光纤时间频率同步网络技术及应用
本文选题:时间频率同步 + 光纤传输 ; 参考:《清华大学》2016年博士论文
【摘要】:基于光纤的时频同步技术具有同步精度高、可靠性强的优势,在高精度时钟比对、射电干涉测量、深空探测等领域发挥着日趋重要的作用。本论文回顾了时频传输与同步的发展历程,针对现有的光纤时频同步方案在大规模布网应用中的局限性,提出多种解决方案,这些方案有望应用于国际大科学工程——平方公里阵列望远镜项目。同时,为了增强时频同步技术在国防建设、国民生活等方面的应用,本论文提出了依托现有通信网络构建大范围时频同步网络的实现方案。本文介绍了补偿系统后置频率同步技术,对信号在光纤传输过程中引入的相位噪声进行主动补偿,实现频率信号高稳定度传输。在实验室内50公里光纤盘纤上频率同步稳定度为3.1×10-14/s和2.7×10-17/day。该技术适用于具有星形拓扑结构的光纤同步网络,已被平方公里阵列望远镜项目选做首选时频同步方案。本文介绍了频率信号任意位置下载技术,利用该技术能够在光纤链路的任意位置复现高精度参考频率信号。在实验室内55公里光纤盘纤上,采用任意位置下载技术复现的频率信号稳定度为2.0×10-14/s和1.6×10-16/104s。当在55公里同步链路上设置三个下载点时,复现信号的相对频率稳定度约在范围(2.0±0.3)×10-14/s和(1.8±0.2)×10-16/104s内。该技术的提出不仅扩大了光纤时频同步的覆盖范围,而且大大简化了光纤时频同步网络结构。为了便于应用,我们对补偿系统后置频率同步系统进行集成化设计,并在南非SKA台址的架空光缆上进行现场测试,分别验证了系统在架空光缆上的频率传输性能、在具有星形拓扑结构的光纤网络上的传输性能以及长距离传输性能。针对测试中出现的问题,我们提出了补偿系统后置频率同步改进方案,优化了光纤链路所处环境恶劣时的系统性能。本文最后介绍了依托现有通信网络构建大范围时频同步网络的实现方案。在调研现有商用光纤网络数字通信模式的基础上,本论文提出了频率同步系统与光网络交换设备共同工作的实现方案。在实验室构建了30公里加30公里数据交换光网络,与该网络共同工作的中继模式频率同步系统的性能指标为4×10-14/s和2.5×10-16/104s,同时,频率同步系统不影响光网络数据交换的正常进行。在此基础上,我们根据现有光网络的拓扑结构提出了时频信号按需分发方案,为构建安全性能更高的光纤频率同步网络提供技术支撑。
[Abstract]:The time-frequency synchronization technology based on optical fiber has the advantages of high synchronization precision and high reliability. It plays an increasingly important role in the fields of high precision clock alignment radio interference measurement and deep space detection.In this paper, the history of time-frequency transmission and synchronization is reviewed. Aiming at the limitations of existing fiber time-frequency synchronization schemes in large-scale network distribution, various solutions are proposed.These programs are expected to be applied to the International Science Engineering-square kilometer Array Telescope Project.At the same time, in order to enhance the application of time-frequency synchronization technology in national defense construction and national life, this paper proposes a scheme to build a large-scale time-frequency synchronous network based on the existing communication network.In this paper, the post-frequency synchronization technology of compensation system is introduced. The phase noise introduced in the optical fiber transmission process is actively compensated to realize the high stability of frequency signal transmission.The frequency synchronization stability is 3.1 脳 10 ~ (-14) / s and 2.7 脳 10 ~ (-17) / s in the laboratory.This technique is suitable for optical fiber synchronization networks with star topology and has been chosen as the preferred time frequency synchronization scheme by the square kilometer array telescope project.In this paper, the technique of downloading frequency signals at any position is introduced. Using this technique, high precision reference frequency signals can be reproduced at any position of fiber link.The stability of the frequency signal is 2.0 脳 10 ~ (-14) / s and 1.6 脳 10 ~ (-16) / 10 ~ (4) s, respectively, on the 55 km fiber optic fiber in the laboratory.When three download points are set up on the 55 km synchronous link, the relative frequency stability of the replica signal is in the range of 2.0 卤0.3) 脳 10-14 / s and 1.8 卤0.2) 脳 10-16 / 104s.The proposed technique not only extends the coverage of fiber time-frequency synchronization, but also simplifies the network structure of fiber time-frequency synchronization.In order to facilitate the application, we have integrated the design of the compensation system post-frequency synchronization system, and carried out field tests on the aerial optical cable at the SKA site in South Africa, respectively, and verified the frequency transmission performance of the system on the aerial optical cable.Transmission performance and long distance transmission performance over optical fiber networks with star topology.Aiming at the problems in the test, we propose an improved scheme of compensation system post-frequency synchronization, which optimizes the system performance when the optical fiber link is in a bad environment.At last, this paper introduces the implementation scheme of time-frequency synchronization network based on existing communication network.Based on the investigation of the existing digital communication modes of commercial optical fiber networks, this paper proposes a scheme to work together with the frequency synchronization system and the optical network switching equipment.A 30 km plus 30 km data exchange optical network is constructed in the laboratory. The performance indexes of the relay mode frequency synchronization system working with the network are 4 脳 10 ~ (-14) / s and 2.5 脳 10 ~ (-16) / 10 ~ (4) s, and the frequency synchronization system does not affect the normal data exchange of the optical network.On this basis, according to the topology of the existing optical network, we propose a time-frequency signal on-demand distribution scheme, which provides technical support for the construction of a more secure fiber frequency synchronization network.
【学位授予单位】:清华大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TN919.34
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,本文编号:1774154
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