一种微波频率信号被动传输系统及方法
【专利摘要】一种微波频率信号被动式传输系统及方法，该系统包括：发射装置，用于将标准微波频率信号与辅助微波频率信号同时调制到光信号上以通过同一光纤传输；接收补偿装置，利用接收并解调后得到的带有光纤相位噪声的标准微波频率信号与辅助微波频率信号，对光纤引入的相位噪声进行被动式补偿，最终在接收补偿装置复现相位锁定于发射装置频率参考源的标准微波频率信号。本发明的技术方案补充完善了微波频率信号主动式传输技术，结合本发明的技术方案可以实现微波频率信号的网络化传输，扩大其应用范围。
【专利说明】一种微波频率信号被动传输系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及数据传输领域，具体涉及一种微波频率信号的被动传输系统及方法。【背景技术】
[0002]当前，时间频率系统的研究及应用主要有3个大方向。一是时间频率源的制备，用于提供时间的基/标准。二是时间频率的传输系统，有了好的参考源，还需要将时间频率准确的发布出去。因此时间频率传输系统的好坏，直接决定了用户端接收到的时间频率信号的质量。而这一问题在超长距离的时间频率信号传输中尤其重要。三是时间频率信号的接收，目前这个领域的技术已经比较成熟，例如GPS接收机之类。
[0003]对于提供时间频率源的基准钟，经过国际上多年的研究，基准钟的准确度和稳定度已经很高。例如目前国际上最好的原子钟天稳定度已经可以达到IO-16量级。对于时间频率的传输系统，目前超长基线微波频率信号的传输与同步所采用的方法主要有搬运钟法、卫星共视法(CV)、卫星双向时间频率传递法(TWSTFT)等。其中，除了搬运钟法，其他几种方法都要依赖卫星的传递。
[0004]但是，目前这些传输方法的天稳定度只能达到10_15量级，无法满足时间频率信号的精确传输与比对的要求。例如，如果要传输国际上最好的微波频率信号，则传输系统的稳定度应当优于该原子钟的稳定度(IO-16/天)。
[0005]本发明 申请人:的另一个已公开专利(申请公布号:CN102307087A)介绍了一种通过光纤实现超长基线(距离)的微波频率信号传输的系统及方法。该微波频率传输系统采用了主动式补偿光纤链路相位噪声的方法，通过对光纤传输链路的相位噪声的补偿，实现了高精度、高稳定度的微波频率信号的超长距离传输，其天稳定度已可以达到10_18/天的量级。在这种微波频率信号光纤传输系统中，微波频率信号的发射装置和中继补偿传输装置可以将相位锁定于发射端基准钟的某频率微波频率信号向外传递，使得在后续的光纤传输链路中的每一个中继补偿传输装置和接收装置都能够得到相位锁定于发射端基准钟的微波频率信号(即复现出发射端的微波频率信号)。
[0006]为了解决以上传输系统及方法中在光纤链路中任意位置提取微波频率信号的问题，本发明 申请人:在另一已公开专利(申请公布号:CN102307088A)提出了一种微波频率信号接收系统及方法，在已经实现补偿的光纤传输系统中通过将沿相反方向传播的光信号各耦合出来一部分并解调出微波信号，然后对解调出的微波信号进行相应处理，最终复现出所需的高品质微波频率信号。
[0007]以上发明提出的系统与方法均建立在由微波频率信号发射装置对光纤相位噪声进行主动补偿的基础上。然而，为了构建网络化的微波频率信号传输方案，还需要提出另一种在接收端被动补偿光纤链路相位噪声的传输系统及方法，进而满足实际应用中不同的网络结构与传输要求，并与以上发明提出的方法相结合共同实现微波频率信号的网络化传输。
【发明内容】
[0008]为了克服现有技术存在的上述缺陷，本发明提出了一种微波频率信号被动传输系统及方法，在接收端补偿光纤链路相位噪声，从而实现微波频率信号长距离网络化传输的系统及方法。
[0009]根据本发明的一个方面，提供了一种微波频率信号被动式传输系统，该系统包括:发射装置，用于产生相位锁定于同一频率参考源的标准微波频率信号与辅助微波频率信号，并将该标准微波频率信号与辅助微波频率信号同时调制到光信号上以通过同一光纤传输；接收补偿装置，用于接收从发射装置传输的信号，对接收的信号进行解调后得到带有光纤相位噪声的标准微波频率信号与辅助微波信号，对光纤引入的相位噪声进行被动式补偿，最终在接收补偿装置复现相位锁定于发射装置频率参考源的标准微波频率信号。
[0010]优选地，在发射装置将标准微波频率信号与辅助微波频率信号分别调制到光信号上以通过同一光纤传输通过以下方式实现:分别产生两个相位锁定于同一频率参考源的微波频率信号和f2，两信号频率与f2存在f\=3f2的关系，其中频率为的信号称为标准微波频率信号，频率为f2的信号称为辅助微波频率信号，将两频率信号分别调制在不同信道的光信号上，进而通过同一光纤进行传输，然后在接收补偿装置，利用所述辅助微波频率信号，对所述标准微波频率信号在光纤链路中传输时引入的相位噪声进行被动式补偿，最终在接收补偿装置复现相位锁定于发射装置频率参考源的标准微波频率信号。。
[0011]优选地，在接收补偿装置被动补偿标准微波频率信号在光纤链路中传输时引入的相位噪声通过下述方式实现:在接收补偿装置对接收的信号进行解调，分别得到带有光纤相位噪声的标准微波频率信号与辅助微波频率信号，将解调得到的辅助微波频率信号重新调制到与所述光信号所在的信道不同的另一信道的光信号上，通过上述同一光纤传回发射装置，并从发射装置再次返回接收补偿装置，对再次返回接收补偿装置的辅助微波频率信号进行解调，然后与解调得到的标准微波频率信号进行混频，由此实现光纤引入相位噪声的被动式补偿，最终在接收补偿装置复现相位锁定于发射装置频率参考源的标准微波频率信号。
[0012]优选地，所述发射装置进一步包括:传输部，用于生成相位锁定于同一频率参考源的标准微波频率信号和辅助微波频率信号，并经过放大后分别调制到不同波长的两个激光器，经过光纤耦合器后进入同一光纤同时进行传输；信号返回部，用于接收由接收补偿装置返回的辅助微波频率信号，并经过光放大后耦合进入上述同一光纤再次传输。
[0013]优选地，该系统进一步包括:监视部，用于在发射装置利用密集波分复用技术DffDM探测各接收补偿装置反向传输的辅助微波频率信号，从而监视各传输链路工作情况。
[0014]优选地，所述接收补偿装置进一步包括:信号探测部，用于接收并解调经过光纤链路传输的带有相位噪声的标准微波频率信号与辅助微波频率信号，然后进行功率放大；信号复现部，用于将辅助微波频率信号经过同一光纤链路传输返回发射装置，并由上述发射装置中信号返回部再次返回接收补偿装置，最终通过将标准微波频率信号与返回后的辅助微波频率信号混频，实现对光纤链路相位噪声的被动补偿。
[0015]根据本发明的另一方面，提供了一种微波频率信号被动式传输方法，该方法包括步骤:在发射装置将标准微波频率信号与辅助微波频率信号同时调制到光信号上以通过同一光纤传输；利用接收补偿装置接收并解调得到带有光纤相位噪声的标准微波频率信号与辅助微波频率信号，对光纤引入的相位噪声进行被动式补偿，最终复现相位锁定于发射装置频率参考源的标准微波频率信号。
[0016]优选地，在发射装置将标准微波频率信号与辅助微波频率信号分别调制到光信号上以通过同一光纤传输通过以下方式实现:分别产生两个相位锁定于同一频率参考源的微波频率信号与f2，两信号频率与f2存在f\=3f2的关系，其中频率为的信号称为标准微波频率信号，频率为f2的信号称为辅助微波频率信号，将两频率信号分别调制在不同信道的光信号上，进而通过同一光纤进行传输，然后在接收补偿装置基于所述辅助微波频率信号对所述标准微波频率信号在光纤链路中传输时引入的相位噪声进行被动式补偿，最终在接收补偿装置复现相位锁定于发射装置频率参考源的标准微波频率信号。
[0017]优选地，在接收补偿装置被动补偿标准微波频率信号在光纤链路中传输时引入的相位噪声通过下述方式实现:在接收补偿装置利用密集波分复用技术DWDM分别接收得到带有光纤相位噪声的标准微波频率信号与辅助微波频率信号，将接收到的辅助微波频率信号从光信号上解调，然后重新调制到与上述光信号所在的信道不同的信道的光信号上，通过上述同一光纤传回发射装置，并从发射装置再次返回接收补偿装置，对再次返回接收补偿装置的辅助微波频率信号进行解调，然后与解调得到的标准微波频率信号进行混频，由此实现对光纤引入相位噪声的被动式补偿，最终在接收补偿装置复现相位锁定于发射装置频率参考源的标准微波频率信号。
[0018]根据本发明的微波频率信号被动式传输系统及传输方法，能够米用光纤作为微波
频率信号的传递媒介，把微波频率信号调制到光信号上并通过光纤传输。此外，本发明通过
在接收端利用辅助微波频率信号被动补偿技术，实现对光纤传输链路相位噪声的被动式补m
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[0019]特别的,对于微波频率信号的传输,本发明提供了 一种被动式相位噪声补偿的方法，由于无需使用锁定环路，并且补偿装置位于各接收端，解决了微波频率信号主动补偿式传输补偿装置集中于发射端的设备依赖问题，并简化了补偿装置。与本发明 申请人:之前提出的两种方法相结合，可以实现微波频率信号的网络化传输，扩大其应用范围。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为根据现有技术的主动式补偿光纤相位噪声的微波频率信号传输系统结构示意图；
[0021]图2为本发明的被动式补偿光纤相位噪声的微波频率信号传输系统结构示意图；
[0022]图3为微波频率信号被动传输系统发射装置示意图；
[0023]图4为微波频率信号被动传输系统接收补偿装置示意图；
[0024]图5a和5b为本发明的微波频率信号被动传输方法的流程图，其中图5a为发射端的处理流程，图5b为接收端的处理流程。
[0025]图6为网络化传输方案示例图。
【具体实施方式】
[0026]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合【具体实施方式】并参照附图，对本发明进一步详细说明。[0027]为比较本发明所述被动式补偿光纤传输相位噪声方法与已有的主动式补偿光纤传输相位噪声方法，首先参照图1介绍已有的主动式补偿光纤相位噪声的微波频率信号传输系统结构图。
[0028]如图1所示，已有的微波频率信号主动式补偿传输系统包括:发射补偿装置，用于将待传输的微波频率信号调制到光信号上以通过光纤传输，并主动补偿微波频率信号在光纤链路中传输时引入的相位噪声；多个中继补偿传输装置，用于进一步补偿微波频率信号在光纤链路中传输时引入的相位噪声。其中，所述发射补偿装置和多个中继补偿传输装置之间通过光纤传输调制在光信号上的微波频率信号。通过该传输系统对微波频率信号进行传输后，由一终端接收装置接收并复现相位锁定于发射端基准钟的微波频率信号，并根据需求将其转换至相应频率，供用户使用。如图1所示，该终端接收装置连接至传输系统的最后一个中继补偿传输装置。
[0029]其中，发射补偿装置将待传输的微波频率信号加载到光信号上，其生成的微波信号的相位在锁定于发射端基准钟相位的基础上，进一步引入了光纤链路的相位噪声，使其跟随光纤链路的相位噪声而不断变化，由此实现对光纤链路引入的相位噪声的动态补偿。
[0030]假定发射端基准钟产生的微波频率信号(简称基准钟信号)为:
[0031]T1=A1Cos (w0t+4>ref)
[0032]其中，A1为基准钟信号T1的振幅，?0为基准钟信号的频率(简称为基准钟频率)， 为基准钟信号的相位。任何频率为基准钟频率的确定倍数，且相位也锁定于基准
钟信号相位的微波信号都具有与基准钟频率信号相同的品质(稳定度)。
[0033]以传输频率为基准钟频率b倍的微波频率信号为例，发射补偿装置产生的微波信号为:
[0034]T2=A2Cos (b W 0t+0)
[0035]该微波信号T2是发射补偿装置要调制到光信号上以进入光纤链路进行传输的信号。其中，A2为该微波信号的振幅，Idcoci为该微波信号的频率，并且是基准钟频率的b倍，0。为该微波信号的相位。下文中所提到的微波信号，除非特别说明，均指调制到光信号上以通过光纤链路进行传输的微波信号。
[0036]在微波频率信号传输系统中，发射补偿装置在将待传输的微波信号的相位锁定于基准钟信号相位的基础上，通过探测光纤链路引入的相位噪声以及相位锁定环路，进一步引入了微波信号单次通过光纤链路时引入的相位噪声，使其跟随光纤链路的相位噪声而不断变化。上述关系用数学式表示为:
[0037]<i> 0=b 4) ref- 4) p+ n
[0038]其中，在实现锁定的光纤链路里，n为一个固定不变的常数，对相位的变化没有影响。因此，为了表述方便，可以将常数项n略去，从而上式可以简化表示为:
[0039](J) 0=b 4) ref- 4) p
[0040]可见，发射补偿装置产生的微波信号T2的相位在锁定于基准钟信号相位(^ef的基础上，还补偿了光纤链路中引入的相位噪声，使其跟随光纤链路的相位噪声而不断变化。
[0041]发射补偿装置产生的微波信号T2通过光纤链路传输后，在后面的中继补偿传输装置接收到的微波信号为:[0042]T3=A3Cos (b co 0+(J) 0+(J)p)
[0043]微波信号T3是从中继补偿传输装置所接收的光信号中解调出来得到的，其中，A3为微波信号T3的振幅，b Coci为该微波信号的频率，并且仍然保持为基准钟频率Otl的b倍，c^Ci+Ap为该微波信号的相位。其中，微波信号T3的相位4%在微波信号T2的相位4>。的基础上，进一步引入光纤链路中引入的相位噪声ctp。
[0044]如前所述，由于发射补偿装置产生的微波信号T2的相位满足关系式:
[0045](J) 0=b 4) ref- 4) p
[0046]所以有
[0047](J) 0+ (J) p=b 4) ref
[0048]结果，中继补偿传输装置接收到的微波信号T3可以表示为:
[0049]T3=A3Cos (b co 0+b ref)
[0050]可见，中继补偿传输装置接收到的微波信号T3的相位b 锁定于基准钟信号的相位也就是说，中继补偿传输装置复现出频率为b co ^，相位锁定于基准钟信号的微波
频率信号。
[0051]中继补偿传输装置向后(下一个中继补偿传输装置或者终端接收装置)再次传输微波信号的过程与发射补偿装置向后(下一个中继补偿传输装置或者终端接收装置)传输微波信号的过程类似，终端接收装置的接收过程也与中继补偿传输装置的接收过程类似。
[0052]但是，如上所述， 现有的微波频率信号光纤传输系统通过在发射端主动补偿传输光纤链路引入的相位噪声，最终在接收端复现微波频率信号，然而由于这种主动式补偿方法需要使用相位锁定环路，需要加入中继补偿传输装置，整个系统较复杂；此外，采用此种主动式补偿方法进行微波频率信号传输，每一条传输支路与发射端之间均需要建立独立的反馈补偿环路，限制了微波频率信号的网络化传输。另外，主动式传输方法补偿装置均集中于发射端，在网络化传输方案中增加了发射端的设备依赖，且补偿装置较为复杂，不适用于一发多收网络传输结构。
[0053]基于此，本发明提出了一种微波频率信号的被动式传输系统与方法，其能够在接收端对光纤传输链路引入的相位噪声进行被动补偿，从而复现标准微波频率信号。与现有的上述方法相比，本发明提出的被动式补偿光纤相位噪声方法无需使用锁定环路，传输装置简单。另外由于在接收端被动补偿光纤相位噪声，各传输支路相互独立，补偿装置位于各接收端，在网络化传输方案中降低了对发射端的设备依赖，更适用于一发多收网络传输结构。
[0054]图2显示了本发明的微波频率信号被动式传输系统的结构示意图。
[0055]如图2所示，本发明的微波频率信号传输系统包括:发射装置，用于产生相位锁定于同一频率参考源的标准微波频率信号与辅助微波频率信号，并将该标准微波频率信号与辅助微波频率信号同时调制到光信号上以通过同一光纤传输；接收补偿装置，用于接收从发射装置传输的信号，对接收的信号进行解调后得到带有光纤相位噪声的标准微波频率信号与辅助微波信号，对光纤引入的相位噪声进行被动式补偿，最终在接收补偿装置复现相位锁定于发射装置频率参考源的标准微波频率信号。
[0056]在发射装置将标准微波频率信号与辅助微波频率信号分别调制到光信号上以通过同一光纤传输通过以下方式实现:分别产生两个相位锁定于同一频率参考源的微波频率信号和f2，两信号频率与f2存在f\=3f2的关系，其中频率为的信号称为标准微波频率信号，频率为f2的信号称为辅助微波频率信号，将两频率信号分别调制在不同信道的光信号上，进而通过同一光纤进行传输，然后在接收补偿装置，利用所述辅助微波频率信号，对所述标准微波频率信号在光纤链路中传输时引入的相位噪声进行被动式补偿，最终在接收补偿装置复现相位锁定于发射装置频率参考源的标准微波频率信号。。
[0057]在接收补偿装置被动补偿标准微波频率信号在光纤链路中传输时引入的相位噪声通过下述方式实现:在接收补偿装置对接收的信号进行解调分别得到带有光纤相位噪声的标准微波频率信号与辅助微波频率信号，将解调得到的辅助微波频率信号重新调制到与所述光信号所在的信道不同的另一信道的光信号上，通过上述同一光纤传回发射装置，并从发射装置再次返回接收补偿装置，对再次返回接收补偿装置的辅助微波频率信号进行解调，然后与解调得到的标准微波频率信号进行混频，由此实现光纤引入相位噪声的被动式补偿，最终在接收补偿装置复现相位锁定于发射装置频率参考源的标准微波频率信号。
[0058]如图2所示，本发明的多个接收补偿装置示例性的采用两支路并联，每支路串联的连接方式，但不限制于此。在实际应用中，根据需要可以采用多分支并联连接以及串联、并联同时存在的混接方式，都能适用于本发明的技术方案，并实现微波频率信号的长距离网络化传输。
[0059]通过本发明的传输系统对微波频率信号进行传输，各接收补偿装置直接接收发射端发射的微波频率信号，被动补偿光纤相位噪声后复现相位锁定于频率参考源的微波频率信号，并可根据需求将其转换至相应频率，供用户使用。采用密集波分复用(DWDM)技术，各接收补偿装置使用不同信道，可以在发射端加以区分，各接收端保持相互独立。应说明的是，上述密集波分复用(DWDM)技术仅仅是示例性的，不构成对本发明的限制，实际上还可以采用其他的处理方法对信号进行分离处理。
[0060]下面分别介绍本发明提出的微波频率信号被动传输系统各组成部分。
[0061]〈发射装置〉
[0062]图3显示了本发明的发射装置的结构示意图。
[0063]如图3所示，本发明的发射装置处于微波频率信号传输系统的发射端，其包括传输部、信号返回部以及监视部。
[0064]所述传输部用于生成相位锁定于同一频率参考源的标准微波频率信号和辅助微波频率信号，，并经过放大后分别调制到不同波长的两个激光器，经过光纤耦合器后进入同一光纤同时进行传输。
[0065]所述信号返回部用于接收由接收补偿装置返回的辅助微波频率信号，并经过光放大后稱合进入同一光纤再次传输。
[0066]所述监视部用于在发射端利用密集波分复用技术(DWDM)探测各接收端反向传输的辅助微波频率信号，从而监视各传输链路工作情况。
[0067]在本发明的系统中，设频率参考源产生的基准微波信号为:
[0068]Q 0 = A0Cos ( w 0t+ ref)
[0069]这里，A0表示频率参考源信号的振幅，(^ef为参考源信号的相位，为参考源信号的频率。本发明所述的频率参考源可以是产生作为基/标准参考信号的任意微波信号源，例如可以采用氢钟、铯钟或铷钟等由国家基准钟(铯喷泉钟)校准的守时钟。[0070]通过锁相环及频率综合器可以产生相位锁定于频率参考源信号的任意频率微波信号，且本发明的方法不限于此。
[0071]如图3所示，第一频率振荡器Fl产生相位锁定于频率参考源的辅助微波频率信号
[0072]Q j = A1Cos (a co 0t+a ref)
[0073]其中A1表示辅助微波频率信号的振幅为辅助微波频率频率，其中a为任意数；a 0 %表示辅助微波频率信号的相位，其中由于采用锁相环或频率综合器等方法产生的其他相位部分可认为是固定值，因此在上式及以后的公式中均略去。
[0074]第二频率振荡器F2产生相位锁定于频率参考源的标准微波频率信号
[0075]Q 2 = A2Cos (3a co 0t+3a ref)
[0076]其中A2表示标准微波频率信号的振幅，3a表示标准微波频率信号频率是辅助微波频率信号的3倍，锁定于频率参考源的相位为3a Cj^ef。
[0077]经过功率放大器后，通过对不同波长的第一激光器和第二激光器进行强度调制的方式(但不限于此)，标准微波频率信号与辅助微波频率信号被分别调制在不同信道的光信号31，&上。经过第一光纤耦合器进行合束之后，两路光信号进入光纤链路进行传输。其中辅助微波频率信号在传输到达接收端之后，又被重新调制到另外信道的光信号上，然后传输返回发射端。
[0078]如图3所示，在信号返回部，从发射端返回的辅助微波频率信号经过环形器之后，再经过第三光纤耦合器进行分束，其中一部分传至监视部进行监视，另一部分则经过光放大器后，经过第二光纤耦合器合束，再次进入光纤链路进行传输。
[0079]信号返回部2接收到的在光纤链路中经过往返一次传输的辅助微波频率信号可表示为:
[0080]Q 3 = A3Cos (a W 0t+a ref+2 4>p)
[0081]其中A3表不信号的振幅,a w。表不信号的频率,a ref表不其相位中不含有相位噪声的部分，<1%表不光纤传输链路对辅助微波频率信号单次传输引入的相位噪声，该相位噪声受到光纤链路所处环境温度变化，光纤所受机械应力(如振动引起，等等)的变化等因素影响。由于信号往返传输均在同一光纤链路，因此在传输时延不超过可补偿范围的前提下，可认为信号返回部2接收到的辅助微波频率信号带有2 Ctp的相位噪声，其总相位可表示为aφref+2φP。
[0082]监视部用于监测多个接收端返回的辅助微波频率信号，由于各接收端返回光信号均为不同信道，通过波分复用分束器之后，各不同接收端返回信号可以分别被光电探测器探测，因此可根据探测到各路光信号的强度监测各传输支路的工作情况。
[0083]应当说明的是，实际应用中，在发射端和接收端由于光纤耦合器、探测器等器件之间还设置有一小段光纤，这些光纤也会分别引入相位噪声。但是，由于在光纤中传输的微波信号所引入的相位噪声正比于其所经过的光纤长度。在本发明中，光纤耦合器到探测器之间所连接的测量用光纤长度通常为几十厘米或更短的长度，这与整个微波频率信号光纤传输系统的光纤链路总长度(通常为几十公里或更长)相比是一个极小量。因此，由测量用光纤引入的相位噪声完全可以忽略不计，所以在前述关系式中可以不将此相位噪声写入。
[0084]<接收补偿装置>
[0085]图4为本发明的接收补偿装置的结构示意图。[0086]如图4所示，本发明的接收补偿装置处于微波频率信号被动传输系统的接收端，其包括信号探测部和信号复现部。
[0087]所述信号探测部用于接收并探测经过光纤链路传输的标准微波频率信号与辅助微波频率信号，然后进行功率放大。
[0088]所述信号复现部用于将辅助微波频率信号经过同一光纤链路传输返回发射端，并由上述发射装置中信号返回部再次返回接收端，最终通过将标准微波频率信号与返回后的辅助微波频率信号混频，实现对光纤链路相位噪声的被动补偿。
[0089]如图4所示，在信号探测部，经过光纤链路传输后的信号通过波分复用分束器，S1信道光信号经过第一光电探测器后，得到包含在光纤链路中单次传输相位噪声的标准微波频率信号:
[0090]Q4 = A4Cos (3a co 0t+3a ref+3 p)
[0091]其中A4表不信号的振幅；3a Coci表不信号的频率；与描述发射装置部分一致，4%表示光纤传输链路对辅助微波频率信号单次传输引入的相位噪声，由之前的表述可知，标准微波频率信号频率是辅助微波频率信号频率的3倍，在发射端均相位锁定于同一频率参考源信号，并且经过同一光纤链路同时传输，因此光纤传输链路对标准微波频率信号单次传输引入的相位噪声可表示为3(tp，其总相位可表示为3aU3(tp。
[0092]S2信道光信号经过第二光电探测器后，得到包含单次传输相位噪声的辅助微波频率信号:
[0093]Q 5 = A5Cos (a co 0t+a ref+ p)[0094]其中A5表示信号的振幅；a、表示信号的频率；与描述发射装置部分一致，表不光纤传输链路对辅助微波频率信号单次传输引入的相位噪声，其总相位可表不为
a 小 ref+ 小 p。
[0095]在信号复现部，经过功率放大器放大后的辅助微波频率信号被重新调制到激光器的光信号上，其波长对应信道S3，经过光纤环形器之后，进入光纤链路传输返回发射端，并在发射端由之前所述信号返回部进行光功率放大，然后再次经过同一光纤链路传输，返回接收端。再次返回的辅助补偿信号经过光纤环形器后，经过功率放大器进行信号放大，最后利用第三光电探测器进行探测，此处得到的辅助微波频率信号包含在光纤链路中往返3次传输引入的相位噪声:
[0096]Q6 = A6Cos (a co 0t+a ref+3 p)
[0097]其中A6表不信号的振幅；表不信号的频率；与之前表述一致，4%表不光纤传输链路对辅助微波频率信号单次传输引入的相位噪声，因此3次传输后其总相位可表示为a 小 ref+3 (bp。
[0098]最后，接收端探测得到的包含单次传输相位噪声的标准微波频率信号Q 4与包含3次传输相位噪声的辅助微波频率信号Q6进入微波混频器进行混频，然后通过低通滤波器进行滤波，最终复现得到的信号为:
[0099]Q 7 = A7Cos (2a co 0t+2a ref)
[0100]其中A7表不信号的振幅Jawtl表不信号的频率；2a ref表不信号的相位。
[0101]由上式可见，经信号复现部处理后得到的微波信号Q7的频率2a COtl为参考源频率?0的确定倍数，相位2a ct ref不含有光纤传输引入的相位噪声部分，因而具有与参考源产生的微波频率信号相同的品质(稳定度)。也就是说，经过上述步骤，我们在接收位置处，通过被动补偿的方式复现了相位锁定于频率参考源的微波频率信号。
[0102]在上述对本发明的装置介绍中，仅描述了存在单一接收装置的情况，然而这种情况并不能构成对本发明的限制。事实上，对于存在多传输支路、多接收端的情况。如前所述本发明采用密集波分复用技术(DWDM)，可以在各接收端区分各自接收到的微波频率信号，并且由于被动补偿相位噪声部分位于接收端，因此多个接收端可以共享同一发射装置，从而实现一发多收的网络化传输模式。
[0103]应注意的是，本发明中采用的混频、低通滤波等处理以及光纤耦合器，环形器等器件原理属于本领域的技术人员熟知的技术，因此不在本发明的讨论之列。本发明中使用的光信号调制、放大、探测等技术也存在多种实现方式，这些内容均不能构成对本发明的限制。
[0104]本发明还提出了一种微波频率信号被动传输系统所实施的微波频率信号被动传输方法。
[0105]图5a和5b为本发明的微波频率信号被动传输方法的流程图，其中图5a为发射端的处理流程，图5b为接收端的处理流程。
[0106]如图5a和5b所不,本发明的微波频率信号被动传输方法包括如下步骤:
[0107]a)在发射端产生相位锁定于频率参考源的标准微波频率信号与辅助微波频率信号；将上述信号分别调制到不同信道激光器上，通过同一光纤进行传输；将接收端返回的辅助微波频率信号经过放大后再次进行传输。
[0108]在发射端将标准微波频率信号与辅助微波频率信号分别调制到光信号上以通过同一光纤传输通过以下方式实现:分别产生两个相位锁定于频率参考源的微波频率信号，两信号频率与f2存在f\=3f2的关系，其中频率为的信号称为标准微波频率信号，频率为f2的信号称为辅助微波频率信号，将两频率信号分别调制在不同信道的光信号上，进而通过同一光纤进行传输，然后在接收补偿端基于所述辅助微波频率信号对所述标准微波频率信号在光纤链路中传输时引入的相位噪声进行被动式补偿。
[0109]优选地，在发射端还包括使用DWDM技术监测各传输支路工作情况的步骤。
[0110]b)利用接收补偿装置接收并解调得到带有光纤相位噪声的标准微波频率信号与辅助微波频率信号，并利用辅助微波频率信号对光纤引入的相位噪声进行被动式补偿，最终复现相位锁定于发射装置频率参考源的标准微波频率信号。具体地，在接收位置使用DffDM技术探测各信道光信号；分别解调出两路光信号上的标准微波频率信号与辅助微波频率信号；将辅助补偿信号重新调制在另一信道的光信号上；将此光信号按原路径传回发射端并再次返回接收端；解调返回后的辅助微波频率信号，与标准微波频率信号进行混频，复现相位锁定于频率参考源的微波频率信号。
[0111]其中在接收端被动补偿标准微波频率信号在光纤链路中传输时引入的相位噪声通过下述方式实现:在接收端利用密集波分复用技术DWDM分别接收标准微波频率信号与辅助微波频率信号，将接收到的辅助微波频率信号从光信号上解调，然后重新调制到另一不同信道的光信号上，通过上述同一光纤传回发射端，并从发射端再次返回接收端，对再次返回接收端的辅助微波频率信号进行解调，然后与解调得到的标准微波频率信号进行混频，由此实现光纤引入相位噪声的被动式补偿，最终在接收端复现相位锁定于频率参考源的微波频率信号。
[0112]优选地，在接收端对辅助微波频率信号与标准微波频率信号进行混频之后，还包括低通滤波的步骤。
[0113]可选地，在所述产生微波频率信号的步骤之后，还包括对所述微波频率信号进行功率放大的步骤。
[0114]可选地，在所述解调出光信号上的微波频率信号的步骤之后，还包括对所述解调出的微波频率信号进行功率放大的步骤。
[0115]综上所述，本发明旨在保护一种微波频率信号被动式传输系统及传输方法，与已有技术相比，本发明提出的被动式补偿光纤相位噪声技术由于无需使用锁定环路，无需中继补偿装置，因此可以简化传输系统。另外，由于被动补偿光纤相位噪声位于各接收端，各传输支路相互独立，因此更适用于一发多收的多接收端传输结构。结合本发明人之前提出的主动式传输系统，可以实现微波频率信号的网络化传输。
[0116]图6显示了一种可能的微波频率信号网络化传输方案示例，图中不同的守时单位均由氢钟、铯钟或铷钟等通过国家基准钟(铯喷泉钟)校准的守时钟产生高精度守时信号，各守时单位高精度守时信号通过光纤链路传输至同一时间协调单位，从而在时间协调单位复现各守时单位的高精度守时信号，然后在时间协调单位对各守时信号进行协调平均，最终得到统一协调后的高精度守时信号。这一传输过程由多个发射端对应一个接收端，并且守时信号传输精度要求很高，因此采用之前发明提出的在发射端主动补偿光纤相位噪声的传输方案更加适合。在产生协调守时信号之后，则需要向各用户单位进行高精度微波频率信号的发布与授时，这一过程由单一发射端对应多个接收端，因此采用本发明提出的在接收端被动补偿光纤相位噪声的传输方案更加适合。综合以上两种方案，可以最终实现高精度微波频率信号的守时、协调与授时，建立长距离的微波频率信号光纤传输网络。
[0117]应当理解的是，本发明的上述【具体实施方式】仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理及技术优势，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
【权利要求】
1.一种微波频率信号被动式传输系统，该系统包括: 发射装置，用于产生相位锁定于同一频率参考源的标准微波频率信号与辅助微波频率信号，并将该标准微波频率信号与辅助微波频率信号同时调制到光信号上以通过同一光纤传输； 接收补偿装置，用于接收从发射装置传输的信号，对接收的信号进行解调后得到带有光纤引入相位噪声的标准微波频率信号与辅助微波信号，对光纤引入的相位噪声进行被动式补偿，最终在接收补偿装置复现相位锁定于发射装置频率参考源的标准微波频率信号。
2.根据权利要求1所述的微波频率信号被动传输系统，其特征在于:在发射装置将标准微波频率信号与辅助微波频率信号分别调制到光信号上以通过同一光纤传输通过以下方式实现:分别产生两个相位锁定于同一频率参考源的微波频率信号和f2，两信号频率 与f2存在f\=3f2的关系，其中频率为的信号称为标准微波频率信号，频率为f2的信号称为辅助微波频率信号，将两频率信号分别调制在不同信道的光信号上，进而通过同一光纤进行传输，然后在接收补偿装置，利用所述辅助微波频率信号，对所述标准微波频率信号在光纤链路中传输时引入的相位噪声进行被动式补偿，最终在接收补偿装置复现相位锁定于发射装置频率参考源的标准微波频率信号。
3.根据权利要求1所述的微波频率信号被动传输系统，其特征在于:在接收补偿装置被动补偿标准微波频率信号在光纤链路中传输时引入的相位噪声通过下述方式实现:在接收补偿装置对接收的信号进行解调分别得到带有光纤引入相位噪声的标准微波频率信号与辅助微波频率信号，将解调得到的辅助微波频率信号重新调制到与所述光信号所在的信道不同的另一信道的光信号上，通过上述同一光纤传回发射装置，并从发射装置再次返回接收补偿装置，对再次返回接收补偿装置的辅助微波频率信号进行解调，然后与解调得到的标准微波频率信号进行混频，由此实现光纤传输引入相位噪声的被动式补偿，最终在接收补偿装置复现相位锁定于发射装置频率参考源的标准微波频率信号。
4.根据权利要求1所述的微波频`率信号被动传输系统，其特征在于:所述发射装置进一步包括: 传输部，用于生成相位锁定于同一频率参考源的标准微波频率信号和辅助微波频率信号，并经过放大后分别调制到不同波长的两个激光器，经过光纤耦合器后进入同一光纤同时进行传输； 信号返回部，用于接收由接收补偿装置返回的辅助微波频率信号，并经过光放大后耦合进入上述同一光纤再次传输。
5.根据权利要求4所述的微波频率信号被动传输系统，其特征在于:该系统进一步包括:监视部，用于在发射装置利用密集波分复用技术DWDM探测各接收补偿装置反向传输的辅助微波频率信号，从而监视各传输链路工作情况。
6.根据权利要求1所述的微波频率信号被动传输系统，其特征在于:所述接收补偿装置进一步包括: 信号探测部，用于接收并解调经过光纤链路传输的带有相位噪声的标准微波频率信号与辅助微波频率信号，然后进行功率放大； 信号复现部，用于将辅助微波频率信号经过同一光纤链路传输返回发射装置，并由上述发射装置中信号返回部再次返回接收补偿装置，最终通过将标准微波频率信号与再次返回后的辅助微波频率信号混频，实现对光纤链路相位噪声的被动补偿。
7.一种微波频率信号被动式传输方法，该方法包括步骤: 在发射装置将标准微波频率信号与辅助微波频率信号同时调制到光信号上以通过同一光纤传输; 利用接收补偿装置接收并解调得到带有光纤相位噪声的标准微波频率信号与辅助微波频率信号，对光纤引入的相位噪声进行被动式补偿，最终复现相位锁定于发射装置频率参考源的标准微波频率信号。
8.根据权利要求7所述的微波频率信号被动传输方法，其特征在于:在发射装置将标准微波频率信号与辅助微波频率信号分别调制到光信号上以通过同一光纤传输通过以下方式实现:分别产生两个相位锁定于同一频率参考源的微波频率信号与f2，两信号频率 与f2存在f\=3f2的关系，其中频率为的信号称为标准微波频率信号，频率为f2的信号称为辅助微波频率信号，将两频率信号分别调制在不同信道的光信号上，进而通过同一光纤进行传输，然后在接收补偿装置基于所述辅助微波频率信号对所述标准微波频率信号在光纤链路中传输时引入的相位噪声进行被动式补偿，最终在接收补偿装置复现相位锁定于发射装置频率参考源的标准微波频率信号。
9.根据权利要求7所述的微波频率信号被动传输方法，其特征在于:在接收补偿装置被动补偿标准微波频率信号在光纤链路中传输时引入的相位噪声通过下述方式实现:在接收补偿装置利用密集波分复用技术DWDM分别接收得到带有光纤相位噪声的标准微波频率信号与辅助微波频率信号， 将接收到的辅助微波频率信号从光信号上解调，然后重新调制到与上述光信号所在的信道不同的信道的光信号上，通过上述同一光纤传回发射装置，并从发射装置再次返回接收补偿装置，对再次返回接收补偿装置的辅助微波频率信号进行解调，然后与解调得到的标准微波频率信号进行混频，由此实现对光纤引入相位噪声的被动式补偿，最终在接收补偿装置复现相位锁定于发射装置频率参考源的标准微波频率信号。
【文档编号】H04B10/60GK103490816SQ201310449436
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年9月24日 优先权日:2013年9月24日
【发明者】王力军, 王波, 白钰, 高超 申请人:清华大学