一種基于雙向擴頻測距的光纖時間頻率傳遞方法、裝置及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及時頻測控領(lǐng)域，尤其涉及大型地面站分布式組網(wǎng)系統(tǒng)的時間同步技術(shù)，特別是在高精度時間同步技術(shù)范疇提出了一種基于雙向擴頻測距的光纖時間頻率傳遞方法、裝置及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在大型地面站(如:衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、移動通信系統(tǒng)等)分布式組網(wǎng)機房之間進行時頻信號傳輸時，實現(xiàn)傳遞前端節(jié)點與接收終端節(jié)點遠距離高保真的時頻信號傳遞是非常重要的，它要求傳遞到接收終端節(jié)點的時頻信號在較長的距離內(nèi)實現(xiàn)阻抗匹配、較低的幅度損耗、較少的噪聲插損、較高的時間同步精度等的信號指標需求。
[0003]光纖時間頻率傳遞技術(shù)因其傳輸衰減小、穩(wěn)定度插損少、實現(xiàn)成本低、配置簡單、方便靈活，在實現(xiàn)大型地面站系統(tǒng)組網(wǎng)時頻信號傳輸時是一種比較理想的傳遞手段。其技術(shù)特點是將傳遞前端節(jié)點的時頻信號通過光纖傳遞到接收終端節(jié)點，然后接收終端節(jié)點對接收到的時頻信號進行再生式恢復(fù)、放大及分配，最后得到滿足接收終端節(jié)點指標要求的各類時間頻率信號。這種技術(shù)可以補償長距離傳輸對信號質(zhì)量的衰減，提供與傳遞前端節(jié)點相當(dāng)?shù)男盘栔笜耍ＷC了接收終端的信號質(zhì)量。
[0004]在光纖時間頻率傳遞技術(shù)中，由于距離較遠使得傳遞前端節(jié)點與接收終端節(jié)點之間的時頻信號無法直接恢復(fù)和測量，需要解決遠程的時頻信號傳遞、數(shù)據(jù)傳遞問題;此外，接收終端節(jié)點對時頻信號進行恢復(fù)后的相位是任意的，這就要通過相位測控技術(shù)實現(xiàn)節(jié)點之間的相位及時間同步。
[0005]在光纖時間頻率信號傳遞技術(shù)中目前常用的方法有單向傳遞法、雙向環(huán)路傳遞法、雙向比對傳遞法。單向傳遞法實現(xiàn)較為簡單，傳遞前端節(jié)點將自己的時間頻率信號以數(shù)字編碼方式通過光模塊傳遞給接收終端節(jié)點，接收終端節(jié)點恢復(fù)時頻信號后對終端節(jié)點的用戶進行單向時間同步，這種方法的同步精度最高只能到納秒量級。雙向環(huán)路傳遞法是將的傳遞前端節(jié)點的時間頻率通過數(shù)字調(diào)制經(jīng)過光模塊傳輸?shù)浇邮战K端節(jié)點，接收終端節(jié)點恢復(fù)時頻信號后再將恢復(fù)的信號反向回傳到傳遞前端節(jié)點，傳遞前端節(jié)點的時間間隔計數(shù)器測量兩個時頻信號之間的來得到環(huán)路總時延，最后估算接收終端節(jié)點的與傳遞前端節(jié)點的時差并對發(fā)送終端節(jié)點進行時差補償，實現(xiàn)時間同步。這種方法因為來回鏈路是對稱的，比對精度也很高，可以優(yōu)于0.5納秒;但缺點主要是因為是在發(fā)送前端對鏈路傳遞時延補償進行調(diào)整，當(dāng)鏈路傳遞較遠時存在調(diào)整滯后問題，影響接收終端的信號指標。
[0006]目前的雙向比對傳遞法采用的是傳遞前端節(jié)點和接收終端節(jié)點互相收發(fā)時間信號(如1PPS、時間碼)，收發(fā)信號一般通過復(fù)用技術(shù)耦合在一根光纖中傳遞，在恢復(fù)接收到的對方時間后，通過本地的時間間隔計數(shù)器測量兩個時間信號之間相位差，然后交換對方的時延數(shù)據(jù)，利用時間比對算法得到與對方的時間差，通過本地相位調(diào)整與對方進行時間同步；另外，該方法結(jié)合單向時間頻率傳遞法特點將傳遞前端節(jié)點的頻率信號傳遞給接收終端節(jié)點，實現(xiàn)頻率信號傳遞。目前，光纖雙向時間頻率傳遞法同步精度最高，參考國內(nèi)外光纖雙向時間比對應(yīng)用研究報告，同步精度一般會優(yōu)于0.1納秒。
[0007]由于光纖雙向時間頻率傳遞比對法是在一根光纖內(nèi)利用復(fù)用技術(shù)進行雙向傳輸，雙向比對的正向和反向鏈路對稱，可有效抵消鏈路傳輸延時誤差，得到較高的雙向時間比對精度。但傳統(tǒng)光纖雙向比對方法對時頻信號(如IPPS信號、B碼信號)相位的編碼和恢復(fù)影響比對精度，并且在雙向比對過程中需要另外建立雙向比對數(shù)據(jù)交換傳輸鏈路，導(dǎo)致裝置實現(xiàn)復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是針對上述光纖時間頻率信號傳遞中傳統(tǒng)雙向時間比對法面對的一些困難，提出了一種基于雙向擴頻測距的光纖時間頻率傳遞方法、裝置及系統(tǒng)，解決大型地面站光纖拉遠系統(tǒng)中時間頻率信號傳遞及同步的問題。
[0009]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0010]一種基于雙向擴頻測距的光纖時間頻率傳遞系統(tǒng)，包括傳遞前端節(jié)點和接收終端節(jié)點以及連接在傳遞前端節(jié)點和接收終端節(jié)點之間的一條光纖傳遞鏈路;所述傳遞前端節(jié)點和接收終端節(jié)點的組成結(jié)構(gòu)相同均分別包括一個雙向時間比對模塊、一個擴頻發(fā)射模塊、一個擴頻碼生成模塊、一個擴頻接收模塊、兩個模擬電光轉(zhuǎn)換器(分別為1#模擬電光轉(zhuǎn)換器和2#模擬電光轉(zhuǎn)換器)、兩個模擬光電轉(zhuǎn)換器(分別為1#模擬光電轉(zhuǎn)換器和2#模擬光電轉(zhuǎn)換器)、一個波分復(fù)用器、一個頻率恢復(fù)模塊和一個時間生成與同步模塊；
[0011 ]在傳遞前端節(jié)點中，擴頻碼生成模塊接收本地時間基準IPPSA和本地頻率基準fc，擴頻碼生成模塊的輸出端分別與擴頻發(fā)射模塊和擴頻接收模塊連接，擴頻接收模塊的輸入端連接擴頻碼生成模塊和1#光電轉(zhuǎn)換器，雙向時間比對模塊的輸入端與擴頻接收模塊連接，所述雙向時間比對模塊有兩個輸出端，其中一個輸出端與擴頻發(fā)射模塊連接，另一個輸出端與頻率恢復(fù)模塊連接，擴頻發(fā)射模塊的輸入端與雙向時間對比模塊和擴頻碼生成模塊連接，擴頻發(fā)射模塊的輸出端與1#模擬電光轉(zhuǎn)換器連接，波分復(fù)用器與1#模擬電光轉(zhuǎn)換器、2#模擬電光轉(zhuǎn)換器、1#光電轉(zhuǎn)換器和2#光電轉(zhuǎn)換器連接，頻率恢復(fù)模塊的輸入端連接雙向時間比對模塊和2#光電轉(zhuǎn)換器，頻率恢復(fù)模塊的輸出端連接時間生成與同步模塊；
[0012]在接收終端節(jié)點中，擴頻碼生成模塊接收本地時間基準IPPSB和本地頻率基準fg，擴頻碼生成模塊的輸出端分別與擴頻發(fā)射模塊和擴頻接收模塊連接，擴頻接收模塊的輸入端連接擴頻碼生成模塊和1#光電轉(zhuǎn)換器，雙向時間比對模塊的輸入端與擴頻接收模塊連接，所述雙向時間比對模塊有兩個輸出端，其中一個輸出端與擴頻發(fā)射模塊連接，另一個輸出端與頻率恢復(fù)模塊連接，擴頻發(fā)射模塊的輸入端與雙向時間對比模塊和擴頻碼生成模塊連接，擴頻發(fā)射模塊的輸出端與1#模擬電光轉(zhuǎn)換器連接，波分復(fù)用器與1#模擬電光轉(zhuǎn)換器、2#模擬電光轉(zhuǎn)換器、1#光電轉(zhuǎn)換器和2#光電轉(zhuǎn)換器連接，頻率恢復(fù)模塊的輸入端連接雙向時間比對模塊和2#光電轉(zhuǎn)換器，頻率恢復(fù)模塊的輸出端連接時間生成與同步模塊。
[0013]—個模擬電光轉(zhuǎn)換器和一個模擬光電轉(zhuǎn)換器為一對收發(fā)光模塊，傳遞前端節(jié)點中的兩個模擬電光轉(zhuǎn)換器和兩個模擬光電轉(zhuǎn)換器組成兩對收發(fā)光模塊，在接收終端節(jié)點中的兩個模擬電光轉(zhuǎn)換器和兩個模擬光電轉(zhuǎn)換器組成兩對收發(fā)光模塊，傳遞前端節(jié)點中的一對收發(fā)光模塊和接收終端節(jié)點中的一對收發(fā)光模塊用于雙向傳遞頻率基準信號，傳遞前端節(jié)點中的另一對收發(fā)光模塊和接收終端節(jié)點中的另一對收發(fā)光模塊用于雙向比對傳遞時間基準信號;傳遞前端節(jié)點和接收終端節(jié)點中的波分復(fù)用器均為四波分復(fù)用器，用于將上述四對收發(fā)光模塊中的雙向比對傳遞時間基準信號及頻率基準復(fù)用在一根光纖中，實現(xiàn)傳遞前端節(jié)點與接收終端節(jié)點之間時間基準、頻率基準的全雙工信號傳遞。
[0014]在傳遞前端節(jié)點中，擴頻碼生成模塊130根據(jù)本地時間基準IPPSA的相位控制發(fā)射的擴頻碼信號初相，然后利用本地頻率基準f?？刂茢U頻碼的速率，并將該擴頻碼輸出至擴頻發(fā)射模塊120及擴頻接收模塊140; 1#光電轉(zhuǎn)換器161將從光纖傳遞鏈路接收的來自接收終端節(jié)點的光信號轉(zhuǎn)換成模擬中頻調(diào)制電信號后輸出給擴頻接收模塊140，擴頻接收模塊140將該模擬中頻調(diào)制電信號進行解調(diào)解擴，并把解調(diào)出來的擴頻碼和本地擴頻碼生成模塊130輸出的擴頻碼進行擴頻偽碼相關(guān)運算，得到本地時間基準IPPSA與光纖傳遞前時間基準IPPSB的擴頻偽碼測量時間比對值Ta，并將該值Ta與接收數(shù)據(jù)中恢復(fù)的接收終端節(jié)點擴頻偽碼測量時間比對值Tb送至雙向時間比對模塊110;雙向時間比對模塊110利用接收擴頻接收模塊140傳遞過來的Ta、Tb，求得接收終端節(jié)點與傳遞前端節(jié)點的時差Tab為:Tab = (Ta+Tb ) /2，雙向時間比對模塊110將其測量出的時差Tab輸出給頻率恢復(fù)模塊180;同時雙向時間比對模塊110將包含Ta、Tb、Tab的通信數(shù)據(jù)輸出給擴頻發(fā)射模塊120;擴頻發(fā)射模塊120接收來自雙向時間對比模塊110輸出的通信數(shù)據(jù)(包含Ta、Tb、Tab)與擴頻碼生成模塊130輸出的擴頻碼進行異或相加生成擴頻組合碼，再通過BPSK(雙相移位鍵控)調(diào)制方法將擴頻組合碼調(diào)制在本地載波f。上，最終通過1#模擬電光轉(zhuǎn)換器151將中頻調(diào)制信號轉(zhuǎn)換為光信號后，通過波分復(fù)用器170以及光纖傳遞鏈路播發(fā)給接收終端節(jié)點;頻率恢復(fù)模塊180用于恢復(fù)接收終端節(jié)點的頻率基準，2#光電轉(zhuǎn)換器162將從光纖傳遞鏈路接收的來自接收終端節(jié)點的光信號轉(zhuǎn)換成模擬中頻電信號后輸出fg—η給頻率恢復(fù)模塊，頻率恢復(fù)模塊180接收雙向時間比對模塊110傳遞的時差Tab，并利用該時差Tab對恢復(fù)后生成的頻率基準fg—η進行相位、頻差補償，得到與光纖鏈路傳遞前頻率基準fg相當(dāng)指標的頻率基準信號fg」。時間生成與同步模塊190用于恢復(fù)傳遞前端節(jié)點的時間基準1PPSB_1，它利用