空中天基射频信号光纤远传授时系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及空中天基射频信号的远程传输技术，具体是空中天基射频信号光纤远传授时系统。
【背景技术】
[0002]作为支撑网的同步设备在组网应用中，一级节点设备(PRC/LPR)需要高精度的参考源，目前普遍采用从空中天基射频信号(GPS/北斗)中获得参考信号，来为传输网设备提供高精度的时间和频率同步信号。但是空中天基射频信号的获取需要一定的条件，即天线必须固定在对天空开阔的地点，同时，馈线长度也局限在200米内才能保障同步设备正常的接收卫星信号。所以面对一些特殊的应用，如地下、坑道、大型建筑物等特殊应用场景，天线和同步设备间的距离超过20km时，采用传统的馈线方式将无法使同步设备获取空中天基射频信号，从而无法实现PRC/LPR —级节点的高精度频率和时间的授时。
[0003]目前，用户面对此类应用场景有以下解决方案。
[0004]第一方案是铯钟方案，即在该节点添置铯钟，用铯钟来作为同步设备的参考源。本方案可解决频率同步的问题，但对时间同步需要通过搬移钟法，即先在异地进行对时后，搬到本地进行授时。同时铯钟价格昂贵，还要面对国外的禁运，采购困难。
[0005]第二方案是基带传输方案，即在天线近端通过接收机解析出基带信号(授时信号)后，将基带信号通过传输链路传递到远端的同步设备做参考源输入。本方案可解决频率和时间同步的应用，但是也存在两个问题:一是从组网方式上将本来作为一级节点的同步设备降为二级节点同步设备；二是要对现有同步设备的GPS/BD输入单元做改造(目前PRC/LPR设备均采用射频接口方式)，以适应基带信号的接入。
[0006]第三方案是地面链路方案，即从地面东向口的STM-N的线路上提取上级同步设备的线路时钟来作为本地同步设备的参考源。本方案无需对同步设备做改造，但是也存在将本地同步设备降级的问题，同时在时间同步方面也存在缺陷。
[0007]综上所述，目前的种种方案都存在各自问题，无法完美解决空中天基射频信号参考源信号的接入。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于提供空中天基射频信号光纤远传授时系统，在接收天线端将GPS/北斗卫星输入的空中天基射频信号转换成光信号，通过光纤在大楼或坑道中进行远距离的传输，随后，在PRC/LPR设备侧无损的还原出GPS/北斗卫星的空中天基射频信号，提供给PRC/LPR设备使用。这样无需对PRC/LPR设备进行接口的改造即可满足空中天基射频信号的接入，以满足同步设备的一级节点设备级别。
[0009]本发明的目的主要通过以下技术方案实现:
空中天基射频信号光纤远传授时系统，包括以下结构:
天线:用于接收空中天基射频信号， 射频光转换模块:用于接收天线输出的空中天基射频信号，并将空中天基射频信号进行低噪放处理、再由激光器转换为光信号输出；
光射频转换模块:用于接收射频光转换模块输出的光信号，并将光信号的光功率的变化转化为相应的电流信号，并将电流信号进行低噪放处理、再由数控衰减处理还原成空中天基射频信号；
光纤:用于传输射频光转换模块输出的光信号到光射频转换模块；
PRC或LPR设备:用于接收光射频转换模块输出的空中天基射频信号。
[0010]本发明的设计原理为:利用设置在地面的天线接收空中天基射频信号，例如GPS卫星的天基射频信号或北斗卫星的天基射频信号，然后将空中天基射频信号直接送至射频光转换模块，将原始的空中天基射频信号直接低噪放处理，最后通过激光器转换为光信号输出，再采用光纤实现远距离的传输，光信号传输到位于地下、坑道、楼宇中的光射频转换模块后，由光射频转换模块进行还原处理，将光信号经过处理成电流信号，再将电流信号进行低噪放处理，再由数控衰减处理还原成空中天基射频信号，最后将空中天基射频信号送入到PRC或LPR设备使用。
[0011]上述设计是利用光纤进行远程传输的思想对天基射频信号进行远程传输。
[0012]由于光纤传输带宽大，可满足GPS和北斗卫星的空中天基射频信号的传输要求。为了方便阐述，以下GPS和北斗卫星的空中天基射频信号简称为GPS信号和北斗信号。
[0013]根据奈奎斯特定理:对于特定的信道，其信道带宽需大于码元速率的两倍，这样采样之后的数字信号完整地保留了原始信号中的信息。否则将出现码元之间的相互干扰，以致接收端无法正确判定。GPS信号L1频段为1575.42MHz 土 10MHz ;北斗一代信号频段为2491.75 MHz±4.08MHz ;北斗二代 B1 频段为 1561.098MHz±2.046MHz。如果要在光纤中传输GPS/北斗信号，即要求光纤的带宽最小满足5GHz。
[0014]光纤传输在传输网中早已大量部署，目前骨干网中已达到ηX40GHz的带宽。
[0015]所以光纤的传输带宽能满足GPS/BD信号传输5GHz的带宽需求。
[0016]光纤传输衰耗小，可保障长距离的拉远应用；单模光纤在1310nm和1550nm波长区的衰减常数一般分别为0.3?0.4dB/km(1310nm)和0.17?0.25dB/km(1550nm)。ITU-TG.652建议规定光纤在1310nm和1550nm的衰减常数应分别小于0.5dB/km和0.4dB/km。我们在日常维护中，1550nm波长模式下每公里按0.25 dB来计算的，每个死接头损耗0.5dB ;活接头也按0.5dB来算。同时这个损耗几乎不随温度而变，不用担心因环境温度变化而造成干线电平的波动。
[0017]通用的光发送模块的输出功率一般在2dBm左右，通用的光接收模块的灵敏度最小功率一般在-15dBm左右。如按1550nm波长的光纤来进行点对点的传输，结合0.25dB/km的衰耗，以两个接头进行估算，通用的光收/发模块即可支持64km的长距离传输。
[0018]所以采用光纤来进行长距离的拉远运用，可满足30km的传输距离要求。
[0019]光纤传输抗干扰能力强，稳定性好，特别适合坑道等特殊环境的应用
光纤通信有强的抗干扰能力，主要有两个原因，第一是光纤的基本成分是石英，只传光，不导电，不怕高压，不受电磁场的作用，在其中传输的光信号不受电磁场的影响，故光纤传输对电磁干扰、工业干扰有很强的抵御能力。也正因为如此，在光纤中传输的信号不易被窃听，因而利于保密；第二是光纤中传输的是频率很高的光波，而各种干扰的频率一般都比较低，所以它不能干扰频率比它高的多的光波。
[0020]光纤设备的寿命都很长，无故障工作时间达50万?75万小时，其中寿命最短的是光发射机中的激光器，最低寿命也在10万小时以上。
[0021]所以，采用光纤来进行GPS/北斗信号的传输能够满足坑道等特殊应用的环境要求。
[0022]由于GPS/北斗信号都为低功率信号，实现GPS/北斗信号的光纤远传的关键和难点主要在GPS/北斗信号到光信号的转换