光纤时间传递传输时间延迟的后置补偿方法

摘要

一种光纤时间传递传输时间延迟的后置补偿方法，它是由测量光纤时间传递双向闭环传输延迟ΔT、计算光纤时间传递单向传输延迟、时间传递1pps的后置补偿、用户接收端时间信号的重新编码调制步骤组成。本发明对下一级的时间传输采用同样的方法，可以方便地进行级联，并保证传输时间远距离准确同步。本发明与现有的前置补偿方法相比，根据不同级别，不需要设置不同的时间信息提前量，不需要不同级别的前置补偿装置，运行简便。本发明具有方法简单、实用、可靠性高等优点，可在光纤时间传递传输中推广使用。

说明书

技术领域

本发明属于电子信息科学中时间频率传输技术领域，具体涉及光纤时间传递传 输时间延迟的补偿方法。

背景技术

在电子信息科学中的时间频率传递应用领域，光纤时间传递采用传输延迟补偿 方法消除传输路径的时间延迟及环境因素引起的漂移，实时实现高精度的时间同 步。光纤传输延迟的补偿是基于成一个闭环的光纤时间传输路径，在时间传递发送 端，测量闭环路径的传输时延，并认为往返传输路径的延迟是相同的，因此取闭环 路径的传输时延的一半，就是从时间传递发送端到用户接收端的单向传输延迟。再 根据这个单向传输延迟，对传输到用户接收端的时间信号进行补偿，实现远距离光 纤时间的同步。

目前传输时间延迟的补偿方法是采用传输延迟前置补偿方法。其具体办法是： 在时间传递发送端，根据测量计算的单向传输延迟，移动传递的时间信号中的秒脉 冲信号一个提前量，这个提前量是根据测量计算的单向传输延迟来决定。经过前置 补偿的时间信号，当传递到用户接收端时，就会得到一个与传输前同步的秒脉冲信 号。实际上，时间信号在前置补偿实施过程中，将秒脉冲信号向后移动，移动量为 秒脉冲的一个周期减去单向传输延迟。这样，在用户端接收到的经前置补偿的时间 信号，实际上是延迟了周期的时间信号。对于时间信号中的秒脉冲信号来讲，用户 接收端接收到的秒脉冲信号与发送端的秒脉冲信号同步，但对于时间编码信号中的 时间信息，仍然保留原来的时间信息。例如，参看图2，被发送的时间信息为2011 年3月24日星期四9:35:47，图2中年、月、日、星期被省略。前置补偿后传递到 用户端，仍然是9:35:47，实际上时间是9:35:48。用户端接收到的时间，被比实际 的时间迟后了一秒。这种情况对于点对点来说，可以在前置补偿时将传输的时间信 息提前一秒。即在发送端，将时间设置为9:35:48，就可保证用户端接收到的时间信 息与发送端同步。但对于多级联网来讲，就构成了困难。如果有N级联接，根据不 同级别，要设置不同的时间信息提前量，就需要不同级别的前置补偿装置，用户接 收端只能接收本级别的时间信号。这样，运行起来很麻烦，很繁琐。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服上述传输时间延迟的补偿方法的缺点，提 供一种可随意进行级联、实现远距离光纤时间同步的光纤时间传递传输时间延迟的 后置补偿方法。

解决上述技术问题所采用的技术方案由下述步骤组成：

1、测量光纤时间传递双向闭环传输延迟ΔT

在时间传递控制端，将原子钟来的参考时间信号和1pps信号，经编码调制器 调制成射频信号，射频信号经波长为λ1激光器1调制成光信号，波长为λ1光信 号经波分复用器1馈入光纤，经光纤传输到用户接收端。在用户接收端，波长λ1 光信号经波分复用器2，再经光电转换器2解调为射频信号，射频信号再由波长为 λ2的激光器2重新调制为光信号。为了提高精度，降低传输延迟的非对称性，波 长为λ1的光信号和波长为λ2的光信号采用波长小于1nm的密波分复用方法进行 传输。波长为λ2的光信号再经波分复用器2和光纤回传到时间传递控制端。在时 间传递控制端，由光纤和波分复用器1回传的波长为λ2光信号，由光电转换器1 解调出射频信号，射频信号再经解调解码器1解调出光纤闭环回传的1pps信号； 将参考1pps信号与回传1pps信号同时送给时间间隔计数器，进行时差测量，时间 间隔计数器输出数据为光纤闭环传输延迟ΔT。

上述的波长为λ1的光信号和波长为λ2的光信号的波长范围是1550nm或 1331nm通用光纤通信波段。

2、计算光纤时间传递单向传输延迟

在时间传递控制端，时间间隔计数器输出的光纤闭环传输延迟数据ΔT到编码 调制器1，闭环传输延迟数据ΔT包含有时间传递控制端的设备延迟Δt_T和用户接 收端的设备延迟Δt_R，这种设备延迟需要在时间传递前进行定标测定。为了提高传 输延迟的测量计算精度，波长为λ1的光信号和波长为λ2的光信号采用密波分复 用方法，可以认为两个波长的传输延迟相同。编码调制器1按下式进行计算：

$\mathrm{\Delta \tau }=\frac{\mathrm{\Delta T}-({\mathrm{\Delta t}}_T+{\mathrm{\Delta t}}_R)}{2}$

式中Δτ是单向传输延迟，Δt_T是时间传递控制端的设备延迟，Δt_R是用户接收端 的设备延迟，ΔT是闭环传输延迟。当编码调制器1接收到时间间隔计数器送来ΔT 数据后，经计算得出从时间传递控制端到用户接收端的单向传输延迟Δτ，单向传 输延迟Δτ与参考时间信号，1pps信号一起由编码调制器1进行编码调制，并传送 到用户接收端。

3、时间传递1pps的后置补偿

在用户接收端，光电转换器2输出的射频信号送给解调解码器2，解调解码器 2输出1pps信号、时间信息信号、单向传输延迟Δτ，延迟补偿器接收到1pps信 号和单向传输延迟数据Δτ后，对接收到1pps信号进行补偿。所谓补偿，实际上是 将接收到的1pps信号前沿延迟1s-Δτ延迟数据。延迟补偿的1pps信号前沿与时 间传递控制端的参考1pps信号前沿实现了同步。

4、用户接收端的时间信号重新编码调制

由于补偿后的时间编码信号延迟了1s，用户接收端所获得的时间信息比时间传 递控制端的参考时间信息滞后了1秒。在用户接收端，将补偿的1pps信号和解调 解码器2输出的时间信息信号同时送给编码调制器2，重新编码调制，重新编码调 制的时间编码信息提前1秒。保证了用户端的时间信息与发送控制端的时间信息同 步。同时编码调制器2可以提供给用户时间B码信号、1pps信号、100MHz频率信号、 10MHz频率信号、5MHz频率信号、射频信号。对下一级的时间传输可以采用同样的 方法。可以方便地进行级联。并保证传输时间远距离的准确同步。

本发明对下一级的时间传输采用同样的方法，可以方便地进行级联，并保证传 输时间远距离准确同步。本发明与现有的前置补偿方法相比，根据不同级别，不需 要设置不同的时间信息提前量，不需要不同级别的前置补偿装置，运行简便。本发 明具有方法简单、实用、可靠性高等优点，可在光纤时间传递传输中推广使用。

附图说明

图1是本发明实施例1的流程图。

图2是光纤时间传递前置补偿和本发明的后置补偿传输时间信号时序示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明不限于这些实施 例。

实施例1

以来自原子钟的9小时35分47秒参考时间信号为例，说明光纤时间传递传输 时间延迟的后置补偿方法如下。

1、测量光纤时间传递闭环传输延迟ΔT

参看图1、2，在图2中，时序A是时间发送控制端的时间编码信号，包括1pps 信号，时间信息信号时、分、秒，传输时间延迟数据Δτ；时序B是用户接收端接 收到的未进行时间延迟补偿时间编码信号；时序C是用户接收端接收到的采用前置 补偿方法的时间编码信号；时序D是用户接收端输出的采用后置补偿后并重新编码 的时间编码信号。

在时间传递控制端，将原子钟来的9小时35分47秒参考时间，送给编码调制 器1，编码调制器1先按照时序A进行时间编码，调制成射频信号输出，射频信号 送给激光器1调制成波长λ1为1550nm的光信号，波长λ1为1550nm的光信号馈 送到波分复用器1，波分复用器1将波长λ1为1550nm的光信号馈入光纤，经光纤 传输到用户接收端。在用户接收端，光纤传输来的波长λ1为1550nm的光信号经波 分复用器2，输出到光电转换器2，光电转换器2将光信号转换成射频信号同时输 出到激光器2和解调解码器2。激光器2输出的波长λ2为1551nm的光信号，再通 过波分复用器2输入光纤，光纤将波长λ2为1551nm的光信号回传到时间传递控制 端。为了提高精度，降低传输延迟的非对称性，波长λ1为1550nm的光信号和波 长λ2为1551nm的光信号采用波长小于1nm的密波分复用方法进行传输，提高了精 度，降低了传输延迟的非对称性。在时间传递控制端，波长λ2为1551nm的光信号 经过波分复用器1，送给光电转换器1。光电转换器1将光信号转换成射频信号输 出到解调解码器1，解调解码器1从射频信号解调出1pps信号，为光纤闭环回传的 1pps信号。将参考1pps信号与回传的1pps信号同时送给时间间隔计数器1，进行 时差测量，时间间隔计数器输出闭环传输延迟ΔT。

2、计算光纤时间传递单向传输延迟Δτ

参见图1，在时间传递控制端，时间间隔计数器输出的光纤闭环传输延迟数 据ΔT到编码调制器1，闭环传输延迟数据ΔT包含有时间传递控制端的设备延 迟Δt_T和用户接收端的设备延迟Δt_R，这种设备延迟需要在时间传递传输前进行定 标测定。由于采用密波分复用方法，认为两个波长的传输延迟相同。编码调制器1 按下式进行计算：

$\mathrm{\Delta \tau }=\frac{\mathrm{\Delta T}-({\mathrm{\Delta t}}_T+{\mathrm{\Delta t}}_R)}{2}$

式中Δτ是单向传输延迟，Δt_T是时间传递控制端的设备延迟，Δt_R是用户接收端 的设备延迟，ΔT是闭环传输延迟。当编码调制器1接收到时间间隔计数器送来ΔT 数据后，经计算得出从时间传递控制端到用户接收端的单向传输延迟Δτ，单向传 输延迟Δτ与参考时间信号、1pps信号一起由编码调制器1进行编码调制，并传送 到用户接收端。

3、光纤时间传递1pps的后置补偿

参见图1，在用户接收端，光电转换器2输出的射频信号送给解调解码器2， 解调解码器2首先从射频信号中解调出时间编码信号，时间编码信号如时序B所示， 解调解码器2输出1pps信号、时间信息信号、单向传输延迟Δτ。延迟补偿器接收 到1pps信号和单向传输延迟Δτ后，对接收到1pps信号进行补偿。所谓补偿，实 际上是将接收到的1pps信号前沿延迟1s-Δτ延迟数据。补偿后的时间编码如时 序C、时序D所示。延迟补偿的1pps信号前沿与时间传递控制端参考1pps信号前 沿实现了同步。

4、用户接收端时间信号的重新编码调制

参见图2，时间传递控制端的时间编码如时序A所示，时间信息为9小时35分 47秒，用户接收端解调解码器2所获得的时间信息如时序B所示，时间信息仍为9 小时35分47秒。经过时间传递控制端前置补偿后，时间编码如时序C所示，时间 信息仍为9小时35分47秒，补偿后的1pps信号的前沿与时序A的1pps信号的前 沿对齐，但这时时序A的时间信息已经为9小时35分48秒，前置补偿后的时间信 息比时间传递控制端的时间信息滞后了1秒。因此，在用户接收端，将补偿的1pps 信号和解调解码器2输出的时间信息信号同时送给编码调制器2，重新编码调制， 调制的时间信息提前1秒，其时间编码如时序D所示，时间信息调整为9小时35分 48秒。这样，就保证了用户端的时间信息与发送控制端的参考时间信息同步。同时 编码调制器2可以提供给用户时间B码信号、1pps信号、100MHz频率信号、10MHz 频率信号、5MHz频率信号、射频信号。对下一级的时间传输可以采用同样的方法。 可以方便地进行级联。并保证传输时间远距离的准确同步。

实施例2

以来自原子钟的9小时35分47秒参考时间信号为例，说明光纤时间传递传输 时间延迟的后置补偿方法如下。

在测量光纤时间传递闭环传输延迟ΔT步骤1中，在时间传递控制端，将原子 钟来的9小时35分47秒参考时间，送给编码调制器1，编码调制器1先按照时 序A进行时间编码，调制成射频信号输出，射频信号送给激光器1调制成波长λ1 为1570nm的光信号，波长λ1为1570nm的光信号馈送到波分复用器1，波分复用 器1将波长λ1为1570nm的光信号馈入光纤，经光纤传输到用户接收端。在用户接 收端，光纤传输来的波长λ1为1570nm的光信号经波分复用器2，输出到光电转换 器2，光电转换器2将光信号转换成射频信号同时输出到激光器2和解调解码器2。 激光器2输出的波长λ2为1571nm的光信号，再通过波分复用器2输入光纤，光纤 将波长λ2为1571nm的光信号回传到时间传递控制端。为了提高精度，降低传输延 迟的非对称性，波长λ1为1570nm的光信号和波长λ2为1571nm的光信号采用波 长小于1nm的密波分复用方法进行传输。在时间传递控制端，波长λ2为1571nm 的光信号经过波分复用器1，送给光电转换器1。光电转换器1将光信号转换成射 频信号输出到解调解码器1，解调解码器1从射频信号解调出1pps信号，为光纤闭 环回传的1pps信号。将参考1pps信号与回传的1pps信号同时送给时间间隔计数 器1，进行时差测量，时间间隔计数器输出闭环传输延迟ΔT。

其它步骤与实施例1相同。

实施例3

以来自原子钟的9小时35分47秒参考时间信号为例，说明光纤时间传递传输 时间延迟的后置补偿方法如下。

在测量光纤时间传递闭环传输延迟ΔT步骤1中，在时间传递控制端，将原子 钟来的9小时35分47秒参考时间，送给编码调制器1，编码调制器1先按照时 序A进行时间编码，调制成射频信号输出，射频信号送给激光器1调制成波长λ1 为1590nm的光信号，波长λ1为1590nm的光信号馈送到波分复用器1，波分复用 器1将波长λ1为1590nm的光信号馈入光纤，经光纤传输到用户接收端。在用户接 收端，光纤传输来的波长λ1为1590nm的光信号经波分复用器2，输出到光电转换 器2，光电转换器2将光信号转换成射频信号同时输出到激光器2和解调解码器2。 激光器2输出的波长λ2为1591nm的光信号，再通过波分复用器2输入光纤，光纤 将波长λ2为1591nm的光信号回传到时间传递控制端。为了提高精度，降低传输延 迟的非对称性，波长λ1为1590nm的光信号和波长λ2为1591nm的光信号采用波 长小于1nm的密波分复用方法进行传输。在时间传递控制端，波长λ2为1591nm 的光信号经过波分复用器1，送给光电转换器1。光电转换器1将光信号转换成射 频信号输出到解调解码器1，解调解码器1从射频信号解调出1pps信号，为光纤闭 环回传的1pps信号。将参考1pps信号与回传的1pps信号同时送给时间间隔计数 器1，进行时差测量，时间间隔计数器输出闭环传输延迟ΔT。

其它步骤与实施例1相同。

实施例4

以来自原子钟的9小时35分47秒参考时间信号为例，说明光纤时间传递传输 时间延迟的后置补偿方法如下。

在测量光纤时间传递闭环传输延迟ΔT步骤1中，在时间传递控制端，将原子 钟来的9小时35分47秒参考时间，送给编码调制器1，编码调制器1先按照时序 A进行时间编码，调制成射频信号输出，射频信号送给激光器1调制成波长λ1为 1330nm的光信号，波长λ1为1330nm的光信号馈送到波分复用器1，波分复用器1 将波长λ1为1330nm的光信号馈入光纤，经光纤传输到用户接收端。在用户接收端， 光纤传输来的波长λ1为1330nm的光信号经波分复用器2，输出到光电转换器2， 光电转换器2将光信号转换成射频信号同时输出到激光器2和解调解码器2。激光 器2输出的波长λ2为1331nm的光信号，再通过波分复用器2输入光纤，光纤将波 长λ2为1331nm的光信号回传到时间传递控制端。为了提高精度，降低传输延迟的 非对称性，波长λ1为1330nm的光信号和波长λ2为1331nm的光信号采用波长小 于1nm的密波分复用方法进行传输。在时间传递控制端，波长λ2为1331nm的光信 号经过波分复用器1，送给光电转换器1。光电转换器1将光信号转换成射频信号 输出到解调解码器1，解调解码器1从射频信号解调出1pps信号，为光纤闭环回传 的1pps信号。将参考1pps信号与回传的1pps信号同时送给时间间隔计数器1，进 行时差测量，时间间隔计数器输出闭环传输延迟ΔT。

其它步骤与实施例1相同。

实施例5

以来自原子钟的9小时35分47秒参考时间信号为例，说明光纤时间传递传输 时间延迟的后置补偿方法如下。

在测量光纤时间传递闭环传输延迟ΔT步骤1中，在时间传递控制端，将原子 钟来的9小时35分47秒参考时间，送给编码调制器1，编码调制器1先按照时 序A进行时间编码，调制成射频信号输出，射频信号送给激光器1调制成波长λ1 为1350nm的光信号，波长λ1为1350nm的光信号馈送到波分复用器1，波分复用 器1将波长λ1为1350nm的光信号馈入光纤，经光纤传输到用户接收端。在用户接 收端，光纤传输来的波长λ1为1350nm的光信号经波分复用器2，输出到光电转换 器2，光电转换器2将光信号转换成射频信号同时输出到激光器2和解调解码器2。 激光器2输出的波长λ2为1351nm的光信号，再通过波分复用器2输入光纤，光纤 将波长λ2为1351nm的光信号回传到时间传递控制端。为了提高精度，降低传输延 迟的非对称性，波长λ1为1350nm的光信号和波长λ2为1351nm的光信号采用波 长小于1nm的密波分复用方法进行传输。在时间传递控制端，波长λ2为1351nm 的光信号经过波分复用器1，送给光电转换器1。光电转换器1将光信号转换成射 频信号输出到解调解码器1，解调解码器1从射频信号解调出1pps信号，为光纤闭 环回传的1pps信号。将参考1pps信号与回传的1pps信号同时送给时间间隔计数 器1，进行时差测量，时间间隔计数器输出闭环传输延迟ΔT。

其它步骤与实施例1相同。

实施例6

以来自原子钟的9小时35分47秒参考时间信号为例，说明光纤时间传递传输 时间延迟的后置补偿方法如下。

在测量光纤时间传递闭环传输延迟ΔT步骤1中，在时间传递控制端，将原子 钟来的9小时35分47秒参考时间，送给编码调制器1，编码调制器1先按照时 序A进行时间编码，调制成射频信号输出，射频信号送给激光器1调制成波长λ1 为1390nm的光信号，波长λ1为1390nm的光信号馈送到波分复用器1，波分复用 器1将波长λ1为1390nm的光信号馈入光纤，经光纤传输到用户接收端。在用户接 收端，光纤传输来的波长λ1为1390nm的光信号经波分复用器2，输出到光电转换 器2，光电转换器2将光信号转换成射频信号同时输出到激光器2和解调解码器2。 激光器2输出的波长λ2为1391nm的光信号，再通过波分复用器2输入光纤，光纤 将波长λ2为1391nm的光信号回传到时间传递控制端。为了提高精度，降低传输延 迟的非对称性，波长λ1为1390nm的光信号和波长λ2为1391nm的光信号采用波 长小于1nm的密波分复用方法进行传输。在时间传递控制端，波长λ2为1391nm 的光信号经过波分复用器1，送给光电转换器1。光电转换器1将光信号转换成射 频信号输出到解调解码器1，解调解码器1从射频信号解调出1pps信号，为光纤闭 环回传的1pps信号。将参考1pps信号与回传的1pps信号同时送给时间间隔计数 器1，进行时差测量，时间间隔计数器输出闭环传输延迟ΔT。

其它步骤与实施例1相同。