為加速推進(jìn)我國(guó)6G空天地海一體化網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)略布局，破解傳統(tǒng)光纖鋪設(shè)以及“最后一公里接入”等的授時(shí)傳遞難題，中國(guó)聯(lián)通研究院攜手浙江聯(lián)通以及上海交通大學(xué)取得重大突破：業(yè)內(nèi)首個(gè)自由空間激光與光纖時(shí)頻高精度授時(shí)傳遞一體化試驗(yàn)網(wǎng)在杭州灣海域成功開(kāi)通并完成現(xiàn)網(wǎng)驗(yàn)證。這標(biāo)志著我國(guó)在自由空間高精度時(shí)頻同步技術(shù)及空地異構(gòu)融合網(wǎng)絡(luò)授時(shí)傳遞領(lǐng)域邁出了里程碑式的一步。
瞄準(zhǔn)6G與垂直行業(yè)痛點(diǎn)，破解覆蓋與同步授時(shí)及定位難題
隨著6G網(wǎng)絡(luò)向空天地海全域擴(kuò)展，以及工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、低空經(jīng)濟(jì)等垂直行業(yè)對(duì)高精度時(shí)頻同步及定位需求激增，基于傳統(tǒng)光纖的方法面臨著嚴(yán)峻挑戰(zhàn)：島嶼、遠(yuǎn)海、偏遠(yuǎn)山區(qū)、應(yīng)急救災(zāi)等場(chǎng)景下光纖部署成本高昂、難度大、周期長(zhǎng)，且經(jīng)過(guò)多跳傳遞之后精度也難以有效保證。相比較而言，自由空間激光傳輸方式以其部署靈活、成本低廉、即開(kāi)即用等的顯著優(yōu)勢(shì)，成為突破地理限制、實(shí)現(xiàn)“泛在連接”與“精準(zhǔn)同步”的有效解決途徑之一。在授時(shí)精度層面，采用空間光通信授時(shí)可以達(dá)到亞納秒甚至皮秒量級(jí)，遠(yuǎn)高于采用微波/GNSS系統(tǒng)的微秒量級(jí)；在時(shí)延層面，空間光通信授時(shí)由于采用光速傳播，具有極低的時(shí)延，采用微波/GNSS存在中繼和協(xié)議帶來(lái)的額外時(shí)延；在抗干擾能力層面，空間光通信具有極強(qiáng)的抗干擾能力，微波/GNSS易被干擾和欺騙。同時(shí)，空間光通信授時(shí)在安全性以及帶寬上均優(yōu)勢(shì)明顯。本次試驗(yàn)網(wǎng)的建設(shè)，正是聚焦這一核心需求，探索構(gòu)建“空-天-地-海”一體化高精度時(shí)頻同步傳遞網(wǎng)絡(luò)的可行方案。
基于空間光通信授時(shí)的國(guó)際、國(guó)內(nèi)研究進(jìn)展
美國(guó)NASA的LCRD項(xiàng)目（Laser Communications Relay Demonstration），通過(guò)地面站與衛(wèi)星間光鏈路傳遞時(shí)間數(shù)據(jù)，目的之一就是驗(yàn)證光通信授時(shí)與GPS精度做比對(duì)，但未查到精度比對(duì)數(shù)據(jù)。歐洲航天局（ESA）的歐洲半導(dǎo)體激光星間鏈路實(shí)驗(yàn)（SILEX）項(xiàng)目在EutelSat等商業(yè)星中部署激光載荷，用于實(shí)現(xiàn)低軌地面觀測(cè)衛(wèi)星SPOT4與高軌通信衛(wèi)星ARTEMIS之間的同步通信與授時(shí)。2023年中科院光電所完成了地基-高空平臺(tái)之間的光對(duì)時(shí)實(shí)驗(yàn)，對(duì)時(shí)精度達(dá)皮秒級(jí)。上述這些項(xiàng)目都是以星地或者星間的授時(shí)鏈路傳遞性能驗(yàn)證為主。
杭州灣現(xiàn)網(wǎng)實(shí)證：長(zhǎng)距離跨海，性能卓越
項(xiàng)目選定國(guó)家重大交通樞紐——杭州灣作為核心試驗(yàn)場(chǎng)，在杭州灣大橋兩端的中國(guó)聯(lián)通嘉興海鹽站點(diǎn)與寧波慈溪站點(diǎn)分別部署試驗(yàn)設(shè)備，試點(diǎn)方案如下圖所示，其中紅色線條代表空間光通信授時(shí)鏈路，綠色線條代表地面光纖授時(shí)鏈路：
該方案的創(chuàng)新性包括以下三個(gè)方面：
首創(chuàng)異構(gòu)組網(wǎng)模式：同時(shí)部署基于自由空間激光和基于光纖的兩套高精度時(shí)頻同步系統(tǒng)，構(gòu)建全球首個(gè)“空-纖”一體化時(shí)頻傳遞試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)。
60公里跨海傳遞驗(yàn)證：在海平面大氣環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)了空間激光時(shí)頻信號(hào)跨越60公里的穩(wěn)定傳輸，采用先進(jìn)的抗湍流協(xié)議和技術(shù)有效克服了海洋環(huán)境下大氣湍流的影響，實(shí)現(xiàn)超高靈敏度、超高精度時(shí)頻傳遞。
性能卓越，突破極限：350公里四級(jí)級(jí)聯(lián)光纖鏈路時(shí)間傳遞精度優(yōu)于100皮秒量級(jí)，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平；而60公里自由空間激光鏈路時(shí)間傳遞精度更是突破至飛秒量級(jí)，展現(xiàn)出其在超高精度同步領(lǐng)域的巨大潛力。試驗(yàn)成功驗(yàn)證了在復(fù)雜開(kāi)放環(huán)境下構(gòu)建異構(gòu)融合高精度時(shí)頻網(wǎng)絡(luò)的可行性。
引領(lǐng)未來(lái)網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新，賦能數(shù)字中國(guó)建設(shè)
作為項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人，中國(guó)聯(lián)通研究院首席研究員張賀表示，本次試驗(yàn)網(wǎng)的成功開(kāi)通，不僅是中國(guó)聯(lián)通與上海交通大學(xué)在前沿通信技術(shù)領(lǐng)域“產(chǎn)學(xué)研用”深度融合的典范成果，更是為未來(lái)6G網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建全域無(wú)縫覆蓋、超高精度同步傳遞能力奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)，為解決海島通信、應(yīng)急保障、遠(yuǎn)洋作業(yè)等國(guó)家重大需求提供了全新的技術(shù)選項(xiàng)。上海交通大學(xué)的陳建平教授也提出了后續(xù)會(huì)在試驗(yàn)網(wǎng)開(kāi)通期間，結(jié)合收集的氣象數(shù)據(jù)，進(jìn)一步分析比對(duì)天氣變化對(duì)空間光通信授時(shí)產(chǎn)生的影響，通過(guò)引入AI算法進(jìn)行建模分析，提升系統(tǒng)性能，增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
未來(lái)，中國(guó)聯(lián)通與上海交通大學(xué)雙方將持續(xù)深化戰(zhàn)略合作，聚焦國(guó)家重大戰(zhàn)略需求與產(chǎn)業(yè)前沿，加大在空天地一體化網(wǎng)絡(luò)、超高精度時(shí)頻同步、光通信等領(lǐng)域的科技創(chuàng)新投入，加速技術(shù)成果轉(zhuǎn)化與應(yīng)用推廣，攜手推動(dòng)我國(guó)信息通信產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，為建設(shè)網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國(guó)、數(shù)字中國(guó)貢獻(xiàn)核心科技力量。
