Transferência de tempo e frequência é um processo pelo qual locais distintos compartilham uma referência precisa de tempo ou de frequência. A técnica é usada na criação e na distribuição de escalas de tempo padronizadas, como o Tempo Atômico Internacional, ou TAI. A transferência de tempo permite que observatórios astronômicos comparem entre si os instantes de clarões ou de outros fenômenos observados. Também permite que torres de telefonia celular coordenem a transferência de uma conexão quando um telefone passa de uma célula para outra.
Foram desenvolvidas diferentes técnicas para sincronizar relógios com uma referência situada em outro ponto, muitas vezes a grandes distâncias. É economicamente viável obter uma exatidão próxima de um nanossegundo em qualquer parte do mundo para muitas aplicações. Sistemas de radionavegação são frequentemente usados para transferir tempo.
Em alguns casos, são feitas medições ao longo de um intervalo, e a sincronização exata é determinada depois. Uma das técnicas usa pares de radiotelescópios para captar sinais de um pulsar. A transferência de tempo é feita pela comparação das diferenças entre os instantes de recepção desses sinais.
Exemplos Entre as técnicas de transferência de tempo e frequência estão:
Métodos de observação simultânea: Observação simultânea da fase da onda portadora de sinais de sistemas globais de navegação por satélite, ou GNSS, como o GPS. Transferência de tempo pela observação simultânea de transmissões de televisão. Transferência de tempo pela observação simultânea de sinais de radioastronomia. Métodos de transferência bidirecional: Transferência bidirecional de tempo e frequência por satélite. Métodos de rede: Network Time Protocol. Precision Time Protocol.
Transferência unidirecional Em um sistema de transferência unidirecional de tempo, uma das extremidades transmite a hora que seu relógio indica por um canal de comunicação a um ou mais receptores. Ao receber a mensagem, os receptores a decodificam e apenas informam a hora ou ajustam um relógio local, que mantém a indicação da hora entre as mensagens recebidas. A vantagem desses sistemas é a possibilidade de usar uma estrutura tecnicamente simples e atender a muitos receptores, pois o transmissor não precisa saber quais receptores estão recebendo o sinal.
A principal desvantagem é que os atrasos de propagação do canal de comunicação não são compensados, exceto em alguns sistemas mais avançados. São exemplos de transferência unidirecional os relógios de igrejas ou de edifícios municipais e seus sinos, que anunciam as horas. Outros exemplos são os balões horários e os sinais usados por relógios controlados por rádio, como os de LORAN, DCF77 e MSF. O Sistema de posicionamento global também usa transferências unidirecionais de tempo a partir de diferentes satélites. Informações de posição e outros métodos avançados de compensação de atrasos permitem ao receptor corrigir as informações de tempo e de posição em tempo real.
Transferência bidirecional Em um sistema de transferência bidirecional de tempo, cada uma das extremidades transmite mensagens e recebe as da outra. São feitas duas transferências unidirecionais para determinar a diferença entre o relógio remoto e o local. A soma dessas diferenças de tempo é o atraso de ida e volta entre os dois pontos. Em geral, supõe-se que esse atraso seja igual nos dois sentidos. Nessa condição, o atraso de propagação a compensar corresponde à metade do atraso de ida e volta.
Uma desvantagem é a necessidade de medir o atraso de propagação de ida e volta e usá-lo para calcular uma correção. Essa função pode ser implementada na fonte de referência, cuja capacidade limita o número de clientes atendidos, ou por um programa em cada cliente.
O Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia, ou NIST, oferece um serviço de referência de tempo para usuários de computadores pela Internet. Uma versão de seu serviço de exibição da hora pela web usava applets em Java carregados por cada cliente. O sistema de transferência bidirecional de tempo e frequência por satélite, ou TWSTFT, usado na comparação entre alguns laboratórios de tempo, emprega um satélite como meio de comunicação comum entre os laboratórios. O Network Time Protocol usa mensagens em pacotes transmitidas por uma rede IP.
A determinação da longitude por telegrafia foi um dos meios usados para conectar dois pontos. Ela podia ser unidirecional ou bidirecional, e cada observatório podia corrigir a hora ou a posição do outro. Métodos de telegrafia do século XIX já usavam muitas das técnicas empregadas depois, como o cálculo do atraso de ida e volta e a sincronização de tempo com exatidão entre 15 e 25 milissegundos.
Visão comum A diferença entre dois relógios pode ser determinada pela comparação simultânea de cada um deles com um mesmo sinal de referência recebido nos dois locais. Desde que as duas estações recebam o sinal do mesmo satélite ao mesmo tempo, a exatidão da fonte do sinal não interfere no resultado. A natureza do sinal recebido também não é determinante, embora sistemas de tempo e navegação amplamente disponíveis, como GPS e LORAN, sejam convenientes.
A exatidão da transferência de tempo por esse método costuma ficar entre 1 e 10 ns.
GNSS Com o surgimento do GPS e de outros sistemas de navegação por satélite, muitos receptores GNSS comerciais passaram a permitir a obtenção de uma referência de tempo de alta precisão a um custo acessível. O projeto inicial do GPS previa uma precisão de tempo melhor que 340 nanossegundos no modo de aquisição aproximada, de menor precisão, e de 200 ns no modo de precisão. Um receptor GPS mede com precisão o tempo de percurso dos sinais recebidos de diferentes satélites. As distâncias assim obtidas são combinadas geometricamente com informações orbitais precisas para determinar a posição do receptor.
Uma referência precisa de tempo é fundamental para a exatidão da posição obtida por GPS. A hora de um relógio atômico a bordo de cada satélite é codificada no sinal de rádio. O receptor determina quanto tempo transcorreu entre a transmissão e a recepção do sinal. Para isso, um relógio local é ajustado à hora dos relógios atômicos do GPS por meio do cálculo da posição nas três dimensões e do tempo, a partir dos sinais de quatro ou mais satélites. Aperfeiçoamentos nos algoritmos permitem que muitos receptores GPS de baixo custo alcancem uma exatidão de posição melhor que 10 metros, o que corresponde a uma exatidão de tempo de cerca de 30 ns. Referências de tempo de laboratório baseadas em GPS alcançam rotineiramente uma precisão de 10 ns.
Ver também Serviço Internacional de Sistemas de Referência e Rotação da Terra, responsável por parâmetros da rotação terrestre usados na medição do tempo. Precision Time Protocol, protocolo para sincronizar relógios em redes. Relógio atômico, usado como referência precisa de tempo e frequência. Tempo Universal Coordenado, escala de tempo usada como referência para a sincronização.
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