CN113965268A - 一种时频信号的传输装置、系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种时频信号的传输装置、系统及方法，其中传输装置包括，光发射机和光接收机；光发射机与发射终端设备连接；光发射机通过光纤线路与光接收机连接；光发射机用于将发送终端设备发送的时频电信号进行“暗脉冲”调制，并将调制后的时频电信号进行电光转换，得到时频光信号；光接收机与接收终端设备连接；光接收机将经光纤线路传输后的时频光信号，进行光电转换，得到传输后的时频电信号，并将传输后的时频电信号传输至接收终端设备。本发明中的光发射机将发送终端设备发送的时频电信号进行“暗脉冲”调制，具有抗光纤线路衰减变化，传输时延稳定、成本低的优点。

Description

一种时频信号的传输装置、系统及方法

技术领域

本发明涉及光纤传输技术领域，特别是涉及一种时频信号的传输装置、系统及方法。

背景技术

在许多大型测量网络中，需要时频设备进行时间同步，由一台中心设备向其它终端设备发送时间同步脉冲或测量开始脉冲，典型的如传输秒脉冲信号(PPS)。这类被传输的信号的特点是占空比极低，在一些情况下，一秒的时间间隔内才发一个宽度为数十ns的脉冲信号，占空比可低至10E-7。使用光纤作为时频信号的传输介质时，光纤的长度范围从数米至数十公里，由于各种环境因素的影响，导致信号的传输时延发生变化，为了解决这个问题，当前的做法是通过同路反向反馈，自动补偿光纤线路传输时延，以保证时间同步脉冲信号在光纤传输过程中时延保持稳定。当光纤长度较长时，这种解决方法是适当的，但对于设备间距离很近，光纤长度在数千米以内，甚至只有数十米时，以上的解决方法就显得过于复杂，且成本高。

发明内容

本发明的目的是提供一种时频信号的传输装置、系统及方法，具有抗光纤线路衰减变化，传输时延稳定、成本低的优点。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种时频信号的传输装置，包括：

光发射机和光接收机；

所述光发射机与发射终端设备连接；所述光发射机通过光纤线路与所述光接收机连接；所述光发射机用于将所述发送终端设备发送的时频电信号进行“暗脉冲”调制，并将调制后的时频电信号进行电光转换，得到时频光信号；

所述光接收机与接收终端设备连接；所述光接收机将经所述光纤线路传输后的时频光信号，进行光电转换，得到传输后的时频电信号，并将传输后的时频电信号传输至接收终端设备。

可选的，所述光发射机，具体包括：

脉冲信号整形电路、激光器电流驱动器、激光器、自动功率控制器和第一光电探测器；

所述脉冲信号整形电路的输入端与所述发射终端设备连接；所述脉冲信号整形电路、所述激光器电流驱动器和所述激光器依次连接；所述激光器的输出端与所述光纤线路的一端连接；

所述第一光电探测器和所述自动功率控制器连接；所述第一光电探测器用于探测所述激光器的背向光信号；

所述自动功率控制器用于对所述背向光信号进行放大处理，并根据放大处理后的背向光信号控制所述激光器的电流驱动，形成自动光功率的闭环控制。

可选的，所述光接收机，具体包括：

可变光衰减器、第二光电探测器、前置放大器、比较放大器、直流信号放大电路和光衰减器控制器；

所述可变光衰减器与所述光纤线路的另一端连接；所述可变光衰减器、所述第二光电探测器、所述前置放大器、所述比较放大器依次连接；所述比较放大器的输出端与所述接收终端设备连接；

所述直流信号放大电路分别与所述前置放大器的输出端和所述光衰减器控制器的输入端连接；所述直流信号放大电路用于对所述前置放大器的输出信号的直流分量进行放大处理；

所述光衰减器控制器的输出端与所述可变光衰减器的衰减控制端连接，所述光衰减器控制器用于根据放大处理后的前置放大器的输出信号的直流分量控制所述可变光衰减器的电流驱动，形成自动增益闭环控制。

可选的，所述光接收机，还包括：

滤波电路；

所述滤波电路的输入端与所述前置放大器的输出端连接；

所述滤波电路的输出端与所述直流信号放大电路的输入端连接。

一种时频信号的传输系统，包括：

发射终端设备、多个上述的时频信号的传输装置，以及多个接收终端设备；

所述发射终端设备分别与多个所述传输装置连接；多个所述传输装置和多个接收终端设备分别一一对应连接。

一种时频信号的传输方法，可选的，所述传输方法应用于上述的时频信号的传输装置，所述传输方法，包括：

光发射机将发送终端设备发送的时频电信号进行“暗脉冲”调制，并将调制后的时频电信号进行电光转换，得到时频光信号；

光纤线路传输所述时频光信号；

光接收机将经所述光纤线路传输后的时频光信号，进行光电转换，得到传输后的时频电信号；

接收终端设备接收所述传输后的时频电信号。

可选的，所述光发射机将发送终端设备发送的时频电信号进行“暗脉冲”调制，并将调制后的时频电信号进行电光转换，得到时频光信号，具体包括：

将发送终端设备发送的时频电信号进行“暗脉冲”调制；

第一光电探测器检测激光器处的背向光信号；

自动功率控制器对所述背向光信号进行放大处理，并根据放大处理后的背向光信号控制所述激光器的电流驱动，使所述激光器输出的时频光信号的脉冲幅度保持在第一预设范围内。

可选的，所述光接收机将经所述光纤线路传输后的时频光信号，进行光电转换，得到传输后的时频电信号，具体包括：

获取经所述光纤线路传输后的时频光信号的直流分量；

对所述直流分量进行放大处理；

光衰减器控制器根据放大处理后的前置放大器的输出信号的直流分量控制所述可变光衰减器的电流驱动，使输入比较放大器的信号幅度保持在第二预设范围内。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供了一种时频信号的传输装置、系统及方法，其中传输装置包括，光发射机和光接收机；光发射机与发射终端设备连接；光发射机通过光纤线路与光接收机连接；光发射机用于将发送终端设备发送的时频电信号进行“暗脉冲”调制，并将调制后的时频电信号进行电光转换，得到时频光信号；光接收机与接收终端设备连接；光接收机将经光纤线路传输后的时频光信号，进行光电转换，得到传输后的时频电信号，并将传输后的时频电信号传输至接收终端设备。本发明中的光发射机将发送终端设备发送的时频电信号进行“暗脉冲”调制，具有抗光纤线路衰减变化，传输时延稳定、成本低的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本现有技术中“亮脉冲”调制时频信号的传输装置结构示意图；

图2为本现有技术中“亮脉冲”调制时频信号的传输装置在光纤衰减发生变化时输出的脉冲信号幅度的变化示意图；

图3为本现有技术中“亮脉冲”调制时频信号的传输装置当光纤衰减增加5dB后输出的脉冲信号幅度的变化示意图；

图4为本发明实施例中“暗脉冲”调制时频信号的传输装置结构示意图；

图5为本发明实施例中时频信号的传输方法流程图；

附图说明：1-脉冲信号整形电路；2-激光器电流驱动器；3-激光器；4-自动功率控制器；5-第一光电探测器；6-可变光衰减器；7-光衰减器控制器；8-第二光电探测器；9-前置放大器；10-比较放大器；11-直流信号放大电路。

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。

本发明的目的是提供一种时频信号的传输装置、系统及方法，具有抗光纤线路衰减变化，传输时延稳定、成本低的优点。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图4为本发明实施例中“暗脉冲”调制时频信号的传输装置结构示意图如图4，本发明提供了一种时频信号的传输装置，包括：

光发射机和光接收机；

光发射机与发射终端设备连接；光发射机通过光纤线路与光接收机连接；光发射机用于将发送终端设备发送的时频电信号进行“暗脉冲”调制，并将调制后的时频电信号进行电光转换，得到时频光信号；

光接收机与接收终端设备连接；光接收机将经光纤线路传输后的时频光信号，进行光电转换，得到传输后的时频电信号，并将传输后的时频电信号传输至接收终端设备。

具体的，光发射机，具体包括：

脉冲信号整形电路1、激光器电流驱动器2、激光器3、自动功率控制器4和第一光电探测器5；

脉冲信号整形电路的输入端与发射终端设备连接；脉冲信号整形电路、激光器电流驱动器和激光器依次连接；激光器的输出端与光纤线路的一端连接；

第一光电探测器和自动功率控制器连接；第一光电探测器用于探测激光器的背向光信号；

自动功率控制器用于对背向光信号进行放大处理，并根据放大处理后的背向光信号控制激光器的电流驱动，形成自动光功率的闭环控制。

具体的，光接收机，具体包括：

可变光衰减器6、第二光电探测器8、前置放大器9、比较放大器10、直流信号放大电路11和光衰减器控制器7；

可变光衰减器与光纤线路的另一端连接；可变光衰减器、第二光电探测器、前置放大器、比较放大器依次连接；比较放大器的输出端与接收终端设备连接；

直流信号放大电路分别与前置放大器的输出端和光衰减器控制器的输入端连接；直流信号放大电路用于对前置放大器的输出信号的直流分量进行放大处理；

光衰减器控制器的输出端与可变光衰减器的衰减控制端连接，光衰减器控制器用于根据放大处理后的前置放大器的输出信号的直流分量控制可变光衰减器的电流驱动，形成自动增益闭环控制。

此外，光接收机，还包括：

滤波电路(文中未示出)；

滤波电路的输入端与前置放大器的输出端连接；

滤波电路的输出端与直流信号放大电路的输入端连接。

如图1所示，当前的脉冲光纤收发器技术方案中包含两部分：由脉冲信号整形电路和激光器电流驱动电路组成光发射机；由前置放大器和比较放大器组成光接收机。其中，光发射机完成电-光转换，光接收机完成光-电转换及脉冲再生。

在当前的光纤收发器技术方案中采用“亮脉冲”方式的光信号调制方式，即：出现脉冲时，对应“1”逻辑信号，对应“高光功率电平”；不出现脉冲时，对应“0”逻辑信号，对应“无光功率电平或极低光功率电平”。在光发射机中，当输入端出现脉冲信号—“1”信号，脉冲信号整形电路产生“1”信号，使激光器电流驱动电路产生脉冲电流驱动激光器发光，产生一个与脉冲信号对应的光脉冲信号；当输入端没有出现脉冲信号—“0”信号，脉冲信号整形电路产生“0”信号，使激光器电流驱动电路不输出电流去驱动激光器，激光器不发光，输出光功率为0或极低光功率电平。

光脉冲光信号通过光纤传输到光接收机完成光-电转换中的光电探测器，被转换为光电流，并被前置放大器放大，得到的脉冲信号V_p被比较放大器电路再生，最终得到再生脉冲输出。

在上述过程中，使用“亮脉冲”方式进行调制的光脉冲信号，当脉冲占空比低时，在光发射机中，不便于检测输出光信号中的脉冲幅度电平，以实施自动光功率控制；在光接收机中，既不便于实施自动增益控制以控制脉冲幅度稳定，也不便于很好地检测脉冲幅度电平以自动调整比较放大器的比较阈值电平。因此进行脉冲再生时，比较放大器只能采用固定的比较阈值电平进行比较放大，对脉冲信号进行再生，如图2和图3所示。

在图2的例中，比较阈值电平V_th取值为固定值，如脉冲信号V_p的1/6。当光纤衰减发生变化时，前置放大器输出的脉冲信号幅度相应发生变化，如图3例中，当光纤衰减增加5dB后，脉冲信号幅度从V_p下降为V'_p，V'_p＝V_p/3。由于比较阈值电平V_th为固定值，经比较放大器得到的再生脉冲信号的上升沿时间位置将发生变化，变化量为Δt，Δt的大小与脉冲信号幅度的变化量、脉冲信号上升沿速率有关。当脉冲信号幅度的变化量较大，如10dB，脉冲信号上升沿速率较低，如1ns，在上面的例中，Δt的值可达600ps以上。在一些应用中，数百ps的传输时延变化量超过了容限。

如图4，光纤传送装置技术方案中包含两部分：光发射机和光接收机。光发射机完成电-光转换，光接收机完成光-电转换和脉冲再生。

光发射机包含：脉冲信号整形、激光器电流驱动、自动功率控制、激光器和第一光电探测器；脉冲信号整形、激光器电流驱动、激光器依次连接，第一光电探测器探测激光器的背向光信号，经自动功率控制电路放大后，控制脉冲电流驱动，形成自动光功率闭环控制，使输出光功率稳定。

光接收机包含：可变光衰减器、光衰减器控制器、光电探测器2、前置放大器、比较放大器、直流信号放大；可变光衰减器、光电探测器2、前置放大器、比较放大器依次连接，直流信号放大电路对前置放大器的输出信号进行滤波，并对得到的直流分量信号进行放大，然后输出到光衰减器控制器的衰减控制端，形成自动增益闭环控制，使前置放大器的输出信号稳定不变，比较放大器采用固定比较阈值进行脉冲再生。

本发明的装置中，采用“暗脉冲”方式的光信号调制方式，出现脉冲信号，对应“1”逻辑信号，对应“无光功率电平或极低光功率电平”；不出现脉冲信号，对应“0”逻辑信号，对应“高光功率电平”。当输入端出现脉冲信号—“1”信号，脉冲信号整形电路产生“1”信号，激光器电流驱动电路不产生脉冲电流驱动激光器，激光器不发光或仅发出很低功率的光，输出光功率为0或极低光功率电平；当输入端没有出现脉冲信号—“0”信号，脉冲信号整形电路产生“0”信号，激光器电流驱动电路输出电流去驱动激光器发光，输出光功率为高光功率。

采用“暗脉冲”方式的光信号调制方式后，由于脉冲占空比很低，低于10E-3，在光发射机端，绝大部分时间里光发射机输出的光信号为一个近似直流的高功率的光信号；当出现脉冲信号时，光发射机输出的光功率为一个较低的值，如小于-30dBm。如此，容易采用背向光信号直流信号放大电路构成自动光功率控制电路，使光发射机输出的光信号的平均光功率电平趋于一个稳定值，如0dBm，那么光脉冲信号的幅度电平值也近似等于光信号的平均功率电平值。由于光脉冲的幅度电平近似等于激光器的平均输出光功率，通过控制光发射机的平均输出光功率稳定，就可使光信号中的脉冲信号幅度稳定。

采用“暗脉冲”方式的光信号调制方式后，在实施例中，光接收机中的前置放大器同时放大光信号中所包含的直流信号和脉冲信号，脉冲信号电平近似等于直流信号电平，通过检测接收到的光信号直流电平来获得脉冲信号的幅度电平；直流信号放大电路对前置放大器的输出信号进行滤波，并对得到的直流分量信号进行放大，然后输出到光衰减器的衰减控制端，形成自动增益闭环控制，使前置放大器的输出信号稳定不变，即使是比较放大器使用固定的比较阈值，脉冲输入信号的幅度电平与比较阈值电平的比值仍能够保持几乎不变，经过比较放大器再生得到的再生脉冲信号的上升沿时间位置不随输入脉冲信号电平的变化而发生改变，大大减弱了脉冲输入信号的幅度电平变化对传输时延的影响，即使是采用较低速率和较小带宽的器件，在光纤线路损耗发生变化时，也能保证传输时延几乎不随光纤线路损耗发生变化而改变。

此外，本发明还提供了一种时频信号的传输系统，包括：

发射终端设备、多个上述的时频信号的传输装置，以及多个接收终端设备；

发射终端设备分别与多个传输装置连接；多个传输装置和多个接收终端设备分别一一对应连接。

图5为本发明实施例中时频信号的传输方法流程图，如图5，本发明提供了一种时频信号的传输方法，传输方法应用于上述时频信号的传输装置，传输方法，包括：

步骤501：光发射机将发送终端设备发送的时频电信号进行“暗脉冲”调制，并将调制后的时频电信号进行电光转换，得到时频光信号；

步骤502：光纤线路传输时频光信号；

步骤503：光接收机将经光纤线路传输后的时频光信号，进行光电转换，得到传输后的时频电信号；

步骤504：接收终端设备接收传输后的时频电信号。

步骤501，具体包括：

将发送终端设备发送的时频电信号进行“暗脉冲”调制；

第一光电探测器检测激光器处的背向光信号；

自动功率控制器对背向光信号进行放大处理，并根据放大处理后的背向光信号控制激光器的电流驱动，使激光器输出的时频光信号的脉冲幅度保持在第一预设范围内。

步骤503，具体包括：

获取经光纤线路传输后的时频光信号的直流分量；

对直流分量进行放大处理；

光衰减器控制器根据放大处理后的前置放大器的输出信号的直流分量控制可变光衰减器的电流驱动，使输入比较放大器的信号幅度保持在第二预设范围内。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种时频信号的传输装置，其特征在于，所述传输装置，包括：

光发射机和光接收机；

所述光发射机与发射终端设备连接；所述光发射机通过光纤线路与所述光接收机连接；所述光发射机用于将所述发送终端设备发送的时频电信号进行“暗脉冲”调制，并将调制后的时频电信号进行电光转换，得到时频光信号；

所述光接收机与接收终端设备连接；所述光接收机将经所述光纤线路传输后的时频光信号，进行光电转换，得到传输后的时频电信号，并将传输后的时频电信号传输至接收终端设备。

2.根据权利要求1所述的时频信号的传输装置，其特征在于，所述光发射机，具体包括：

脉冲信号整形电路、激光器电流驱动器、激光器、自动功率控制器和第一光电探测器；

所述脉冲信号整形电路的输入端与所述发射终端设备连接；所述脉冲信号整形电路、所述激光器电流驱动器和所述激光器依次连接；所述激光器的输出端与所述光纤线路的一端连接；

所述第一光电探测器和所述自动功率控制器连接；所述第一光电探测器用于探测所述激光器的背向光信号；

所述自动功率控制器用于对所述背向光信号进行放大处理，并根据放大处理后的背向光信号控制所述激光器的电流驱动，形成自动光功率的闭环控制。

3.根据权利要求2所述的时频信号的传输装置，其特征在于，所述光接收机，具体包括：

可变光衰减器、第二光电探测器、前置放大器、比较放大器、直流信号放大电路和光衰减器控制器；

所述可变光衰减器与所述光纤线路的另一端连接；所述可变光衰减器、所述第二光电探测器、所述前置放大器、所述比较放大器依次连接；所述比较放大器的输出端与所述接收终端设备连接；

所述直流信号放大电路分别与所述前置放大器的输出端和所述光衰减器控制器的输入端连接；所述直流信号放大电路用于对所述前置放大器的输出信号的直流分量进行放大处理；

所述光衰减器控制器的输出端与所述可变光衰减器的衰减控制端连接，所述光衰减器控制器用于根据放大处理后的前置放大器的输出信号的直流分量控制所述可变光衰减器的电流驱动，形成自动增益闭环控制。

4.根据权利要求3所述的时频信号的传输装置，其特征在于，所述光接收机，还包括：

滤波电路；

所述滤波电路的输入端与所述前置放大器的输出端连接；

所述滤波电路的输出端与所述直流信号放大电路的输入端连接。

5.一种时频信号的传输系统，其特征在于，所述传输系统，包括：

发射终端设备、多个如权利要求1-4任一项所述的时频信号的传输装置，以及多个接收终端设备；

所述发射终端设备分别与多个所述传输装置连接；多个所述传输装置和多个接收终端设备分别一一对应连接。

6.一种时频信号的传输方法，其特征在于，所述传输方法应用于如权利要求1-4任一项所述的时频信号的传输装置，所述传输方法，包括：

光发射机将发送终端设备发送的时频电信号进行“暗脉冲”调制，并将调制后的时频电信号进行电光转换，得到时频光信号；

光纤线路传输所述时频光信号；

光接收机将经所述光纤线路传输后的时频光信号，进行光电转换，得到传输后的时频电信号；

接收终端设备接收所述传输后的时频电信号。

7.根据权利要求6所述的时频信号的传输方法，其特征在于，所述光发射机将发送终端设备发送的时频电信号进行“暗脉冲”调制，并将调制后的时频电信号进行电光转换，得到时频光信号，具体包括：

将发送终端设备发送的时频电信号进行“暗脉冲”调制；

第一光电探测器检测激光器处的背向光信号；

自动功率控制器对所述背向光信号进行放大处理，并根据放大处理后的背向光信号控制所述激光器的电流驱动，使所述激光器输出的时频光信号的脉冲幅度保持在第一预设范围内。

8.根据权利要求7所述的时频信号的传输方法，其特征在于，所述光接收机将经所述光纤线路传输后的时频光信号，进行光电转换，得到传输后的时频电信号，具体包括：

获取经所述光纤线路传输后的时频光信号的直流分量；

对所述直流分量进行放大处理；

光衰减器控制器根据放大处理后的前置放大器的输出信号的直流分量控制所述可变光衰减器的电流驱动，使输入比较放大器的信号幅度保持在第二预设范围内。

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