本文選題：時(shí)間頻率同步 + 光纖傳輸　； 參考：《清華大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：基于光纖的時(shí)頻同步技術(shù)具有同步精度高、可靠性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì),在高精度時(shí)鐘比對(duì)、射電干涉測(cè)量、深空探測(cè)等領(lǐng)域發(fā)揮著日趨重要的作用。本論文回顧了時(shí)頻傳輸與同步的發(fā)展歷程,針對(duì)現(xiàn)有的光纖時(shí)頻同步方案在大規(guī)模布網(wǎng)應(yīng)用中的局限性,提出多種解決方案,這些方案有望應(yīng)用于國(guó)際大科學(xué)工程——平方公里陣列望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目。同時(shí),為了增強(qiáng)時(shí)頻同步技術(shù)在國(guó)防建設(shè)、國(guó)民生活等方面的應(yīng)用,本論文提出了依托現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建大范圍時(shí)頻同步網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)方案。本文介紹了補(bǔ)償系統(tǒng)后置頻率同步技術(shù),對(duì)信號(hào)在光纖傳輸過程中引入的相位噪聲進(jìn)行主動(dòng)補(bǔ)償,實(shí)現(xiàn)頻率信號(hào)高穩(wěn)定度傳輸。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)50公里光纖盤纖上頻率同步穩(wěn)定度為3.1×10-14/s和2.7×10-17/day。該技術(shù)適用于具有星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的光纖同步網(wǎng)絡(luò),已被平方公里陣列望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目選做首選時(shí)頻同步方案。本文介紹了頻率信號(hào)任意位置下載技術(shù),利用該技術(shù)能夠在光纖鏈路的任意位置復(fù)現(xiàn)高精度參考頻率信號(hào)。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)55公里光纖盤纖上,采用任意位置下載技術(shù)復(fù)現(xiàn)的頻率信號(hào)穩(wěn)定度為2.0×10-14/s和1.6×10-16/104s。當(dāng)在55公里同步鏈路上設(shè)置三個(gè)下載點(diǎn)時(shí),復(fù)現(xiàn)信號(hào)的相對(duì)頻率穩(wěn)定度約在范圍(2.0±0.3)×10-14/s和(1.8±0.2)×10-16/104s內(nèi)。該技術(shù)的提出不僅擴(kuò)大了光纖時(shí)頻同步的覆蓋范圍,而且大大簡(jiǎn)化了光纖時(shí)頻同步網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。為了便于應(yīng)用,我們對(duì)補(bǔ)償系統(tǒng)后置頻率同步系統(tǒng)進(jìn)行集成化設(shè)計(jì),并在南非SKA臺(tái)址的架空光纜上進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試,分別驗(yàn)證了系統(tǒng)在架空光纜上的頻率傳輸性能、在具有星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的光纖網(wǎng)絡(luò)上的傳輸性能以及長(zhǎng)距離傳輸性能。針對(duì)測(cè)試中出現(xiàn)的問題,我們提出了補(bǔ)償系統(tǒng)后置頻率同步改進(jìn)方案,優(yōu)化了光纖鏈路所處環(huán)境惡劣時(shí)的系統(tǒng)性能。本文最后介紹了依托現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建大范圍時(shí)頻同步網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)方案。在調(diào)研現(xiàn)有商用光纖網(wǎng)絡(luò)數(shù)字通信模式的基礎(chǔ)上,本論文提出了頻率同步系統(tǒng)與光網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備共同工作的實(shí)現(xiàn)方案。在實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建了30公里加30公里數(shù)據(jù)交換光網(wǎng)絡(luò),與該網(wǎng)絡(luò)共同工作的中繼模式頻率同步系統(tǒng)的性能指標(biāo)為4×10-14/s和2.5×10-16/104s,同時(shí),頻率同步系統(tǒng)不影響光網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換的正常進(jìn)行。在此基礎(chǔ)上,我們根據(jù)現(xiàn)有光網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)提出了時(shí)頻信號(hào)按需分發(fā)方案,為構(gòu)建安全性能更高的光纖頻率同步網(wǎng)絡(luò)提供技術(shù)支撐。
[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 鹵0.3) 脳 10-14 / s and 1.8 鹵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.
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN919.34

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本文編號(hào)：1774154