[發明專利]高精度光纖雙向時間比對方法與系統

有效

• 申請號: 201410320947.0
• 申請日: 2014-07-04
• 公開（公告）號: CN104168077B
• 公開（公告）日: 2017-02-08
• 發明（設計）人: 吳龜靈;胡亮;張浩;陳建平
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H04J3/06
• 分類號: H04J3/06
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司31213
• 代理人: 張寧展

技術領域

本發明涉及光纖時間頻率傳遞技術領域，具體是一種高精度光纖雙向時間比對方法與系統。

背景技術

高精度的時間同步技術在衛星導航、航空航天、深空探測、地質測繪、通信、電力傳輸和科學研究與計量等領域有著重要的應用價值。目前傳統高精度時間同步技術主要由GPS共視、衛星雙時間比對等。GPS共視法所需的設備相對簡單、成本低，但精度難以達到納秒量級。衛星雙向時間比對的精度可以達到亞納秒量級，但利用專用衛星的自由空間鏈路的穩定性(尤其是短期穩定性)容易受到干擾，其精度很難進一步提高，而且存在安全性及設備昂貴等問題。

光纖通路具有穩定性高(特別是在短時間內尺度上)、損耗低、受外界環境影響小、帶寬高等優點。上世紀八十年代就引起了研究者的關注。隨著光纖通信、光網絡技術的迅猛發展，以及對時間同步精度等要求的提高，基于光纖的時間同步引起了越來越多的研究者的關注，取得了相當大的進展，并已得到部分應用。

基于光纖通路的高精度時間傳遞主要有環回法(Round-trip)時間傳遞和雙向時間比對兩種方式。Round-trip時間傳遞方式中，通過遠端返回的信號實現鏈路時延的鎖定，再標定出傳輸鏈路的時延，從而實現時間的傳遞。波蘭AGH理工大學報道了基于該方案的420公里光纖時間和頻率傳遞實驗，時間傳遞的精度分別達到1ps/d[1]。基于類似方案，法國的激光物理實驗室(LPL)報道了采用德國TimeTech公司衛星雙向時間比對調制/解調器(SATRE)的540公里時間和光載波頻率傳遞實驗，時間傳遞的精度分別達到50ps/s[1]。基于WDM全光通路的雙向時間比對方式類似于衛星雙向時間比對，通過兩端同時向對方發送本地定時信息(1PPS)，利用通路的對稱性消除鏈路時延，得到兩地的鐘差。捷克教育科研網(CESNET)報道了基于該方案的744公里單纖雙向時間比對實驗，平均時間500秒的穩定度達8.7ps[3]。瑞典SP技術研究所利用其國內的WDM光網絡進行了560公里的雙向時間比對，并與載波相位的同步結果進行了比較，相差<1ns。

為了抑制后向瑞利散射和菲涅耳反射對傳輸信號的信噪比，上述兩種方案均采用雙向WDM傳輸方式(即兩個方向采用不同的發送波長)，存在光纖色散效應引起的雙向不對稱性，而且距離越長，不對稱性越大，限制了基于長距離雙向時間比對的精度。對于round-trip來說，由于實際網絡中不同鏈路上的光纖色散特性的差異，當進行數千公里長距離時間傳遞時很難對鏈路延時進行準確的標定。德國PTB采用TimeTech公司的SATRE進行了73公里的雙向時間比對實驗[4]。該方法采用擴頻編碼技術，可以實現同波長同纖雙向時間比對。但高精度的擴頻編碼/解碼技術復雜，成本很高。

[1]P.Krehlik,A.Czubla,et?al.,Dissemination?of?time?and?RF?frequency?via?a?stabilized?fibre?optic?link?over?a?distance?of420km,Metrologia,50(2):133-145,2013.

[2]Lopez,Olivier,et?al.Simultaneous?remote?transfer?of?accurate?timing?and?optical?frequency?over?a?public?fiber?network.Applied?Physics?B110.1(2013):3-6.

[3]V.Smotlacha,A.Kuna?and?W.Mache,Time?transfer?using?fiber?links,Proc.24th?European?Frequency?and?Time?Forum,Noordwijk,The?Netherlands,2010.

[4]D.Piester,M.Rost,M.Fujieda,et?al.,Remote?atomic?clock?synchronization?via?satellites?and?optical?fibers,Adv.Radio?Sci.,9(1):1-7,2011

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的不足，提供一種突破后向瑞利散射噪聲和色散限制的高精度時分復用光纖雙向時間比對方法，并在該方法的基礎之上提出了一種實現該方法的高精度雙向時間比對系統。

本發明原理如下：