基于光纤的时频同步技术具有同步精度高、可靠性强的优势,在高精度时钟比对、射电干涉测量、深空探测等领域发挥着日趋重要的作用。本论文回顾了时频传输与同步的发展历程,针对现有的光纤时频同步方案在大规模布网应用中的局限性,提出多种解决方案,这些方案有望应用于国际大科学工程——平方公里阵列望远镜项目。同时,为了增强时频同步技术在国防建设、国民生活等方面的应用,本论文提出了依托现有通信网络构建大范围时频同步网络的实现方案。本文介绍了补偿系统后置频率同步技术,对信号在光纤传输过程中引入的相位噪声进行主动补偿,实现频率信号高稳定度传输。在实验室内50公里光纤盘纤上频率同步稳定度为3.1×10-14/s和2.7×10-17/day。该技术适用于具有星形拓扑结构的光纤同步网络,已被平方公里阵列望远镜项目选做首选时频同步方案。本文介绍了频率信号任意位置下载技术,利用该技术能够在光纤链路的任意位置复现高精度参考频率信号。在实验室内55公里光纤盘纤上,采用任意位置下载技术复现的频率信号稳定度为2.0×10-14/s和1.6×10-16/104s。当在55公里同步链路上设置三个下载点时,复现信号的相对频率稳定度约在范围(2.0±0.3)×10-14/s和(1.8±0.2)×10-16/104s内。该技术的提出不仅扩大了光纤时频同步的覆盖范围,而且大大简化了光纤时频同步网络结构。为了便于应用,我们对补偿系统后置频率同步系统进行集成化设计,并在南非SKA台址的架空光缆上进行现场测试,分别验证了系统在架空光缆上的频率传输性能、在具有星形拓扑结构的光纤网络上的传输性能以及长距离传输性能。针对测试中出现的问题,我们提出了补偿系统后置频率同步改进方案,优化了光纤链路所处环境恶劣时的系统性能。本文最后介绍了依托现有通信网络构建大范围时频同步网络的实现方案。在调研现有商用光纤网络数字通信模式的基础上,本论文提出了频率同步系统与光网络交换设备共同工作的实现方案。在实验室构建了30公里加30公里数据交换光网络,与该网络共同工作的中继模式频率同步系统的性能指标为4×10-14/s和2.5×10-16/104s,同时,频率同步系统不影响光网络数据交换的正常进行。在此基础上,我们根据现有光网络的拓扑结构提出了时频信号按需分发方案,为构建安全性能更高的光纤频率同步网络提供技术支撑。