Передача времени и частоты — это схема, в которой несколько сайтов совместно используют точное опорное время или частоту. Этот метод обычно используется для создания и распространения стандартных шкал времени, таких как Международное атомное время (TAI). Передача времени решает такие проблемы, как корреляция астрономических обсерваторий между наблюдаемыми вспышками или другими явлениями, а также координация передач сигналов вышками сотовой связи при перемещении телефона из одной соты в другую.
Было разработано множество методов, часто передающих синхронизацию опорных часов из одной точки в другую, часто на большие расстояния. Точность, приближающаяся к одной наносекунде во всем мире, экономически целесообразна для многих приложений. Радионавигационные системы часто используются в качестве систем передачи времени.
В некоторых случаях проводятся множественные измерения в течение определенного периода времени, и точная временная синхронизация определяется ретроспективно. В частности, временная синхронизация была достигнута путем использования пар радиотелескопов для прослушивания пульсара , при этом передача времени осуществлялась путем сравнения временных смещений полученного сигнала пульсара.
Примеры методов передачи времени и частоты включают в себя:
В односторонней системе передачи времени один конец передает свое текущее время по некоторому каналу связи одному или нескольким приемникам. [4] : 116 Приемники при приеме декодируют сообщение и либо просто сообщают время, либо корректируют локальные часы, которые могут предоставлять отчеты о времени задержки между приемом сообщений. Преимущество односторонних систем в том, что они могут быть технически простыми и обслуживать множество приемников, поскольку передатчик не знает о приемниках.
Основным недостатком односторонней системы передачи времени является то, что задержки распространения канала связи остаются некомпенсированными, за исключением некоторых продвинутых систем. Примерами односторонней системы передачи времени являются часы на церкви или городском здании и звон их колоколов, указывающих время; шары времени , сигналы радиочасов, такие как LORAN , DCF77 и MSF ; и, наконец, Глобальная система позиционирования , которая использует множественные односторонние передачи времени с разных спутников с позиционной информацией и другими продвинутыми средствами компенсации задержки, чтобы позволить приемнику компенсировать информацию о времени и местоположении в реальном времени.
В системе двусторонней передачи времени два узла будут как передавать, так и получать сообщения друг друга, таким образом выполняя две односторонние передачи времени для определения разницы между удаленными часами и локальными часами. [4] : 118 Сумма этих разностей времени представляет собой задержку приема-передачи между двумя узлами. Часто предполагается, что эта задержка равномерно распределена между направлениями между узлами. При этом предположении половина задержки приема-передачи является задержкой распространения, которую необходимо компенсировать. Недостатком является то, что двусторонняя задержка распространения должна быть измерена и использована для расчета коррекции задержки. Эта функция может быть реализована в опорном источнике, в этом случае емкость источника ограничивает количество клиентов, которые могут быть обслужены, или с помощью программного обеспечения в каждом клиенте. NIST предоставляет услугу опорного времени для пользователей компьютеров в Интернете, [5] основанную на Java-апплетах, загружаемых каждым клиентом. [6] Система двусторонней спутниковой передачи времени и частоты (TWSTFT), используемая для сравнения между некоторыми лабораториями времени, использует спутник для общей связи между лабораториями. Протокол сетевого времени использует пакетные сообщения по IP-сети.
Разницу во времени между двумя часами можно определить, одновременно сравнивая каждые часы с общим опорным сигналом, который может быть получен на обоих участках. [7] Пока обе конечные станции получают один и тот же спутниковый сигнал в одно и то же время, точность источника сигнала не важна. Характер принимаемого сигнала не важен, хотя широко распространенные системы синхронизации и навигации, такие как GPS или LORAN, удобны.
Точность времени, передаваемого таким образом, обычно составляет 1–10 нс. [8]
С появлением GPS и других спутниковых навигационных систем, высокоточное, но доступное по цене время доступно от многих коммерческих приемников GNSS . Первоначальная конструкция системы ожидала общую точность времени лучше, чем 340 наносекунд с использованием низкосортного «грубого режима» и 200 нс в точном режиме. [9] Приемник GPS функционирует, точно измеряя время прохождения сигналов, полученных от нескольких спутников. Эти расстояния, объединенные геометрически с точной орбитальной информацией, идентифицируют местоположение приемника. Точное время имеет основополагающее значение для точного местоположения GPS. Время от атомных часов на борту каждого спутника кодируется в радиосигнал; приемник определяет, насколько позже он получил сигнал, чем был отправлен. Для этого локальные часы корректируются по времени атомных часов GPS путем решения для трех измерений и времени на основе четырех или более спутниковых сигналов. [10] Улучшения в алгоритмах приводят многие современные недорогие приемники GPS к достижению точности лучше, чем 10 метров, что подразумевает точность времени около 30 нс. Точность лабораторных эталонов времени на основе GPS обычно составляет 10 нс. [11]