光纤稳频传输系统的相位补偿方案研究
发布时间：2020-06-07 05:56
【摘要】：随着时代的发展,时钟参考源的精度也随着原子钟到光钟的演变在不断提升,但目前传统的时频传输系统对于诸如5G,物联网等领域所需求的时频同步精度尚显不足。因此如何提升时频传输系统的精度已经越来越成为当前各国研究的热点。相比于传统的双向卫星时频传输方案,基于光纤的微波直接强度调制光载波传输具有低损耗,高稳定性,不易受电磁干扰等特性,使得传输精度能够得到较大的提升。但由于光纤会受到外界环境因素的影响,远端接收的频率信号的相位会受到一定的扰动,所以需要设计稳频传输系统来对传输过程中引入的相位抖动进行检测和预补偿。本文研究的内容就是长距离的基于光纤的时频传输系统,提出了一种将主动补偿与被动补偿相结合的光纤微波强度调制的稳频传输方案,在保证传输稳定度的情况下,大幅提升了系统支持的传输距离。文中主要完成的工作可以分为以下几个部分:1)介绍了光纤稳频传输的相关理论。首先阐述了时频传输的意义和研究背景,将传统的基于卫星链路的授时同步方案同当前主流的基于光纤的时频传输方案进行对比,并分析了各种方案的优势及不足之处。同时介绍了频率稳定度的时域表征—阿伦方差,来衡量时频传输系统的传输精度,并对影响系统传输稳定度的因素进行了分析。2)相位补偿方案的设计。本论文设计的频率传输系统结合了主动补偿和被动补偿两种方法,来实时补偿信号在光纤传输中引入的相位抖动。其中主动补偿采用的是锁相环模块,在本文中先介绍了锁相环的基本原理,并针对应用于长距离光纤链路的时频传输系统,对锁相环各个模块的结构和参数进行了设计与优化。基于锁相环的主动补偿和无源的被动补偿都具有补偿范围大等优点,但主动补偿由于利用了恒温压控晶体振荡器优良的短稳特性,可以提升系统的短稳性能,而被动补偿没有引入额外的有源电器件,所以在长期稳定度的表现上更有优势。在本文中提出了将二者结合的方案,在传输系统的本地端采用了无源的被动补偿,由于采用了预补偿,在光纤传输过程中引入的大部分相位抖动都被抵消了,所以远端基于锁相环的主动补偿的压力减小,使得本系统在保证良好短期和长期传输稳定度的同时能够支持更长距离的传输。3)不同传输距离下系统表现性能的测量。首先测量本论文设计的系统在背靠背和1Okm光纤链路等短距离情形下的传输稳定度。在实验室中通过调试双向掺铒光纤放大器并结合波分复用等技术完成了1007km的光纤链路系统的搭建,并在其上测量系统在长距离光纤链路传输时的表现性能。同时对现有的测量手段进行分析对比,并结合测量过程,对系统进行优化。最终实验测得本系统在2.4GHz微波直接强度调制光载波传输1007km光纤链路时,短期和长期稳定度分别为8.2×10-14/s和7.88×1O-17/104s。
【图文】：
逑虽然在文献中分析频率稳定度时更多用的是式（２－７），但由于实际测量中得到逡逑的是丨（／），所以在这里为了更直观的表示，给出了如图２－１所示的＼（／）随／的逡逑分别情况。为了表７Ｋ方便，，坐标轴都米用对数的形式，即ｌｏｇ邋Ｗ）￣邋ｌｏｇ／的对应逡逑关系。尽管理论上每种噪声在所有频段内都有分布，但是为了强调不同噪声在各逡逑自的频率区间占主要地位，如在高频段白噪声调相的比重最大，所以在图２－１中逡逑的各个频段都分别用一段直线表示当前发挥主要作用的噪声。表２－１所示的内容逡逑更多的是起一个指导作用，实际测量频率的噪声相位谱密度可能只包含其中两至逡逑三种的噪声谱线，并不会得到图２－１中这样分布规律的折线图。逡逑ｃ0．教邋＿．「十…十－１．邋一－：．ｉ．邋．ｉ｜逦逡逑＼－４０邋ｄＢ／ｄｅｃ逡逑ＯＡ邋＿逦＼逦＿逡逑＿逦ＲＷ邋＼逡逑￣逦ｐ＼Ａ邋？、逡逑Ｓ邋ｔａａ邋．丨逦！邋Ｘ－３０ｄＢ／ｄｅｃ逦ｊ逦＿ｊ逦：逦；逦逦逡逑＾邋－１ＵＵ－逡逑—逦Ｆｌｉｃｋｅ＼逡逑－ｌ＾Ｕ邋－逦ｒ－邋．邋ｉ，\、邋１邋＇邋？邋－１邋ｉ—■■逡逑＞逦ＦＭ逦＼－２０邋ｄＢ／ｄｅｃ逡逑ＷｈｉｔｅＶ逡逑－１４０邋■逦－邋－邋一逦逦逦ｒ＾0ｄＢ／ｄｅｃ邋．—“ＴＶ＇逡逑ＦＭ逦Ｗｈｉｔｅ逡逑…．逦Ｆｌｉp海校湾澹垮义稀觯保叮埃危校湾危垮义希邋危唬哄澹骸鲥澹浚俊义希保福板澹撸俊觯俊鲥澹殄濉鲥澹俊鲥澹保卞濉鲥澹椤鲥澹殄濉鲥
本文编号：2700956
【图文】：
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