CN114978400A - 一种光纤双向时间比对链路时延校准系统与方法 - Google Patents

一种光纤双向时间比对链路时延校准系统与方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114978400A
CN114978400A CN202210557252.9A CN202210557252A CN114978400A CN 114978400 A CN114978400 A CN 114978400A CN 202210557252 A CN202210557252 A CN 202210557252A CN 114978400 A CN114978400 A CN 114978400A
Authority
CN
China
Prior art keywords
time
delay
optical fiber
link
fiber bidirectional
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202210557252.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114978400B (zh
Inventor
杨志强
王玉琢
刘年丰
张爱敏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Institute of Metrology
Original Assignee
National Institute of Metrology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by National Institute of Metrology filed Critical National Institute of Metrology
Priority to CN202210557252.9A priority Critical patent/CN114978400B/zh
Publication of CN114978400A publication Critical patent/CN114978400A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114978400B publication Critical patent/CN114978400B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04J—MULTIPLEX COMMUNICATION
    • H04J3/00—Time-division multiplex systems
    • H04J3/02—Details
    • H04J3/06—Synchronising arrangements
    • H04J3/0602—Systems characterised by the synchronising information used
    • H04J3/0617—Systems characterised by the synchronising information used the synchronising signal being characterised by the frequency or phase
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/07—Arrangements for monitoring or testing transmission systems; Arrangements for fault measurement of transmission systems
    • H04B10/075—Arrangements for monitoring or testing transmission systems; Arrangements for fault measurement of transmission systems using an in-service signal
    • H04B10/079—Arrangements for monitoring or testing transmission systems; Arrangements for fault measurement of transmission systems using an in-service signal using measurements of the data signal
    • H04B10/0793—Network aspects, e.g. central monitoring of transmission parameters
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/25—Arrangements specific to fibre transmission
    • H04B10/2589—Bidirectional transmission

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)
  • Electric Clocks (AREA)

Abstract

一种光纤双向时间比对链路时延校准系统，包括光纤双向链路时延测量装置和时间信号相位调整装置；其中，光纤双向链路时延测量装置用于本地时间信号与远端时间信号时间差的测量，时间信号相位调整装置用于在使用不同的时间频率参考源条件下，实现光纤双向链路时延测量装置的参考时间信号和参考频率信号的相位差保持不变。本发明还提供了一种光纤双向时间比对链路时延校准系统的使用方法。

Description

一种光纤双向时间比对链路时延校准系统与方法
技术领域
本发明属于高精度时间传递链路领域，具体涉及一种光纤双向时间比对链路时延校准系统与方法。
背景技术
目前高精度时间传递链路中采用多种时间比对方法。它们在比对精度、覆盖范围和运行费用等方面不尽相同。表1列出了几种时间比对技术在不确定度等方面的比较情况。
表1时间比对技术不确定及基本特点
Figure BDA0003655402470000011
由于光纤的优良特性，与其他时间传递方法比对，光纤时间传递被认为是一种具有更高精度和更低不确定度的时间传递方法，合成不确定度在百皮秒级。
国外在20世纪80年代后期就开始研究利用光纤来传递时间和频率。目前，绝大部分的研究工作集中在频率传递方面，尤其是近几年来各国对光钟研究的热衷，使得光钟的研究进展迅速，这也使得基于光纤对光钟频率比对方法的研究得到了快速的发展，代表有：德国PTB、法国OP、日本NICT等。
对于时间传递，进行研究的主要是美国的国家标准技术研究院(NIST)和PTB，NIST的研究主要利用SONET(SDH)传送网进行时间传递，但由于当时时间传递链路校准相关技术发展的滞后，并未对时间传递链路进行校准，只分析了比对结果的稳定度，并得到准确度结果，也就没有实现真正的时间传递；从2010年前后，为了其园区内标准时间信号的约1km的实际传输需求，PTB开始研究基于光纤的标准时间信号单向传输方法，对传输链路进行了校准，得到了初步结果，进行了不确定度分析。之后，法国OP也进行了类似的实验。
国内对于光纤时间频率传递的研究起步较晚，处于方法研究和实验室试验阶段，仅讨论精度(仅为时间频率传递不确定度评定中的一项内容)概念，没有进行光纤时间传递链路校准的研究，没有进行不确定度分析。
国内，中国计量科学研究院与解放军卫星定位总站之间的建立了高精度光纤时间频率比对链路，开展了光纤时间比对链路校准方面的科学研究。光纤双向时间传递结构原理如下图1所示，其中TWOTFT代表光纤双向时间频率传递，O/E代表光电转换器，E/O代表电光转化器。光纤除了传递用于比对的时间频率信号外，同时传输每个站实时计算出来的各自端与对端发来时频信号的时差值，也就是电信号调制了载有时间频率中频信号和数字信息数据。
光纤时间比对系统见图1，大致实现流程：在参考端，我们将本地调制解调器(如SATRE Modem)接入参考端时标A，其发射单元将测距码调制到中频载波上(BPSK调制)，同时输出与接入外部1pps同步的1pps和测距码，之后经过E/O(电光转换)转换成光信号，通过光纤进行传输，在远距离的客户端站点通过O/E(光电转换)转换成电信号后，由客户端的调制解调器的接收单元接收中频载波，对调制的测距码进行解调，测量出信号从发射到接收的时延，同输出本地复现的1pps和测距码。同时在相反方向，客户端发射，参考端接收，也进行类似的操作，这样就形成了光纤双向时间频率比对链路。
时间频率传递链路包括时间频率传递双方、时间频率传递路径及路径上的仪器设备。时间传递时，链路中设备的时延需要确定，以便将传递双方的时间进行比对。时间信号在时间传递链路中的时延进行测量并补偿，即时间传递链路校准。
目前，应用最广泛的两种最主要远程时间传递手段，有GNSS(Global NavigationSatellite System,全球卫星导航系统)时间传递和卫星双向时间传递(Two WaySatellite Time and Frequency Transfer,TWSTFT)。国光纤时间传递链路校准目前由于光纤时间传递尚未有成熟方法，故光纤时间传递链路校准也未有成熟规范的校准方法。
发明内容
针对以上不足，本发明提供了一种光纤双向时间比对链路时延校准系统，本发明的校准系统是通过如下技术方案实现的：
一种光纤双向时间比对链路时延校准系统，包括光纤双向链路时延测量装置和时间信号相位调整装置；其中，光纤双向链路时延测量装置用于本地时间信号与远端时间信号时间差的测量，时间信号相位调整装置用于在使用不同的时间频率参考源条件下，实现光纤双向链路时延测量装置的参考时间信号和参考频率信号的相位差保持不变。
本发明还提供了一种光纤双向时间比对链路时延校准系统的校准方法，包括如下步骤：
(1)在A实验室，利用光纤双向时间比对链路时延校准系统C与第一光纤时间比对系统(A)开展共钟差校准测量；使用光纤双向链路时延测量装置测量并记录传送和接收信号之间的时延,使用时间信号相位调整装置测量并记录A实验室时间频率参考源提供给光纤双向时间比对链路时延校准系统C的时间参考信号(C1)和频率参考信号之间的相位差Δt，利用下式计算第一光纤时间比对系统(A)的校准测量值：
TD(A)-TD(C1)＝+RE(A)-RE(C1)+RI(A)-RI(C1)+CD(A)-CD(C1)
其中，TD(i)为光纤时间传递设备的总延时；RE(i)代表光纤双向链路时延测量装置i外部参考延时，即本地时标参考到时延测量装置i的时间信号出入端口之间延时；RF(i)代表光纤双向链路时延测量装置i内部参考延时，即时延测量装置i的时间信号出入端口到设备内部参考点之间延时；CD代表光纤双向链路时延测量装置i的时延测量值，即设备传送和接收信号之间的时延。
(2)在B实验室，利用光纤双向时间比对链路时延校准系统C与第二光纤时间比对系统(B)开展共钟差校准测量；使用光纤双向链路时延测量装置测量并记录传送和接收信号之间的时延,使用时间信号相位调整装置测量并调整B实验室时间频率参考源提供给光纤双向时间比对链路时延校准系统C的时间参考信号(C2)和频率参考信号的相位差等于步骤1中的相位差Δt，利用下式计算第二光纤时间比对系统(B)的校准测量值：
TD(B)-TD(C2)＝+RE(B)-RE(C2)+RI(B)-RI(C2)+CD(B)-CD(C2)
(3)利用下式计算第一光纤时间比对系统(A)与第二光纤时间比对系统(B)的时间比对链路时延校准值：
CAL(A-B)＝(TD(A)-TD(C1))-(TD(B)-TD(C2))
通过上述技术方案，本发明的一种光纤双向时间比对链路时延校准系统与方法可以实现皮秒级光纤时间比对链路延迟的精确校准，可以适用于多种体制的光纤比对设备。可以调整测量装置的时间参考信号和频率参考信号的相位差，使得每次测量时该相位差保持不变，不受限于不同实验室的时间频率参考源。
附图说明
图1为光纤时间比对系统的结构原理图；
图2为本发明的光纤双向时间比对链路时延校准系统的结构原理图；
图3为本发明的校准系统与第一光纤时间比对系统共钟测试的原理图；
图4为本发明的校准系统与第二光纤时间比对系统共钟测试的原理图。
具体实施方式
如图2所示，一种光纤双向时间比对链路时延校准系统，包括光纤双向链路时延测量装置和时间信号相位调整装置；其中，光纤双向链路时延测量装置的作用是实现本地时间信号与远端时间信号时间差的测量，时间信号相位调整装置是在使用不同的时间频率参考源条件下，实现光纤双向链路时延测量装置的参考时间信号和参考频率信号的相位差保持不变。
本发明还包括一种采用光纤双向时间比对链路校准系统的校准方法；
步骤1、在A实验室，利用光纤双向时间比对链路时延校准系统C与第一光纤时间比对系统(A)开展共钟差校准测量；使用光纤双向链路时延测量装置测量并记录传送和接收信号之间的时延,使用时间信号相位调整装置测量并记录A实验室时间频率参考源提供给光纤双向时间比对链路时延校准系统C的时间参考信号(C1)和频率参考信号之间的相位差Δt，利用下式计算第一光纤时间比对系统(A)的校准测量值：
TD(A)-TD(C1)＝+RE(A)-RE(C1)+RI(A)-RI(C1)+CD(A)-CD(C1) (1)
其中，TD(i)为光纤时间传递设备的总延时；RE(i)代表光纤双向链路时延测量装置i外部参考延时，即本地时标参考到时延测量装置i的时间信号出入端口之间延时；RF(i)代表光纤双向链路时延测量装置i内部参考延时，即时延测量装置i的时间信号出入端口到设备内部参考点之间延时；CD代表光纤双向链路时延测量装置i的内部延时，即设备传送和接收信号之间的延时。
步骤2、在B实验室，利用光纤双向时间比对链路时延校准系统C与第二光纤时间比对系统(B)开展共钟差校准测量；使用光纤双向链路时延测量装置测量并记录传送和接收信号之间的时延,使用时间信号相位调整装置测量并调整B实验室时间频率参考源提供给光纤双向时间比对链路时延校准系统C的时间参考信号(C2)和频率参考信号的相位差等于步骤1中的相位差Δt，利用下式计算第二光纤时间比对系统(B)的校准测量值：
TD(B)-TD(C2)＝+RE(B)-RE(C2)+RI(B)-RI(C2)+CD(B)-CD(C2) (2)
步骤3、利用公式3计算光纤时间比对系统A与光纤时间比对系统B的时间比对链路时延校准值CAL(A-B)：
CAL(A-B)＝(TD(A)-TD(C1))-(TD(B)-TD(C2)) (3)
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种光纤双向时间比对链路时延校准系统，其特征在于，包括光纤双向链路时延测量装置和时间信号相位调整装置；其中，光纤双向链路时延测量装置用于本地时间信号与远端时间信号时间差的测量，时间信号相位调整装置用于在使用不同的时间频率参考源条件下，实现光纤双向链路时延测量装置的参考时间信号和参考频率信号的相位差保持不变。
2.采用权利要求1所述的一种光纤双向时间比对链路时延校准系统的校准方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)在A实验室，利用光纤双向时间比对链路时延校准系统C与第一光纤时间比对系统(A)开展共钟差校准测量；使用光纤双向链路时延测量装置测量并记录传送和接收信号之间的时延,使用时间信号相位调整装置测量并记录A实验室时间频率参考源提供给光纤双向时间比对链路时延校准系统C的时间参考信号(C1)和频率参考信号之间的相位差Δt，利用下式计算第一光纤时间比对系统(A)的校准测量值：
TD(A)-TD(C1)＝+RE(A)-RE(C1)
+RI(A)-RI(C1)
+CD(A)-CD(C1)
其中，TD(i)为光纤时间传递设备的总延时；RE(i)代表光纤双向链路时延测量装置i外部参考延时，即本地时标参考到时延测量装置i的时间信号出入端口之间延时；RF(i)代表光纤双向链路时延测量装置i内部参考延时，即时延测量装置i的时间信号出入端口到设备内部参考点之间延时；CD代表光纤双向链路时延测量装置i的时延测量值，即设备传送和接收信号之间的时延。
(2)在B实验室，利用光纤双向时间比对链路时延校准系统C与第二光纤时间比对系统(B)开展共钟差校准测量；使用光纤双向链路时延测量装置测量并记录传送和接收信号之间的时延,使用时间信号相位调整装置测量并调整B实验室时间频率参考源提供给光纤双向时间比对链路时延校准系统C的时间参考信号(C2)和频率参考信号的相位差等于步骤1中的相位差Δt，利用下式计算第二光纤时间比对系统(B)的校准测量值：
TD(B)-TD(C2)＝+RE(B)-RE(C2)+RI(B)-RI(C2)+CD(B)-CD(C2)
(3)利用下式计算第一光纤时间比对系统(A)与第二光纤时间比对系统(B)的时间比对链路时延校准值CAL(A-B)：
CAL(A-B)＝(TD(A)-TD(C1))-(TD(B)-TD(C2))。
CN202210557252.9A 2022-05-20 2022-05-20 一种光纤双向时间比对链路时延校准系统与方法 Active CN114978400B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210557252.9A CN114978400B (zh) 2022-05-20 2022-05-20 一种光纤双向时间比对链路时延校准系统与方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210557252.9A CN114978400B (zh) 2022-05-20 2022-05-20 一种光纤双向时间比对链路时延校准系统与方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114978400A true CN114978400A (zh) 2022-08-30
CN114978400B CN114978400B (zh) 2022-12-20

Family

ID=82985234

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210557252.9A Active CN114978400B (zh) 2022-05-20 2022-05-20 一种光纤双向时间比对链路时延校准系统与方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114978400B (zh)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106571874A (zh) * 2016-10-28 2017-04-19 中国计量科学研究院 光纤单向时间频率传输系统和方法
US20190190601A1 (en) * 2016-08-31 2019-06-20 Shanghai Jiao Tong University Method and system for high-precision long-distance distributed fiber-optic time transfer
CN110224776A (zh) * 2019-05-14 2019-09-10 中国科学院上海光学精密机械研究所 高精度光纤时间传递系统及方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20190190601A1 (en) * 2016-08-31 2019-06-20 Shanghai Jiao Tong University Method and system for high-precision long-distance distributed fiber-optic time transfer
CN106571874A (zh) * 2016-10-28 2017-04-19 中国计量科学研究院 光纤单向时间频率传输系统和方法
CN110224776A (zh) * 2019-05-14 2019-09-10 中国科学院上海光学精密机械研究所 高精度光纤时间传递系统及方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
吴燕: "《光纤时间传递系统设计及误差分析》", 《现代电子技术》 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN114978400B (zh) 2022-12-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101795167B (zh) 高精度时延预补偿光纤授时方法
CN104506269B (zh) 基于环回法的高精度光纤双向时间传递方法与系统
CN106506106B (zh) 基于光纤时间传递的高精密时间频率源
CN102801469A (zh) 一种光纤时间频率混合传递方法
CN109302258B (zh) 一种光纤时间传递中时延偏差的自动补偿装置及方法
CN107664947B (zh) 一种卫星双向时间比对系统校准的装置及方法
EP2469361A1 (en) Method for underwater time service and synchronization and system thereof
CN105911858A (zh) 一种亚纳秒级远程时间比对/传递系统误差测试方法
CN102680960B (zh) 一种高精度测距验证系统及方法
CN106571874A (zh) 光纤单向时间频率传输系统和方法
CN111970002A (zh) 基于北斗geo卫星的原子钟远程频率传递与比对方法
CN110161295A (zh) 一种反射式光纤电场传感器的探头及其装调方法
CN108616309A (zh) 采用偏振光在光纤中传递时间频率信号的方法
CN114142957B (zh) 一种远距离时频设备测试方法
Savory et al. White rabbit-based time distribution at NIST
CN114978400B (zh) 一种光纤双向时间比对链路时延校准系统与方法
CN114114298A (zh) 一种基于im-dd的测距方法和系统
CN113295097B (zh) 基于光波元件分析仪群时延的光纤长度测量方法及装置
CN103812553B (zh) 高精度光纤双向时间比对设备时延不对称性标定方法
CN112202524B (zh) 一种光纤时间传递中的双纤双环回时延偏差估算补偿方法
CN103795461B (zh) 高精度光纤双向时间比对设备时延不对称性标定系统
CN110596735A (zh) 基于多模卫星导航的时间比对链路校准方法
CN102130727A (zh) 运用一种特殊的矢量调制源实现矢量调制量值溯源的方法
CN118337277A (zh) 一种基于单路光纤远程时频信号传递的校准方法和系统
D'Addario et al. Transmission of timing references to sub-picosecond precision over optical fiber

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant