上海交通大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)研制出高精度光纖時間同步系統(tǒng)

  央廣網(wǎng)上海9月12日消息（記者吳善陽 唐奇云）在日常生活中，如果我們和朋友約定的聚會時間具體到了“秒”，那是再精確不過的了?？墒窃谏羁仗綔y、射電天文、基礎(chǔ)物理測量等前沿科研領(lǐng)域，以及導(dǎo)航定位、通信、電力、金融等關(guān)系國計(jì)民生的領(lǐng)域中，“秒”的精度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠——我們需要獲取更高的時間頻率精度，每一次時頻精度的提高，都能夠使人們在更深的層次上認(rèn)識物質(zhì)世界。

  現(xiàn)有的衛(wèi)星等時間傳遞的精度受空間信道的影響，難以滿足前沿科研、高精度導(dǎo)航定位、5G通信等應(yīng)用的需求。而光纖時間傳遞系統(tǒng)利用光纖傳輸?shù)母叻€(wěn)定、大帶寬、低損耗等優(yōu)勢，可有效突破現(xiàn)有技術(shù)限制，實(shí)現(xiàn)高精度、長距離時間傳遞。在此背景下，上海交通大學(xué)區(qū)域光纖通信網(wǎng)與新型光通信系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室吳龜靈教授團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)多年潛心研究，采用多項(xiàng)自主核心專利技術(shù)，最大限度地利用光網(wǎng)絡(luò)資源實(shí)現(xiàn)了超長距離、分布式、大范圍高精度時間傳遞，即便身處地球任意一個地方，也能達(dá)到精準(zhǔn)“同步”。該技術(shù)將于本月19日開幕的第二十屆中國國際工業(yè)博覽會展出亮相。

  自主研發(fā)光纖時間傳遞技術(shù)使時間精準(zhǔn)“同步”時間是七個國際基本物理量之一，是關(guān)系國計(jì)民生、社會和國家發(fā)展的信息基石，對社會的支撐包括：導(dǎo)航定位、通信、電力、金融、智能交通、數(shù)字地球、航空***、前沿科技等等，幾乎是全方位。

  基于衛(wèi)星的雙向時間比對是目前性能最高的時間頻率傳遞手段，但它的精度會受到溫度、電離層變化等干擾，且價格昂貴、核心技術(shù)受國外壟斷。為了充分發(fā)揮高精度時間頻率基準(zhǔn)的效用，推動深空探索、大地觀測、基本物理常數(shù)測定等科學(xué)研究，實(shí)現(xiàn)高精度導(dǎo)航定位、國家時間頻率體系，以及支持新一代通信、電力、金融、智能交通、物聯(lián)網(wǎng)等，亟需發(fā)展高精度的廣域時間同步系統(tǒng)。

  光纖時間傳遞技術(shù)利用光纖通道的低損耗、大帶寬、高穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，是目前最高精度的時間傳遞手段。在光纖網(wǎng)絡(luò)已覆蓋全球的基礎(chǔ)上，光纖時間傳遞在精度、覆蓋范圍、成本、可靠性、安全性等方面都具有明顯的優(yōu)勢，有望成為未來地基時間傳遞的主要手段之一。美國、歐洲、日本等都高度關(guān)注這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展，投入大量資金開展相關(guān)技術(shù)和系統(tǒng)設(shè)備的研制。

  吳龜靈團(tuán)隊(duì)采用“雙向時分同纖同波傳輸”、“低抖動自對準(zhǔn)時間編解碼”、“單纖雙向傳輸-單向放大”、“單纖雙向光電中繼與多路下載”等多項(xiàng)自主核心專利技術(shù)，在有效抑制后向散射噪聲的影響的同時，最大限度保證鏈路雙向傳輸對稱性，無需鏈路標(biāo)定；傳遞精度優(yōu)于100皮秒（1皮秒等于10000億分之一秒），距離超過13000公里，處于國際***水平；系統(tǒng)具備多種組網(wǎng)方式，可根據(jù)應(yīng)用需求靈活組網(wǎng)，可嵌入現(xiàn)有光網(wǎng)絡(luò)，最大限度利用光網(wǎng)絡(luò)資源實(shí)現(xiàn)超長距離、分布式、大范圍高精度時間傳遞；可用于支撐形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)時的國家/國際時間頻率體系、衛(wèi)星導(dǎo)航、***等重大基礎(chǔ)設(shè)施與工程的建設(shè)，也可滿足通信、電力、金融、分布式雷達(dá)、智能交通、物聯(lián)網(wǎng)等對精準(zhǔn)時間同步的需求。

  核心技術(shù)國際*** 為關(guān)鍵領(lǐng)域及前沿探索提供重要支撐,據(jù)介紹，吳龜靈團(tuán)隊(duì)采用國際上***提出的“雙向時分同纖同波時間傳遞”技術(shù)，突破了雙向?qū)ΨQ性與后向散射噪聲之間的相互制約，同時獲得高穩(wěn)定度和高準(zhǔn)確度，且無需鏈路標(biāo)定，大大降低了系統(tǒng)復(fù)雜度和運(yùn)維成本；同時該團(tuán)隊(duì)***提出與現(xiàn)有光網(wǎng)絡(luò)兼容的高對稱低噪聲雙向光放大技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多跳超長距離光放大，極大拓展傳輸距離的同時，可使光纖授時通路嵌入光纖網(wǎng)絡(luò)，最大限度利用光網(wǎng)絡(luò)資源；專利的高對稱低噪聲光電中繼與多點(diǎn)接入技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)大范圍、分布式、扁平化的光纖時間傳遞，增加光纖時間傳遞的可靠性、安全性；采用基于高精度光學(xué)相干檢測和光電混合檢測的零值標(biāo)定方法，標(biāo)定精度達(dá)皮秒（ps）量級；傳遞精度優(yōu)于100皮秒，距離超過13000公里，遠(yuǎn)超國際上同等精度下的最長光纖時間傳輸距離。

  研制的光纖時間同步系統(tǒng)擁有完全自主核心知識產(chǎn)權(quán)，包括：美國和歐洲授權(quán)發(fā)明專利各1項(xiàng)，國家授權(quán)發(fā)明專利11項(xiàng)，申請美國和歐洲專利各1項(xiàng)、PCT專利3項(xiàng)、國家發(fā)明專利6項(xiàng)。在國際期刊和時頻領(lǐng)域***會議上發(fā)表論文20多篇。

  該系統(tǒng)的應(yīng)用還將帶來多方面的重大社會效益。在國家時間頻率體系、衛(wèi)星導(dǎo)航等國家重大基礎(chǔ)設(shè)施中的應(yīng)用，將為建成高精度、獨(dú)立自主、安全可靠的國家時間標(biāo)準(zhǔn)及導(dǎo)航定位系統(tǒng)提供關(guān)鍵支撐；通過提供高精度的時間，不僅可大大提升現(xiàn)有科學(xué)研究的觀察能力，而且還會為開拓新的探測手段和方法提供基礎(chǔ)，推動包括引力波探測、相對論驗(yàn)證在內(nèi)的諸多前沿基礎(chǔ)科學(xué)研究；通過為5G、物聯(lián)網(wǎng)等提供低成本的納秒（ns）級時間同步，為推動5G等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的建設(shè)和發(fā)展發(fā)揮重大作用。

  值得注意的是，除了該時間同步系統(tǒng)之外，本屆工博會上海交大共有20項(xiàng)參展項(xiàng)目，實(shí)物展示達(dá)80%，其中4項(xiàng)獲得2017年度國家科技進(jìn)步二等獎，4項(xiàng)獲得上海市獎項(xiàng)，項(xiàng)目涉及智能制造、信息技術(shù)、人工智能、新材料、微納米技術(shù)、新能源汽車裝備、高端醫(yī)療設(shè)備、機(jī)器人、臨床醫(yī)學(xué)、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)等多個領(lǐng)域。