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一种长距离分布式大动态 微波光纤稳相传输系统和方法

阅读：400发布：2020-05-12

专利汇可以提供一种长距离分布式大动态微波光纤稳相传输系统和方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供了一种长距离分布式大动态微波光纤稳相传输系统包括主信号光发射模块、参考光收发模块、幅相监测及控制模块、延时补偿模块、色散补偿及光放大模块、信号回传模块和主信号光接收模块；其中，幅相监测及控制模块还包括参考信号单元、幅相监测单元、补偿控制单元；参考信号单元采用可变频率信号源；幅相监测单元通过各分站点回传的参考信号之间直接进行鉴相和幅度监测。本发明中参考信号单元可以实时改变参考信号的频率，以获得更高的相位监测精度；幅相监测单元将各分站点返回的参考信号之间直接进行鉴相和幅度监测，仅需要进行分站点间的相对的补偿，降低了延时补偿模块的补偿范围要求，同时降低了系统的复杂程度和成本要求。，下面是一种长距离分布式大动态微波光纤稳相传输系统和方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种长距离分布式大动态微波光纤稳相传输系统，其特征在于，所述传输系统包括主信号光发射模块(100)、参考光收发模块(200)、幅相监测及控制模块(300)、延时补偿模块(400)、色散补偿及光放大模块(500)、信号回传模块(600)和主信号光接收模块(700)；
其中，所述主信号光发射模块(100)用于对主信号的高频宽带微波信号进行调制，并分配到不同分站点的光链路中；
所述幅相监测及控制模块(300)用于生成分配到不同分站点的发送参考信号，同时对各分站点反馈的返回参考信号之间进行进行幅相监测及调节，并控制所述延时补偿模块(400)对所述发送参考信号进行补偿；
所述参考光收发模块(200)用于将发送参考信号分配到不同分站点的光链路中，并将对应分站点的所述主信号和发送参考信号复用到同一光链路中；
所述延时补偿模块(400)用于对不同分站点的光链路相位抖动进行补偿；
所述色散补偿及光放大模块(500)用于补偿长距离光纤链路的衰减及色散；
所述信号回传模块(600)用于对不同分站点的光链路中所述主信号和发送参考信号的分离以及所述返回参考信号的回传；
所述主信号光接收模块(700)用于对不同分站点的光链路中延时补偿后的所述主信号的解调。
2.根据权利要求1所述的微波光纤稳相传输系统，其特征在于，所述幅相监测及控制模块(300)包括参考信号单元(310)、幅相监测单元(320)、补偿控制单元(330)；
其中，所述参考信号单元(310)采用可变频率信号源，所述发送参考信号频率的数值由幅相监测单元(320)根据光链路的相位抖动情况反馈控制；
所述幅相监测单元(320)通过各分站点回传的所述返回参考信号之间直接进行鉴相和幅度监测。
3.根据权利要求1所述的微波光纤稳相传输系统，其特征在于，所述延时补偿模块(400)包括电控光纤延时线(410)和光开关光纤延时线(420)，其中，所述电控光纤延时线(410)用于补偿1ns以下的延时，所述光开关光纤延时线(420)用于补偿1ns以上的延时。
4.根据权利要求1所述的微波光纤稳相传输系统，其特征在于，所述色散补偿及光放大模块(500)包括色散补偿光纤(510)和光放大器(520)，其中，所述色散补偿光纤(510)的色散补偿满足
DTF×LTF+DDCF×LDCF＝0
DTF：传输光纤的色散，LTF：传输光纤的长度，DDCF：色散补偿光纤的色散，LDCF：色散补偿光纤的长度；
STF×LTF+SDCF×LDCF＝0
STF：传输光纤的色散斜率，SDCF：色散补偿光纤的色散斜率；
所述光放大器(520)补偿所述色散补偿光纤(510)及传输光纤引入的衰减。
5.根据权利要求1所述的微波光纤稳相传输系统，其特征在于，所述信号回传模块(600)包括信号回传波分复用器(610)和移波器件(620)，所述移波器件(620)用于将所述发送参考信号变换波长生成所述返回参考信号；所述信号回传波分复用器(610)用于将接收到主站点发送的所述发送参考信号分离以及将变换波长的所述返回参考信号回传至所述主站点。
6.一种长距离分布式大动态微波光纤稳相传输方法，其特征在于，所述稳相传输方法包括以下步骤：
S1，主站点将分别输送至各分站点的主信号和发送参考信号复用到同一光链路中；
S2，各分站点分别将收到的发送参考信号与主信号进行分离并将返回参考信号回传至主站点；
S3，主站点将各分站点回传的返回参考信号进行幅相监测并对输送至各分站点的信号进行补偿；
S4，各分站点接收经过补偿的主信号并进行解调。
7.根据权利要求6所述的微波光纤稳相传输方法，其特征在于，在步骤S2中，对所述发送参考信号分离后，对所述发送参考信号变换波长以生成所述返回参考信号，并将变换波长的所述返回参考信号复用至光链路中回传主站点。
8.根据权利要求6所述的微波光纤稳相传输方法，其特征在于，在步骤S3中，主站点通过各分站点回传的所述返回参考信号之间直接进行鉴相和幅度监测。
9.根据权利要求6所述的微波光纤稳相传输方法，其特征在于，在步骤S3中，对输送至各分站点信号进行补偿采用多级延时补偿，分别对所述信号1ns以上的整数部分和1ns以下的小数部分进行补偿。
10.根据权利要求6所述的微波光纤稳相传输方法，其特征在于，在步骤S3中，还包括色散补偿和光放大器补偿，所述色散补偿满足公式(1)和公式(2)
DTF×LTF+DDCF×LDCF＝0……(1)
DTF：传输光纤的色散，LTF：传输光纤的长度，DDCF：色散补偿光纤的色散，LDCF：色散补偿光纤的长度；
STF×LTF+SDCF×LDCF＝0……(2)
STF：传输光纤的色散斜率，SDCF：色散补偿光纤的色散斜率；
所述光放大器补偿用于补偿所述色散补偿及传输光纤引入的衰减。

说明书全文

一种长距离分布式大动态微波光纤稳相传输系统和方法

技术领域

[0001] 本发明涉及光纤的微波信号稳相传输技术领域，尤其涉及一种长距离分布式大动态微波光纤稳相传输系统和方法。

背景技术

[0002] 微波信号的光纤传输技术是通过光纤传输微波信号，利用光纤特有的低损耗、高稳定性、抗电磁干扰能力强等优点，实现传统电缆传输无法达到的低损耗长距离传输。但光纤本身的脆弱性使得其很容易受到外部环境，诸如温度，应力等因素的影响，而导致光纤局部折射率发生变化，最终导致光传输过程中，产生信号延时的随机变化，造成相位抖动，为了解决这个问题，微波信号光纤传输稳相技术应运而生。

[0003] 目前在高精度时钟分配、深空探测干涉阵列等领域需要对各分布站点传输高稳定度的微波信号，在这类应用中，主要以传输单频点的微波本振信号为主，且相位连续调节的动态范围小，皮秒到纳秒量级，目前的稳相系统可以解决。而在多基地雷达、分布协同式电子对抗等领域，需要传输宽带微波信号，在长距离传输、高环境适应性的情况下，相位连续调节范围需达到几百纳秒，此时保证宽带微波信号的相位一致性，目前的稳相系统实现起来非常困难。

发明内容

[0004] 本发明为了解决现有技术中为保证宽带微波信号在长距离传输、高环境适应性的情况下的相位一致性及对各分布站点的信号进行绝对补偿的情况下，补偿范围过大这一技术问题，提出一种长距离分布式大动态微波光纤稳相传输系统，其特征在于，所述传输系统包括主信号光发射模块、参考光收发模块、幅相监测及控制模块、延时补偿模块、色散补偿及光放大模块、信号回传模块和主信号光接收模块；

[0005] 其中，所述主信号光发射模块用于对主信号的高频宽带微波信号进行调制，并分配到不同分站点的光链路中；

[0006] 所述幅相监测及控制模块用于生成分配到不同分站点的发送参考信号，同时对各分站点反馈的返回参考信号之间进行幅相监测及调节，并控制所述延时补偿模块对所述发送参考信号进行补偿；

[0007] 所述参考光收发模块用于将发送参考信号分配到不同分站点的光链路中，并将对应分站点的所述主信号和发送参考信号复用到同一光链路中；

[0008] 所述延时补偿模块用于对不同分站点的光链路相位抖动进行补偿；

[0009] 所述色散补偿及光放大模块用于补偿长距离光纤链路的衰减及色散；

[0010] 所述信号回传模块用于对不同分站点的光链路中所述主信号和发送参考信号的分离以及所述返回参考信号的回传；

[0011] 所述主信号光接收模块用于对不同分站点的光链路中延时补偿后的所述主信号的解调。

[0012] 更进一步地，所述幅相监测及控制模块包括参考信号单元、幅相监测单元、补偿控制单元；

[0013] 其中，所述参考信号单元采用可变频率信号源，所述发送参考信号频率的数值由幅相监测单元根据光链路的相位抖动情况反馈控制；

[0014] 所述幅相监测单元通过各分站点回传的所述返回参考信号之间直接进行鉴相和幅度监测。

[0015] 更进一步地，所述延时补偿模块包括电控光纤延时线和光开关光纤延时线，其中，所述电控光纤延时线用于补偿1ns以下的延时，所述光开关光纤延时线用于补偿1ns以上的延时。

[0016] 更进一步地，所述色散补偿及光放大模块包括色散补偿光纤和光放大器，其中，所述色散补偿光纤的色散补偿满足

[0017] DTF×LTF+DDCF×LDCF＝0

[0018] DTF：传输光纤的色散，LTF：传输光纤的长度，DDCF：色散补偿光纤的色散，LDCF：色散补偿光纤的长度；

[0019] STF×LTF+SDCF×LDCF＝0

[0020] STF：传输光纤的色散斜率，SDCF：色散补偿光纤的色散斜率；

[0021] 所述光放大器补偿所述色散补偿光纤及传输光纤引入的衰减。

[0022] 更进一步地，所述信号回传模块包括信号回传波分复用器和移波器件，所述移波器件用于将所述发送参考信号变换波长生成所述返回参考信号；所述信号回传波分复用器用于将接收到主站点发送的所述发送参考信号分离以及将变换波长的所述返回参考信号回传至所述主站点。

[0023] 还提供了一种长距离分布式大动态微波光纤稳相传输方法，其特征在于，所述稳相传输方法包括以下步骤：

[0024] S1，主站点将分别输送至各分站点的主信号和发送参考信号复用到同一光链路中；

[0025] S2，各分站点分别将收到的发送参考信号与主信号进行分离并将返回参考信号回传至主站点；

[0026] S3，主站点将各分站点回传的返回参考信号进行幅相监测并对输送至各分站点的信号进行补偿；

[0027] S4，各分站点接收经过补偿的主信号并进行解调。

[0028] 更进一步地，在步骤S2中，对所述发送参考信号分离后，对所述发送参考信号变换波长以生成所述返回参考信号，并将变换波长的所述返回参考信号复用至光链路中回传主站点。

[0029] 更进一步地，在步骤S3中，主站点通过各分站点回传的所述返回参考信号之间直接进行鉴相和幅度监测。

[0030] 更进一步地，在步骤S3中，对输送至各分站点信号进行补偿采用多级延时补偿，分别对所述信号1ns以上的整数部分和1ns以下的小数部分进行补偿。

[0031] 更进一步地，在步骤S3中，还包括色散补偿和光放大器补偿，所述色散补偿满足公式(1)和公式(2)

[0032] DTF×LTF+DDCF×LDCF＝0……(1)

[0033] DTF：传输光纤的色散，LTF：传输光纤的长度，DDCF：色散补偿光纤的色散，LDCF：色散补偿光纤的长度；

[0034] STF×LTF+SDCF×LDCF＝0……(2)

[0035] STF：传输光纤的色散斜率，SDCF：色散补偿光纤的色散斜率；

[0036] 所述光放大器补偿用于补偿所述色散补偿及传输光纤引入的衰减。本发明的有益效果是：

[0037] 本发明的稳相传输系统通过对各分站点返回的参考信号之间直接进行鉴相和幅度监测，不需要进行各分站点光链路的绝对的全额相位补偿，仅需要进行分站点间的相对的补偿，保证了各分站点间的相位一致性，降低了延时补偿模块的补偿范围要求，由于不进行全额补偿，系统需要补偿的延时变短，延时补偿模块中光开关光纤延时线所用的光开关数量将减少，同时光开关的控制系统变得相对简单，同时降低了系统的复杂程度和成本要求。

[0038] 本发明的稳相传输系统中参考信号采用可变频率的参考源，由于参考频率与延时分辨率正相关，例如参考频率1GHz,此时，延时精度为2.78ps,当参考频率为10GHz,延时精度变为0.278ps可以根据相位精度要求及幅相监测的相位抖动范围实时改变参考信号的频率，以获得更高的相位监测精度，提高了系统的适应范围。

[0039] 本发明的稳相传输系统采用电控光纤延时线和光开关光纤延时线的多级延时补偿方案及对光开关光纤延时线的温度控制，保证整个延时补偿模块实现了连续、大动态范围和高精度的延时补偿。附图说明

[0040] 图1是本发明实施例提供的一种长距离分布式大动态微波光纤稳相传输系统的结构示意图；

[0041] 图2是本发明实施例提供的一种长距离分布式大动态微波光纤稳相传输系统中延时补偿模块的结构示意图；

[0042] 图3是本发明实施例提供的一种长距离分布式大动态微波光纤稳相传输系统中色散补偿及光放大模块的结构示意图。

[0043] 其中:100-主信号光发射模块，110-主信号激光器，120-主信号调制器，130-主信号光分路器，200-参考光收发模块，210-参考光激光器，220-参考光调制器，230-参考光光分路器，240-参考光波分复用器，250-光电探测器，300-幅相监测及控制模块，310-参考信号单元，320-幅相监测单元，330-补偿控制单元，400-延时补偿模块，410-电控光纤延时线，420-光开关光纤延时线，500-色散补偿及光放大模块，510-色散补偿光纤，520-光放大器，
600-信号回传模块，610-信号回传波分复用器，620-移波器，700-主信号光接收模块。

具体实施方式

[0044] 下面通过实施例，并结合附图1-3，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

[0045] 如附图1所示，本发明实施例提供的一种长距离分布式大动态微波光纤稳相传输系统的结构示意图，该实施例以两个分站点为例进行说明。如图所示，本实施例中的长距离分布式大动态微波光纤稳相传输系统包括主信号光发射模块100、参考光收发模块200、幅相监测及控制模块300、延时补偿模块400、色散补偿及光放大模块500、信号回传模块600、主信号光接收模块700。

[0046] 主信号光发射模块100内部如图1所示，主信号光发射模块100包括主信号激光器110，主信号调制器120和主信号光分路器130，主信号光分路器130不局限于1×2，可根据分站点的个数选择合适的分路器。主信号激光器110的中心波长为λ1，其与主信号调制器120相连，主信号调制器120采用马赫曾德尔调制器，高频宽带微波信号RF1通过主信号调制器
120经外调制的方式加载到中心波长为λ1的光载波上，同时采用主信号光分路器130将信号进行分路，将主信号分配到不同分站点的光链路中。

[0047] 由于主信号RF1是高频宽带微波信号，直接鉴相难度大，因此采用另一参考信号RF2用于光链路相位抖动的监测，参考信号的光收发功能由参考光收发模块200实现，如图1所示，参考光收发模块200包括参考光激光器210，参考光调制器220，参考光光分路器230，参考光波分复用器240和光电探测器250，参考光光分路器230不局限于1×2，同样，参考光波分复用器240和光电探测器250的数量根据分站点的数量来决定。参考光激光器210的中心波长为λ2，其与参考光调制器220相连，参考光调制器220采用马赫曾德尔调制器，参考信号RF2通过参考光调制器220经外调制的方式加载到中心波长为λ2的光载波上，同时采用参考光光分路器230将信号进行分路，将参考信号分配到不同分站点的光链路中，并与对应分站点的主信号通过参考光波分复用器240复用到同一光链路中，实现参考信号的发射。光电探测器250用于对各分站点反馈的参考信号RF2实施光电转换，并将参考信号RF2发送给幅相监测及控制模块300。

[0048] 如附图2所示，复用后的信号一同进入延时补偿模块400，延时补偿模块400包括电控光纤延时线410和光开关光纤延时线420。电动光纤延时线410可以实现最大1ns的延时量，分辨率为2fs。光开关光纤延时线420是将不同长度的光纤和光开关级联(最短光纤长度定位L，其它光纤长度按照2N×L关系逐级增加)，通过控制光开关状态实现光路沿着不同长度光纤的传输而改变延时，系统的延时分辨率由最小光纤的长度(L)决定，考虑到与电动光纤延时线的衔接，本实施例中光纤开关延时线的最小延时为1ns。先有光开关光纤延时线420补偿1ns以上的延时，1ns以下的延时由电控光纤延时线410补偿，采用该多级延时补偿方案，可实现大动态和高精度的延时补偿。由于温度的变化会引起光纤的折射率和长度变化，进而引起光纤传输延时的变化，因此，为了提高补偿精度，需要对光开关光纤延时线420进行温度控制。

[0049] 如附图3所示，经过延时补偿模块400的信号接着进入色散补偿及光放大模块500，色散补偿及光放大模块500包括色散补偿光纤(DCF)510和光放大器(EDFA)520。色散补偿应满足公式(1)及(2)：

[0050] DTF×LTF+DDCF×LDCF＝0 (1)

[0051] DTF：传输光纤的色散；LTF：传输光纤的长度；DDCF：色散补偿光纤的色散；LDCF：色散补偿光纤的长度。

[0052] STF×LTF+SDCF×LDCF＝0 (2)

[0053] STF：传输光纤的色散斜率；SDCF：色散补偿光纤的色散斜率。

[0054] 光放大器(EDFA)520应能补偿色散补偿光纤(DCF)510及传输光纤引入的衰减，但功率不宜太大，以免引起光纤的非线性效应。

[0055] 通过色散补偿及光放大模块500后，信号进入信号回传模块600，内部结构如图1所示，信号回传模块600包括信号回传波分复用器610和移波器620。信号回传波分复用器610将携带有主信号和参考信号的光载波λ1与λ2进行分离，光载波λ2进入移波器620后波长变为λ3，对于采取了相位校正的传输系统，如果前向传输和后向传输的波长相同，后向瑞利散射将会导致系统的性能恶化，移波器620就是用于将带回传的参考信号变换波长后再进行回传，降低瑞利散射的影响。光载波λ3仍复用进信号回传波分复用器610进行回传。各分站点返回的光载波λ3通过参考光波分复用器240解调，同时通过光电探测器250实施光电转换，将参考信号RF2反馈给幅相监测及控制模块300。

[0056] 幅相监测及控制模块300用于对各分站点返回的带有相位抖动信息的参考信号RF2进行鉴相及幅度监测，目前的稳相传输系统采用将每一分站点返回的参考信号与本地的参考信号进行直接鉴相，然后控制延时补偿模块对各个分站点的光链路进行延时补偿，这种鉴相方法对于大动态范围的相位抖动来说，对延时补偿模块的补偿范围要求非常大，需要对每条光链路的相位抖动进行全额的补偿。而本稳相传输系统通过将各分站点返回的参考信号之间直接进行鉴相和幅度监测，由于各分站点光链路之间的相对相位抖动要低于各分站点光链路中最大的绝对的相位抖动，因此，通过此方式，不仅保证了各分站点间的相位一致性，同时也降低了延时补偿模块的补偿范围要求，不需要进行各分站点光链路的绝对的全额相位补偿，仅需要进行分站点间的相对的补偿。同时，参考信号单元310采用可变频率的参考源，可以根据相位精度要求及幅相监测单元320的相位抖动范围实时改变参考信号的频率。幅相监测单元320监测后通过补偿控制单元330将外界环境引起的链路的相位抖动信息即延时反馈给延时补偿模块400进行补偿，以ns为单位，延时的整数部分由光开关延时线420进行补偿，剩余小数部分由电控光纤延时线410进行补偿。

[0057] 主信号光接收模块700位于分站点处，由宽带光电探测器组成，用于延时补偿后的宽带主信号RF1的解调。

[0058] 虽然本发明已经以较佳实施例公开如上，但实施例并不是用来限定本发明的。在不脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。

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