结构,结构一(如图2所示)包括频率光发送模块2-1、时间光发送模块2-2、频率光分路器模块2-3、时间光分路器模块2-4、N个光波分复用模块2-5和N个主时间光收发模块2-6;频率光发送模块2-2将来自主钟1的频率信号加载到波长1548.51nm的光信号发送给频率光分路器模块2-3。时间光发送模块2-3将来自主钟1的时间信号加载到波长1549.32nm的光信号发送给时间光分路器模块2-3。频率光分路器模块2-3将波长1548.51nm的光信号进行无源光分路后输入到主光波分复用模块2-5。时间光分路器模块2-4将波长1550.12nm的光信号进行无源光分路后输入到主光波分复用模块2-5。主光波分复用模块2-5的将来自频率光分路器模块2-3波长1548.51nm的光信号、来自时间光分路器模块2-4波长1550.12nm的光信号和来自主时间光收发模块2-6波长1550.92nm的光信号进行复用后发送到光纤链路4中,同时将光纤链路4中来自从光纤时间传递单元3的波长1549.32nm的光信号解复用输出给主时间光收发模块2-6。
结构二(如图3所示)包括频率光发送模块2-1、时间光发送模块2-2、合波模块2a-3、光分路模块2a-4、N个主光波分复用模块2-5和N个主时间光收发模块2-6;频率光发送模块2-2将来自主钟1的频率信号加载到波长1548.51nm的光信号发送给合波模块2a-3。时间光发送模块2-2将来自主钟1的时间信号加载到波长1549.32nm的光信号发送给合波模块2a-3。合波模块2a-3将波长1548.51nm的光信号波长1550.12nm的光信号进行合波后输入到光分路模块2a-4进行无源光分路。主光波分复用模块2-5的将来光分路器模块2a-4波长1548.51nm的光信号和波长1550.12nm的光信号以及来自主时间光收发模块2-6波长1550.92nm的光信号进行复用后发送到光纤链路4中,同时将光纤链路4中来自从光纤时间传递单元3的波长1549.32nm的光信号解复用输出给主时间光收发模块2-6。
在本实施例中,频率光发送模块2-1、时间光发送模块2-2采用SFP(Small Form-factor Pluggable)进行光信号的产生和接收。
从时间频率单元(如图4所示)包括从光波分复用模块3-1、从频率光接收模块3-2、第1从时间光接收模块3-3、从时间光发送模块3-4、从时间间隔测量模块3-5、从时间延迟模块3-6和第2从时间光接收模块3-7;从光波分复用模块3-1将来自光纤链路5的波长1548.51nm、波长1550.12nm和波长1550.92nm的光信号解复用,将波长1548.51的光信号输出给从频率光接收模块3-2,将波长1550.12nm的光信号输出给第1从时间光接收模块3-3,将波长1550.92的光信号输出给从时间光发送模块3-4。从时间光发送模块3-4将波长1549.32nm的光信号输出给从光波分复用模块3-1。频率光接收模块3-2对波长1548.51nm的光信号进行接收得到频率信号,并输出给从时间延迟模块3-6和直接输出。第1从时间光接收模块3-3对波长1550.12nm的光信号进行接收得到电信号和从第一时间信号,将电信号输出给从时间光发送模块3-4,将从第一时间信号输出给从时间间隔测量模块3-5和从时间延迟模块3-6。从时间光发送模块3-4将来自第2从时间光接收模块3-3的电信号加载到波长1549.32nm的光信号后输出给从光波分复用模块3-1,对来自从光波分复用模块3-1的波长1550.92nm的光信号进行接收得到从第二时间信号输出给从时间间隔测量模块3-5。从时间间隔测量模块3-6测量从第一时间信号与从第二时间信号之间的时间间隔,并将时间间隔测得结果输出给从时间延迟模块3-6。从时间延迟模块3-6根据从时间间隔测量模块3-5测得的时间间隔,以接收到的频率为参考,对来自从时间光接收模块3-3的时间信号进行延迟后输出。在本实施例中,从频率光接收模块3-2、第1从时间光接收模块3-3、从时间光发送模块3-4和第2从时间光接收模块3-7采用SFP(Small Form-factor Pluggable)进行光信号的发送和接收。
接入时间频率单元(如图5所示)包括光耦合器模块4-1、第1接入光波分复用模块4-2、第2接入光波分复用模块4-3、接入频率光接收模块4-4、第一接入时间光接收模块4-5、第3接入时间光接收模块4-6、第2接入时间光接收模块4-7、接入时间间隔测量模块4-8和接入时间延迟模块4-9;第1接入光波分复用模块4-2将来自光纤链路5的波长1548.51nm、1550.12nm和1550.92nm的光信号解复用,将波长1548.51nm的光信号输出给接入频率光接收模块4-4、将波长1550.12nm的光信号输出给第1接入时间光接收模块,将波长1550.92nm的光信号输出给第3接入时间光接收模块。第2接入光波分复用模块4-3将来自光纤链路5的波长1549.32nm的光信号输出给第2接入时间光接收模块4-3。接入频率光接收模块4-4对波长1548.51nm的光信号进行接收得到频率信号,并输出给接入时间延迟模块4-9和直接输出。第1接入时间光接收模块4-5对波长1550.12nm的光信号进行接收得到接入第1时间信号,将接入第一时间信号输出给接入时间延迟模块4-9。第2接入时间光接收模块4-7对波长1549.32nm的光信号进行接收得到接入第2时间信号,将接入第二时间信号输出给接入时间间隔测量模块4-8。第3接入时间光接收模块4-6对波长1550.92nm的光信号进行接收得到接入第3时间信号,将接入第三时间信号输出给接入时间间隔测量模块4-8。接入时间间隔测量模块4-8测量接入第三时间信号与接入第二时间信号之间的时间间隔,并将时间间隔测得结果输出给接入时间延迟模块4-9。接入时间延迟模块4-9根据接入时间间隔测量模块4-8测得的时间间隔,以接收到的频率为参考,对来自第1接入时间光接收模块4-5的时间信号进行延迟后输出。每条光纤链路5上可以分布多个不同数量的接入时间频率单元,也可以没有。
本实施例中,一种无需链路校准的分布式光纤时间频率传递系统的时间频率传递方法工作步骤如下:
1)主时间频率单元2将来自主钟1的频率信号和时间信号分别加载到波长1548.52nm和波长1550.12nm的光信号,进行无源光分路和光波分复用后输入到光纤链路5,沿光纤链路5发送到各从时间频率单元3和各接入时间频率单元4;
2)各从时间频率单元3通过从光波分复用器3-1将波长1548.52nm的光信号输入从频率光接收模块3-2转换得到从频率信号,将波长1550.12nm的光信号输入第1从时间光接收模块3-3得到电信号和从第一时间信号,电信号输入到从时间光发送模块3-4加载到波长1549.32nm的光信号,通过从光波分复用模块3-1复用后反向输入到同一光纤链路5,沿该光纤链路5发送给主时间频率单元2和接入时间频率单元4;从第一时间信号分成2路,分别输入从时间间隔测量模块3-5和从时间延迟模块3-6;
3)主时间频率传递单元2将波长1549.32nm的光信号利用主时间光收发模块2-6加载到第四波长λ4的光信号,经所述的主光波分复用模块2-5复用后反向输入到光纤链路5中的同一条光纤,沿光纤链路5发送到各从时间频率单元3和各接入时间频率单元4;
4)各从时间频率单元3的第2从时间光接收模块3-7对波长1550.92nm的光信号进行接收得到从第二时间信号,各从时间频率单元3的时间间隔测量模块3-6测量接收到的从第一时间信号与从第二时间信号之间的时间间隔ΔT;
5)各接入时间频率单元4通过光耦合器模块4-1将来自主时间频率单元2的光信号发送到第1接入光波分复用模块4-2,将来自从时间频率单元3的光信号发送到第2接入光波分复用模块4-3。各接入时间频率单元4通过第1接入光波分复用模块4-2将波长1548.52nm的光信号输入接入频率光接收模块4-4转换得到接入频率信号,将波长1550.12nm的光信号输入第1接入时间光接收模块4-5转换得到第1接入时间信号,将波长1550.92nm的光信号输入第3接入时间光接收模块4-6转换得到第3接入时间信号;各接入时间频率单元4通过第2接入光波分复用模块4-3将波长1549.32nm的光信号输入第2接入时间光接收模块4-7转换得到第2接入时间信号;各接入时间频率单元4的接入时间间隔测量模块4-8测量接收到的第2接入时间信号与接收到的第3接入时间信号之间的时间间隔ΔT′;
6)各从时间频率单元3根据测得时间间隔ΔT,以本地接收到的从频率信号为参考对接收到的从第一时间信号经所述的从时间延迟模块3-7进行时间延迟,该延迟时间为
Figure BDA0002804207830000121
其中ΔT0为主从端机引入的双向时延不对称性(通过端机标定得到);
7)各接入时间频率传递单元4根据测得时间间隔ΔT′,以本地接收到的接入频率信号为参考对接收到的接入第一时间信号经所述的接入时间延迟模块3-7进行时间延迟,该延迟时间为
Figure BDA0002804207830000122
其中ΔT0′为主接入端机引入的双向时延不对称性(通过端机标定得到);
8)各从时间频率单元3将接收到的从频率信号以及同步后的从时间信号进行输出,各接入时间频率单元4将接收到的接入频率信号以及同步后的接入时间信号进行输出,从而实现分布式光纤时间频率联合传递。

Claims (5)

1.一种无需链路校准的分布式光纤时间频率传递系统,其特征在于,包括主钟(1)、主时间频率单元(2)、N个从时间频率单元(3)和N个光纤链路(5),所述的主时间频率单元(2)分别通过N个光纤链路(5)与所述的N个从时间频率单元(3)相连,其中,N为大于等于1的正整数,每个光纤链路(5)上分布有0到M个不同数量的接入时间频率单元(4),M为大于等于1的正整数;
每个接入时间频率单元(4)均包括光耦合器模块(4-1)、第1接入光波分复用模块(4-2)、第2接入光波分复用模块(4-3)、接入频率光接收模块(4-4)、第1接入时间光接收模块(4-5)、第3接入时间光接收模块(4-6)、第2接入时间光接收模块(4-7)、接入时间间隔测量模块(4-8)和接入时间延迟模块(4-9);
所述的光耦合器模块(4-1)的第1端口和第2端口分别连接在第n个光纤链路(5)上,该的光耦合器模块(4-1)的第4端口与所述的第1接入光波分复用模块(4-2)的第5端口相连,该光耦合器模块(4-1)的第3端口与所述的第2接入光波分复用模块(4-3)的第5端口相连,将来自主时间频率单元(2)的光信号发送到所述的第1接入光波分复用模块(4-2),将来自从时间频率单元(3)的光信号发送到所述的第2接入光波分复用模块(4-3);所述的第1接入光波分复用模块(4-2)的第1端口与所述的接入频率光接收模块(4-4)的输入端相连,该接入频率光接收模块(4-4)的输出端输出接入频率信号分为两路,一路直接输出,另一路与所述的接入时间延迟模块(4-9)的第2输入端相连;所述的第1接入光波分复用模块(4-2)的第2端口与所述的第1接入时间光接收模块(4-5)的输入端相连,该第1接入时间光接收模块(4-5)的输出端与所述的接入时间延迟模块(4-9)的第1输入端相连;所述的第1接入光波分复用模块(4-2)的第4端口与所述的第3接入时间光接收模块(4-6)的输入端相连,该第3接入时间光接收模块(4-6)的输出端与所述的接入时间间隔测量模块(4-8)的第2输入端相连;所述的第2接入光波分复用模块(4-3)的第3端口与所述的第2接入时间光接收模块(4-7)的输入端相连,该第2接入时间光接收模块(4-7)的输出端与所述的接入时间间隔测量模块(4-8)的第1输入端相连;所述的接入时间间隔测量模块(4-8)的输出端口与所述的接入时间延迟模块(4-9)的第3输入端相连;所述的接入时间延迟模块(4-9)的输出端即为接入时间信号的输出端。
2.根据权利要求1所述的一种无需链路校准的分布式光纤时间频率传递系统,其特征在于,所述的主时间频率单元(2)包括频率光发送模块(2-1)、时间光发送模块(2-2)、频率光分路器模块(2-3)、时间光分路器模块(2-4)、N个光波分复用模块(2-5)和N个主时间光收发模块(2-6);所述的从时间频率单元(3)包括从光波分复用模块(3-1)、从频率光接收模块(3-2)、第1从时间光接收模块(3-3)、从时间光发送模块(3-4)、从时间间隔测量模块(3-5)、从时间延迟模块(3-6)和第2从时间光接收模块(3-7);
所述的主钟(1)的频率光输出端与所述的频率光发送模块(2-1)的输入端相连,该主钟(1)的时间光输出端与所述的时间光发送模块(2-2)的输入端相连,所述的频率光发送模块(2-1)的输出端与所述的频率光分路器模块(2-3)的输入端相连,所述的时间光发送模块(2-2)的输出端与所述的时间光分路器模块(2-4)的输入端相连,所述的频率光分路器模块(2-3)的N个输出端分别与N个光波分复用模块(2-5)的第1端口相连,所述的时间光分路器模块(2-4)的N个输出端分别与N个光波分复用模块(2-5)的第2端口相连;N个光波分复用模块(2-5)的第3端口分别与N个主时间光收发模块(2-6)的输入端相连,即第n个光波分复用模块的第3端口与第n个主时间光收发模块的输入端相连;N个主光波分复用模块(2-5)的第4端口分别与N个主时间光收发模块(2-6),即第n个主光波分复用模块(2-5)的第4端口与第n主时间光收发模块的输出端相连;N个光波分复用模块(2-5)的第5端口分别与N个光纤链路(5)的输入端相连,即第n个光波分复用模块(2-5)的第5端口与第n个光纤链路的输入端相连,n=1,2,...,N;N个光纤链路(5)的输出端与N个从时间频率单元(3)的输入端相连,即第n个光纤链路(5)的输出端与第n个从时间频率单元(3)的输入端相连,所述的从光波分复用模块(3-1)的第1端口与所述的从频率光接收模块(3-2)的输入端相连,该频率光接收模块(3-2)的输出端输出从频率信号分为两路,一路直接输出,另一路与所述的从时间延迟模块(3-6)的第2输入端相连;所述的从光波分复用模块(3-1)的第2端口与所述的第1从时间光接收模块(3-3)的输入端相连,该第1从时间光接收模块(3-3)的三路输出分别与所述的从时间延迟模块(3-6)的第1输入端口、从时间光发送模块(3-4)的输入端口、从时间间隔测量模块(3-5)的第1输入端口相连;所述的从光波分复用模块(3-1)的第3端口与所述的从时间光发送模块(3-4)的输出端相连;所述的从光波分复用模块(3-1)的第4端口与所述的第2从时间光接收模块(3-7)的输入端相连,该第2从时间光接收模块(3-7)的输出端与所述的从时间间隔测量模块(3-5)的第2输入端相连,该从时间间隔测量模块(3-5)的输出端口与所述的从时间延迟模块(3-6)的第3输入端相连;所述的从时间延迟模块(3-6)的输出端输出从时间信号。
3.根据权利要求1所述的无需链路校准的分布式光纤时间频率传递系统,其特征在于,所述的主时间频率单元(2)包括频率光发送模块(2-1)、时间光发送模块(2-2)、合波模块(2a-3)、光分路模块(2a-4)、N个光波分复用模块(2-5)和N个主时间光收发模块(2-6);所述的从时间频率单元(3)包括从光波分复用模块(3-1)、从频率光接收模块(3-2)、第1从时间光接收模块(3-3)、从时间光发送模块(3-4)、从时间间隔测量模块(3-5)、从时间延迟模块(3-6)和第2从时间光接收模块(3-7);
所述的主钟(1)的频率光输出端与所述的频率光发送模块(2-1)的输入端相连,该主钟(1)的时间光输出端与所述的时间光发送模块(2-2)的输入端相连,所述的频率光发送模块(2-1)的输出端与所述的合波模块(2a-3)的第一输入端相连,所述的时间光发送模块(2-2)的输出端与所述的合波模块(2a-3)的第二输入端相连,该合波模块(2a-3)的输出端与所述的光分路模块(2a-4)的输入端相连,该光分路模块(2a-4)的N个输出端分别与N个光波分复用模块(2-5)的第1端口相连,N个光波分复用模块(2-5)的第2端口分别与N个主时间光收发模块(2-6)的输入端相连,即第n个光波分复用模块的第2端口与第n个主时间光收发模块的输入端相连;N个主光波分复用模块(2-5)的第3端口分别与N个主时间光收发模块(2-6)的输出端相连,即第n个主光波分复用模块(2-5)的第3端口与第n主时间光收发模块的输出端相连;N个光波分复用模块(2-5)的第4端口分别与N个光纤链路(5)的输入端相连,即第n个光波分复用模块(2-5)的第4端口与第n个光纤链路的输入端相连,n=1,2,...,N;N个光纤链路(5)的输出端与N个从时间频率单元(3)的输入端相连,即第n个光纤链路(5)的输出端与第n个从时间频率单元(3)的输入端相连,所述的从光波分复用模块(3-1)的第1端口与所述的从频率光接收模块(3-2)的输入端相连,该频率光接收模块(3-2)的输出端输出从频率信号分为两路,一路直接输出,另一路与所述的从时间延迟模块(3-6)的第2输入端相连;所述的从光波分复用模块(3-1)的第2端口与所述的第1从时间光接收模块(3-3)的输入端相连,该第1从时间光接收模块(3-3)的三路输出分别与所述的从时间延迟模块(3-6)的第1输入端口、从时间光发送模块(3-4)的输入端口、从时间间隔测量模块(3-5)的第1输入端口相连;所述的从光波分复用模块(3-1)的第3端口与所述的从时间光发送模块(3-4)的输出端相连;所述的从光波分复用模块(3-1)的第4端口与所述的第2从时间光接收模块(3-7)的输入端相连,该第2从时间光接收模块(3-7)的输出端与所述的从时间间隔测量模块(3-5)的第2输入端相连,该从时间间隔测量模块(3-5)的输出端口与所述的从时间延迟模块(3-6)的第3输入端相连;所述的从时间延迟模块(3-6)的输出端输出从时间信号。
4.权利要求1-3任一所述的无需链路校准的分布式光纤时间频率传递系统的时间频率传递方法,其特征在于,该方法包括下列步骤:
1)主时间频率单元(2)将来自主钟(1)的频率信号和时间信号分别加载到第一波长λ1和第二波长λ2的光信号,经过无源光分路和光波分复用后输入到光纤链路(5),沿光纤链路(5)发送到各从时间频率单元(3)和各接入时间频率单元(4);
2)各从时间频率单元(3)通过从光波分复用器(3-1)将第一波长λ1的光信号输入从频率光接收模块(3-2)转换得到从频率信号,将第二波长λ2的光信号输入第1从时间光接收模块(3-3)得到电信号和从第一时间信号,电信号输入到从时间光发送模块(3-4)加载到第三波长λ3的光信号,通过从光波分复用模块(3-1)复用后反向输入到同一光纤链路(5),沿该光纤链路(5)发送给主时间频率单元(2)和接入时间频率单元(4);从第一时间信号分成2路,分别输入从时间间隔测量模块(3-5)和从时间延迟模块(3-6);
3)主时间频率传递单元(2)将第三波长λ3的光信号加载到第四波长λ4的光信号,经复用后反向输入到同一光纤链路(5),沿该光纤链路(5)发送到各从时间频率单元(3)和各接入时间频率单元(4);
4)各从时间频率单元(3)的第2从时间光接收模块(3-7)对第四波长λ4的光信号进行接收得到从第二时间信号,各从时间频率单元(3)的时间间隔测量模块(3-5)测量接收到的从第一时间信号与从第二时间信号之间的时间间隔ΔT;
5)各接入时间频率单元(4)将作如下传输:所述的光耦合器模块(4-1)的第1端口接收所述的主时间频率传递单元(2)的第1端口时间频率信号,并经第4端口发送到第1接入光波分复用模块(4-2)的第5端口,所述的光耦合器模块(4-1)的第2端口接收所述的主时间频率传递单元(2)的第1端口时间信号将来自从时间频率单元(3)的光信号经所述的光耦合器模块(4-1)的第3端口发送到第2接入光波分复用模块(4-3)第5端口,所述的第1接入光波分复用模块(4-2)将第一波长λ1的光信号经第1端口输入接入频率光接收模块(4-4)转换得到接入频率信号,经第2端口将第二波长λ2的光信号输入第1接入时间光接收模块(4-5)转换得到第1接入时间信号,经第4端口将第四波长λ4的光信号输入第3接入时间光接收模块(4-6)转换得到第3接入时间信号输入所述的接入时间间隔测量模块(4-8)的第2端口;所述的光耦合器模块(4-1)的第3端口通过第2接入光波分复用模块(4-3)并经第3端口将第三波长λ3的光信号输入第2接入时间光接收模块(4-7)转换得到第2接入时间信号输入所述的接入时间间隔测量模块(4-8)第1端口;所述的接入时间间隔测量模块(4-8)测量接收到的第2接入时间信号与接收到的第3接入时间信号之间的时间间隔ΔT′;
6)各从时间频率单元(3)根据测得时间间隔ΔT,以本地接收到的从频率信号为参考对接收到的从第一时间信号经所述的从时间延迟模块(3-6)进行时间延迟,该延迟时间为
Figure FDA0002804207820000051
其中T为时间信号的定时间隔,ΔT0为主时间频率单元(2,2a)和从时间频率单元(3)引入的双向时延不对称性(通过标定得到);
7)各接入时间频率传递单元(4)根据测得时间间隔ΔT′,以本地接收到的接入频率信号为参考对接收到的接入第一时间信号经所述的接入时间延迟模块(3-7)进行时间延迟,该延迟时间为
Figure FDA0002804207820000052
其中T为时间信号的定时间隔,ΔT0′为主时间频率单元(2)和从时间频率单元(3)引入的双向时延不对称性(通过标定得到);
8)各从时间频率单元(3)将接收到的从频率信号以及同步后的从时间信号进行输出,各接入时间频率单元(4)将接收到的接入频率信号以及同步后的接入时间信号进行输出,从而实现分布式光纤时间频率联合传递。
5.根据权利要求3所述的无需链路校准的分布式光纤时间频率传递系统的时间频率传递方法,其特征在于,所述的第一波长λ1、第三波长λ3和第四波长λ4满足关系式:
Figure FDA0002804207820000061
且λ1、λ2、λ3、λ4互不相等。
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