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超长距离高精度光纤双向时间传递-科技导报
科技导报2016,34(16)
超长距离高精度光纤双向时间传递超长距离高精度光纤双向时间传递
1,2 1,2
吴龟灵 ,陈建平
1.上海交通大学,区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室,上海 200240
2.上海交通大学,北斗导航与位置服务上海市重点实验室,上海 200240
摘要摘要 采用双向时分复用同纤同波传输(BTDM-SFSW)方案进行了超长距离高精度双向时间传递实验,设计了改进的IRIG-B
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时间码和相应的低抖动、自对准时间编/解码器。在2000 km的光纤环路上,实现了稳定度优于89 ps/s和23 ps/10 s时间传
递。针对现有单纤双向光放大器受后向散射噪声影响,以及无法有效利用现有光网络资源的问题,结合BTDM-SFSW的特点,
5
提出了一种单向放大单纤双向传输的方法;在6000 km的光纤环路上,实现了稳定度优于190ps/s和61 ps/10 s时间传递。计
算的时间传递不确定度小于70 ps,并进行了实验验证。
关键词关键词 时间传递;光纤传输;双向光放大;不确定度
精准的时间传递和同步是国家/国际时间频率体系、全球 的链路双向传输时延差,才能实现精准的时间传递和同步。
导航定位、大地测量与观测、精密计量、深空探测等前沿科学 链路时延标定涉及波长、链路长度、色散等的高精度测量,且
研究和重大基础设施中的共性基础问题和关键技术之 测量误差随光纤长度的增加而线性增加。对于实际的长距
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一 。为了不恶化高精度时间频率基准的性能,时间传递的 离光纤链路来说,不同子段链路特性不同,且光纤通路上设
精度必须比被传递的时间频率基准高一个量级以上。现有 备和链路的任何改变都需要重新标定。因此,运行和维护的
的时间传递方案中,基于同轴电缆的时间传递受限于电缆带 难度大、成本高。基于CDMA扩频码的同纤同波传输可以有
宽和损耗,距离限制在1km以内。通过卫星链路的时间传 效抑制后向散射的影响,并保证对称性。但高精度的扩频编
递,如双向时间传递(TWSTT)、GPS共视(GPSCV)等,距离可 码/解码等技术复杂、价格昂贵。双向光放大是实现超长距离
达数千上万km。但由于环境(温度、电离层变化等)对自由空 光纤时间传递的关键。将传统EDFA两端隔离器替换为双向
间传输通路的干扰,其时间传递精度限制在数百ps量级。随 滤波器的单纤双向光放大(singlefiberbidirectionalamplifier,
着新的时间频率基准(如:冷原子微波原子钟的天稳定度已 SFBA)可以最大幅度保证双向对称性。然而,进入SFBA的
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达10 量级 ,“光钟”的秒稳定度已达10 )的发展,亟需研 后向散射不仅影响其工作的稳定性,而且经SFBA 放大后对
究发展新的超长距离高精度时间传递方法与技术。 信噪比的恶化更严重,从而限制了链路中SFBA的个数和传
由于光纤通路受外界扰动相对较小、不受电磁干扰、不 递的距离。基于拉曼或布里渊的分布式双向放大还处于探索
存在多径效应,其稳定性明显优于自由空间通路。同时,光 阶段。
纤通路还具有低损耗、高可靠、大带宽等优点。因而,光纤时
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