Zeitübertragung - Time transfer

Die Zeitübertragung ist ein Schema, bei dem mehrere Standorte eine genaue Referenzzeit gemeinsam nutzen. Zeitübertragung löst Probleme wie Observatorien beobachteten Blitze oder andere Phänomene miteinander sowie Korrelieren Mobilfunkmasten Weiterreichungen als Telefon bewegt sich von einer koordinierenden Zelle zur anderen.

Mehrere Techniken wurden entwickelt, oft Referenztakt übertragen Synchronisation von einem Punkt zum anderen, oft über lange Distanzen. Eine Genauigkeit von annähernd einer Nanosekunde weltweit ist für viele Anwendungen wirtschaftlich praktikabel. Funkbasierte Navigationssysteme werden häufig als Zeitübertragungssysteme verwendet.

In einigen Fällen werden über einen bestimmten Zeitraum mehrere Messungen durchgeführt, und die genaue Zeitsynchronisation wird nachträglich bestimmt. Insbesondere wurde die Zeitsynchronisation erreicht, indem Paare von Radioteleskopen zum Abhören eines Pulsars verwendet wurden , wobei die Zeitübertragung durch Vergleichen der Zeitversätze des empfangenen Pulsarsignals erreicht wurde.

Einweg

In einem Einweg-Zeitübertragungssystem überträgt ein Ende seine aktuelle Zeit über einen Kommunikationskanal an einen oder mehrere Empfänger. Die Empfänger dekodieren beim Empfang die Nachricht und melden entweder nur die Uhrzeit oder stellen eine lokale Uhr ein, die Zwischenzeitberichte über den Empfang von Nachrichten bereitstellen kann. Der Vorteil von Einwegsystemen besteht darin, dass sie technisch einfach sein und viele Empfänger bedienen können, da der Sender die Empfänger nicht kennt.

Der Hauptnachteil des Einweg-Zeitübertragungssystems besteht darin, dass Ausbreitungsverzögerungen des Kommunikationskanals außer in einigen fortgeschrittenen Systemen nicht kompensiert werden. Beispiele für ein Einweg-Zeitübertragungssystem sind die Uhr an einem Kirchen- oder Stadtgebäude und das Läuten ihrer Zeitanzeigeglocken; Zeitkugeln , Funkuhr Signale wie LORAN , DCF77 und MSF ; und schließlich das Global Positioning System , das mehrere Einweg-Zeitübertragungen von verschiedenen Satelliten mit Positionsinformationen und anderen fortschrittlichen Mitteln zur Verzögerungskompensation verwendet, um die Empfängerkompensation von Zeit- und Positionsinformationen in Echtzeit zu ermöglichen.

Zweiwege

In einem Zweiwege-Zeitübertragungssystem senden die beiden Peers beide Nachrichten und empfangen sich gegenseitig. Auf diese Weise werden zwei Einweg-Zeitübertragungen durchgeführt, um die Differenz zwischen der Fernuhr und der lokalen Uhr zu bestimmen. Die Summe dieser Zeitunterschiede ist die Umlaufverzögerung zwischen den beiden Knoten. Es wird oft angenommen, dass diese Verzögerung gleichmäßig zwischen den Richtungen zwischen den Peers verteilt ist. Unter dieser Annahme ist die Hälfte der Umlaufverzögerung die zu kompensierende Ausbreitungsverzögerung. Ein Nachteil ist, dass die Zweiwege-Ausbreitungsverzögerung gemessen und zur Berechnung einer Verzögerungskorrektur verwendet werden muss. Diese Funktion kann in der Referenzquelle implementiert werden. In diesem Fall begrenzt die Quellkapazität die Anzahl der Slaves, die bedient werden können, oder per Software in jedem Slave. Das NIST bietet Computerbenutzern im Internet einen Zeitreferenzdienst, der auf Java-Applets basiert, die von jedem Slave geladen werden. Das Zwei-Wege-Satelliten-Zeit- und Frequenzübertragungssystem (TWSTFT), das im Vergleich zwischen einigen Zeitlabors verwendet wird, verwendet einen Satelliten für eine gemeinsame Verbindung zwischen den Labors. Das Network Time Protocol verwendet paketbasierte Nachrichten über ein IP-Netzwerk.

Gemeinsame Ansicht

Die Zeitdifferenz zwischen zwei Takten kann bestimmt werden, indem jeder Takt gleichzeitig mit einem gemeinsamen Referenzsignal verglichen wird, das an beiden Stellen empfangen werden kann. Solange beide Endstationen gleichzeitig dasselbe Satellitensignal empfangen, ist die Genauigkeit der Signalquelle nicht wichtig. Die Art des empfangenen Signals ist nicht wichtig, obwohl weit verbreitete Zeit- und Navigationssysteme wie GPS oder LORAN praktisch sind.

Die auf diese Weise übertragene Zeitgenauigkeit beträgt typischerweise 1–10 ns.

Zeitstandard

Seit dem Aufkommen von GPS ist bei vielen kommerziellen GPS-Empfängern ein hochpräzises und dennoch erschwingliches Timing verfügbar . Das anfängliche Systemdesign erwartete eine allgemeine Timing-Genauigkeit von mehr als 340 Nanosekunden im minderwertigen "Grobmodus" und 200 ns im Präzisionsmodus. Ein GPS-Empfänger misst genau die Laufzeit von Signalen, die von mehreren Satelliten empfangen wurden. Diese Abstände, die geometrisch mit präzisen Orbitalinformationen kombiniert werden, identifizieren den Standort des Empfängers. Ein genaues Timing ist für einen genauen GPS-Standort von grundlegender Bedeutung. Die Zeit von einer Atomuhr an Bord jedes Satelliten wird in das Funksignal codiert. Der Empfänger bestimmt, wie viel später er das Signal empfangen hat, als es gesendet wurde. Zu diesem Zweck wird eine lokale Uhr auf die GPS-Atomuhrzeit korrigiert, indem anhand von vier oder mehr Satellitensignalen nach drei Dimensionen und Zeit gesucht wird. Verbesserungen bei den Algorithmen führen dazu, dass viele moderne kostengünstige GPS-Empfänger eine Genauigkeit von mehr als 10 Metern erreichen, was eine Zeitgenauigkeit von etwa 30 ns impliziert. GPS-basierte Laborzeitreferenzen erreichen routinemäßig eine Genauigkeit von 10 ns.

Siehe auch

Verweise