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针对光载无线通信(ROF)链路大量程、高精度时延测量需求,提出了基于时、频、信共传模式下的ROF链路时延测量方案。将秒脉冲信号进行副载波调制,使ROF信号和时延测量信号同波长传输,解决了秒脉冲测量信号对于ROF信号的干扰问题,同时实现了ROF传输和高精度时延测量功能。搭建了实验测量系统,验证了ROF系统和时延测量系统的兼容共生特性,测量了温度剧烈变化下的25 km光纤链路绝对时延及其时延变化。实验结果表明该方法在保证ROF链路信号传输质量的情况下能够实现高精度、大量程的链路时延测量。
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第
卷
第
期
光
学
学
报
年
月
基于时频信号副载波调制的光载无线通信链路时延
测量方案
郭 俊 成
,
卢 麟
,
吴 传 信
,
张 宝 富
,
魏 恒
,
赵 晓 宇
陆军工程大学通信工程学院
江苏 南京
摘要
针对光载无线通信
链路大量程
高精度时延测量需求
提出了基于时
频
信共 传模 式下的
链路
时延测量方案
将秒脉冲信号进行副载波调制
使
信号和时延测量信号同波长传 输
解决 了秒 脉冲测 量信 号
对于
信号的干扰问题
同时实现了
传输和高精度时延测量功能
搭建了实验测量系 统
验证 了
系
统和时延测量系统的兼容共生特性
测量了温度剧烈变化下的
光纤链路绝对时延及其时延变 化
实验 结果
表明该方法在保证
链路信号传输质量的情况下能够实现高精度
大量程的链路时延测量
关键词
光通信
光载无线通信
传输
时延
副载波调制
中图分类号
文献标识码
doi
TimeDela
y
MeasurementSchemeforRadioGoverGFiberLinkBasedon
TimeGFre
q
uenc
y
Si
g
nalSubcarrierModulation
Instituteo
f
CommunicationEn
g
ineerin
g
Arm
y
En
g
ineerin
g
Universit
y
o
f
PLA
Nan
j
in
g
Jian
g
su
China
Abstract
Ke
y
words
OCIScodes
收稿日期
修回日期
录用日期
基金项目
国家自然科学基金
EGmail
引
言
光载无线通信
链路的 大量程
高精度时
延测量是分布式探 测导航
多基站雷 达 天线等应 用
的前提和基础
链 路 的 时 延 测 量 需 要 依 托 于
已有的光纤链 路
故 需 要 在
系 统 本 身 不 受 影
响的情况下进行链路的时延测量
链路的
时延测量方案主要 分为两种
一种是使
信号
和测量信号分别在 不同的波 长 上传输
该方案能 够
保证测量系统 与
系 统 相 互 独 立 运 行
能 够 将
二者之间的干扰降级到最小
但由于光电
电光转换
器件不同
色散不对称等影响
无法保证测量结果的
一致性
例如
由于
光纤 的色散温变 系数
为
当 两 波 长 间 隔 为
时
链 路 变 化
带 来 的 时 延
差为
此时两束波长 的时延 值 并不一致
另一种是将
信 号 和 测 量 信 号 同 波 长 传 输
该
种方法可以解决测 量一致性 的 问题
但是在直 接 调
制
外调制模 式 下
链 路 通 信 质 量 都 会 受 到 时
延测量信号的影响
时延测量 系 统与
系
光
学
学
报
统如何在实现各自功能的情况下兼容共生是亟待解
决的问题
本文提出了基于时
频
信单波长共传模式下的
光纤链路时延测量方案
该方案将秒脉冲信号进行
副载波调制
解 决 了 秒 脉 冲 测 量 信 号 对 于
信
号的干扰问题
保 证 了 时 延 测 量 系 统 与
系 统
的有效兼容
在完成高精度
大量程的链路时延测量
功能的基础上
能 够 满 足
信 号 传 输 的 低 失 真
要求
基于 时频信 号副载 波 调 制 的
链路时延测量方案
2.1
时频共传时延测量原理
时频共传 的时延测量 方法
是通过发射 模块
将秒脉冲信号
与频率信号
调制到同一光载波上
从而使两信号同时在光纤中传
输
此时
在保证时延完全相同的情况下分别测量两
信号在链路中的时延
测量时序图如图
所示
图
时延测量时序图
首先由钟源产生 同 源同相的
信号
和频率信号
将两信号调制
到同一波长上 后
在
链 路 中 对 其 进 行 传 输 测
量
假设频率信号的周期为
T
那么频率 信 号相邻
的两个上升沿或下降沿之间的时间间隔将严格等于
T
链路时延 可 以 被 划 分 为
T
的 整 数 倍 部 分 和 不
足
T
的部分
假设单向 时延为
τ
这里认为 不 足
T
的部分为
τ
那么总的链路时延
τ
为
τ
=
N
×
T
+
τ
链路总时延
τ
可分解为图
所示的
N
T
和
τ
两个部分
第 一 部 分
N
T
时 延
由 发 送 秒 脉
冲
与 返 回 秒 脉 冲
之 间
的整数周期个数决定
第二部分是小于一个周期的
τ
时延
τ
可表示为
τ
=
φ
t
f
式中
φ
t
为由具有 相 位测量功 能 的比相器 比 较
本 地 频 率 信 号 与 返 回 的 频 率 信 号
之间的相 位差
f
为测量不 足 一 个 周 期
时 延 部 分 的 频 率 信 号 的 中 心 频 率
以
f
的频率信号为例
其周期为
故粗测
结果的测量分辨率为
量级
以内的细测
结果由比相器比相测得
对粗
细测量结果进行算数
拼接求和
依据该原理的 链路测量 时 延
即为
所测得的链路真时延
由于时钟计数器的粗测结果
测量范围广
量程比较大
比相法中频率信号的细测
结果拥有较好的分 辨率
因此这种 粗 细测量结 合 的
方法能够同时满足大量程
高分辨率的测量要求
2.2
基于副载波调制的时
、
频
、
信共传方法
时频测量信号与
链路同波 长 共传的核 心
问题是如何避免两 类 信号的相 互 干扰
由于
信号为秒脉冲信号
相当于周期为
的方波信号
因此其傅里叶变 换 后 的 频 谱 是 由 以
函 数 为 包
络的离散点组成的
其频率成 分 理论上会 延 伸至无
穷远处
而
信号为基带信 号调制后 的 载波信
号
其频域关系如图
所示
其中
为秒脉冲
信号
f
为
链路中的已调数字频率信号
信号
的中心频率
由于 传递过程中 存在调制
解调过程中 的非线
性效应
同时光电检 测 过程中光 信 号的调制 边 带之
间还存在着彼此差拍
如 果 不 对
信 号 进 行 处
理
直接进行混合传递
则在
信号中心频率
f
附近会 出 现
时 间 信 号 的 分 量
这 相 当 于 将
信号调制到
信号中心频 率处
如图
所示
然而
信号的谱线间隔为
普通带
通滤波器很难实现 如此窄的 带 宽
即使部分 研 究中
用伪随机码作 为
信号
其频带宽 度 也 在
量 级
所 以
信 号 中 心 频 率
f
周 围 的 干 扰 分 量
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