La transferencia de tiempo y frecuencia es un esquema en el que varios sitios comparten una frecuencia o tiempo de referencia precisos. La técnica se utiliza comúnmente para crear y distribuir escalas de tiempo estándar, como el Tiempo Atómico Internacional (TAI). La transferencia de tiempo resuelve problemas como los observatorios astronómicos que correlacionan entre sí los destellos observados u otros fenómenos, así como las torres de telefonía celular que coordinan las transferencias cuando un teléfono se mueve de una celda a otra.
Se han desarrollado múltiples técnicas que a menudo transfieren la sincronización del reloj de referencia de un punto a otro, a menudo a grandes distancias. Una precisión cercana al nanosegundo en todo el mundo es económicamente práctica para muchas aplicaciones. Los sistemas de navegación basados en radio se utilizan con frecuencia como sistemas de transferencia de tiempo.
En algunos casos, se realizan múltiples mediciones a lo largo de un período de tiempo y la sincronización horaria exacta se determina retrospectivamente. En particular, la sincronización horaria se ha logrado utilizando pares de radiotelescopios para escuchar un púlsar , y la transferencia de tiempo se logra comparando los desfases horarios de la señal del púlsar recibida.
Algunos ejemplos de técnicas de transferencia de tiempo y frecuencia incluyen:
En un sistema de transferencia de tiempo unidireccional, un extremo transmite su hora actual a través de algún canal de comunicación a uno o más receptores. [4] : 116 Los receptores, en la recepción, decodificarán el mensaje y, o bien informarán la hora, o bien ajustarán un reloj local que puede proporcionar informes de tiempo de espera entre la recepción de mensajes. La ventaja de los sistemas unidireccionales es que pueden ser técnicamente simples y servir a muchos receptores, ya que el transmisor no está al tanto de los receptores.
El principal inconveniente del sistema de transferencia horaria unidireccional es que los retardos de propagación del canal de comunicación no se compensan, excepto en algunos sistemas avanzados. Algunos ejemplos de un sistema de transferencia horaria unidireccional son el reloj de una iglesia o de un edificio de una ciudad y el sonido de sus campanas indicadoras de tiempo; las bolas de tiempo , las señales de reloj de radio como LORAN , DCF77 y MSF ; y finalmente el Sistema de Posicionamiento Global que utiliza múltiples transferencias horarias unidireccionales desde diferentes satélites, con información de posición y otros medios avanzados de compensación de retardos para permitir que el receptor compense la información de tiempo y posición en tiempo real.
En un sistema de transferencia de tiempo bidireccional, los dos pares transmitirán y también recibirán los mensajes del otro, realizando así dos transferencias de tiempo unidireccionales para determinar la diferencia entre el reloj remoto y el reloj local. [4] : 118 La suma de estas diferencias de tiempo es el retardo de ida y vuelta entre los dos nodos. A menudo se supone que este retardo se distribuye uniformemente entre las direcciones entre los pares. Bajo esta suposición, la mitad del retardo de ida y vuelta es el retardo de propagación que se debe compensar. Una desventaja es que el retardo de propagación bidireccional debe medirse y usarse para calcular una corrección de retardo. Esa función se puede implementar en la fuente de referencia, en cuyo caso la capacidad de la fuente limita el número de clientes que se pueden atender, o mediante software en cada cliente. El NIST proporciona un servicio de referencia de tiempo a los usuarios de computadoras en Internet, [5] basado en applets de Java cargados por cada cliente. [6] El sistema de transferencia de tiempo y frecuencia por satélite bidireccional (TWSTFT) que se usa en comparación entre algunos laboratorios de tiempo usa un satélite para un enlace común entre los laboratorios. El Protocolo de Tiempo de Red utiliza mensajes basados en paquetes a través de una red IP.
La diferencia horaria entre dos relojes se puede determinar comparando simultáneamente cada reloj con una señal de referencia común que puede recibirse en ambos sitios. [7] Mientras ambas estaciones finales reciban la misma señal satelital al mismo tiempo, la precisión de la fuente de la señal no es importante. La naturaleza de la señal recibida no es importante, aunque los sistemas de navegación y cronometraje ampliamente disponibles, como GPS o LORAN, son convenientes.
La precisión del tiempo transferido de esta manera suele ser de 1 a 10 ns. [8]
Desde la llegada del GPS y otros sistemas de navegación por satélite , muchos receptores GNSS comerciales ofrecen una medición de la hora muy precisa y asequible . Su diseño inicial del sistema preveía una precisión general de la hora mejor que 340 nanosegundos utilizando un "modo grueso" de baja calidad y 200 ns en modo de precisión. [9] Un receptor GPS funciona midiendo con precisión el tiempo de tránsito de las señales recibidas de varios satélites. Estas distancias combinadas geométricamente con información orbital precisa identifican la ubicación del receptor. La precisión de la hora es fundamental para una ubicación GPS precisa. La hora de un reloj atómico a bordo de cada satélite se codifica en la señal de radio; el receptor determina cuánto tiempo después recibió la señal de lo que fue enviada. Para ello, se corrige un reloj local a la hora del reloj atómico GPS resolviendo las tres dimensiones y la hora basándose en cuatro o más señales de satélite. [10] Las mejoras en los algoritmos llevan a muchos receptores GPS modernos de bajo coste a lograr una precisión mejor que 10 metros, lo que implica una precisión de la hora de unos 30 ns. Las referencias de tiempo de laboratorio basadas en GPS alcanzan rutinariamente una precisión de 10 ns. [11]