CN113708878B - 一种基于光纤的时间和频率同时传递系统以及方法 - Google Patents

一种基于光纤的时间和频率同时传递系统以及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于光纤的时间和频率同时传递系统以及方法：系统包括：发射端用于持续产生频率信号并将其对应光信号发送至光纤链路；利用接收端返回的频率信号与参考频率信号及所传递的频率信号进行相位比较，测量光纤链路噪声并对其进行补偿；同时利用被补偿后的频率信号与参考频率信号进行相位比较获得自由光纤链路噪声；利用自由光纤链路噪声对时间信号的传输噪声进行预补偿，并将预补偿后的时间信号对应的光信号同步发送至光纤链路；光纤链路用于利用光纤波分复用方式在发射端和接收端之间进行光信号传输；接收端用于将接收到的频率信号进行频率变换后利用光纤链路返回发射端同时输出；以及输出接收到的时间信号。本发明能降低系统复杂度。

Description

一种基于光纤的时间和频率同时传递系统以及方法
技术领域
本发明属于时间频率传递领域，具体涉及一种基于光纤的时间和频率同时传递系统以及方法。
背景技术
时间频率传递在时间频率计量、基础物理研究、卫星导航定位和射电天文观测等领域有着重要且广泛的应用。但是传统的基于卫星链路的时间频率传递方案无法满足现代原子钟的传递比对需求，而且也无法为有时间频率同步需求的应用场景提供短期稳定度。
相比于传统卫星链路，光纤具有传输损耗小、抗电磁干扰能力强、可靠性高和噪声可主动补偿等优势，因此，为了提高精度，目前采用光纤作为媒介进行时间频率传递。然而由于温度、振动等因素的影响，光纤链路也会对时频信号附加噪声，为了实现高精度的时间频率传递，往往需要对光纤链路噪声进行主动补偿。通常利用信号在光纤中往返传输的方法来测量光纤链路噪声，从而实现补偿。
现有的一种利用光纤进行时间频率同时传递的方案是将时间和频率信号分别调制到不同波长的载波激光上，利用光纤波分复用的方式，实现频率信号和时间信号在同一光纤中的同时传递。但在该方案中，时间信号和频率信号的噪声需要分别测量及补偿，因此，系统的复杂度相对较高。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于光纤的时间和频率同时传递系统以及方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
第一方面，本发明实施例提供了一种基于光纤的时间和频率同时传递系统，包括发射端、光纤链路和接收端，其中：
所述发射端，用于持续产生频率信号并将频率信号对应的光信号发送至所述光纤链路；利用所述接收端返回的频率信号与参考频率信号以及所传递的频率信号进行相位比较，测量光纤链路噪声并对其进行补偿；同时利用被补偿后的频率信号与所述参考频率信号进行相位比较获得自由光纤链路噪声；利用所述自由光纤链路噪声对时间信号的传输噪声进行预补偿，并将预补偿后的时间信号所对应的光信号同步发送至所述光纤链路；
所述光纤链路，用于利用光纤波分复用方式在所述发射端和所述接收端之间进行光信号传输；
所述接收端，用于将接收到的频率信号进行频率变换，将变频后的频率信号利用所述光纤链路返回所述发射端，同时输出所述变频后的频率信号；以及输出接收到的时间信号。
在本发明的一个实施例中，所述发射端，包括频率发射模块；所述频率发射模块包括：
压控振荡器、第一电光调制单元、第一光环形器、第一光电探测单元、相位比较器、环路滤波器和鉴相器；
其中，所述压控振荡器的一个输出端分别连接所述第一电光调制单元的输入端和所述鉴相器的一个输入端；所述压控振荡器的另一个输出端连接所述相位比较器的第一输入端；所述第一电光调制单元的输出端连接所述第一光环形器的第一端；所述第一光环形器的第二端连接所述光纤链路的输入端；所述第一光环形器的第三端连接所述第一光电探测单元的输入端；所述第一光电探测单元的输出端连接所述相位比较器的第二输入端；所述相位比较器的第三输入端接收所述参考频率信号；所述相位比较器的输出端连接所述环路滤波器的输入端；所述环路滤波器的输出端连接所述压控振荡器的输入端；所述鉴相器的另一个输入端接收所述参考频率信号，所述鉴相器的输出端输出所述自由光纤链路噪声。
在本发明的一个实施例中，所述发射端，还包括时间发射模块；所述时间发射模块包括：
延迟控制器和第二电光调制单元；
其中，所述延迟控制器的两个输入端分别接收所述时间信号和所述自由光纤链路噪声；所述延迟控制器的输出端连接所述第二电光调制单元的输入端；所述第二电光调制单元的输出端连接所述光纤链路的输入端。
在本发明的一个实施例中，所述接收端，包括频率接收模块；所述频率接收模块包括：
第二光环形器、第三电光调制单元、频率变换单元和第二光电探测单元；
其中，所述第二光环形器的第一端连接所述第三电光调制单元的输出端；所述第二光环形器的第二端连接所述光纤链路的输出端；所述第二光环形器的第三端连接所述第二光电探测单元的输入端；所述第二光电探测单元的输出端连接所述频率变换单元的输入端；所述频率变换单元的一个输出端连接所述第三电光调制单元的输入端；所述频率变换单元的另一个输出端输出所述变频后的频率信号。
在本发明的一个实施例中，所述接收端，还包括时间接收模块；所述时间接收模块包括：
第三光电探测单元；
其中，所述第三光电探测单元的输入端连接所述光纤链路的输出端；所述第三光电探测单元的输出端输出时间信号。
在本发明的一个实施例中，所述发射端利用所述自由光纤链路噪声对时间信号的传输噪声进行预补偿的过程，包括：
利用获得的自由光纤链路噪声计算补偿量；
利用所述补偿量对时间信号的传输噪声进行预补偿；
其中，所述补偿量的计算公式包括：
Δti＝-(τi-τi-1)
其中，Δti表示ti时刻的补偿量；τi表示ti时刻的自由光纤链路噪声。
在本发明的一个实施例中，所述发射端产生的频率信号包括：
微波频率信号。
在本发明的一个实施例中，所述发射端产生的频率信号为连续的正弦波信号。
在本发明的一个实施例中，所述发射端产生的时间信号为秒脉冲信号。
第二方面，本发明实施例提供了一种基于光纤的时间和频率同时传递方法，该方法基于第一方面所述的基于光纤的时间和频率同时传递系统实现，所述方法包括：
所述发射端产生频率信号，并将所述频率信号所对应的光信号发送至所述光纤链路；其中，所述发射端持续产生频率信号；
所述光纤链路将所述频率信号所对应的光信号传输至所述接收端；
所述接收端对接收到的频率信号进行频率变换，将变频后的频率信号利用所述光纤链路返回所述发射端，同时所述接收端输出所述变频后的频率信号；
所述发射端利用所述接收端返回的频率信号与参考频率信号以及所传递的频率信号进行相位比较，测量光纤链路噪声并对其进行补偿；同时利用被补偿后的频率信号与所述参考频率信号进行相位比较获得自由光纤链路噪声；利用所述自由光纤链路噪声对时间信号的传输噪声进行预补偿，并将预补偿后的时间信号所对应的光信号同步发送至所述光纤链路；
所述接收端从所述光纤链路获得频率信号和时间信号，进行频率信号的频率变换以及将变频后的频率信号返回发射端，并输出所述变频后的频率信号和接收到的时间信号。
本发明实施例所提供的方案中，对现有的基于光纤的时间和频率同时传递系统进行改进，发射端利用频率信号传递中，接收端返回的频率信号与参考频率信号以及发射端所传递的频率信号进行相位比较，测量光纤链路噪声并对其进行补偿；同时利用被补偿后的频率信号与所述参考频率信号进行相位比较获得自由光纤链路噪声，利用所述自由光纤链路噪声补偿时间信号在光纤链路中传递的噪声，因此，无需进行时间信号的往返传输以单独进行噪声测量及补偿，因而可以实现降低系统复杂度的目的。
以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1为本发明实施例提供的基于光纤的时间和频率同时传递系统的一种结构示意图；
图2为本发明实施例提供的基于光纤的时间和频率同时传递系统的另一种结构示意图；
图3为本发明实施例提供的基于光纤的时间和频率同时传递方法的流程示意图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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做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。
为了降低现有的基于光纤的时间和频率同时传递系统的复杂度，本发明实施例提供了一种基于光纤的时间和频率同时传递系统以及方法。
第一方面，本发明实施例提供了一种基于光纤的时间和频率同时传递系统，请参见图1，图1为本发明实施例提供的基于光纤的时间和频率同时传递系统的一种结构示意图，该系统包括发射端、光纤链路和接收端。其中：
所述发射端，用于持续产生频率信号并将频率信号对应的光信号发送至所述光纤链路；利用所述接收端返回的频率信号与参考频率信号以及所传递的频率信号进行相位比较，测量光纤链路噪声并对其进行补偿；同时利用被补偿后的频率信号与所述参考频率信号进行相位比较获得自由光纤链路噪声；利用所述自由光纤链路噪声对时间信号的传输噪声进行预补偿，并将预补偿后的时间信号所对应的光信号同步发送至所述光纤链路。
所述光纤链路，用于利用光纤波分复用方式在所述发射端和所述接收端之间进行光信号传输。
所述接收端，用于将接收到的频率信号进行频率变换，将变频后的频率信号利用所述光纤链路返回所述发射端，同时输出所述变频后的频率信号；以及输出接收到的时间信号。
在光纤频率传递中，光纤链路引入的信号相位起伏可以表示为：
其中，ω为传输信号的角频率，τ为链路传输延迟，即光纤链路噪声。本领域技术人员可以理解的是，传输信号的频率越高，光纤链路噪声的测量分辨率也越高，从而能够实现更高的频率传递稳定度。
因此，为了获得更高的频率传递稳定度，可选的一种实施方式中，所述发射端产生的频率信号包括：微波频率信号。从而使得光纤链路中传输的频率信号为微波频率信号。
本发明实施例中，发射端的频率信号是持续发送的，并由接收端持续返回，用于频率信号噪声补偿以及再次发送。发射端的时间信号也是持续发送的，但无需由接收端进行信号返回以用作时间信号噪声补偿，而是利用所述光纤频率传递获得自由光纤链路噪声以进行时间信号的传输噪声补偿和发送，因此，本发明实施例仅利用频率信号往返传递即可实现时间信号、频率信号噪声补偿以及同步发送。
可选的一种实施方式中，所述发射端产生的频率信号为连续的正弦波信号。正弦波信号的频率可以根据需要设定，比如为10GHz等。
可选的一种实施方式中，所述发射端产生的时间信号为秒脉冲信号(1Pulse PerSecond，1PPS)。1pps＝1Hz＝1次/秒。
本发明实施例所提供的方案中，对现有的基于光纤的时间和频率同时传递系统进行改进，发射端利用频率信号传递中，接收端返回的频率信号与参考频率信号以及发射端所传递的频率信号进行相位比较，测量光纤链路噪声并对其进行补偿；同时利用被补偿后的频率信号与所述参考频率信号进行相位比较获得自由光纤链路噪声，利用所述自由光纤链路噪声补偿时间信号在光纤链路中传递的噪声，因此，无需进行时间信号的往返传输以单独进行噪声测量及补偿，因而可以降低系统复杂度，使传递系统简化，便于实际应用。
进一步的，本发明实施例进行光纤微波频率传递，能够实现光纤链路噪声的超高精度测量，进而实现时间和频率的高精度传递。
在上述构思下，任何能够实现上述功能的发射端、光纤链路以及接收端的结构形式均在本发明实施例的保护范围内。
为了说明所述基于光纤的时间和频率同时传递系统的工作原理，以便于理解方案，以下对系统各个组成部分的一种可选形式分别进行说明。请参见图2，图2为本发明实施例提供的基于光纤的时间和频率同时传递系统的另一种结构示意图。
1)发射端：
所述发射端，包括频率发射模块；请参见图2中左下角的圆角矩形虚线框，所述频率发射模块包括：
压控振荡器、第一电光调制单元、第一光环形器、第一光电探测单元、相位比较器、环路滤波器和鉴相器；
其中，所述压控振荡器的一个输出端分别连接所述第一电光调制单元的输入端和所述鉴相器的一个输入端；所述压控振荡器的另一个输出端连接所述相位比较器的第一输入端；所述第一电光调制单元的输出端连接所述第一光环形器的第一端；所述第一光环形器的第二端连接所述光纤链路的输入端；所述第一光环形器的第三端连接所述第一光电探测单元的输入端；所述第一光电探测单元的输出端连接所述相位比较器的第二输入端；所述相位比较器的第三输入端接收所述参考频率信号；所述相位比较器的输出端连接所述环路滤波器的输入端；所述环路滤波器的输出端连接所述压控振荡器的输入端；所述鉴相器的另一个输入端接收所述参考频率信号，所述鉴相器的输出端输出所述自由光纤链路噪声。
其中，所述第一光环形器的第一端至第三端分别以数字1至3标识；所述相位比较器的第一输入端至第三输入端分别以“输入一”、“输入二”和“输入三”标识。
具体的，压控振荡器输出微波频率信号至所述第一电光调制单元；所述第一电光调制单元可以包括一电光调制器和一激光器，该激光器用于产生一定波长的载波激光，该电光调制器将所述微波频率信号调制至该载波激光上，并将得到的光信号输入所述第一光环形器的第一端，经由所述第一光环形器的第二端进入所述光纤链路进行传输。该发射端的发射过程在图2中以加粗箭头以及序号(1)表示。在本文中，存在多个类似加粗箭头和序号，并以序号顺序表示执行顺序。
针对所述微波频率信号，接收端的返回信号经光纤链路进入所述第一光环形器的第二端，该发射端的接收过程在图2中以加粗箭头以及序号(4)表示。进入所述第一光环形器第二端的光信号经由所述第一光环形器的第三端进入所述第一光电探测单元，所述第一光电探测单元可以包括高速光电探测器，用于将光信号转换为电信号，并发送给所述相位比较器；所述相位比较器将该电信号、参考频率信号和压控振荡器输出的微波频率信号进行相互比相；所述相位比较器输出的信号经环路滤波器滤波后，进入所述压控振荡器，用于反馈控制所述压控振荡器，以对光纤链路噪声进行补偿，即实现下一时刻频率信号噪声补偿及频率信号发送。
所述发射端，还包括时间发射模块；请参见图2中左上角的圆角矩形虚线框；所述时间发射模块包括：
延迟控制器和第二电光调制单元；
其中，所述延迟控制器的两个输入端分别接收所述时间信号和所述自由光纤链路噪声；所述延迟控制器的输出端连接所述第二电光调制单元的输入端；所述第二电光调制单元的输出端连接所述光纤链路的输入端。
具体的，所述延迟控制器利用获得的自由光纤链路噪声对下一时刻的时间信号的传输噪声进行预补偿，输出预补偿后的时间信号，再经由所述第二电光调制单元转换为光信号后进入所述光纤链路。其中，所述第二电光调制单元可以包括一电光调制器和一激光器，该激光器用于产生一定波长的载波激光，该电光调制器将时间信号调制至该载波激光上。
需要说明的是，为了区分光纤中传输的微波频率信号和时间信号，发射端中微波频率信号和时间信号的载波激光的波长不同，并在光纤链路传递时通过波分复用的方式进行区分。
在具体实施过程中，由于光纤时间传递的链路传输延迟测量与补偿是独立的，即延迟补偿是开环的，因此所测量的链路传输延迟量不会随补偿而减小，因此本发明实施例需要设计适当的算法，才能实现高精度的时间传递。
可选的一种实施方式中，所述发射端利用所述自由光纤链路噪声对时间信号的传输噪声进行预补偿的过程，包括：
利用获得的自由光纤链路噪声计算补偿量；
利用所述补偿量对时间信号的传输噪声进行预补偿；
其中，所述补偿量的计算公式包括：
Δti＝-(τi-τi-1)
其中，Δti表示ti时刻的补偿量；τi表示ti时刻的自由光纤链路噪声，即链路传输延迟。
具体的，设ti时刻的链路传输延迟为τi，则初始时刻t0的链路传输延迟为τ0，补偿量Δt0＝-τ0；t1时刻的链路传输延迟相对于t0时刻增加了τ1-τ0，因此，t1时刻的补偿量Δt1＝-(τ1-τ0)；以此类推，ti时刻的补偿量Δti＝-(τi-τi-1)，依据上述方式，可以对光纤时间传递的噪声实现补偿。
2)光纤链路：
参见图2，光纤链路对频率信号和时间信号利用波分复用方式进行传递，关于波分复用方式请参见相关现有技术理解，在此不做详细说明。
本发明实施例中，对光纤链路的具体类型和结构并不做限制。
3)接收端：
所述接收端，包括频率接收模块；请参见图2中右下角的圆角矩形虚线框；所述频率接收模块包括：
第二光环形器、第三电光调制单元、频率变换单元和第二光电探测单元；
其中，所述第二光环形器的第一端连接所述第三电光调制单元的输出端；所述第二光环形器的第二端连接所述光纤链路的输出端；所述第二光环形器的第三端连接所述第二光电探测单元的输入端；所述第二光电探测单元的输出端连接所述频率变换单元的输入端；所述频率变换单元的一个输出端连接所述第三电光调制单元的输入端；所述频率变换单元的另一个输出端输出所述变频后的频率信号。
其中，所述第二光环形器的第一端至第三端分别以数字1至3标识。
具体的，发射端经光纤链路传输的微波频率信号经由所述第二光环形器的第二端进入所述第二光环形器的第三端，并发送至第二光电探测单元，该接收端的接收过程在图2中以加粗箭头以及序号(2)表示。所述第二光电探测单元将接收到的光信号转换为电信号传输至所述频率变换单元，所述频率变换单元对接收到的微波频率信号进行一定的频率变换后输出给所述第三电光调制单元，所述第三电光调制单元可以包括一电光调制器和一激光器，该激光器用于产生一定波长的载波激光，该电光调制器将频率变换后的微波频率信号调制至该载波激光上。本领域技术人员可以理解的是，所述第三电光调制单元和所述第一电光调制单元、所述第二电光调制单元的载波激光的波长并不相同。所述第三电光调制单元的输出信号经由所述第二光环形器的第一端、所述第二光环形器的第二端，进入所述光纤链路向所述发射端传输。该接收端的发射过程在图2中以加粗箭头以及序号(3)表示。
所述接收端，还包括时间接收模块；请参见图2中右上角的圆角矩形虚线框；所述时间接收模块包括：
第三光电探测单元；
其中，所述第三光电探测单元的输入端连接所述光纤链路的输出端；所述第三光电探测单元的输出端输出时间信号。
可以理解的是，所述时间接收模块输出的时间信号是由所述时间发射模块进行时间信号噪声预补偿后利用所述光纤链路传输过来的某时刻时间信号，与所述频率接收模块输出的频率信号是同步的。
其中，所述第二光电探测单元和所述第三光电探测单元包括高速光电探测器。
以下具体说明本发明实施例中光纤链路噪声的测量原理。
设参考频率信号和压控振荡器输出的微波频率信号分别为：
其中，Vr表示参考频率信号，ωr表示其角频率，表示其相位；V0表示微波频率信号，ω0表示其角频率，/>表示其相位。
经过光纤链路传输，在接收端，经所述第二光电探测单元得到的信号为：
其中，τ表示链路传输延迟，即光纤链路噪声。
当发射端的环路滤波器向压控振荡器提供反馈实现闭环后，VR会被锁定到Vr上，则有：
即：
ω0＝ωr
此时，V0就可以表示为：
此时的V0与参考频率信号Vr的相位差为ω0τ，这正是自由光纤链路的噪声。因此，V0与Vr经鉴相器后，输出的信号表示自由光纤链路的噪声，简称光纤链路噪声。由于利用光纤进行微波频率信号的传递能够获得很好的精度和频率传递稳定度，因此当系统闭环后，利用V0与Vr的鉴相信号可以非常准确地反映链路的噪声情况，准确测量出自由光纤链路的噪声。
需要补充说明的是，本发明实施例所提供的方案能够补偿链路延迟的起伏，之后还需要对时间传递中固定的传输延迟以及系统误差进行修正校准，使接收端接收到的秒脉冲与参考时间对齐。关于后续修正校准的具体实现方式可以利用相关现有技术实现，在此不做详细说明。
本发明实施例所提供的方案中，一方面利用光纤进行微波频率传递，能够获得很高的频率传递稳定度，并能准确测量光纤链路噪声；另一方面利用光纤微波频率传递测量的自由光纤链路噪声对光纤时间传递的传输噪声进行预补偿，因此时间传递无需利用往返传输的方法来测量光纤链路噪声，使时间传递同样可以获得很好的传递性能，能够实现频率时间同时传递，简化传递系统，降低系统的复杂度。
第二方面，本发明实施例提供了一种基于光纤的时间和频率同时传递方法，该方法基于第一方面所述的基于光纤的时间和频率同时传递系统实现，请参见图3，图3为本发明实施例提供的基于光纤的时间和频率同时传递方法的流程示意图，所述方法包括：
S1，所述发射端产生频率信号，并将所述频率信号所对应的光信号发送至所述光纤链路。
其中，所述发射端持续产生频率信号。
S2，所述光纤链路将所述频率信号所对应的光信号传输至所述接收端。
S3，所述接收端对接收到的频率信号进行频率变换，将变频后的频率信号利用所述光纤链路返回所述发射端，同时所述接收端输出所述变频后的频率信号。
S4，所述发射端利用所述接收端返回的频率信号与参考频率信号以及所传递的频率信号进行相位比较，测量光纤链路噪声并对其进行补偿；同时利用被补偿后的频率信号与所述参考频率信号进行相位比较获得自由光纤链路噪声；利用所述自由光纤链路噪声对时间信号的传输噪声进行预补偿，并将预补偿后的时间信号所对应的光信号同步发送至所述光纤链路。
S5，所述接收端从所述光纤链路获得频率信号和时间信号，进行频率信号的频率变换以及将变频后的频率信号返回发射端，并输出所述变频后的频率信号和接收到的时间信号。
进一步的，所述发射端，包括频率发射模块；所述频率发射模块包括：
压控振荡器、第一电光调制单元、第一光环形器、第一光电探测单元、相位比较器、环路滤波器和鉴相器；
其中，所述压控振荡器的一个输出端分别连接所述第一电光调制单元的输入端和所述鉴相器的一个输入端；所述压控振荡器的另一个输出端连接所述相位比较器的第一输入端；所述第一电光调制单元的输出端连接所述第一光环形器的第一端；所述第一光环形器的第二端连接所述光纤链路的输入端；所述第一光环形器的第三端连接所述第一光电探测单元的输入端；所述第一光电探测单元的输出端连接所述相位比较器的第二输入端；所述相位比较器的第三输入端接收所述参考频率信号；所述相位比较器的输出端连接所述环路滤波器的输入端；所述环路滤波器的输出端连接所述压控振荡器的输入端；所述鉴相器的另一个输入端接收所述参考频率信号，所述鉴相器的输出端输出所述自由光纤链路噪声。
进一步的，所述发射端，还包括时间发射模块；所述时间发射模块包括：
延迟控制器和第二电光调制单元；
其中，所述延迟控制器的两个输入端分别接收所述时间信号和所述自由光纤链路噪声；所述延迟控制器的输出端连接所述第二电光调制单元的输入端；所述第二电光调制单元的输出端连接所述光纤链路的输入端。
进一步的，所述接收端，包括频率接收模块；所述频率接收模块包括：
第二光环形器、第三电光调制单元、频率变换单元和第二光电探测单元；
其中，所述第二光环形器的第一端连接所述第三电光调制单元的输出端；所述第二光环形器的第二端连接所述光纤链路的输出端；所述第二光环形器的第三端连接所述第二光电探测单元的输入端；所述第二光电探测单元的输出端连接所述频率变换单元的输入端；所述频率变换单元的一个输出端连接所述第三电光调制单元的输入端；所述频率变换单元的另一个输出端输出所述变频后的频率信号。
进一步的，所述接收端，还包括时间接收模块；所述时间接收模块包括：
第三光电探测单元；
其中，所述第三光电探测单元的输入端连接所述光纤链路的输出端；所述第三光电探测单元的输出端输出时间信号。
进一步的，所述利用所述自由光纤链路噪声对时间信号的传输噪声进行预补偿，包括：
利用获得的自由光纤链路噪声计算补偿量；
利用所述补偿量对时间信号的传输噪声进行预补偿；
其中，所述补偿量的计算公式包括：
Δti＝-(τi-τi-1)
其中，Δti表示ti时刻的补偿量；τi表示ti时刻的自由光纤链路噪声。
进一步的，所述发射端产生的频率信号包括：
微波频率信号。
进一步的，所述发射端产生的频率信号为连续的正弦波信号。
进一步的，所述发射端产生的时间信号为秒脉冲信号。
具体内容请参见第一方面所述的基于光纤的时间和频率同时传递系统部分，在此不做赘述。
本发明实施例所提供的方案中，f发射端利用频率信号传递中，接收端返回的频率信号与参考频率信号以及发射端所传递的频率信号进行相位比较，测量光纤链路噪声并对其进行补偿；同时利用被补偿后的频率信号与所述参考频率信号进行相位比较获得自由光纤链路噪声，利用所述自由光纤链路噪声补偿时间信号在光纤链路中传递的噪声，因此，无需进行时间信号的往返传输以单独进行噪声测量及补偿，因而可以实现降低系统复杂度的目的。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种基于光纤的时间和频率同时传递系统，其特征在于，包括发射端、光纤链路和接收端，其中：
所述发射端，用于持续产生频率信号并将频率信号对应的光信号发送至所述光纤链路；利用所述接收端返回的频率信号与参考频率信号以及所传递的频率信号进行相位比较，测量光纤链路噪声并对光纤链路噪声进行补偿；同时利用被补偿后的频率信号与所述参考频率信号进行相位比较获得自由光纤链路噪声；利用所述自由光纤链路噪声对时间信号的传输噪声进行预补偿，并将预补偿后的时间信号所对应的光信号同步发送至所述光纤链路；其中，所述发射端产生的频率信号包括微波频率信号；所述发射端包括频率发射模块；所述频率发射模块包括压控振荡器、第一电光调制单元、第一光环形器、第一光电探测单元、相位比较器、环路滤波器和鉴相器；所述接收端包括频率接收模块；所述频率接收模块包括第二光环形器、第三电光调制单元、频率变换单元和第二光电探测单元；测量自由光纤链路噪声的过程包括：设参考频率信号和压控振荡器输出的微波频率信号分别为：经过光纤链路传输，在接收端经第二光电探测单元得到的信号为：/>当发射端的环路滤波器向压控振荡器提供反馈实现闭环后，VR会被锁定到Vr上，则有：/>得到：ω0＝ωr；/>此时，V0就表示为：/>表示所述被补偿后的频率信号；此时的V0与参考频率信号Vr的相位差为ω0τ，其中，Vr表示参考频率信号，ωr和/>分别表示参考频率信号的角频率和相位；V0表示微波频率信号；ω0和/>分别表示微波频率信号的角频率和相位；τ表示链路传输延迟，也表示自由光纤链路噪声；
所述光纤链路，用于利用光纤波分复用方式在所述发射端和所述接收端之间进行光信号传输；
所述接收端，用于将接收到的频率信号进行频率变换，将变频后的频率信号利用所述光纤链路返回所述发射端，同时输出所述变频后的频率信号；以及输出接收到的时间信号。
2.根据权利要求1所述的基于光纤的时间和频率同时传递系统，其特征在于，
所述压控振荡器的一个输出端分别连接所述第一电光调制单元的输入端和所述鉴相器的一个输入端；所述压控振荡器的另一个输出端连接所述相位比较器的第一输入端；所述第一电光调制单元的输出端连接所述第一光环形器的第一端；所述第一光环形器的第二端连接所述光纤链路的输入端；所述第一光环形器的第三端连接所述第一光电探测单元的输入端；所述第一光电探测单元的输出端连接所述相位比较器的第二输入端；所述相位比较器的第三输入端接收所述参考频率信号；所述相位比较器的输出端连接所述环路滤波器的输入端；所述环路滤波器的输出端连接所述压控振荡器的输入端；所述鉴相器的另一个输入端接收所述参考频率信号，所述鉴相器的输出端输出所述自由光纤链路噪声。
3.根据权利要求2所述的基于光纤的时间和频率同时传递系统，其特征在于，所述发射端，还包括时间发射模块；所述时间发射模块包括：
延迟控制器和第二电光调制单元；
其中，所述延迟控制器的两个输入端分别接收所述时间信号和所述自由光纤链路噪声；所述延迟控制器的输出端连接所述第二电光调制单元的输入端；所述第二电光调制单元的输出端连接所述光纤链路的输入端。
4.根据权利要求2所述的基于光纤的时间和频率同时传递系统，其特征在于，
所述第二光环形器的第一端连接所述第三电光调制单元的输出端；所述第二光环形器的第二端连接所述光纤链路的输出端；所述第二光环形器的第三端连接所述第二光电探测单元的输入端；所述第二光电探测单元的输出端连接所述频率变换单元的输入端；所述频率变换单元的一个输出端连接所述第三电光调制单元的输入端；所述频率变换单元的另一个输出端输出所述变频后的频率信号。
5.根据权利要求4所述的基于光纤的时间和频率同时传递系统，其特征在于，所述接收端，还包括时间接收模块；所述时间接收模块包括：
第三光电探测单元；
其中，所述第三光电探测单元的输入端连接所述光纤链路的输出端；所述第三光电探测单元的输出端输出时间信号。
6.根据权利要求1所述的基于光纤的时间和频率同时传递系统，其特征在于，所述发射端利用所述自由光纤链路噪声对时间信号的传输噪声进行预补偿的过程，包括：
利用获得的自由光纤链路噪声计算补偿量；
利用所述补偿量对时间信号的传输噪声进行预补偿；
其中，所述补偿量的计算公式包括：
Δti＝-(τi-τi-1)
其中，Δti表示ti时刻的补偿量；τi表示ti时刻的自由光纤链路噪声；τi-1表示ti-1时刻的自由光纤链路噪声。
7.根据权利要求6所述的基于光纤的时间和频率同时传递系统，其特征在于，所述发射端产生的频率信号为连续的正弦波信号。
8.根据权利要求1所述的基于光纤的时间和频率同时传递系统，其特征在于，所述发射端产生的时间信号为秒脉冲信号。
9.一种基于光纤的时间和频率同时传递方法，其特征在于，基于权利要求1～8任一项所述的基于光纤的时间和频率同时传递系统实现，所述方法包括：
所述发射端产生频率信号，并将所述频率信号所对应的光信号发送至所述光纤链路；其中，所述发射端持续产生频率信号；
所述光纤链路将所述频率信号所对应的光信号传输至所述接收端；
所述接收端对接收到的频率信号进行频率变换，将变频后的频率信号利用所述光纤链路返回所述发射端，同时所述接收端输出所述变频后的频率信号；
所述发射端利用所述接收端返回的频率信号与参考频率信号以及所传递的频率信号进行相位比较，测量光纤链路噪声并对光纤链路噪声进行补偿；同时利用被补偿后的频率信号与所述参考频率信号进行相位比较获得自由光纤链路噪声；利用所述自由光纤链路噪声对时间信号的传输噪声进行预补偿，并将预补偿后的时间信号所对应的光信号同步发送至所述光纤链路；其中，所述发射端产生的频率信号包括微波频率信号；所述发射端包括频率发射模块；所述频率发射模块包括压控振荡器、第一电光调制单元、第一光环形器、第一光电探测单元、相位比较器、环路滤波器和鉴相器；所述接收端包括频率接收模块；所述频率接收模块包括第二光环形器、第三电光调制单元、频率变换单元和第二光电探测单元；测量自由光纤链路噪声的过程包括：设参考频率信号和压控振荡器输出的微波频率信号分别为：经过光纤链路传输，在接收端经第二光电探测单元得到的信号为：/>当发射端的环路滤波器向压控振荡器提供反馈实现闭环后，VR会被锁定到Vr上，则有：/>得到：ω0＝ωr；/>此时，V0就表示为：/>表示所述被补偿后的频率信号；此时的V0与参考频率信号Vr的相位差为ω0τ，其中，Vr表示参考频率信号，ωr和/>分别表示参考频率信号的角频率和相位；V0表示微波频率信号；ω0和/>分别表示微波频率信号的角频率和相位；τ表示链路传输延迟，也表示自由光纤链路噪声；
所述接收端从所述光纤链路获得频率信号和时间信号，进行频率信号的频率变换以及将变频后的频率信号返回发射端，并输出所述变频后的频率信号和接收到的时间信号。
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