La transferencia de tiempo y frecuencia es un esquema en el que varios sitios comparten un tiempo o frecuencia de referencia precisa. La técnica se usa 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 los destellos observados u otros fenómenos entre sí, 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, a menudo transfiriendo la sincronización del reloj de referencia de un punto a otro, a menudo a largas distancias. Una precisión cercana a un nanosegundo en todo el mundo es económicamente práctica para muchas aplicaciones. Los sistemas de navegación por radio se utilizan con frecuencia como sistemas de transferencia de tiempo.
En algunos casos, se realizan varias mediciones durante un período de tiempo y la sincronización de la hora exacta se determina retrospectivamente. En particular, la sincronización de tiempo se ha logrado mediante el uso de pares de radiotelescopios para escuchar un púlsar , y la transferencia de tiempo se logra comparando los desplazamientos de tiempo de la señal del púlsar recibida.
Ejemplos de
Ejemplos de técnicas de transferencia de tiempo y frecuencia incluyen:
- Métodos de observación simultánea:
- Observación simultánea de la fase de portadora de señales GPS [1] [2]
- Transferencia de tiempo mediante observación simultánea de transmisiones de televisión [3]
- Transferencia de tiempo por observación simultánea de señales de radioastronomía
- Métodos de transferencia bidireccional:
- Métodos de red:
De una sola mano
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 simples y servir a muchos receptores, ya que el transmisor no conoce a los receptores.
El principal inconveniente del sistema de transferencia de tiempo unidireccional es que los retardos de propagación del canal de comunicación no se compensan excepto en algunos sistemas avanzados. Ejemplos de un sistema de transferencia de tiempo unidireccional son el reloj de una iglesia o edificio de la ciudad y el sonido de las campanas que indican la hora; bolas de tiempo , señales de reloj de radio 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 la compensación de la información de tiempo y posición en tiempo real.
Bidireccional
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 asume 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 a compensar. Un inconveniente es que el retardo de propagación bidireccional debe medirse y utilizarse 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 esclavos que pueden ser atendidos, o por software en cada esclavo. 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 esclavo. [6] El sistema de transferencia de tiempo y frecuencia por satélite bidireccional (TWSTFT) que se utiliza en comparación con algunos laboratorios en el tiempo utiliza 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.
Vista común
La diferencia de tiempo entre dos relojes se puede determinar comparando simultáneamente cada reloj con una señal de referencia común que se puede recibir 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 los sistemas de navegación y cronometraje ampliamente disponibles, como GPS o LORAN, son convenientes.
La precisión del tiempo transferido de esta forma suele ser de 1 a 10 ns. [8]
Estándar de tiempo
Desde la llegada del GPS, muchos receptores GPS comerciales ofrecen una sincronización de alta precisión pero asequible . El diseño de su sistema inicial esperaba una precisión de sincronización general mejor que 340 nanosegundos usando 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 se codifica en la señal de radio; el receptor determina cuánto tiempo después recibió la señal de lo que fue enviada. Para hacer esto, un reloj local se corrige a la hora del reloj atómico del GPS resolviendo tres dimensiones y tiempo basado 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 tiempo de aproximadamente 30 ns. Las referencias de tiempo de laboratorio basadas en GPS alcanzan habitualmente una precisión de 10 ns. [11]
Ver también
Referencias
- ^ Fase de portadora del sistema de posicionamiento global
- ^ Transferencia de tiempo y frecuencia utilizando la fase del operador de GPS
- ^ Técnicas de comparación de tiempos de TV y GPS
- ↑ a b Jones, T (2000). Dividiendo el segundo . Instituto de Publicaciones Físicas.
- ^ "Configure el reloj de su computadora a través de Internet usando herramientas integradas en el sistema operativo" . Instituto Nacional de Estándares y Tecnología . Consultado el 22 de diciembre de 2012 .
- ^ Novick, Andrew N .; et al. Distribución del tiempo mediante la World Wide Web http://tf.nist.gov/timefreq/general/pdf/1499.pdf . Enlace externo en
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( ayuda ) - ^ Allan, David W .; Weiss, Marc A. (mayo de 1980), "Transferencia precisa de tiempo y frecuencia durante la vista común de un satélite GPS" (PDF) , Actas del 34º Simposio anual de control de frecuencia USAERADCOM , Ft. Monmouth, Nueva Jersey: 334–346
- ^ Marc Weiss, Common View GPS Time Transfer , NIST Time and Frequency Division, archivado desde el original el 28 de octubre de 2012 , consultado el 22 de noviembre de 2011
- ^ Departamento de Defensa y Departamento de Transporte (1994). "Sistema de posicionamiento global USNO NAVSTAR" . Plan Federal de Radionavegación . Marina de los Estados Unidos . Consultado el 13 de noviembre de 2008 .
- ^ "Cronometraje del sistema de posicionamiento global" . Centro de Navegación de la Guardia Costera de EE. UU . Consultado el 13 de noviembre de 2008 .
- ^ "Transferencia de hora GPS y UTC" . RoyalTek. Archivado desde el original el 23 de marzo de 2010 . Consultado el 18 de diciembre de 2009 .