La transferencia de tiempo y frecuencia es un esquema en el que varios sitios comparten una hora o frecuencia de referencia precisa. 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 tales como el de los observatorios astronómicos que correlacionan los destellos observados u otros fenómenos entre sí, así como el de las torres de telefonía celular que coordinan las transferencias cuando un teléfono se mueve de una celda a otra.
Se han desarrollado múltiples técnicas, a menudo transfiriendo la sincronización del reloj de referencia de un punto a otro, a menudo a través de largas distancias. Una precisión cercana al nanosegundo en todo el mundo es económicamente práctica para muchas aplicaciones. Los sistemas de navegación por radio se utilizan frecuentemente como sistemas de transferencia de tiempo.
En algunos casos, se realizan múltiples mediciones durante un período de tiempo y la sincronización horaria exacta se determina retrospectivamente. En particular, la sincronización del tiempo se ha logrado mediante el uso de pares de radiotelescopios para escuchar un púlsar , y la transferencia de tiempo se ha logrado comparando los desfases temporales de la señal del púlsar recibida.
Ejemplos de técnicas de transferencia de tiempo y frecuencia incluyen:
En un sistema de transferencia de tiempo unidireccional, un extremo transmite su tiempo actual a través de algún canal de comunicación a uno o más receptores. [4] : 116 Los receptores, en la recepción, decodificarán el mensaje y simplemente informarán la hora o 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 sencillos y servir a muchos receptores, ya que el transmisor desconoce a los receptores.
El principal inconveniente del sistema de transferencia de tiempo unidireccional es que los retrasos de propagación del canal de comunicación no quedan compensados, excepto en algunos sistemas avanzados. Ejemplos de un sistema de transferencia de tiempo unidireccional son el reloj de una iglesia o edificio de una ciudad y el repique de sus campanas que indican la hora; balones de tiempo , señales de radio reloj como LORAN , DCF77 y MSF ; y finalmente el Sistema de Posicionamiento Global que utiliza múltiples transferencias de tiempo unidireccionales desde diferentes satélites, con información de posición y otros medios avanzados de compensación de retardo para permitir al receptor compensar 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 de cada uno, 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 retraso se distribuye uniformemente entre las direcciones entre los pares. Bajo este supuesto, la mitad del retardo de ida y vuelta es el retardo de propagación que debe compensarse. Un inconveniente es que el retardo de propagación bidireccional debe medirse y utilizarse para calcular una corrección del retardo. Esa función se puede implementar en la fuente de referencia, en cuyo caso la capacidad de la fuente limita la cantidad de clientes que se pueden atender, o por software en cada cliente. El NIST proporciona un servicio de referencia horaria a los usuarios de ordenadores en Internet, [5] basado en subprogramas de Java cargados por cada cliente. [6] El sistema bidireccional de transferencia de tiempo y frecuencia por satélite (TWSTFT) que se utiliza en comparación entre algunos laboratorios de tiempo utiliza un satélite como 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 puede determinarse comparando simultáneamente cada reloj con una señal de referencia común que puede recibirse en ambos sitios. [7] Siempre que ambas estaciones finales reciban la misma señal de satélite al mismo tiempo, la precisión de la fuente de la señal no es importante. La naturaleza de la señal recibida no es importante, aunque son convenientes los sistemas de navegación y cronometraje ampliamente disponibles, como GPS o LORAN.
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 sincronización altamente precisa pero asequible . El diseño inicial de su sistema esperaba una precisión de sincronización general superior a 340 nanosegundos utilizando el "modo grueso" de bajo grado y 200 ns en el 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 sincronización precisa es fundamental para una ubicación GPS precisa. La hora de un reloj atómico a bordo de cada satélite está codificada en la señal de radio; el receptor determina cuánto tiempo más tarde recibió la señal que cuando fue enviada. Para hacer esto, se corrige un reloj local al tiempo del reloj atómico GPS resolviendo tres dimensiones y el tiempo basándose en cuatro o más señales de satélite. [10] Las mejoras en los algoritmos llevan a muchos receptores GPS modernos de bajo costo a lograr una precisión superior a los 10 metros, lo que implica una precisión de sincronización de aproximadamente 30 ns. Las referencias horarias de laboratorio basadas en GPS alcanzan habitualmente una precisión de 10 ns. [11]