[發(fā)明專利]光纖時(shí)間傳遞編碼調(diào)制與解調(diào)解碼的方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110285168.8
• 申請(qǐng)日: 2011-09-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102299742A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-12-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張首剛;梁雙有;陳法喜;趙侃;李孝峰;常宏;劉杰;杜志靜;劉丹丹
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院國(guó)家授時(shí)中心
• 主分類號(hào): H04B10/12
• 分類號(hào): H04B10/12;H04L27/00;H04L7/00
• 代理公司: 西安永生專利代理有限責(zé)任公司 61201
• 代理人: 申忠才

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于時(shí)間頻率傳輸技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到光纖時(shí)間傳遞編碼調(diào)制與解調(diào)解碼的方法。

背景技術(shù)

在高精度時(shí)間傳遞中，需要將高穩(wěn)定度原子鐘的時(shí)間信號(hào)傳輸?shù)竭h(yuǎn)端的用戶。時(shí)間信號(hào)的傳輸，主要是時(shí)間秒脈沖信號(hào)的傳輸。而時(shí)間秒脈沖信號(hào)的調(diào)制方式，直接影響到秒脈沖信號(hào)的傳輸精度。由于現(xiàn)有的光纖數(shù)字通信速率為1.544Mb/s和2.048Mb/s，傳輸速率較低，要使秒脈沖信號(hào)的傳輸精度提高很困難，而現(xiàn)代科技的發(fā)展和應(yīng)用，對(duì)時(shí)間傳輸?shù)木纫笤絹?lái)越高。

微波傳輸頻率穩(wěn)定度為1×10^-9/s，時(shí)間傳輸精度為納秒量級(jí)。國(guó)外研究表明，光纖傳輸頻率穩(wěn)定度比微波傳輸頻率穩(wěn)定度高出五個(gè)量級(jí)，從理論上講，其時(shí)間傳遞精度可以達(dá)到飛秒量級(jí)，因此利用光纖傳遞時(shí)間頻率可以滿足超高精度需求。而且光纖的傳輸時(shí)間延遲，可以利用雙向的閉環(huán)路徑進(jìn)行前置補(bǔ)償，經(jīng)過(guò)前置補(bǔ)償后，用戶端可以實(shí)時(shí)得到?jīng)]有延遲的秒脈沖信號(hào)，從而真正地實(shí)現(xiàn)高精度的時(shí)間同步。而且用光纖傳輸?shù)念l率信號(hào)，用戶可以直接應(yīng)用。

光纖的傳輸具有相當(dāng)大的容量。從理論上講，光纖能用于通信的低損耗窗口的波長(zhǎng)寬度約為200nm，帶寬25太赫茲(THz)，實(shí)際上由于光波系統(tǒng)和電子線路的一些技術(shù)問(wèn)題，其通信帶寬可在THz以內(nèi)；短距離的光纖傳輸，已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)單信道100Gbit/s的信息量。

光纖的傳輸距離遠(yuǎn)。由于摻鉺光纖放大器(EDFA)的出現(xiàn)，人們已成功地實(shí)現(xiàn)了5Gbit/s單信道無(wú)中繼傳輸9000km。現(xiàn)在，海底的國(guó)際通信光纜已經(jīng)能達(dá)到幾千公里無(wú)中繼。

頻率信號(hào)是一種模擬連續(xù)信號(hào)。標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)的傳輸，很重要的一點(diǎn)是頻率穩(wěn)定度。就傳輸特性來(lái)說(shuō)，傳輸頻率的帶寬越窄，其頻率穩(wěn)定度越高。任何傳輸頻率標(biāo)稱點(diǎn)以外的附加頻率，都是相位噪聲，都會(huì)降低傳輸頻率的穩(wěn)定度。因此，任何一種調(diào)制方式的通信，都會(huì)降低其傳輸頻率的穩(wěn)定度。另外，頻率信號(hào)在傳輸過(guò)程中，還會(huì)受到其它信號(hào)的電磁干擾。

時(shí)間信號(hào)是不連續(xù)的數(shù)字信號(hào)。時(shí)間信號(hào)包括兩種信號(hào)內(nèi)容：一種是時(shí)間信息信號(hào)，即年、月、日、星期、時(shí)、分、秒。時(shí)間信息信號(hào)與數(shù)字通信信號(hào)是相同的，如果在不考慮秒脈沖信號(hào)的情況下，時(shí)間信息可以搭載在任何現(xiàn)有的通信方式上來(lái)進(jìn)行傳遞，不需要另外采取更復(fù)雜的傳遞形式。時(shí)間信號(hào)的另一種信號(hào)是秒脈沖信號(hào)，從波形上講，它同時(shí)間信息信號(hào)相同，但傳輸目的不同。時(shí)間信息信號(hào)的傳遞只要求能夠正確地判斷數(shù)字信號(hào)的狀態(tài)，即高電平，低電平，能夠準(zhǔn)確地進(jìn)行譯碼；而秒脈沖信號(hào)的傳遞，需要研究的主要目標(biāo)是追求傳輸時(shí)間的延遲精度，能夠正確判斷所傳輸?shù)拿胄盘?hào)到來(lái)的時(shí)刻，即秒脈沖的前沿，而對(duì)于秒脈沖的寬度并無(wú)要求。從傳輸特性來(lái)講，所傳輸秒脈沖信號(hào)的前沿越陡，其付里葉頻率帶寬越寬，則傳輸精度越高。因此，任何有限帶寬的通信調(diào)制方式，都會(huì)影響到秒脈沖信號(hào)的上升沿，從而降低時(shí)間信號(hào)的傳輸精度。因此，頻率信號(hào)和秒信號(hào)在對(duì)傳輸頻率帶寬的要求上是相反的。目前1pps信號(hào)與時(shí)間信息采用同步傳輸?shù)木幋a調(diào)制方法，在編碼或解碼時(shí)，會(huì)產(chǎn)生±1個(gè)時(shí)鐘周期的誤差，而為了減小這一誤差，需要用很高頻率的載波信號(hào)，例如為了達(dá)到100ps的傳輸時(shí)間精度，需要用10GHz的射頻載波信號(hào)。

根據(jù)光纖傳輸特性和時(shí)間頻率信號(hào)的傳輸特性，其時(shí)間傳輸精度理論上可以達(dá)到飛秒量級(jí)，但實(shí)際上，現(xiàn)有編碼調(diào)制技術(shù)只能達(dá)到幾十個(gè)納秒。遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有發(fā)揮光纖的潛力。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于克服上述光纖傳輸?shù)娜秉c(diǎn)，提供一種光纖時(shí)間傳遞編碼調(diào)制與解調(diào)解碼的方法。

解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案由下述步驟組成：

1、時(shí)間頻率信號(hào)的產(chǎn)生

倍頻器將來(lái)自原子鐘的參考頻率信號(hào)，經(jīng)倍頻器倍頻后產(chǎn)生射頻信號(hào)輸出到編碼調(diào)制器為編碼調(diào)制器的時(shí)鐘信號(hào)；時(shí)碼發(fā)生器根據(jù)來(lái)自原子鐘的1pps參考信號(hào)控制產(chǎn)生時(shí)間信息信號(hào)輸出到編碼調(diào)制器，時(shí)間信息包括年、月、日、星期、時(shí)、分、秒。

2、時(shí)間頻率信號(hào)的編碼調(diào)制

將1pps信號(hào)、時(shí)間信息、射頻信號(hào)以及時(shí)間測(cè)量設(shè)備測(cè)量計(jì)算的傳輸延遲數(shù)據(jù)同時(shí)送入編碼調(diào)制器，編碼調(diào)制器輸出射頻信號(hào)，編碼調(diào)制器采用1pps信號(hào)與時(shí)間信息的異步傳輸?shù)木幋a方法，時(shí)間編碼信號(hào)的持續(xù)時(shí)間是84乘以射頻信號(hào)的周期；時(shí)間編碼信號(hào)與射頻信號(hào)的調(diào)制采用時(shí)間分段調(diào)制方法，調(diào)制后的射頻信號(hào)為正弦波或方波，根據(jù)所用器件的截止速率采用100MHz～幾千兆赫茲的射頻信號(hào)，時(shí)間編碼信號(hào)與射頻信號(hào)交替進(jìn)行傳遞；調(diào)制后的射頻信號(hào)經(jīng)激光器調(diào)制成光信號(hào)饋入光纖，經(jīng)光纖傳輸?shù)焦怆娹D(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成射頻信號(hào)輸出到解調(diào)解碼器。