[发明专利]光纤时间传递编码调制与解调解码的方法

说明书

技术领域

本发明属于时间频率传输技术领域，具体涉及到光纤时间传递编码调制与解调解码的方法。

背景技术

在高精度时间传递中，需要将高稳定度原子钟的时间信号传输到远端的用户。时间信号的传输，主要是时间秒脉冲信号的传输。而时间秒脉冲信号的调制方式，直接影响到秒脉冲信号的传输精度。由于现有的光纤数字通信速率为1.544Mb/s和2.048Mb/s，传输速率较低，要使秒脉冲信号的传输精度提高很困难，而现代科技的发展和应用，对时间传输的精度要求越来越高。

微波传输频率稳定度为1×10^-9/s，时间传输精度为纳秒量级。国外研究表明，光纤传输频率稳定度比微波传输频率稳定度高出五个量级，从理论上讲，其时间传递精度可以达到飞秒量级，因此利用光纤传递时间频率可以满足超高精度需求。而且光纤的传输时间延迟，可以利用双向的闭环路径进行前置补偿，经过前置补偿后，用户端可以实时得到没有延迟的秒脉冲信号，从而真正地实现高精度的时间同步。而且用光纤传输的频率信号，用户可以直接应用。

光纤的传输具有相当大的容量。从理论上讲，光纤能用于通信的低损耗窗口的波长宽度约为200nm，带宽25太赫兹(THz)，实际上由于光波系统和电子线路的一些技术问题，其通信带宽可在THz以内；短距离的光纤传输，已经能够实现单信道100Gbit/s的信息量。

光纤的传输距离远。由于掺铒光纤放大器(EDFA)的出现，人们已成功地实现了5Gbit/s单信道无中继传输9000km。现在，海底的国际通信光缆已经能达到几千公里无中继。

频率信号是一种模拟连续信号。标准频率信号的传输，很重要的一点是频率稳定度。就传输特性来说，传输频率的带宽越窄，其频率稳定度越高。任何传输频率标称点以外的附加频率，都是相位噪声，都会降低传输频率的稳定度。因此，任何一种调制方式的通信，都会降低其传输频率的稳定度。另外，频率信号在传输过程中，还会受到其它信号的电磁干扰。

时间信号是不连续的数字信号。时间信号包括两种信号内容：一种是时间信息信号，即年、月、日、星期、时、分、秒。时间信息信号与数字通信信号是相同的，如果在不考虑秒脉冲信号的情况下，时间信息可以搭载在任何现有的通信方式上来进行传递，不需要另外采取更复杂的传递形式。时间信号的另一种信号是秒脉冲信号，从波形上讲，它同时间信息信号相同，但传输目的不同。时间信息信号的传递只要求能够正确地判断数字信号的状态，即高电平，低电平，能够准确地进行译码；而秒脉冲信号的传递，需要研究的主要目标是追求传输时间的延迟精度，能够正确判断所传输的秒信号到来的时刻，即秒脉冲的前沿，而对于秒脉冲的宽度并无要求。从传输特性来讲，所传输秒脉冲信号的前沿越陡，其付里叶频率带宽越宽，则传输精度越高。因此，任何有限带宽的通信调制方式，都会影响到秒脉冲信号的上升沿，从而降低时间信号的传输精度。因此，频率信号和秒信号在对传输频率带宽的要求上是相反的。目前1pps信号与时间信息采用同步传输的编码调制方法，在编码或解码时，会产生±1个时钟周期的误差，而为了减小这一误差，需要用很高频率的载波信号，例如为了达到100ps的传输时间精度，需要用10GHz的射频载波信号。

根据光纤传输特性和时间频率信号的传输特性，其时间传输精度理论上可以达到飞秒量级，但实际上，现有编码调制技术只能达到几十个纳秒。远远没有发挥光纤的潜力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服上述光纤传输的缺点，提供一种光纤时间传递编码调制与解调解码的方法。

解决上述技术问题所采用的技术方案由下述步骤组成：

1、时间频率信号的产生

倍频器将来自原子钟的参考频率信号，经倍频器倍频后产生射频信号输出到编码调制器为编码调制器的时钟信号；时码发生器根据来自原子钟的1pps参考信号控制产生时间信息信号输出到编码调制器，时间信息包括年、月、日、星期、时、分、秒。

2、时间频率信号的编码调制

将1pps信号、时间信息、射频信号以及时间测量设备测量计算的传输延迟数据同时送入编码调制器，编码调制器输出射频信号，编码调制器采用1pps信号与时间信息的异步传输的编码方法，时间编码信号的持续时间是84乘以射频信号的周期；时间编码信号与射频信号的调制采用时间分段调制方法，调制后的射频信号为正弦波或方波，根据所用器件的截止速率采用100MHz～几千兆赫兹的射频信号，时间编码信号与射频信号交替进行传递；调制后的射频信号经激光器调制成光信号馈入光纤，经光纤传输到光电转换器转换成射频信号输出到解调解码器。