光波分复用传输系统的时间起始时刻纯真透明传递方法与流程

1.本发明属于精密测量和传输技术领域，涉及时间同步技术的光波分复用传输系统，尤其是一种光波分复用传输系统的时间起始时刻纯真透明传递方法。


背景技术：

2.陆基授时系统的授时精度与光网络的时间同步网和频率同步网的稳定性和准确性密切相关，在我国北京的高时间的钟源钟组 (ehprtc/hprtc)的优良的极高稳定和极高准确度的时间频率基准参考号是否无损伤、非降级、安全可靠、可用度高、可信度高的透明传递到＞5000km以远的地点，按目前北斗授时精度水平(＜10ns)当我国的北斗卫星导航授时系统被破坏、不可用时，由我国陆基授时系统依靠光网络能够继续为军事、民用用户提供“无损伤、非降级安全可靠和高可用的“透明的”传递的高精度时间频率基准授时信息”。实现天地互备pnt一体化的目的的实现。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种光波分复用传输系统的时间起始时刻纯真透明传递方法。
4.本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
5.一种光波分复用传输系统的时间起始时刻纯真透明传递方法，传递时基的时间起始时刻，同时提供多个高质量、长距离的光传输通道，所述时间起始时刻纯真透明传递方法是在波分复用的诸多波长中，采用n个波长通道实现时间起始时刻纯真透明传递，在系统中实施基于“同长度比对和动态色散精密监测”和“同长度比对及相对动态色散精密监测”获得的相对色散偏差值和相对色散斜率差异值的色散补偿，从而使得可以利用的波长通道比通常的可利用波长通道数量多。
6.进一步的，以上同一个波分复用的系统中的每一个波长的通道获得来自时间起始时刻传输通道的同步时钟和时间原点，从而优化该通道的传输质量，达到在相对于现有系统增长传输距离的情况下保持与现有传输系统的一致的传输质量指标。
7.进一步的，以上在起始时刻必须消除相对频率漂移和相对相位漂移。
8.进一步的，以上实现时间起始时刻纯真透明传递的n个波长通道，其中n为3，这n个通道实施多波共视方法使得起始时刻的纯真并且“过零交替”的下行传递到达节点。
9.进一步的，以上三波或七波有序选择避免相位漂移累积。
10.进一步的，以上采用始终同长度比对实施对不同波长引起的不同色散斜率漂移累积和不同的传输时延的补偿。
11.进一步的，以上传输通道的同步时钟和时间起始时刻的服务是在系统中的每一个节点将时间波长通道获得的实现时间起始时刻和同步时钟作为随路时钟用于对其它各波长通道的定时供级。
12.进一步的，以上所述时间起始时刻纯真透明传递方法是以“三波共视”下行同向传
递。
13.进一步，以上起始时刻发送上升沿瞬时抖动进行有序选择，并且采用鉴频新型鉴频鉴相。
14.本发明具有以下有益效果：
15.1)本发明对每个中继段时延恒定标称同步化，与光纤传递的真实距离无关；
16.2)滤除光纤传递(传输)过程中产生的多项随机变化噪声使光波传输色散自适应匹配平滑均衡补偿；
17.3)将超长距离的非线性不对称不匹配
……
等原因引入的时延漂移累积分中继段牢牢的控制在1/2a0内范围内，即mtie、tdev在一定观察测量时间内智能控制为常数即不随时间改变而改变，逐级实现“平稳随机过程”遥控锁相。
18.4)对时间(时刻)无损伤、非降级的精密传递方法。
19.5)使时间频率完全统一、高度一致分等级云同步化。
20.6)每个节点的噪声大小，只取决于时钟的本底噪声的大小。
21.7)监测时间精度只取决于时间间隔的度量尺度。
22.8)时间间隔导频的应用是网络同步化的基础设施建设。
23.9)全光网同步化就不存守时难度，即不在考虑“守时”技术指标。
24.10)每根光纤可设置若干个帧同步时间间隔导频传输，它永远确保“时间”这个物理量的透明的准确的稳定的安全可靠的健壮的传递刻全世界任何地方。
25.11)光网同步化为5g网无线同步化提供提升同步精度的可能。
26.12)本发明是提升北斗和卫星通信的时刻同步精度高度一致的重要手段。
具体实施方式
27.下面本发明做进一步详细描述：
28.本发明的光波分复用传输系统的时间起始时刻纯真透明传递方法，传递时基的时间起始时刻，同时提供多个高质量、长距离的光传输通道，其特征在于：所述时间起始时刻纯真透明传递方法是在波分复用的诸多波长中，采用n个波长通道实现时间起始时刻纯真透明传递，在系统中实施基于“同长度比对和动态色散精密监测”和“同长度比对及相对动态色散精密监测”获得的相对色散偏差值和相对色散斜率差异值的色散补偿，从而使得可以利用的波长通道比通常的可利用波长通道数量多。起始时刻发送上升沿瞬时抖动进行有序选择，并且采用鉴频新型鉴频鉴相。
29.本发明将以上同一个波分复用的系统中的每一个波长的通道获得来自时间起始时刻传输通道的同步时钟和时间原点，从而优化该通道的传输质量，达到在相对于现有系统增长传输距离的情况下保持与现有传输系统的一致的传输质量指标。并且在起始时刻必须消除相对频率漂移和相对相位漂移。传输通道的同步时钟和时间起始时刻的服务是在系统中的每一个节点将时间波长通道获得的实现时间起始时刻和同步时钟作为随路时钟用于对其它各波长通道的定时供级。所述时间起始时刻纯真透明传递方法是以“三波共视”下行同向传递。
30.其中：实现时间起始时刻纯真透明传递的n个波长通道，其中n 为3，这n个通道实施多波共视方法使得起始时刻的纯真并且“过零交替”的下行传递到达节点。三波或七
波有序选择避免相位漂移累积。采用始终同长度比对实施对不同波长引起的不同色散斜率漂移累积和不同的传输时延的补偿。
31.为了便于理解本发明的方案，以下对本发明做进一步详细说明：
32.本发明所提的时间起始时刻纯真透明传递是在传输网传输表征时间起始时刻的信号传输到网络的任何一个节点和需要的使用授时用户的设备、且保证该信号到达的时刻与起始信号发生的时刻相同，传输系统的这样的特性称为时间起始时刻纯真透明传输。能够实现时间的起始时刻纯真的透明传输到需要的授时用户使用的地方就是纯真透明传递。
33.本发明中首先给出光纤纯真透明传递这个概念需要首先明确的“光路由”的定义：一个单一光波频λa从a
→
b或b
→
a的光纤中传输时延为tx电脉冲起始时刻
→
到rx恢复为电脉冲终止时刻的时延值，则定义为光波频λa的“光路由”。它包括光波频从tx电接口eo变换处理时延和rx恢复oe变換处理时延在内的时延的总和，称为“光路由”。光波λa传输过程中的多项随机变化也包括在其中，因此，根据“时间”这个物理量的基本要求：时间必须是连续不间断的传输。那未时间间隔导频λt的透明传递就是a
→
b“光路由”中λt在dwdm 波分中传递路由必须直达。不充许变换成其它λi，如果经由光交叉后，λt还是λt这才是透明传递。sdh传输有“指针调整”，如果光交叉光波频互相随机交替会产生“相位阶跃”随机变化。
34.当前通信技术发展向高速率大数据大容量长距离发展中，当工作在40gbps及其更高速率的wdm光仟传输系统特别是长距离wdm系统，例如：对于40gbps的非归零(nrz)脉冲光传输，要求大于200ps/nm 的可调谐性，峰-峰值小于10ps的gvd非一致性(gvd-群速度色散) 和在0.5nm的波长内小于1ps的pmd。从而使色散漂移累积的门限将成为限制光纤通信向高速率大容量和长距离发展的主要因素。例如 40gbps系统中，需要将色散漂移精确的控制在小于50ps/nm以内。当比特速率提升为160gbps时，要求只有5.0ps/nm。200g/400g/800g 要求是多少？当然是更小。也就是说：將来的大数据、高速率、大容量、长距离光通信网的网同步的全光网同步化的精度，端到端达到 ps级才是更需要的时间精度，例如它们的多点mac控制olt onu需要“精密时间标签同步”和“精密同步时序”的精度(严格来讲应称为帧头有序时序同步化匹配传递技术)都必须达到ps级。更需要全光网络数字化、同步化才能实现。否则很难实现＞5000km以远的高速率、大容量的光通信数据传输。
35.另外当光中继距离是＜20km(请注意：光波在光纤中的传输时延值4.89550ns/km～4.89761ns/km～4.89899ns/km范围变化的光波频，因此光波频不同，产生的时延变化也不一样，而且还是随温度不同产生变化的光纤长度，即光纤长度随时刻
て
变化而变化)。当选帧周期为(例如8000pps比相鉴相时)125μs，考虑给光路由必须留足 eo/oe处理时的时延值(约25μs)。光传送网otn(请注意：otn这个名称是根据网络的功能及主要特征来定义的，它不限定网络的透明性，最终实现的目标是全透明的全光网络同步化传输。也就是说：dwdm 系统中光传送单元的光波长的光路由光纤长度≤20km的透明传递，可以由每秒8000帧周期来实现。如果按c波段有96个dwdm光频波在用)再选用o、s、l波段的cwdm和dwdm来传输并由dfb激光器来完成，将成为扩充光纤资源的一种好方法，这是一种创新的“新型 dwdm”波分传输模式，以“全透明模式”的新型nsotn全光网络同步化传输的网络架构可以完成。(请注意：125μs只是一种帧结构还有 250μs/500μs
……
等帧周期可用)，则能够一根光纤的o、s、l波段都实现dwdm波分传输时，其传输容量将增加3倍以上？如果将o、s、 l波都充分利用起来，有很大的现实意义。因此每条光缆中选用三个光波频λ iλtλ－i从传统的dwdm系统中“解拆”出来建立相对独立的同步支撑网，是确保光传输网网络正常运行维护的基础技术的支撑基础设施，而光纤资源o、s、l波段充分利用，在全光网络则是自主创新技术之一。是不与传统光传输通信业务争夺“黄金波段”的技术。是确保网络安全的重大技术措施之一。因此，开发o、s、l 波段光波传输是光纤战略资源的充分利用的好办法。
36.共视传输技术起源于远距离卫星通信，本发明是将“共视”这个原理创新的应用于光纤传输网网络中，“三波共视”技术解决时间同步起始时刻在光纤传递过程中的极其缓慢的寄生噪声的漂移累积的有效抑制、压缩、滤除的实现方法，由于光纤传输是不受大气层环境电磁波干扰等不利因素的影响，因此认为光纤传输透明传递才是当前能够实现ns传递＞5000km时间同步的同步化的核心传输技术之一。当mastr是ehprtc为1e-16的稳定度和准确度，如何“透明的、无损伤、不降级、安全可靠和高可信”的将这极其精准的时间频率基准参考信号传递到5000km以远的地点是我们必须要解决的技术难题？“多波共视”传递比相原理可以将同步效果，提高10倍以上，在加上基于fpga的多路径高精密多功能比对、比相器的设计完成，后再通过实验验证实践这个原理的效果，並把它认证定义为纯真透明传递它是远距离传递起始时刻关键核心技术之一。它们都是为建立在时间频率基准参考信号的“时间”这个物理量的起始时刻必须是连续不间断、纯真、透明传递基础上。
37.光纤传输光通信网络cwdm/dwdm传递过程中光传输的二次斜率，例如色散系数的二次斜率是引起光纤“信息”传递非线性不对称、不匹配的主要因素，是起始时刻产生漂移累积的主要原因之一。因此色散斜率差异必须100％的补偿，在dwdm在波分复用波频必须做到，方能确保特别是高波频与低波频之间的色散差异基本滤除。方能实现大容量、高速率、超长距离数据传输。
38.设定按陆基授时系统10ns时间同步技术要求的分配方法：
39.5000km＝100
×
50km共101端传递设备，分配给端到端的指标：
40.例如a
→←
b 5000km＝100
×
50km(或50
×
100km、200
×
25km等)
41.陞基授时系统指标为10ns时则a
→
b系统的mtie是≤
±
7.05ns，则分配给一个中继段端到端的指标是：
[0042][0043][0044][0045]
由此可见在制定otn全光网络的长距离时间频率基准的设计中，测量考核端到端的指标都是“ps”级时间同步精度为设计和测量指标的依据非常重要。
[0046]
设定主站是hprtc(1e-15/天)时钟源组，hprtc的零距离松耦合的极低相位噪声淨化的edcxo类型的“透明鈡”是ehprtc的零距离slave又是透明传递到大战区的master主站时钟组的一个核心单元(选用目前最精密的时间间隔分仪器是15位的测量精度来测量) 可达到：
[0047]
与主站hprtc比对相对频率误差：≤
±
5.0e-16/天/或7天/或 15天
[0048]
与主站hprtc比对相对相位偏差：≤
±
62.5ps/天/或7天/或15 天
[0049]
与主站hprtc比对时间间隔误差tid：ymax－ymin≤50ps/或25ps (注：tid—time inteival deviation时间间隔误差)：
[0050]
高精度数字示波器测量：
[0051]
多路共视测量技术可达(内部有200ghz时间间隔度量尺度)：5ps xx芯片的瞬时抖动≤20ps/45ps
[0052]
与hprtc比对相对相位平均值(mean)：
[0053]
与hprtc比对相对最大正偏离值(max)： 偏离度≤
±
1/2
[0054]
与hprtc比对相对最小负偏离值(min)：－偏离度≤
±
1/2
[0055]
与hprtc比对相对tdev或sdev(sdev)
[0056]
从两种测量中可算出5000km陆基授时系统的mtie指标：
[0057]
mtie≤
±
705ps(不是均方值而是观察
て
＝1天的测量时间间隔的峰—峰值)
[0058]
本发明是一种“全透明模式”的新型nsotn网络同步化全光网络，它的光纤同步支撑网网网络架构包括：
[0059]
每条光缆全光纤均可用一根光纤的波分复用的三个波建设下行无缝同步前专时间间隔导频的纯真透明传递的网络同步支撑网系统架构，用另一根光纤的三波建设上行无逢同步回传是“全透明模式”中的一种模式(双纤双向)：只要它们与其它波分复用互不干扰互不影响，利用基于fpga的pbso(phase-build-sync-out)平台功能和性能实现在纯真透明传递中的重要作用：
[0060]
pbso创新是充分利用master和slave的透明鈡的稳定性来纯真透明传递，性能和相对频率同步良性循环的同步效果逐步提升即是 slave“透明钟”又是master主时钟准确性和稳定性，当同步效果越好后，就有很高的稳定度和准确度的前题下，“精”“准”“快”的分离三波、精确比相、测相、二重鉴相，形成良性循环同步，稳态逐级跟踪同步精度比目前的传统同步技术高10倍以上。pbso和多波共视共同创新的分离了光纤随温度变化与光纤传输过程中色散漂移累积偏差和精准的相对斜率差异值，能够使光波频光路由电色散补偿o、 s、c、l波段的三波(pbso相位匹配平滑均衡同步化对齐补偿,两个 100％地滤除光纤传递过程中随机变化噪声。pbso与光纤长度捆绑结合选择适合的整帧周期构建的整帧锁相同步的传输网网络创新的实现相位匹配平滑均衡补偿对齐，使光纤传输光中继段光纤真实长度时延的变化也完成相位平滑均衡数字化补偿对齐。