CN116599619B - 一种高精度远距离光纤同步系统 - Google Patents
一种高精度远距离光纤同步系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116599619B CN116599619B CN202310871874.3A CN202310871874A CN116599619B CN 116599619 B CN116599619 B CN 116599619B CN 202310871874 A CN202310871874 A CN 202310871874A CN 116599619 B CN116599619 B CN 116599619B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- clock
- module
- optical fiber
- jitter
- master station
- 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.)
- Active
Links
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 title claims abstract description 71
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 38
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 claims abstract description 35
- 230000008030 elimination Effects 0.000 claims abstract description 35
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 claims abstract description 35
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 28
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 80
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 25
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 17
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims description 16
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims description 14
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 10
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 9
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 5
- 238000010009 beating Methods 0.000 claims description 3
- 230000003139 buffering effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 16
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 10
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 10
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 10
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 8
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 5
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 5
- 230000006855 networking Effects 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 239000013256 coordination polymer Substances 0.000 description 2
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 1
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
- H04B10/25—Arrangements specific to fibre transmission
- H04B10/2589—Bidirectional transmission
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04J—MULTIPLEX COMMUNICATION
- H04J3/00—Time-division multiplex systems
- H04J3/02—Details
- H04J3/06—Synchronising arrangements
- H04J3/0635—Clock or time synchronisation in a network
- H04J3/0682—Clock or time synchronisation in a network by delay compensation, e.g. by compensation of propagation delay or variations thereof, by ranging
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
Abstract
本发明公开了一种高精度远距离光纤同步系统，涉及时间同步技术领域，系统包括主站和从站，主站和从站之间建立有光纤双向同步链路，主站和从站均包括时间间隔测量模块、相噪处理模块和抖动消除模块，从站还包括钟差计算模块和时延补偿模块。为实现主站和从站之间的远距离时间同步，在将站点时钟产生的频率信号和时钟信号应用于光纤双向时间同步前，结合相噪处理模块进行频率信号的相位噪声消除以及结合抖动消除模块和相位噪声消除后得到的第一频标进行时钟信号的抖动消除，在将低相噪的第一频标和低抖动的参考时钟应用于光纤双向时间同步时，测量得到的钟差最大程度的接近实际钟差，最终提升了主站与时延补偿后的从站之间的远距离时间同步精度。
Description
技术领域
本发明属于时间同步技术领域，特别是基于地面光纤的时间同步技术领域，具体涉及一种高精度远距离光纤同步系统。
背景技术
高精度的时间同步技术在原子频标比对、射电天文和深空探测等应用领域有着非常重要的意义。由于同步精度高、可靠性好和传输损耗小等优异特性，基于光纤链路的时间同步成为了近年来领域内研究的热点内容，特别适用于远距离设备之间的授时传递。基于光纤链路的时间同步有两种方式，分别为单向传输和双向传输，双向传输时，站点之间互向对方传送时间同步信息并进行双向定时，由于双向传输的路径延时可以相互抵消，因此在相同的频带和信噪比情况下，双向传输的时间同步精度要比单向传输的更高，因此现有光纤时间同步多采用双向传输。此外，当前传统的基于光纤链路的授时方式为PTP光纤授时。PTP光纤授时为采用硬件时间戳的同步方法，目前的时间同步精度最高只能达到ns级。
随着通信、测控等领域各类新兴用时系统的出现，以及大规模时频系统建设需求的产生，对系统内设备之间的时间同步精度提出了更高的要求，传统的PTP光纤授时显然已经无法满足上述需求。
综上所述，一种能够实现更高精度的远距离光纤时间同步方法亟待提出。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种高精度远距离光纤同步系统，用以解决现有基于光纤链路的授时同步方法实现的时间同步精度最高可达ns级且难以实现更高精度提升的技术问题。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种高精度远距离光纤同步系统，包括主站和从站，主站和从站之间建立有光纤双向同步链路，主站和从站均包括时间间隔测量模块、相噪处理模块和抖动消除模块，从站还包括钟差计算模块和时延补偿模块；
所述相噪处理模块用于对自身所在站点时钟输出的频率信号进行相位噪声处理，相位噪声处理后得到低相噪第一频标，并将第一频标发送至自身所在站点的时间间隔测量模块和抖动消除模块；
所述抖动消除模块用于对自身所在站点时钟输出的时钟信号进行抖动消除，抖动消除后得到低抖动参考时钟，并将参考时钟发送至自身所在站点的时间间隔测量模块，抖动消除时的打拍时钟为第一频标；
通过光纤双向同步链路，主站和从站分别向对方发送其自身的参考时钟，主站和从站内的时间间隔测量模块分别测量接收到的对方发送的参考时钟与自身参考时钟之间的时延值，且主站将自身测量得到时延值发送至从站，时延值测量时的打拍时钟为第一频标的N倍频；
所述钟差计算模块根据所有时延值计算钟差，并根据钟差确定补偿值；
所述时延补偿模块根据补偿值对自身所在站点的时钟进行校正；
其中，时钟信号为频率信号的M分频，N和M均为大于一的正整数。
进一步改进的，所述光纤双向同步链路在传输光信号时对光信号进行色散修正。
进一步改进的，所述相噪处理模块包括第一π衰单元、低噪声放大器、第二π衰单元、多阶LC低通滤波单元和第三π衰单元，所述第一π衰单元用于与该相噪处理模块自身所在站点的时钟连接，所述低噪声放大器分别与第一π衰单元和所述第二π衰单元连接，所述多阶LC低通滤波单元分别与所述第二π衰单元和所述第三π衰单元连接，所述第三π衰单元还用于与该相噪处理模块自身所在站点的时间间隔测量模块和抖动消除模块连接。
进一步改进的，所述第一π衰单元与低噪声放大器之间、第二π衰单元与低噪声放大器之间、多阶LC低通滤波单元与第二π衰单元之间均串接有隔直电容。
进一步改进的，所述抖动消除模块包括第一触发器和第一缓冲器；
所述第一触发器用于接入该抖动消除模块自身所在站点的第一频标和时钟信号，在作为打拍时钟的第一频标的打拍下，对时钟信号进行抖动消除，生成低抖动参考时钟，并将参考时钟发送至第一缓冲器；
第一缓冲器对参考时钟进行缓冲后输出至该抖动消除模块自身所在站点的时间间隔测量模块。
进一步改进的，通过光纤双向同步链路，主站和从站分别向对方发送其自身的参考时钟时，对参考时钟进行业务信息为空的IRIG-B码型编码；在时延补偿模块根据补偿值对自身所在站点的时钟进行校正后，主站对自身所在站点的参考时钟进行包含业务信息的IRIG-B码型编码，从站对接收到的包含业务信息的IRIG-B码型解码后得到时码信息。
进一步改进的，通过光纤双向同步链路，主站和从站分别向对方发送其自身的参考时钟时，所述主站基于时分多址确定自主站接收参考时钟的从站地址，且将参考时钟经激光调制转换为具有第一波长的光信号，该光信号经DWDM波分复用器（Dense WavelengthDivision Multiplexing）送入光纤双向同步链路，从站将参考时钟经激光调制转换为具有第二波长的光信号，该光信号经DWDM波分复用器送入光纤双向同步链路。
本发明具有的有益效果如下：
（1）为实现主站和从站之间的远距离时间同步，本发明在将站点时钟产生的频率信号和时钟信号应用于光纤双向时间同步前，结合相噪处理模块进行频率信号的相位噪声消除，以及结合抖动消除模块和相位噪声消除后得到的第一频标进行时钟信号的抖动消除，在将超低相噪的第一频标和超低抖动的参考时钟应用于光纤双向时间同步时，测量得到的各个时延值最大程度的接近光纤链路时延、各个硬件时延、钟差的总和，从而使得得到的主站和从站之间的钟差最大程度的接近实际钟差，最终提升了主站与时延补偿后的从站之间的时间同步精度；
（2）在光纤通信领域常常引入色散自动修正技术降低光信号的色散效应，然而在基于光纤链路的授时方案中极少考虑光信号的色散效应，尤其是当链路上的数据速率较高时，色散效应不能忽视，因此本发明通过在光纤双向同步链路上结合普通实施例中的色散自动修正技术，实现主站与从站之间光信号传递时的色散修正，从而提高了链路的通信质量，确保高精度钟差的获取，在（1）的基础上进一步提升了主站与从站之间的时间同步精度；
（3）相较于传统基于硬件时间戳的PTP光纤授时方案而言，本发明采用IRIG-B码型进行参考信号和时码信息的传输，无需复杂的现场总线控制设计，使得主站和从站易于与光纤链路集成，缩短了时间同步网络的组网时间，更加适用于大规模时频系统的组网；
（4）通过链路上下行之间的波分多址和多个从站之间的时分多址方案的结合，使得本发明实现的高精度远距离光纤同步系统更加适用于大规模时频系统的组网，提高了系统适用性；
结合（1）-（4），本发明实现的光纤同步系统克服了远距离组网时的时间同步精度低的问题，实现了ps级的时间同步精度，并兼具适用性强、易于与传统光纤链路组网的特性。
附图说明
图1为高精度远距离光纤同步系统的一种组成示意图；
图2为一种相噪处理模块的原理图第一部分；
图3为一种相噪处理模块的原理图第二部分；
图4为一种相噪处理模块的原理图第三部分；
图5为一种相噪处理模块的原理图第四部分；
图6为一种相噪处理模块的原理图第五部分；
图7为一种相噪处理模块的原理图第六部分；
图8为一种抖动消除模块的原理图第一部分；
图9为一种抖动消除模块的原理图第二部分；
图10为基于100Km实验室盘纤测试得到的时间同步精度指标值。
具体实施方式
下面将结合实施例，对本发明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，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的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。
参阅图1-图10，本实施例提供了一种高精度远距离光纤同步系统，包括通过远距离的光纤双向同步链路进行通信的主站和多个从站。主站向各个从站传递授时信息。
其中，主站和从站均包括时间间隔测量模块、相噪处理模块和抖动消除模块，从站还包括钟差计算模块和时延补偿模块，钟差计算模块为从站的运算控制器的一组成部分。
相噪处理模块用于对自身所在站点时钟输出的频率信号进行相位噪声处理，相位噪声处理后得到低相噪的第一频标，并将第一频标发送至自身所在站点的时间间隔测量模块和抖动消除模块。
抖动消除模块用于对自身所在站点时钟输出的时钟信号进行抖动消除，抖动消除后得到低抖动的参考时钟，并将参考时钟发送至自身所在站点的时间间隔测量模块，抖动消除时的打拍时钟为第一频标。
通过光纤双向同步链路，主站和从站分别向对方发送其自身的参考时钟，主站和从站内的时间间隔测量模块分别测量接收到的对方发送的参考时钟与自身参考时钟之间的时延值，且主站将自身测量得到时延值发送至从站，时延值测量时的打拍时钟为第一频标的N倍频。
钟差计算模块根据所有时延值计算钟差，并根据钟差确定补偿值。
时延补偿模块根据补偿值对自身所在站点的时钟进行校正。
上述时钟信号为频率信号的M分频，N和M均为大于一的正整数。
在普通实施例中光纤双向同步的钟差Δt计算方法，具体为：
主站发射与接收设备的时延分别为ta和ra，从站发射与接收设备的时延分别为tb和rb，主站到从站的路径传播时延为τa，从站到主站的路径传播时延为τb，其中ta、ra、 tb和rb为光纤同步系统内设备的硬件时延，已事先标定。主站和从站双向传播路径相同，即τa=τb；
式一：Tba=Δt+tb+τb+ra；
式二：Tab=-Δt+ta+τa+rb；
由式一和式二可得式三：Δt= （Tba- Tab）/2+（（tb+ra）-（ta+rb））/2 。
结合式三可知，此种光纤双向同步的钟差计算方法为理想状态，未考虑系统中作为频标的频率信号的相噪情况以及时钟信号的抖动情况，因此基于式三计算得到的钟差与实际钟差存在误差，在从站按照上述钟差进行时延补偿后，主站和从站之间的时间同步传递精度不高。通过相噪处理模块对作为频标的频率信号进行相噪消除的前处理，以及通过抖动消除模块对时钟信号进行抖动消除的前处理，使得基于式三计算得到的钟差与实际钟差误差较小，从而提高了时间同步精度。
可知的，为实现授时信息在光纤链路上传递，主站和从站还均包括编码器、激光器、光电探测器、解码器、载波恢复模块、时间再生模块和环形器。光纤链路上一般包括中继、光耦合器（OC）和光放大器（OEO）等，图1中示出了中继1和中继n，以说明主站和从站之间光纤链路所经过的中继数量。
其中，在主站，激光器分别与编码器和环形器连接，环形器与光电探测器连接，环形器还与光纤双向同步链路连接，解码器分别与光电探测器、载波恢复模块和时间再生模块连接，光电探测器还与载波恢复模块连接，时间再生模块还分别与时间间隔测量模块和载波恢复模块连接。在时延测量阶段，编码器将参考时钟按照预设的码型或报文类型进行编码，此时向后级链路传递的码型或报文中无需包含业务信息，上述业务信息是指授时信息中的时码信息，例如：年月日等，激光器用于对编码得到的码型或报文进行激光调制，转换为光信号，环形器用于将光信号传递至光纤双向同步链路。在完成时延测量得到钟差后，从站完成本地时钟的校正，之后进入授时阶段，编码器将参考时钟和时码信息按照预设的码型或报文类型进行编码，向后级链路传递包含业务信息的码型或报文。光电探测器用于自环形器接收从站发送的包含参考时钟信息的光信号，并进行光电转换，光电转换后的电信号进入载波恢复模块和解码器。解码器用于对光电转换后的电信号进行码型或报文解码，解码过程为上述编码过程的逆向过程。载波恢复模块用于根据光电转换后的电信号恢复出载波。时间再生模块根据解码器解码得到的波形幅值、零点值等以及载波恢复模块恢复出的载波进行参考时钟再生，将再生得到的参考时钟发送至时间间隔测量模块。
在从站，激光器分别与编码器和环形器连接，环形器与光电探测器连接，环形器还与光纤双向同步链路连接，解码器分别与光电探测器、载波恢复模块、时间再生模块和运算控制器连接，光电探测器还与载波恢复模块连接，时间再生模块还分别与时间间隔测量模块和载波恢复模块连接，载波恢复模块还与编码器连接，时间再生模块和载波恢复模块还分别与时延补偿模块连接。在时延测量阶段，编码器将参考时钟按照预设的码型或报文类型进行编码，激光器用于对编码得到的码型或报文进行激光调制，转换为光信号，环形器用于将光信号传递至光纤双向同步链路，光电探测器用于自环形器接收主站发送的包含参考时钟信息的光信号，并进行光电转换，光电转换后的电信号进入载波恢复模块和解码器。解码器用于对光电转换后的电信号进行码型或报文解码，解码过程为上述编码过程的逆向过程。载波恢复模块用于根据光电转换后的电信号恢复出载波。时间再生模块根据解码器解码得到的波形幅值、零点值等以及恢复出的载波进行参考时钟再生，将再生得到的参考时钟发送至时间间隔测量模块。在完成时延测量得到钟差后，进行本地时钟的校正，然后进入授时阶段，从站通过环形器自光纤双向同步链路接收包含有业务信息的码型或报文，从而获悉到时码信息，至此主站和从站之间完成时间同步和授时传递。
在一些实施例中，时钟信号选取为秒脉冲（1PPS），因此参考时钟为1PPS，频率信号为10MHz，因此第一频标为10MHz；主站的本地时钟为原子钟，从站的时延补偿模块所连接的本地时钟可为VCCO压控晶体振荡器或二级时钟等，在授时阶段，主站10MHz的第一频标经10倍频为100MHz信号后发送至编码器，从站在接收到主站发送的100MHz信号后，进行10分频后得到10MHz的第一频标；编码器、激光器、环形器、光电探测器、解码器、载波恢复模块和时间再生模块均选用市售型号，时间再生的过程和载波恢复的过程均采用普通实施例中的过程，本实施例不涉及对上述两个过程的改进，在此不再赘述；编码器预设的码型为IRIG-B码。
作为上述实施例的一种改进，光纤双向同步链路在传输光信号时对光信号进行色散修正。色散修正的过程采用普通实施例中的过程，本实施例不对此部分内容进行赘述。
作为上述实施例的另一种改进，通过光纤双向同步链路，主站和从站分别向对方发送其自身的参考时钟时，主站基于时分多址确定自主站接收参考时钟的从站地址，即还采用了时分多址。此外，为使得本实施例实现的光纤同步系统能够在大规模时频系统建设中应用，将上述环形器替换为DWDM波分复用器，主站送入光纤双向同步链路的上行光信号具有第一波长λ1，主站从光纤双向同步链路接收的下行光信号具有第二波长λ2，从站反之，实现光纤双向同步链路的波分多址。综上可知，通过结合时分多址和波分多址，使得本实施例实现的光纤同步系统适用性得到了增强。
作为上述实施例的另一种改进，相噪处理模块包括第一π衰单元、低噪声放大器、第二π衰单元、多阶LC低通滤波单元和第三π衰单元，第一π衰单元用于与该相噪处理模块自身所在站点的时钟连接，低噪声放大器分别与第一π衰单元和第二π衰单元连接，多阶LC低通滤波单元分别与第二π衰单元和第三π衰单元连接，第三π衰单元还用于与该相噪处理模块自身所在站点的时间间隔测量模块和抖动消除模块连接。
特别的，第一π衰单元与低噪声放大器之间、第二π衰单元与低噪声放大器之间、多阶LC低通滤波单元与第二π衰单元之间均串接有隔直电容。
图2至图7示出了上述改进的一种具体电路。在图2至图7中，第一π衰单元包括第一电阻R62、第二电阻R58和第三电阻R54，第一π衰单元与第一低噪声放大器N4之间串接第一隔直电容C51，第二π衰单元包括第四电阻R39、第五电阻R34和第六电阻R25，第二π衰单元与第一低噪声放大器N4之间串接第二隔直电容C36，多阶LC低通滤波单元包括第一电容C27、第一电感L15、第二电容C23、第二电感L11、第三电容C15、第三电感L7、第四电容C19、第五电容C11、第四电感L3、第六电容C7，多阶LC低通滤波单元与第二π衰单元之间串接有第三隔直电容C31，第三π衰单元包括第七电阻R11、第八电阻R7和第九电阻R3。相噪处理模块还包括本地时钟的频率信号输出单元和电源单元，本地时钟的频率信号输出单元的第一端经射频连接器与本地时钟的频率信号输出端连接，频率信号输出单元的第二端经第七电容C60与第一电阻R62的第一端连接，第一电阻R62的第二端接地，第一电阻R62的第一端还与第二电阻R58的第一端连接，第二电阻R58的第二端分别与第三电阻R54的第一端、第一隔直电容C51的第一端和第八电容C56的第一端连接，第一隔直电容C51的第二端与第一低噪声放大器N4的RF-IN端连接，第八电容C56的第二端接地，第一低噪声放大器N4的GND端接地，第一低噪声放大器N4的RF-OUT端经第十电阻R44与第二隔直电容C36的第一端连接，第二隔直电容C36的第一端还与第五电感L19的第一端连接，第五电感L19的第二端分别与第九电容C40的第一端和第十电容C45的第一端连接，第九电容C40的第二端和第十电容C45的第二端均接地，第五电感L19的第二端还经第十一电阻R73连接至VCC5V电源端，第二隔直电容C36的第二端分别与第四电阻R39的第一端和第五电阻R34的第一端连接，第四电阻R39的第二端接地，第五电阻R34的第二端分别与第六电阻R25的第一端和第三隔直电容C31的第一端连接，第六电阻R25的第二端接地，第三隔直电容C31的第一端还经第十二电阻R30和第十三电阻R49与第一隔直电容C51的第一端连接，第三隔直电容C31的第二端分别与第一电容C27的第一端、第一电感L15的第一端和第十四电阻R19的第一端连接，第一电容C27的第二端接地，第一电感L15的第二端分别与第二电感L11的第一端和第二电容C23的第一端连接，第二电容C23的第二端接地，第二电感L11的第二端分别与第三电容C15的第一端、第四电容C19的第一端和第三电感L7的第一端连接，第三电容C15的第二端、第四电容C19的第二端均接地，第三电感L7的第二端分别与第五电容C11的第一端和第四电感L3的第一端连接，第五电容C11的第二端接地，第四电感L3的第二端经第十五电阻R15与第十四电阻R19的第二端连接，第四电感L3的第二端还分别与第六电容C7的第一端和第七电阻R11的第一端和第八电阻R7的第一端连接，第七电阻R11的第二端接地，第八电阻R7的第二端与第九电阻R3的第一端连接，第八电阻R7的第二端经第十一电容C3和射频连接器输出低相噪的第一频标至时间间隔测量模块和抖动消除模块。频率信号输出单元包括第四π衰单元、第二低噪声放大器N1、第一功分器N6、第五π衰单元和第二功分器N7。第四π衰单元包括第十六电阻R22、第十八电阻R27和第十九电阻R36。第十六电阻R22的第一端经第十七电阻R21和射频连接器后与本地时钟的频率信号输出端连接，第十六电阻R22的第一端还与第十八电阻R27的第一端连接，第十八电阻R27的第二端分别与第十九电阻R36的第一端、第十二电容C33的第一端和第十四电容C42的第一端连接，第十二电容C33的第二端接地，第十四电容C42的第二端与第二低噪声放大器N1的RF-IN端连接，第二低噪声放大器N1的GND端接地，第二低噪声放大器N1的RF-OUT端与第二十电阻R46的第一端连接，第二十电阻R46的第二端分别与第十五电容C53的第一端和第七电感L21的第一端连接，第七电感L21的第二端分别与第十六电容C48的第一端和第十七电容C47的第一端连接，且第七电感L21的第二端还经第二十一电阻L22连接至VCC5V电源端，第十五电容C53的第二端分别与第一功分器N6的SUM端和第二十二电阻R51的第一端连接，第二十二电阻R51的第二端经第二十三电阻R41连接至第十四电容C42的第一端，第一功分器N6的GND端接地，第一功分器N6的P1端经第十九电容C63分出一路频率信号，第一功分器N6的P2端经第二十电容C62分出另一路频率信号，以经第十九电容C63分出的一路频率信号为例，该路频率信号输入第五π衰单元，第五π衰单元包括第二十四电阻R66、第二十五电阻R70和第二十六电阻R67。其中，第二十四电阻R66的第一端用于接入该路频率信号且还与第二十五电阻R70的第一端连接，第二十五电阻R70的第二端分别与第二十六电阻R67的第一端和第二十一电容C66的第一端连接，第二十六电阻R67的第二端和第二十一电容C66的第二端接地，第二十一电容C66的第一端还与第二功分器N7的SUM端连接，第二功分器N7的P1端与第二十二电容C64的第一端连接，第二十二电容C64的第二端经第七电容C60与第一电阻R62的第一端连接，第二功分器N7的P2端用于经第二十三电容C68输出另外一路频率信号，第二功分器N7的GND端接地。电源单元用于将VCC6V2电源转换为VCC5V电源，使用的电源芯片N12的IN1端和OUT端均通过多个并联的电容到地，从而滤除VCC6V2电源和VCC5V电源的杂波干扰，电源芯片N12的BYP端还经第三十二电容C86与电源芯片N12的OUT端连接，电源芯片N12的BYP端还经第三十三电容C94接地，多个并联的电容包括第二十四电容C125、第二十五电容C126、第二十六电容C128、第二十七电容C127、第二十八电容C95、第二十九电容C96、第三十电容C98、第三十一电容C97，电源芯片N12的SHDN端与电源芯片N12的IN1端连接，电源芯片N12的GND端接地。
作为上述实施例的另一种改进，抖动消除模块包括第一触发器和第一缓冲器；第一触发器用于接入该抖动消除模块自身所在站点的第一频标和时钟信号，在作为打拍时钟的第一频标的打拍下，对时钟信号进行抖动消除，生成低抖动参考时钟，并将参考时钟发送至第一缓冲器；第一缓冲器对参考时钟进行缓冲后输出至该抖动消除模块自身所在站点的时间间隔测量模块。
图8至图9示出了上述改进的一种具体电路。在图8至图9中，第一触发器选取为D3或D5，D3的型号选取为74LVC74XTS14G/TR，D5的型号选取为NC7SZ175P6X，第一缓冲器D4的型号选取为553MILFT，第一频标经第一射频连接器XS1输入抖动消除模块，站点的本地时钟输出的时钟信号经第二射频连接器XS3接入抖动消除模块，第一射频连接器XS1的射频输出端经第二十七电阻R131接地，第一射频连接器XS1的射频输出端经第三十四电容C129与触发器D3的1CP端连接或经第三十五电容C135与触发器D5的CP端连接，在PCB布线设计时，将第三十四电容C129和第三十五电容C135采用叠焊盘设计，即第三十四电容C129和第三十五电容C135共用同一个焊盘，避免误贴，第三十四电容C129远离第一射频连接器XS1的一端还分别与第四十二电阻R132的第一端和第四十三电阻R133的第一端连接，第四十二电阻R132的第二端连接至VCC3V3电源端，第四十三电阻R133的第二端接地，第三十五电容C135远离第一射频连接器XS1的一端还分别与第四十四电阻R134的第一端和第四十五电阻R135的第一端连接，第四十四电阻R134的第二端连接至VCC3V3电源端，第四十五电阻R135的第二端接地；第二射频连接器XS3的射频输出端经第二十八电阻R122与触发器D3的1D端连接或经第二十九电阻R128与触发器D5的D端连接，在布线设计时，第二十八电阻R122和第二十九电阻R128采用叠焊盘设计，即第二十八电阻R122和第二十九电阻R128共用一个焊盘，避免误贴。触发器D3的端分别与第三十电阻R114的第一端和第三十一电阻R115的第一端连接，第三十电阻R114的第二端接至VCC3V3电源端，第三十一电阻R115的第二端接地，触发器D3的/>端分别与第三十二电阻R119的第一端和第三十三电阻R120的第一端连接，第三十二电阻R119的第二端接至VCC3V3电源端，第三十三电阻R120的第二端接地，触发器D3的VCC端分别连接至VCC3V3电源端、第三十六电容C130的第一端和第三十七电容C131的第一端，触发器D3的GND端接地，触发器D3的/>端、2CP端、2D端、/>端、/>端、2Q端和/>端悬空，触发器D3的1Q端经第三十四电阻R229和第三十五电阻R121连接至第一缓冲器D4的CLKIN端，第一缓冲器D4的CLKIN端还经第三十六电阻R130和第三十七电阻R118连接至触发器D5的Q端，在PCB布线设计时，将第三十五电阻R121和第三十六电阻R130采用叠焊盘设计，即第三十五电阻R121和第三十六电阻R130共用同一个焊盘，避免误贴，触发器D5的VCC端连接至VCC3V3电源端且还经第三十八电容C134接地，触发器D5的/>端经第三十八电阻R117连接至VCC3V3电源端且还经第三十九电阻R125接地。第一缓冲器D4的GND端接地，第一缓冲器D4的VDD端和OE端连接，第一缓冲器D4的VDD端还分别与第四十电阻R5的第一端、第四十一电阻R10的第一端、第三十九电容C132的第一端和第四十电容C133的第一端连接，第三十九电容C132的第二端和第四十电容C133的第二端接地，第四十电阻R5的第二端连接至VCC3V3电源端，第四十一电阻R10的第二端连接至VCC5V电源端，第一缓冲器D4的Q0端至Q3端用于输出低抖动的参考时钟。
图10示出了通过100Km实验室盘纤测试得到的系统时间同步精度指标值，测试时长505900秒，峰峰值(Peak to Peak)为68ps，STDEV(标准偏差Standard Deviation)指标值为7.92ps，可见光纤同步系统实现了主站与位于远端的从站之间的高精度时间同步传递。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (7)
1.一种高精度远距离光纤同步系统，其特征在于，包括主站和从站，主站和从站之间建立有光纤双向同步链路，主站和从站均包括时间间隔测量模块、相噪处理模块和抖动消除模块，从站还包括钟差计算模块和时延补偿模块；
所述相噪处理模块用于对自身所在站点时钟输出的频率信号进行相位噪声处理，相位噪声处理后得到低相噪第一频标，并将第一频标发送至自身所在站点的时间间隔测量模块和抖动消除模块；
所述抖动消除模块用于对自身所在站点时钟输出的时钟信号进行抖动消除，抖动消除后得到低抖动参考时钟，并将参考时钟发送至自身所在站点的时间间隔测量模块，抖动消除时的打拍时钟为第一频标；
通过光纤双向同步链路，主站和从站分别向对方发送其自身的参考时钟，主站和从站内的时间间隔测量模块分别测量接收到的对方发送的参考时钟与自身参考时钟之间的时延值，且主站将自身测量得到时延值发送至从站，时延值测量时的打拍时钟为第一频标的N倍频；
所述钟差计算模块根据所有时延值计算钟差，并根据钟差确定补偿值；
所述时延补偿模块根据补偿值对自身所在站点的时钟进行校正；
其中，时钟信号为频率信号的M分频，N和M均为大于一的正整数。
2.根据权利要求1所述的一种高精度远距离光纤同步系统，其特征在于，所述光纤双向同步链路在传输光信号时对光信号进行色散修正。
3.根据权利要求1所述的一种高精度远距离光纤同步系统，其特征在于，所述相噪处理模块包括第一π衰单元、低噪声放大器、第二π衰单元、多阶LC低通滤波单元和第三π衰单元，所述第一π衰单元用于与该相噪处理模块自身所在站点的时钟连接，所述低噪声放大器分别与第一π衰单元和所述第二π衰单元连接，所述多阶LC低通滤波单元分别与所述第二π衰单元和所述第三π衰单元连接，所述第三π衰单元还用于与该相噪处理模块自身所在站点的时间间隔测量模块和抖动消除模块连接。
4.根据权利要求3所述的一种高精度远距离光纤同步系统，其特征在于，所述第一π衰单元与低噪声放大器之间、第二π衰单元与低噪声放大器之间、多阶LC低通滤波单元与第二π衰单元之间均串接有隔直电容。
5.根据权利要求1所述的一种高精度远距离光纤同步系统，其特征在于，所述抖动消除模块包括第一触发器和第一缓冲器；
所述第一触发器用于接入该抖动消除模块自身所在站点的第一频标和时钟信号，在作为打拍时钟的第一频标的打拍下，对时钟信号进行抖动消除，生成低抖动参考时钟，并将参考时钟发送至第一缓冲器；
第一缓冲器对参考时钟进行缓冲后输出至该抖动消除模块自身所在站点的时间间隔测量模块。
6.根据权利要求1所述的一种高精度远距离光纤同步系统，其特征在于，
通过光纤双向同步链路，主站和从站分别向对方发送其自身的参考时钟时，对参考时钟进行业务信息为空的IRIG-B码型编码；
在时延补偿模块根据补偿值对自身所在站点的时钟进行校正后，主站对自身所在站点的参考时钟进行包含业务信息的IRIG-B码型编码，从站对接收到的包含业务信息的IRIG-B码型解码后得到时码信息。
7.根据权利要求1所述的一种高精度远距离光纤同步系统，其特征在于，通过光纤双向同步链路，主站和从站分别向对方发送其自身的参考时钟时，所述主站基于时分多址确定自主站接收参考时钟的从站地址，且将参考时钟经激光调制转换为具有第一波长的光信号，该光信号经DWDM波分复用器送入光纤双向同步链路，从站将参考时钟经激光调制转换为具有第二波长的光信号，该光信号经DWDM波分复用器送入光纤双向同步链路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310871874.3A CN116599619B (zh) | 2023-07-17 | 2023-07-17 | 一种高精度远距离光纤同步系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310871874.3A CN116599619B (zh) | 2023-07-17 | 2023-07-17 | 一种高精度远距离光纤同步系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116599619A CN116599619A (zh) | 2023-08-15 |
| CN116599619B true CN116599619B (zh) | 2023-09-22 |
Family
ID=87608374
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310871874.3A Active CN116599619B (zh) | 2023-07-17 | 2023-07-17 | 一种高精度远距离光纤同步系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116599619B (zh) |
Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1014518A2 (en) * | 1998-12-17 | 2000-06-28 | Nippon Telegraph and Telephone Corporation | An atomic frequency standard laser pulse oscillator |
| AU2004208744A1 (en) * | 2003-01-30 | 2005-02-03 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Apparatus and method for measuring and compensating delay between main base station and remote base station interconnected by an optical cable |
| RU2013121063A (ru) * | 2013-05-07 | 2014-11-20 | Закрытое акционерное общество "Институт прикладной астрономии" (ЗАО "ИПА") | Способ синхронизации часов и устройство для его реализации |
| CN104426600A (zh) * | 2013-09-04 | 2015-03-18 | 成都泰富通信有限公司 | 光纤传输时延自动锁定及均衡补偿方法 |
| CN111934805A (zh) * | 2020-07-10 | 2020-11-13 | 中国人民解放军61081部队 | 一种适用于伪卫星增强系统的地面站间时频传递方法 |
| CN111928885A (zh) * | 2020-06-08 | 2020-11-13 | 北京无线电计量测试研究所 | 一种飞秒激光双向时频钟差测量方法及装置 |
| CN112202524A (zh) * | 2020-10-10 | 2021-01-08 | 中国人民解放军海军工程大学 | 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 |
| CN112202523A (zh) * | 2020-10-10 | 2021-01-08 | 中国人民解放军海军工程大学 | 一种双纤双波时间传递系统及瞬时钟差估算方法 |
| CN212725553U (zh) * | 2020-09-07 | 2021-03-16 | 成都通航科技有限公司 | 一种北斗天线固定装置 |
| CN114401066A (zh) * | 2021-12-20 | 2022-04-26 | 中国航天科工集团八五一一研究所 | 一种高精度时频同步信号分发系统与其分发方法 |
| CN217563656U (zh) * | 2022-04-22 | 2022-10-11 | 成都金诺信高科技有限公司 | 一种基于单光子探测器的光纤时间同步系统 |
| CN116155430A (zh) * | 2023-01-11 | 2023-05-23 | 成都金诺信高科技有限公司 | 一种光纤双向信号传输时延误差消除方法及时频系统 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050219119A1 (en) * | 2004-02-26 | 2005-10-06 | Po-Hsin Hsu | Method and apparatus for signal code carrier coherency for wide area augmentation system |
-
2023
- 2023-07-17 CN CN202310871874.3A patent/CN116599619B/zh active Active
Patent Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1014518A2 (en) * | 1998-12-17 | 2000-06-28 | Nippon Telegraph and Telephone Corporation | An atomic frequency standard laser pulse oscillator |
| AU2004208744A1 (en) * | 2003-01-30 | 2005-02-03 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Apparatus and method for measuring and compensating delay between main base station and remote base station interconnected by an optical cable |
| RU2013121063A (ru) * | 2013-05-07 | 2014-11-20 | Закрытое акционерное общество "Институт прикладной астрономии" (ЗАО "ИПА") | Способ синхронизации часов и устройство для его реализации |
| CN104426600A (zh) * | 2013-09-04 | 2015-03-18 | 成都泰富通信有限公司 | 光纤传输时延自动锁定及均衡补偿方法 |
| CN111928885A (zh) * | 2020-06-08 | 2020-11-13 | 北京无线电计量测试研究所 | 一种飞秒激光双向时频钟差测量方法及装置 |
| CN111934805A (zh) * | 2020-07-10 | 2020-11-13 | 中国人民解放军61081部队 | 一种适用于伪卫星增强系统的地面站间时频传递方法 |
| CN212725553U (zh) * | 2020-09-07 | 2021-03-16 | 成都通航科技有限公司 | 一种北斗天线固定装置 |
| CN112202524A (zh) * | 2020-10-10 | 2021-01-08 | 中国人民解放军海军工程大学 | 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 |
| CN112202523A (zh) * | 2020-10-10 | 2021-01-08 | 中国人民解放军海军工程大学 | 一种双纤双波时间传递系统及瞬时钟差估算方法 |
| CN114401066A (zh) * | 2021-12-20 | 2022-04-26 | 中国航天科工集团八五一一研究所 | 一种高精度时频同步信号分发系统与其分发方法 |
| CN217563656U (zh) * | 2022-04-22 | 2022-10-11 | 成都金诺信高科技有限公司 | 一种基于单光子探测器的光纤时间同步系统 |
| CN116155430A (zh) * | 2023-01-11 | 2023-05-23 | 成都金诺信高科技有限公司 | 一种光纤双向信号传输时延误差消除方法及时频系统 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| The research progress of two way time synchronization with fiber based on spread spectrum signal;Xiangwei Zhu 等;2015 Joint Conference of the IEEE International Frequency Control Symposium & the European Frequency and Time Forum;全文 * |
| 光纤时频同步技术的研究进展;梁益丰;许江宁;吴苗;何泓洋;江鹏飞;;激光与光电子学进展(第05期);全文 * |
| 光纤网络时间频率传输与同步技术研究;袁一博;博士电子期刊;全文 * |
| 双向比对高精度物理时间同步方法;于雪晖;王盾;李周;赵鸿娟;;航空学报(第05期);全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116599619A (zh) | 2023-08-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105634643B (zh) | 一种基于双向扩频测距的光纤时间频率传递方法、装置及系统 | |
| CN101795167B (zh) | 高精度时延预补偿光纤授时方法 | |
| CN102326344B (zh) | 相干接收机装置及色散补偿方法 | |
| US7830924B2 (en) | Stuffing and destuffing operations when mapping low-order client signals into high-order transmission frames | |
| JPH06205031A (ja) | 通信装置および通信方法 | |
| 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 | |
| EP2715955A1 (en) | System and method for network synchronization and frequency dissemination | |
| CN110557199B (zh) | 基于数字光模块的高精度光纤频率传递装置 | |
| WO1999027341A1 (fr) | Procede de fabrication d'un module de transmission optique et systeme de controle de la caracteristique de taux d'erreur sur les bits | |
| CN109039453A (zh) | 一种传输光纤延时的测量系统及测量方法 | |
| CN104506297A (zh) | 一种基于数字补偿系统的频率传递系统及其传递方法 | |
| CN107994947A (zh) | S型往返变频式光纤高精度频率传递系统及方法 | |
| CN116599619B (zh) | 一种高精度远距离光纤同步系统 | |
| CN110784783A (zh) | 基于光纤网络的时钟同步方法及装置 | |
| JP3126332B2 (ja) | 二地点間光伝送においてクロック信号の位相を制御するための方法及び装置 | |
| CN114142957A (zh) | 一种远距离时频设备测试方法 | |
| CN110808806A (zh) | 一种基于光纤频率传递的量子双向时间同步方法及系统 | |
| CN113708878B (zh) | 一种基于光纤的时间和频率同时传递系统以及方法 | |
| CN211791545U (zh) | 一种基于飞秒激光双向比对的光纤同步系统 | |
| JP2003046443A (ja) | 可変分散補償装置、可変分散補償機能付き光受信器、および光通信システム | |
| EP1187374B1 (en) | Bit-rate-independent optical receiver | |
| CN114285516B (zh) | 时间同步精度增强的光纤时间频率传递系统与传递方法 | |
| CN114915337B (zh) | 基于时间内插的光学时间传递系统和传递方法 | |
| CN115347954B (zh) | 一种光纤光学频率传递信号再生净化系统 | |
| JPH10508443A (ja) | ポイント−マルチポイント間通信システムのレンジング方法 |
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 |