DE102010021197B4 - Method for high-precision transmission of time or frequency standards - Google Patents
Method for high-precision transmission of time or frequency standards Download PDFInfo
- Publication number
- DE102010021197B4 DE102010021197B4 DE102010021197.4A DE102010021197A DE102010021197B4 DE 102010021197 B4 DE102010021197 B4 DE 102010021197B4 DE 102010021197 A DE102010021197 A DE 102010021197A DE 102010021197 B4 DE102010021197 B4 DE 102010021197B4
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- frequency
- carrier signal
- signal
- shifted
- carrier
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
- H04B10/25—Arrangements specific to fibre transmission
- H04B10/2575—Radio-over-fibre, e.g. radio frequency signal modulated onto an optical carrier
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
Abstract
Verfahren zur hochgenauen Übertragung von Zeit- oder Frequenznormalen von einem Sender durch die Atmosphäre zu einem Empfänger, mit den Schritten:- Generieren eines Laserlicht-Trägersignals mit konstanter Trägerfrequenz,- Generieren eines um das Zeit- oder Frequenznormal frequenzverschobenen Laserlicht-Trägersignals und- Übertragen des Trägersignals und des frequenzverschobenen Trägersignals, wobei das Zeit- oder Frequenznormal auf der Empfängerseite aus der Frequenzverschiebung zwischen dem frequenzverschobenen Trägersignal und dem Trägersignal gewonnen wird, ohne dass ein empfängerseitiger separater Lokaloszillator zur Signaldemodulation Anwendung findet.Method for the high-precision transmission of time or frequency standards from a transmitter through the atmosphere to a receiver, comprising the steps of: generating a laser carrier constant carrier frequency, generating a laser carrier frequency shifted in frequency by the time or frequency standard, and transmitting the transmitter Carrier signal and the frequency-shifted carrier signal, wherein the time or frequency normal at the receiver side of the frequency shift between the frequency-shifted carrier signal and the carrier signal is obtained without a receiver-side separate local oscillator for signal demodulation application.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur hochgenauen Übertragung von Zeit- oder Frequenznormalen von einem Sender zu einem Empfänger.The invention relates to a method for high-precision transmission of time or frequency standards from a transmitter to a receiver.
Stand der Technik ist die Übertragung des Frequenznormals über Funkträger an die zu synchronisierenden Partner (typ. Satelliten). Auf kurzen terrestrischen Strecken wird die Übertragung durch Laser getestet, dies sind aber noch keine operationellen Verfahren. Dabei wird typischerweise folgendermaßen verfahren: auf eine sehr sauber schwingende Laserwelle wird das Frequenznormal aufmoduliert, z.B. durch kohärente Phasen- oder Amplitudenmodulation. Dieses Signal wird über ein Sendeteleskop in Richtung zum Empfänger abgestrahlt. Dieser sammelt das Lichtsignal wieder mit einem Empfangsteleskop und demoduliert das Frequenzsignal. Dies kann z.B. durch einen klassischen Heterodynempfänger geschehen, dieser überlagert einen sog. Lokalen Oszillator (LO) mit der eintreffenden Welle (EL) und versucht, seine Schwingungsfrequenz und -Phase exakt dem EL anzupassen. Dazu muss der LO in Phase und Frequenz durch entsprechende Mechanismen geregelt werden (sog. OPLL: Optical Phase-Lock Loop). Gelingt der Phase-Lock so ist das Regelsignal der OPLL eine Größe zur Messung des Modulationssignals und damit des zu übertragenden Frequenznormals. Dieses Verfahren entspricht dem vom Rundfunk bekannten FM, nur ist es im optischen (mit Trägerfrequenzen um 300THz) sehr viel aufwendiger. Es gibt weitere ähnliche Verfahren, einfachere Verfahren benötigen keinen Heterodynempfang und messen z.B. nur die Amplitude des eintreffenden Lasersignals, dies ist aber sehr viel ungenauer, da die Amplitude des Lasers durch die atmosphärische Brechungsindexturbulenz stark gestört wird.The state of the art is the transmission of the frequency standard via radio bearers to the partners to be synchronized (typical satellites). On short terrestrial routes, laser transmission is being tested, but these are not yet operational. The procedure is typically as follows: on a very clean oscillating laser wave, the frequency normal is modulated, e.g. by coherent phase or amplitude modulation. This signal is emitted via a transmitting telescope towards the receiver. This collects the light signal again with a receiving telescope and demodulates the frequency signal. This can e.g. done by a classical heterodyne receiver, this superimposes a so-called Local Oscillator (LO) with the incoming wave (EL) and tries to adapt its oscillation frequency and phase exactly to the EL. For this, the LO in phase and frequency must be regulated by appropriate mechanisms (so-called OPLL: Optical Phase-Lock Loop). If the phase lock succeeds, the control signal of the OPLL is a variable for measuring the modulation signal and thus the frequency standard to be transmitted. This method corresponds to the radio FM known, but it is much more expensive in the optical (with carrier frequencies around 300THz). There are other similar methods, simpler methods do not require heterodyne reception and measure e.g. only the amplitude of the incoming laser signal, but this is much less accurate, since the amplitude of the laser is greatly disturbed by the atmospheric refractive index turbulence.
Probleme bei der Übertragung des Frequenznormals per Laser bestehen im Phasenrauschen der Laserquelle und der atmosphärischen Brechungsindexturbulenz. Beide Effekte führen dazu, dass das optische Trägersignal nicht perfekt ist sondern in seiner Phase rauscht. Ein darauf aufmoduliertes Frequenznormal wird davon ebenso gestört. Die atmosphärische Brechungsindexturbulenz führt zu einer stochastischen Weglängenänderung im µm-Bereich, womit die Phase des optischen Signals um mehrere Wellenlängen schwanken kann und die Frequenzübertragung entsprechend verschlechtert wird.Problems in the transmission of the frequency standard by laser exist in the phase noise of the laser source and the atmospheric refractive index turbulence. Both effects cause the optical carrier signal is not perfect but rushes in its phase. A frequency standard modulated thereon is likewise disturbed by this. The atmospheric refractive index turbulence leads to a stochastic path length change in the μm range, with which the phase of the optical signal can fluctuate by several wavelengths and the frequency transmission is correspondingly worsened.
Außerdem erfordert die kohärente Übertragung an beiden Enden hochstabile Laser (für EL und LO) bzw. aufwendige Verfahren zur Stabilisierung der Laserphase. Hierzu werden z.B. sog. Frequenzkämme eingesetzt welche eine hochpräzise Umsetzung zwischen elektrischer und optischer Frequenz erlauben, diese sind aber teuer und noch relativ voluminös.In addition, the coherent transmission at both ends requires highly stable lasers (for EL and LO) and elaborate methods for stabilizing the laser phase. For this, e.g. So-called frequency combs used which allow a high-precision implementation between electrical and optical frequency, but these are expensive and still relatively bulky.
Um die Phasenfehler durch die Brechungsindexturbulenz korrigieren zu können wird bei manchen Ansätzen dieser Brechungsindex-Phasenhubfehler in einem gesonderten Aufbau gemessen, dies gelingt z.B. durch ein Zweiwege-Experiment über einen Retroreflektor, allerdings bedingt dies einen erheblichen zusätzlichen Aufwand.In order to be able to correct the phase errors due to the refractive index turbulence, in some approaches this refractive index phase-deviation error is measured in a separate structure; through a two-way experiment on a retroreflector, however, this requires a considerable additional effort.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird definiert durch die Merkmale von Patentanspruch 1.The method according to the invention is defined by the features of patent claim 1.
Die Aufgabenlösung besteht in einer kohärenten Übertragung des Frequenzsignals, bei der der Lokale Oszillator ebenfalls mit dem eigentlichen Signal übertragen wird. Beim Empfänger wird also kein separater (immer mit einem Phasenfehler behafteter und per OPLL dem Empfangssignal nachzuführender) LO benötigt, sondern die Demodulation geschieht mit der mitgelieferten EL-Welle. Da die beiden zu mischenden Signale durch das gleiche störende Medium transmittieren, werden sie auch exakt gleich gestört (die atmosphärische Dispersion bei einem Frequenzversatz von nur ca. 100MHz ist vernachlässigbar). Ebenso stammen beide von der gleichen Quelle und haben daher auch die gleichen Phasenfehler der Laserquelle EL. All dies führt dazu, dass das demodulierte Signal bei der Differenzfrequenz keine Phasenfehler mehr beinhaltet, da durch die Subtraktion alle Frequenz- und Phasenfehler herausfallen.The task solution consists in a coherent transmission of the frequency signal, in which the local oscillator is also transmitted with the actual signal. The receiver therefore does not require a separate LO (always with a phase error and which must be supplied to the receive signal via the OPLL), but the demodulation is done with the supplied EL wave. Since the two signals to be mixed transmit through the same interfering medium, they are also disturbed exactly the same (the atmospheric dispersion at a frequency offset of only about 100 MHz is negligible). Likewise, both originate from the same source and therefore also have the same phase errors of the laser source EL. All this means that the demodulated signal at the difference frequency no longer contains phase errors, since the subtraction drops out all frequency and phase errors.
Die Übertragung bzw. Aufmodulation des Frequenznormalsignals kann dabei durch einen Akusto-Optischen Modulator erfolgen. Dieses optische Element wird elektrisch mit einer Sinusschwingung angesteuert und bewirkt einen Frequenzversatz des durchgehenden Lasersignals um exakt die elektrische Schwingung. Damit erhält man also ein Lasersignal welches um exakt die zu übertragende Frequenz (typ. 100MHz) verschoben ist, dieses wird zur Frequenzübertragung parallel zu einem vorher abgespaltenen Teil des ursprünglichen EL-Lasersignals in Richtung zum Empfänger abgesendet.The transmission or modulating the frequency normal signal can be done by an acousto-optical modulator. This optical element is electrically driven with a sine wave and causes a frequency offset of the continuous laser signal to exactly the electrical oscillation. Thus, one obtains a laser signal which is shifted by exactly the frequency to be transmitted (typ. 100MHz), this is sent to the frequency transmission parallel to a previously split-off part of the original EL laser signal towards the receiver.
Im Folgenden wird anhand der Figur ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.In the following an embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to FIG.
Am Sender werden das Trägersignal cos(ωELt) und das um das Frequenznormal ω0 verschobene Trägersignal cos((ωEL + ω0)·t) generiert:
Am Empfänger wird das gesamte Signal durch den Fotodetektor quadriert und in elektrischen Strom gewandelt:
- ωEL :
- Frequenz Sendelaser (ca. 200 bis 300 THz)
- ω0:
- Normfrequenz (10MHz oder 100MHz)
- ΔφA:
- atmosphärischer Phasenfehler
- DC:
- Signalanteile bei Gleichstrom
- HF:
- Signalanteile die bei doppelter optischer Trägerfrequenz entstehen können elektrisch nicht detektiert werden.
- ω EL :
- Frequency transmission laser (about 200 to 300 THz)
- ω 0 :
- Standard frequency (10MHz or 100MHz)
- Δφ A :
- atmospheric phase error
- DC:
- Signal components at DC
- HF:
- Signal components that occur at twice the optical carrier frequency can not be detected electrically.
Erfindungsgemäß kann also eine Frequenzübertragung durch die Atmosphäre erfolgen, ohne dass sich die optischen Weglängenschwankungen durch die atmosphärische Brechungsindexturbulenz auf die übertragene Normfrequenz auswirken. Die Frequenzübertragung ist mit einem spektral relativ unreinen Sendelaser möglich, weil das Phasenrauschen des Sendelasers wegsubtrahiert wird. Ein Empfangslaser (Lokaloszillator) entfällt, wodurch auch kein Optical Phase-Lock Loop (OPLL) beim Empfänger nötig ist. Eine separate Messung und Korrektur des atmosphärischen Phasenfehlers ist nicht nötig.Thus, according to the invention, a frequency transmission through the atmosphere can take place without the optical path length fluctuations due to the atmospheric refractive index turbulence having an effect on the transmitted standard frequency. The frequency transmission is possible with a spectrally relatively impure transmission laser, because the phase noise of the transmission laser is subtracted away. There is no need for a reception laser (local oscillator), which means that no optical phase-lock loop (OPLL) is required at the receiver. A separate measurement and correction of the atmospheric phase error is not necessary.
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102010021197.4A DE102010021197B4 (en) | 2010-05-21 | 2010-05-21 | Method for high-precision transmission of time or frequency standards |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102010021197.4A DE102010021197B4 (en) | 2010-05-21 | 2010-05-21 | Method for high-precision transmission of time or frequency standards |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102010021197A1 DE102010021197A1 (en) | 2011-11-24 |
DE102010021197B4 true DE102010021197B4 (en) | 2019-05-23 |
Family
ID=44900401
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102010021197.4A Expired - Fee Related DE102010021197B4 (en) | 2010-05-21 | 2010-05-21 | Method for high-precision transmission of time or frequency standards |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102010021197B4 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0016608A1 (en) | 1979-03-15 | 1980-10-01 | University Of Delaware | Method and apparatus for signal transmission via an optical fiber |
DE4431443A1 (en) * | 1993-09-07 | 1995-03-09 | Martin Marietta Corp | Optical demultiplexer for high frequency optical signals |
EP0928080A1 (en) * | 1997-12-31 | 1999-07-07 | PIRELLI CAVI E SISTEMI S.p.A. | Suppression of polarization hole burning with an acousto-optic modulator |
US6850712B1 (en) * | 2000-05-31 | 2005-02-01 | Lucent Technologies Inc. | Optical fiber transmission system with polarization multiplexing to reduce stimulated brillouin scattering |
DE102008019066A1 (en) * | 2008-04-15 | 2009-10-29 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | A method for atmospheric free space optical transmission of digital signals and receivers for the method |
-
2010
- 2010-05-21 DE DE102010021197.4A patent/DE102010021197B4/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0016608A1 (en) | 1979-03-15 | 1980-10-01 | University Of Delaware | Method and apparatus for signal transmission via an optical fiber |
DE4431443A1 (en) * | 1993-09-07 | 1995-03-09 | Martin Marietta Corp | Optical demultiplexer for high frequency optical signals |
EP0928080A1 (en) * | 1997-12-31 | 1999-07-07 | PIRELLI CAVI E SISTEMI S.p.A. | Suppression of polarization hole burning with an acousto-optic modulator |
US6850712B1 (en) * | 2000-05-31 | 2005-02-01 | Lucent Technologies Inc. | Optical fiber transmission system with polarization multiplexing to reduce stimulated brillouin scattering |
DE102008019066A1 (en) * | 2008-04-15 | 2009-10-29 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | A method for atmospheric free space optical transmission of digital signals and receivers for the method |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE102010021197A1 (en) | 2011-11-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0010064B1 (en) | Method of electro-optical distance measurement and apparatus for carrying out the method | |
EP0250819B1 (en) | Optical heterodyne receiver | |
US20200124650A1 (en) | System and Method for Measuring Time-Frequency Characteristic of High-Frequency Electromagnetic Signal | |
EP1529194B1 (en) | Method and device for optically measuring distance | |
DE102019111306A1 (en) | METHOD FOR CALCULATION-FREE BROADBAND SPECTRAL CORRELATION AND ANALYSIS | |
DE69519508T2 (en) | Heterodyne fiber optic transmission link with low bias current | |
DE1698279A1 (en) | Method and device for remote measurement using modulated bundles of light | |
EP1481367B1 (en) | Apparatus and method for transmitting data by way of an active backscatter transponder | |
EP1669730A2 (en) | Heterodyne-based optical spectrum analysis using data clock sampling | |
DE112010002587B4 (en) | Electro-optical distance meter | |
DE1256902B (en) | Device based on the principle of measuring the transit time of coherent electromagnetic oscillations for measuring the distance between two points at a distance | |
DE102010021197B4 (en) | Method for high-precision transmission of time or frequency standards | |
Schermer et al. | Non-uniform sub-nyquist optical sampling by acousto-optic delay modulation | |
DE102008046737B4 (en) | Method and system for synchronizing the clock frequencies of a transmitter and a receiver | |
EP1743149B1 (en) | Device and method for detecting high-frequency radiation | |
DE2529829A1 (en) | CIRCUIT ARRANGEMENT FOR A MICROWAVE GAS ANALYZER WITH A CAVITY RESONATOR | |
DE102010000817B4 (en) | laser interferometer | |
DE2619436A1 (en) | DISTANCE MEASURING DEVICE | |
DE884831C (en) | Method for measuring mutual distance between two stations by wireless means | |
DE1294547B (en) | Method for measuring frequency-dependent group delay distortions occurring at quadrupoles | |
DE112017001109T5 (en) | Imaging device for electric fields | |
DE2042163A1 (en) | Method and circuit arrangement for determining the phase shift between two signals of the same frequency originating from a single source | |
DE1257897B (en) | Method and device for close flight control using radio beacons | |
US20130302027A1 (en) | Optical measurement method and system | |
DE102015209092A1 (en) | "Method and measuring device for determining a mechanical vibration behavior of a component under mechanical tension" |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R016 | Response to examination communication | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R079 | Amendment of ipc main class |
Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: H04B0010100000 Ipc: H04B0010250000 Effective date: 20121119 |
|
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |