CN212627912U - 一种数字检测的光纤传输时延测量装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种数字检测的光纤传输时延测量装置，应用于射频分离电台中光纤传输时延的测量，可改善当前测量设备精度不足、设备成本高、使用复杂的问题。本实用新型采用FPGA数字处理器，选用高精度有源晶振提供时钟信号；在校准状态下通过短光纤连接完成测量装置固定时延的计量，并在正常测量状态下根据实际测量值和固定时延的差值计算得到净光纤传输时延值；通过换装收发分离双纤双向光纤模块使得单个测量装置即可适应仅本地测量的应用情景。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种测量装置，尤其涉及一种数字检测技术的光纤传输时延测量时使用。
背景技术
在采用光纤通信实现电台射频分离的应用场合中，信号经光纤的传输时延已经是控制算法设计中需要考虑的一项重要指标，尤其是在跳频抗干扰的通信模式下。光纤传输时延一般与光纤长度成正比，但光纤实际铺设完成后其总长度具有一定的不确定性，因此在射频分离电台的应用中如何确定有用信号所经的光纤的时延具有重要的实际意义。
目前国内外光纤延时测量的方法主要有频域法和光学干涉法等。其中，频域法测量所用的仪器是矢量网络分析仪，矢量网络分析仪测量精度高，但进行光纤延时测量时，需要外部级联光电转换设备，因而引入测量误差，另外由于矢量网络分析仪的输入输出端都在本地，此种测量方法不能应用于远程光纤的测量；光学干涉法的测试系统是根据迈克尔逊干涉仪原理搭建而成，光学干涉法测量精度高，但平台搭建困难，测量精度与光源质量相关，使用复杂，当光纤长度较长时此法测量困难，故此光学干涉法不适合于工程上的应用；
总之，目前需要一种精度高、操作简便、设备成本较低的光纤传输时延测量方法及装置。
发明内容
本实用新型的任务是提出一种精度高，操作简便，设备成本低的一种数字检测光纤传输时延测量装置。
本实用新型的任务是这样完成的，其特征在于：测量装置包括远程光纤传输时延测量和本地时光纤传输时延测量，所述远程光纤传输时延测量包括两个完全相同的测量装置Ⅰ和测量装置Ⅱ，所述本地时光纤传输时延测量包括一个测量装置Ⅲ，所述测量装置Ⅰ和测量装置Ⅱ上的光纤模块插座里分别插装有相同的收发一体单纤双向光纤模块，并通过一根光纤将相同的收发一体单纤双向光纤模块连接，所述测量装置Ⅲ的光纤模块插座里插装有一个收发分离双纤双向光纤模块。
所述测量装置Ⅰ、测量装置Ⅱ和测量装置Ⅲ包括壳体，壳体上设置有显示屏，显示屏和下方设置有按键，指示灯邻近显示屏设置，壳体上还有供电源线插接的电源接口和光纤模块插座，且壳体内腔里装有数字处理器。
所述测量装置包括控制和计算单元、数字处理器，用户接口单元、光传输单元、时钟回路、电源电路，所述数字处理器输出、输入端双向与光传输单元连接，所述数字处理器的输出、输入端双向与用户端口单元连接，所述用户接口包括按键模块和显示模块，所述光传输单元包括光发射模块、光接收模块、光复用器，所述发射模块输出端与光复用器输入端连接，所述光复用器的输出端与光接收模块输入端连接，且光复用器的输出、输入端与传输光纤电性连接。
本实用新型具有以下效果：本技术方案通过处理器控制计量光纤上传输时间对应的时钟周期数计算得传输时间；通过较短光纤传输进行校准的方法可进一步推导出净光纤传输时延；通过换装光纤模块可节省仅本地应用下的测量成本。本实用新型具有精度高、速度快、操作简便、设备成本低等特点，可应用于射频分离电台中光纤传输时延的测量，具有较高的实用价值。
附图说明
图1为本实用新型所述光纤传输时延测量装置分解图；图2为测量装置内部框图；图3为测量连接示意图；图4为本实用新型所述仅本地应用时的测量连接示意图。
图面说明：1、测量装置，2、显示屏，3、按键，4、指示灯，5、电源接口，6、光纤模块插座，7、收发一体单纤双向光纤模块，8、收发分离双纤双向光纤模块，9、测量装置Ⅰ、10 测量装置Ⅱ，11、测量装置Ⅲ，计算单元 13、数字处理器 14，用户接口单元 15、光传输单元 16、时钟回路 17、电源电路 18。
具体实施方式
具体实施例如图1、图3、图4所示，测量装置1包括远程光纤传输时延测量和本地时光纤传输时延测量，所述远程光纤传输时延测量包括两个完全相同的测量装置9Ⅰ和测量装置10Ⅱ，所述本地时光纤传输时延测量包括一个测量装置11Ⅲ，所述测量装置Ⅰ和测量装置Ⅱ上的光纤模块插座6里分别插装有相同的收发一体单纤双向光纤模块7，并通过一根光纤将相同的收发一体单纤双向光纤模块连接，所述测量装置11Ⅲ的光纤模块插座里插装有一个收发分离双纤双向光纤模块8。
所述测量装置Ⅰ、测量装置Ⅱ和测量装置Ⅲ包括壳体，壳体上设置有显示屏2，显示屏和下方设置有按键3，指示灯4邻近显示屏设置，壳体上还有供电源线插接的电源接口5和光纤模块插座6，且壳体内腔里装有数字处理器。
所述测量装置1包括控制和计算单元13、数字处理器14，用户接口单元15、光传输单元16、时钟回路17、电源电路18，所述数字处理器输出、输入端双向与光传输单元连接，所述数字处理器的输出、输入端双向与用户端口单元连接，所述用户接口包括按键模块和显示模块，所述光传输单元包括光发射模块、光接收模块、光复用器，所述发射模块输出端与光复用器输入端连接，所述光复用器的输出端与光接收模块输入端连接，且光复用器的输出、输入端与传输光纤电性连接。
为了达到上述目的，数字检测光纤传输时延测量包括以下步骤：
步骤1，测量装置如图1所示。其内部框图如图2所示：采用现场可编程门阵列(FPGA)器件作为数字处理器，使用其内部的GTX高速收发器驱动光纤模块实现光纤传输；光纤模块为波分复用光收发一体单纤双向和收发分离双纤双向光纤模块两种规格；选用高精度的有源晶振为数字处理器和GTX收发器提供时钟信号，保证测量结果的高精度；
步骤2，测量时需要两个测量装置，即测量装置Ⅰ和测量装置Ⅱ，两者完全相同，并将收发一体单纤双向光纤模块插入光纤模块插座里并通过一根光纤连接，如图3所示；
步骤3，每次测量操作时测量装置Ⅰ的数字处理器控制光纤发端发送一帧含有帧头测量标志的数据，并在发送结束时开启一个时钟计数器；测量装置Ⅱ的数字处理器接收到该帧数据后立刻返回一帧响应数据；测量装置Ⅰ的数字处理器接收到响应数据后立刻停止时钟计数器，并根据该计数结果n和时钟频率值fclk推导出本次光纤传输时延值T；
步骤4，为使测量结果更加精确，必须将测量装置的数字处理器的处理、计算时延以及光电转换时延进行消除，对此本测量方法采用了校准处理，操作测量装置Ⅰ的按键使其进入校准状态，并使用一段长度小于1米的光纤连接测量装置Ⅰ和Ⅱ，设备将自动完成多次测量后将结果平均处理后作为之后测量结果计算的基准值，记为Tbase。校准结束后设备将提示校准完成。
步骤5，校准完成后即可进入正常测量状态，将测量装置接收端和发送端分别接入待测光纤的两端，完成多次测量后将结果平均处理后作为之后作为该光纤的测量值，记为Tmeas。由于校准状态和正常测量状态下测量装置Ⅰ和Ⅱ的数字处理器的处理、计算时延以及光电转时延是一致的，因此按照下列公式即可推导出此光纤的净传输时延△t：
△t＝Tmeas-Tbase
测量结束后设备将测量的净传输时延显示于设备上的显示屏上。
步骤6，当仅进行本地测量而不使用远程光纤的情况下，可通过测量装置Ⅲ上换装收发分离双纤双向光纤模块，实现在本地完成光纤传输时延的测量。而此时仅使用一个测量装置，因此可以节省一部分成本。
在步骤一中采用FPGA数字处理器作为处理器，计量每次光纤传输过程所需时钟周期数量进行传输时间的计算；使用FPGA处理器内部的GTX高速收发器驱动光纤模块完成数据的光纤传输；通过选用高精度的有源晶振为处理芯片和GTX高速收发器提供时钟信号，保证测量结果的高精度；
在步骤二中首先通过校准状态在短光纤连接情况下，完成对处理芯片的处理、计算时延以及光电转换时延的计量；然后再正常测量状态下完成对待测光纤的传输时间进行计量；最后通过计算两个计量值的差值得到净光纤传输时延；
在步骤三中针对仅本地测量应用情况时，测量装置只通过换装收发分离双纤双向光纤模块即可完成光纤传输时延的测量，可节省测量成本。
综上所述，本实用新型所述光纤传输时延测量方法通过FPGA数字处理器控制计量光纤上传输时间对应的时钟周期数计算得传输时间；通过较短光纤传输进行校准的方法可进一步推导出净光纤传输时延；通过换装光纤模块可节省仅本地应用下的测量成本。本实用新型具有精度高、速度快、操作简便、设备成本低等特点，可应用于射频分离电台中光纤传输时延的测量，具有较高的实用价值。
Claims (3)
1.一种数字检测的光纤传输时延测量装置，其特征在于：测量装置包括远程光纤传输时延测量和本地时光纤传输时延测量，所述远程光纤传输时延测量包括两个完全相同的测量装置Ⅰ和测量装置Ⅱ，所述本地时光纤传输时延测量包括一个测量装置Ⅲ，所述测量装置Ⅰ和测量装置Ⅱ上的光纤模块插座里分别插装有相同的收发一体单纤双向光纤模块，并通过一根光纤将相同的收发一体单纤双向光纤模块连接，所述测量装置Ⅲ的光纤模块插座里插装有一个收发分离双纤双向光纤模块。
2.根据权利要求1所述的一种数字检测的光纤传输时延测量装置，其特征在于：所述测量装置Ⅰ、测量装置Ⅱ和测量装置Ⅲ包括壳体，壳体上设置有显示屏，显示屏和下方设置有按键，指示灯邻近显示屏设置，壳体上还有供电源线插接的电源接口和光纤模块插座，且壳体内腔里装有数字处理器。
3.根据权利要求1所述的一种数字检测的光纤传输时延测量装置，其特征在于：所述测量装置包括控制和计算单元、数字处理器，用户接口单元、光传输单元、时钟回路、电源电路，所述数字处理器输出、输入端双向与光传输单元连接，所述数字处理器的输出、输入端双向与用户端口单元连接，所述用户接口包括按键模块和显示模块，所述光传输单元包括光发射模块、光接收模块、光复用器，所述发射模块输出端与光复用器输入端连接，所述光复用器的输出端与光接收模块输入端连接，且光复用器的输出、输入端与传输光纤电性连接。
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