Предмети

Резюме

Вступ

За останні десятиліття прогрес в роботі атомних/оптичних годинників привів до нестабільності частоти до 10−15 –10 −18/с рівня 1, 2. Однак точність передачі цих стандартів частоти у звичайних схемах, заснованих на розповсюдженні мікрохвиль у вільному просторі, не відповідала вимогам порівняння та розподілу згаданого високоякісного стандарту частоти 3, 4, 5, 6. Оскільки волоконна ланка є більш нечутливою до порушень навколишнього середовища порівняно з розповсюдженням у вільному просторі, вона залучила численні дослідження щодо дифузії частот та порівняння по волоконно-оптичній мережі 7, 8, 9, 10. В основному, існують три адаптовані схеми дифузії частот на основі волоконно-оптичного апарату, які були розроблені паралельно для найкращої точності та простоти. Це такі режими: РЧ-модульований лазер безперервної хвилі (CW) 11, 12, 13, 14, 15, standard стандарт оптичної частоти (оптичний годинник) 10, 16, 17, 18, 19 та tra імпульсні послідовності з блокуванням режиму ( або частотний гребінець) 20, 21, 22, 23, 24. Крім того, також були продемонстровані стабільний розподіл частоти через волоконну мережу зі складною топологічною структурою 25 .

Для абсолютної синхронізації часу у віддалених місцях необхідні моніторинг та вирівнювання часових баз між двома ділянками на додаток до дифузії частоти, яка лише синхронізує коливання "годинника". Попередні роботи 26, 27 зосереджувались в першу чергу на характеристиці та контролі коливань або фазових змін, а не на абсолютному вирівнюванні часової бази в 1 pps (імпульс в секунду), а також часто використовувались односпрямований зворотний зв'язок та техніка порівняння до 28. Як результат, залишкової різниці в часі на кінці приймача не уникнути. Нещодавно група MPQ продемонструвала оптичну передачу часу та частоти по волоконних лініях зв'язку до 1840 км 17,29. Однак демонстрована система має на меті лише встановити дуже точний розподіл частоти між двома станціями. Одночасне передавання часу та частоти через оптичну лінію у вільному просторі було продемонстровано групою NIST 30 із використанням оптичної лінії у вільному просторі нещодавно, система стала більш конфігуруваною та гнучкою. Максимальна продуктивність буде обмежена атмосферним середовищем.

У цьому документі ми повідомляємо про систему синхронізації часової бази з точністю передачі даних, засновану на 31 цифровій схемі прямої компенсації (FFDC) по 120-кілометровому волоконному каналу за допомогою лазерних імпульсів. Запропонована схема може запропонувати рішення для побудови мережі передачі частоти і часу і може бути розширена до розподілу декількох вузлів. Виміряне коливання синхронізації часу становило менше 40 пс на кінці ровера (середньоквадратичне значення 12000 точок даних). Відхилення в часі (TDEV) можна зменшити до 10-20-2000 с.

Результати

часу

На дальньому кінці можна грати атомний годинник. DWDM - Мультиплексування з густим поділом довжини хвилі.

Повнорозмірне зображення

Ультрастабільна передача частоти з оптичним частотним гребінчастим сегментом

MLFL: заблокований волоконно-лазерний режим; FM: множник частоти; FLOM-PD 20: волоконно-оптичний мікрохвильовий фазовий детектор; MCU: мікропроцесорний блок управління; BS: роздільник балки; PS: фотодетектор; EDFA: підсилювач волокна, легований ербієм; FD: дільник частоти; DAQ: збір даних; FRM: модуль відновлення частоти; ФНЧ: фільтр низьких частот.

Повнорозмірне зображення

Двонаправлена ​​синхронізація волоконного часу

коли висхідний край імпульсів 1 pps вирівнюється за часом дистанційно.

TIC: лічильник інтервалу часу; DFBL: лазер з розподіленим зворотним зв'язком; МНВ: електрооптичний модулятор; SPGM: модуль генерації імпульсів синхронізації; PDCM: модуль управління затримкою імпульсу; PGM: модуль генерації імпульсів; OTM: модуль оптичного приймача.

Повнорозмірне зображення

Вимірювання дробової частоти та нестабільності часу

Повнорозмірне зображення

Вимірювання синхронізації часу проводили, реєструючи інтервали часу, отримані двома ТІК на обох ділянках. Як показано на рис. 5 (а), варіація затримки на 120 км вільного волоконного каналу становить приблизно 7,5 нс протягом 36 000 с (12 000 точок відбору проб зі швидкістю відбору проб 0,333 Гц). Беручи різницю між двома показаннями ТІК, можна отримати синхронізацію часу, як показано синьою лінією на рис. 5 (а). Різниця середньоквадратичної віддачі синхронізації часу становить менше 40 пс (в середньому 12000 балів). Це поліпшення коливання часу також можна оцінити за відхиленням у часі (TDEV), як показано на рис. 5 (b). Розрахований TDEV становить 1,6 пс за 100 с і падає до 0,6 пс за 1500 с.

( до ) Виміряна нестабільність часу та стабільність системи дифузії часу з 12 000 точок відбору при частоті дискретизації 0,333 Гц. Затримка волоконного каналу та синхронізація часу. Синя лінія - це точність синхронізації часу. Червона і чорна криві - це і відповідно. Вони майже перекриваються, показуючи чудові терміни; ( b ) Часове відхилення (TDEV) вимірює нестабільність передачі часу зі стабілізацією частоти та без неї.

Повнорозмірне зображення

Дебати

Також показано, що компенсація фази та вирівнювання часу можуть бути виконані цифровим способом на віддаленому кінці. На відміну від схеми централізованої компенсації, в якій місцева площадка витримує великі навантаження приладів в умовах розширеної волоконної мережі з декількох вузлів, запропонована нами схема забезпечує можливості надзвичайно точного та точного глобального розподілу частоти часу, навігаційного супутника та довгого вихідна інтерферометрія.

Методи

Виявлення фазового шуму за схемою WDM.

У комерційному волоконному каналі волокна не можуть бути з’єднані, і всі FC-з’єднання ввели відображення на поверхні, яке змішується з сигналами зворотного зв'язку і, таким чином, призводить до помилки виявлення. Отже, ми використовуємо WDM для розділення прямого та зворотного сигналів. У нашій системі канал DWDM № 33 використовувався для переадресації заблокованого імпульсного шлейфу в режимі частоти повторення 100 МГц з LB1 на LB2, а канал № 34 - для повернення імпульсного шлейфу в LB1. Перетворення довжини хвилі з каналу № 33 в канал № 34 було досягнуто запуском регенерованого імпульсного шлейфу, генерованого в іншому режимі блокованого волокнистого лазера, легованого ербієм, швидкість повторення якого була заблокована до імпульсного шлейфу, переданого через інший FLOM-PD. Ефект спектральної фільтрації DWDM також робить систему більш нечутливою до дисперсії волоконного зв'язку на великі відстані. Фазовий шум між місцевим та повернутим сигналами було виявлено змішувачем частоти. Перевага цієї схеми WDM полягає в тому, що передані сигнали та сигнали зворотного зв'язку знаходяться на одному волоконному каналі без необхідності зрощування, і це є більш практичним.

Цифрова стабілізація фази зворотного зв'язку

Метою передачі частоти є точне відтворення локального опорного сигналу частоти в кінці віддаленого користувача. Фазовий шум можна виявити, змішуючи імпульси вперед-назад в оптичній або ВЧ-області. У нашому 120-кілометровому каналі волокна варіація довжини волокна внаслідок коливань навколишнього середовища може бути набагато більшою, ніж компенсований діапазон традиційного екструдера волокна або лінії затримки. Тому була використана провідна схема цифрової фазової компенсації. Детальніше, як тільки було виявлено тремтіння на локальному кінці (LB1), оптичний зв’язок було встановлено за допомогою пари стандартних оптичних прийомопередавачів Small Form Pluggable (SFP) на LB1 та LB2 відповідно. Канали довжини хвиль №36 та №37 в мережі МСЕ WDM використовувались як довжини хвилі несучої. Потім виявлений фазовий шум надсилався на віддалений кінець за допомогою оптичного зв'язку. Отримана інформація використовувалася для управління РЧ фазоперетворювачем (AD9910) для стабілізації тремтіння 31 .

Синхронізація часу

Ми визначаємо час оптичного імпульсу, що проходить через волокно від локального до віддаленого, як

, і то в зворотному порядку як

Як і при передачі частоти, синхронізація часу здійснювалась за схемою FFDC. Вирівнювання часової бази на 1 pps виконувалося на дальньому кінці (LB2). Тому різниця в часі

Коментарі

Надсилаючи коментар, ви погоджуєтесь дотримуватись наших Умов та положень спільноти. Якщо ви виявите щось образливе або не відповідає нашим умовам чи інструкціям, позначте це як неприйнятне.