光纤单信道时间频率高精度传递中间节点装置的制作方法

本发明涉及时间频率传递同步技术领域，更为具体地，涉及一种光纤单信道时间频率高精度传递中间节点装置。

背景技术：

通常时间频率高精度传递中，时刻信号的传递和频率信号的传递是分开进行的。秒脉冲传递同步占一个信道；频率信号传递占两个信道，一个信道用于传递本地端至远地端的频率信号，另一个信道用于传递远地端返回本地端的频率信号，以消除线路时延变化的影响。

通常只使用秒脉冲信号作为时刻信号的标记，因此时间传递的准确度难以提高，通常很难超过20ps。

为了节约信道资源，现有技术中有利用一个波长信道同时对秒脉冲信号、时码信号以及10mhz信号进行传递，并使用时分多址和净化再生的方式实现多站点光纤时间同步传输的方法，具体地：各个站点的远程端都具有各自惟一的设备地址，本地端采用时分多址的方式实现对各个远程端进行轮询同步，秒脉冲信号用于时间传递同步，10mhz信号用于内部守时模块。

上述方法与秒脉冲传递同步占一个信道、频率信号传递占两个信道的方法相比，秒脉冲传递的准确度和稳定度两者基本一致，但频率传递的性能恶化几个数量级，严重损伤获得的原子钟信号的短期频率稳定度。因此频率信号通常只作为时间传递系统装置内部辅助手段使用，不输出给用户使用。

技术实现要素：

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种准确恢复出连接本地端和远地端单信道的中间节点的时间频率信号的光纤单信道时间频率高精度传递中间节点装置，既能输出准确度达ps级、抖动亚ps级的时间同步信号，又能输出满足用户需求、不降低源头微波原子钟指标的频率信号。

为了实现上述目的，本发明所述光纤单信道时间频率高精度传递中间节点装置，设置在本地端和远地端通信的光纤单信道的中间节点，所述中间节点装置包括：

信号探测解调模块，从光纤单信道耦合探测出单信道的本地端发送至远地端的秒脉冲信号和频率信号，及远地端发送至本地端的秒脉冲信号和频率信号，将从光纤单信道调制的载波中解调出秒脉冲信号和频率信号分别输出给秒脉冲接收处理模块和下变频模块；

多个下变频模块，对信号探测解调模块解调出的本地端至远地端的频率信号和远地端至本地端的频率信号及晶振模块输出的晶振频率信号进行下变频，发送给信号采集处理控制模块；

晶振模块，产生晶振频率信号，发送给下变频模块；将经过信号采集处理控制模块处理的晶振频率信号作为输出的标准频率信号，并发送给秒脉冲接收处理模块；

信号采集处理控制模块，包括多通道的a/d采集单元和d/a单元，a/d采集单元采集经过下变频后的本地端至远地端的频率信号、晶振频率信号和远地端至本地端的频率信号，得出上述各信号间的相对相位，用d/a单元控制晶振模块输出的晶振频率信号，使晶振频率信号相位与远地端输出的频率信号的相位一致；

秒脉冲接收处理模块，接收识别信号探测解调模块解调出的本地端至远地端的秒脉冲信号、远地端至本地端的秒脉冲信号，测量两个秒脉冲信号上升沿之间的时间间隔，将此时间间隔扣除远地端的接收和发送时延后除以2，得到光纤单信道中间节点至远地端的信号单程传递的时延值，接收到的本地端至远地端的秒脉冲信号扣除中间节点和远地端的接收时延后，加上中间节点至远地端信号单程传递的时延值后，得到中间节点的秒脉冲信号作为参考信号，从晶振模块经信号采集处理控制模块控制输出的晶振频率信号过零点作为上升沿生成的多个秒脉冲信号，选出与所述参考信号最接近的秒脉冲信号作为输出的秒脉冲信号。

优选地，还包括：

数据接收处理模块，接收信号探测解调模块解调出的本地端至远地端的数据信号，接收远地端至本地端数据信号，提取数据信号的特征信息。

优选地，所述本地端和远地端使用频率信号和秒脉冲信号进行时刻信号表征，所述秒脉冲信号作为时刻粗标记使用，所述频率信号相位作为时刻精细标记使用，所述频率信号相位和秒脉冲信号保持固定对齐关系，所述时刻粗标记为具有精确到几十皮秒的时刻信号标记，所述时刻精细标记为具有精确到亚皮秒的时刻信号标记。

进一步优选地，所述本地端包括：

第一分时模块，使得本地端在光纤单信道中分时发送和接收秒脉冲信号和频率信号；

第一信号综合调制模块，在本地端发送时段将要发送的秒脉冲信号和频率信号进行按照第一分时模块的指令在不同时间调制在单信道的载波上向远地端发送出去；

第一信号探测解调模块，在本地端接收时段，从单信道调制的载波中解调出远地端发送的秒脉冲信号和频率信号，分别输出给秒脉冲发送处理模块和第一下变频模块；

秒脉冲发送处理模块，获得秒脉冲信号的时延提前量，其中，通过第一信号综合调制模块向远地端发送初始秒脉冲信号，收到远地端发回的经过第一信号探测解调模块解调的秒脉冲信号，测量两个秒脉冲信号上升沿之间的时间间隔，将此时间间隔扣除本地端和远地端发送和接收时延后除以2，得到单信道中信号单程传递的时延值，再加上本地端的发送时延和远地端的接收时延作为下次时延提前量发送秒脉冲信号；

第一晶振模块，产生晶振频率信号，发送给第一下变频模块；将经过第一信号采集处理控制模块处理的晶振频率信号作为本地端发送时段将要发送的频率信号，发送给第一信号综合调制模块；

多个第一下变频模块，对输入的标准频率信号进行下变频，发送给第一信号采集处理控制模块；对第一晶振模块产生的晶振频率信号进行下变频，并发送给第一信号采集处理控制模块；将远地端返回的经过第一信号探测解调模块后的频率信号进行下变频，发送给第一信号采集处理控制模块；

第一信号采集处理控制模块，包括多通道的第一a/d采集单元和第一d/a单元，第一a/d采集单元采集经过下变频后的晶振频率信号和标准频率信号以及接收远地端返回的经过第一信号探测解调模块解调和第一下变频模块下变频的频率信号，得出上述各信号间的相对相位，用d/a单元控制第一晶振模块输出的晶振频率信号，使晶振频率信号经单信道单程传输后信号相位与标准频率信号的相位一致。

此外，优选地，所述远地端包括：

第二分时模块，使得远地端在光纤单信道中分时发送和接收秒脉冲信号和频率信号；

第二信号探测解调模块，在远地端接收时段，从单信道调制的载波中解调出秒脉冲信号和频率信号，分别输出给第二秒脉冲接收处理模块和第二下变频模块；

第二晶振模块，产生晶振频率信号，发送给第二下变频模块；将经过第二信号采集处理控制模块处理的晶振频率信号作为远地端发送时段将要返回的频率信号，发送给第二信号综合调制模块；将经过第二信号采集处理控制模块处理的晶振频率信号作为时刻精细标记的标准频率信号输出，并发送给秒脉冲接收处理模块；

多个第二下变频模块，对经过第二信号探测解调模块解调的频率信号和第二晶振模块输出的晶振频率信号进行下变频，发送给第二信号采集处理控制模块；

第二信号采集处理控制模块，包括多通道的第二a/d采集单元和第二d/a单元，第二a/d采集单元采集经过下变频后的晶振频率信号和经过第二信号探测解调模块解调的频率信号，得出上述晶振频率信号和频率信号间的相对相位，用第二d/a单元控制第二晶振模块输出的晶振频率信号，使输出的晶振频率信号的相位与输入本地端的标准频率信号的相位一致；

第二秒脉冲接收处理模块，接收本地端发来经第二信号探测解调模块解调的秒脉冲信号，以所述秒脉冲信号作为生成秒脉冲信号的参考信号，从第二晶振模块输出频率信号过零点作为秒脉冲的上升沿，生成多个秒脉冲信号，从多个脉冲中选出与所述参考信号最接近的秒脉冲作为远地端的秒脉冲信号输出；

第二信号综合调制模块，在远地端发送时段将要发送的秒脉冲信号、数据编码脉冲信号及频率信号按照第二分时模块的指令在不同时间调制在单信道载波上向本地端发送出去。

优选地，所述标准频率信号为正弦波信号，所述正弦波信号的过零点与秒脉冲信号的上升沿对齐，所述正弦波信号的频率为整数。

本发明所述光纤单信道时间频率高精度传递中间节点装置是在本地端与远地端在光纤中已建立单信道时间频率高精度传递的基础上，在光纤的中间节点耦合出该信道的光信号，通过探测解调获取本地端装置发往远地端装置的秒脉冲和频率信号(正弦波信号)、以及远地端装置发往本地端装置的秒脉冲信号和频率信号(正弦波信号)，通过进一步处理，在中间节点恢复出准确的时间频率信号，实现在单信道时间频率高精度传递装置本地端与远地端的中间节点一个信道中同时完成秒脉冲、频率、相位的精确传递同步，既节约资源，又实现高精度时间频率传递同步。

附图说明

图1是本发明所述光纤单信道时间频率高精度传递中间节点装置构成框图的示意图；

图2是本发明所述本地端构成框图的示意图；

图3是本发明所述远地端构成框图的示意图。

具体实施方式

在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。

图1是本发明所述光纤单信道时间频率高精度传递中间节点装置10构成框图的示意图，如图1所示，所述光纤单信道时间频率高精度传递中间节点装置10，设置在本地端20和远地端30通信的光纤单信道的中间节点，耦合探测出单信道的本地端20发送至远地端30的秒脉冲信号和频率信号，及远地端30发送至本地端20的秒脉冲信号和频率信号。

优选地，如图1所示，所述中间节点装置10包括：

信号探测解调模块11，从光纤单信道耦合探测出单信道的本地端发送至远地端的秒脉冲信号和频率信号，及远地端发送至本地端的秒脉冲信号和频率信号，将从光纤单信道调制的载波中解调出秒脉冲信号和频率信号分别输出给秒脉冲接收处理模块和下变频模块；

多个下变频模块12，对信号探测解调模块11解调出的本地端20至远地端30的频率信号和远地端30至本地端20的频率信号及晶振模块输出的晶振频率信号进行下变频，发送给信号采集处理控制模块14；

晶振模块13，产生晶振频率信号，发送给下变频模块12；将经过信号采集处理控制模块14处理的晶振频率信号作为输出的标准频率信号并发送给秒脉冲接收处理模块15；

信号采集处理控制模块14，包括多通道的a/d采集单元和d/a单元，a/d采集单元采集经过下变频后的本地端20至远地端30的频率信号、晶振频率信号和远地端30至本地端20的频率信号，得出上述各信号间的相对相位，用d/a单元控制晶振模块输出的晶振频率信号，使晶振频率信号相位与远地端30输出的频率信号的相位一致；

秒脉冲接收处理模块15，接收识别信号探测解调模块11解调出的本地端20至远地端30秒脉冲信号、远地端30至本地端20秒脉冲信号，测量两个秒脉冲信号上升沿之间的时间间隔，将此时间间隔扣除远地端的接收和发送时延后除以2，得到光纤单信道中间节点至远地端30的信号单程传递的时延值，接收到的本地端20至远地端30秒脉冲信号扣除中间节点和远地端的接收时延后，加上中间节点至远地端30信号单程传递的时延值后，得到中间节点的秒脉冲信号作为参考信号，从晶振模块经信号采集处理控制模块控制输出的晶振频率信号过零点作为上升沿生成的多个秒脉冲信号，选出与所述参考信号最接近(误差最小)的秒脉冲信号作为中间节点输出的秒脉冲信号。

上述中间节点装置可以测量出中间节点处信号至远地端再返回中间节点的时延值，从而得出，中间节点信号至远地端的单程时延值，因此接收到信号再延时一个单程时延量，就是远地端信号位置。

进一步，优选地，还包括：

数据接收处理模块16，接收信号探测解调模块11解调出的本地端20至远地端30的数据信号，接收远地端30至本地端20数据信号，提取数据信号的特征信息，例如，提取出源头原子钟特征、线路不对称时延修正等有价值信息。

优选地，所述本地端20和远地端30使用频率信号和秒脉冲信号进行时刻信号表征，所述秒脉冲信号作为时刻粗标记使用，所述频率信号相位作为时刻精细标记使用，所述频率信号相位和秒脉冲信号保持固定对齐关系，所述时刻粗标记为具有精确到几十皮秒的时刻信号标记，所述时刻精细标记为具有精确到亚皮秒的时刻信号标记。

进一步，优选地，如图2所示，所述本地端20包括：

第一分时模块21，使得本地端20在光纤单信道中分时发送和接收秒脉冲信号和频率信号；

第一信号综合调制模块22，在本地端20发送时段将要发送的秒脉冲信号和频率信号进行按照第一分时模块的指令在不同时间调制在单信道的载波上向远地端30发送出去；

第一信号探测解调模块23，在本地端20接收时段，从单信道调制的载波中解调出秒脉冲信号和频率信号，分别输出给秒脉冲发送处理模块和第一下变频模块；

秒脉冲发送处理模块24，获得秒脉冲信号的时延提前量，其中，通过第一信号综合调制模块向远地端30发送初始秒脉冲信号，收到远地端30发回的经过第一信号探测解调模块23解调的秒脉冲信号，测量两个秒脉冲信号上升沿之间的时间间隔，将此时间间隔扣除本地端和远地端发送和接收时延后除以2，得到单信道中信号单程传递的时延值，再加上本地端20的发送时延和远地端30的接收时延作为下次时延提前量发送秒脉冲信号；

第一晶振模块25，产生晶振频率信号，发送给第一下变频模块；将经过第一信号采集处理控制模块处理的晶振频率信号作为本地端20发送时段将要发送的频率信号，发送给第一信号综合调制模块；

多个第一下变频模块26，对输入的标准频率信号进行下变频，发送给第一信号采集处理控制模块；对第一晶振模块产生的晶振频率信号进行下变频，并发送给第一信号采集处理控制模块；将远地端30返回的经过第一信号探测解调模块23后的频率信号进行下变频，发送给第一信号采集处理控制模块；

第一信号采集处理控制模块27，包括多通道的第一a/d采集单元和第一d/a单元，第一a/d采集单元采集经过下变频后的晶振频率信号和标准频率信号以及接收远地端30返回的经过第一信号探测解调模块23解调和第一下变频模块下变频的频率信号，得出上述各信号间的相对相位，用d/a单元控制第一晶振模块输出的晶振频率信号，使晶振频率信号经单信道单程传输后信号相位与标准频率信号的相位一致。

优选地，所述标准频率信号为正弦波信号，所述正弦波信号的过零点与秒脉冲信号的上升沿对齐，所述正弦波信号的频率为整数。

此外，优选地，如图3所示，所述远地端30包括：

第二分时模块31，使得远地端30在光纤单信道中分时发送和接收秒脉冲信号和频率信号；

第二信号探测解调模块32，在远地端30接收时段，从单信道调制的载波中解调出秒脉冲信号和频率信号，分别输出给第二秒脉冲接收处理模块和第二下变频模块；

第二晶振模块33，产生晶振频率信号，发送给第二下变频模块；将经过第二信号采集处理控制模块37处理的晶振频率信号作为远地端30发送时段将要返回的频率信号，发送给第二信号综合调制模块；将经过第二信号采集处理控制模块37处理的晶振频率信号作为时刻精细标记的标准频率信号输出，并发送给第二秒脉冲接收处理模块36；

多个第二下变频模块34，对经过第二信号探测解调模块32解调的频率信号和第二晶振模块输出的晶振频率信号进行下变频，发送给第二信号采集处理控制模块；

第二信号采集处理控制模块37，包括多通道的第二a/d采集单元和第二d/a单元，第二a/d采集单元采集经过下变频后的晶振频率信号和经过第二信号探测解调模块32解调的频率信号，得出上述晶振频率信号和频率信号间的相对相位，用第二d/a单元控制第二晶振模块输出的晶振频率信号，使输出的晶振频率信号的相位与接收到的经过第二信号探测解调模块32解调的本地端20装置发送的频率信号相位一致；

第二秒脉冲接收处理模块36，接收本地端20发来经第二信号探测解调模块32解调的秒脉冲信号，以所述秒脉冲信号作为生成秒脉冲信号的参考信号，从第二晶振模块输出频率信号过零点作为秒脉冲的上升沿，生成多个秒脉冲信号，从多个脉冲中选出与所述参考信号最接近的秒脉冲作为远地端30的秒脉冲信号输出；

第二信号综合调制模块35，在远地端30发送时段将要发送的秒脉冲信号、数据编码脉冲信号及频率信号按照第二分时模块的指令在不同时间调制在单信道载波上向本地端20发送出去。

上述远地端输出的频率信号相位与本地端参考标准频率信号(最准的原子钟信号)相位一致，从而中间节点也实现了本地端参考标准频率信号相位一致。

上述本地端和远地端及本发明装置采用秒脉冲信号上升沿作为时刻的粗标记，正弦波相位作为时刻的精细标记，使用数字测控技术，对正弦波相位进行测量处理，大幅度减小温度系数较大的模拟器件环节，大幅度提高了时间传递同步的性能。

在本发明的一个具体实施例中，在光纤单信道时间频率高精度传递的本地端与远地端的中间节点上，用光纤分光器和波分器耦合出用于时间频率传递的信道的光信号。中间节点装置用光电探测器探测出本地端发送至远地端的秒脉冲信号、数据信息及频率信号(相位)及远地端发送至本地端的秒脉冲信号、数据信息及频率信号(相位)。中间节点装置内的时间间隔测量器件测量出接收到本地端发送的秒脉冲信号与接收到远地端回传的秒脉冲信号时间间隔，扣除远地端的秒脉冲的接收和发送时延及中间节点装置内的接收时延后，可计算出中间节点装置至远地端的线路时延。因远地端的秒脉冲上升沿时刻已实现准确度优于1ns，中间节点也可处理得到准确度近1ns的秒脉冲。中间节点装置测量出接收到本地端发送的频率信号(正弦波信号)与中间节点装置内晶振模块输出的频率信号的相位差，及接收到远地端回传的频率信号与中间节点装置内晶振模块输出频率信号的相位差。扣除远地端频率信号的接收和发送时延及中间节点装置内的接收时延后，可计算出中间节点装置至远地端的线路相位延时。因远地端的频率信号相位与本地端的标准频率信号相位已严格同步，便可控制中间节点处晶振模块实现准确的频率信号相位输出。秒脉冲接收处理模块15将晶振模块输出的相位准确的频率信号(正弦波信号)过零点转换成秒脉冲的上升沿，接收处理得到的准确度达到近1ns的秒脉冲作为生成新的准确秒脉冲选择开关，在大量的过零点为上升沿的脉冲中，选出与准确度近1ns的秒脉冲最接近的脉冲作为秒脉冲，恢复出精确的秒脉冲信号。

尽管前面公开的内容示出了本发明的示例性实施例，但是应当注意，在不背离权利要求限定的本发明的范围的前提下，可以进行多种改变和修改。此外，尽管本发明的元素可以以个体形式描述或要求，但是也可以设想多个，除非明确限制为单数。