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2. SINCRONIZAÇÃO

2.1. Definição

A transmissão digital continua evoluindo para velocidades binárias mais altas e a topologia fundamental da rede está mudando de uma arquitetura ponta a ponta para anéis e barramentos, assim sendo a confiabilidade da rede é essencial não podendo desenvolver-se sem uma infra-estrutura confiável. “A sincronização é uma necessidade fundamental da rede” (BREGNI, 2002).

Uma rede de sincronismo consiste em distribuir tempo e freqüência sob uma rede de relógios, espalhando-se por toda uma extensa área. O objetivo desta é alinhar as escalas de tempo e freqüência para todos os relógios, utilizando a capacidade de comunicação dos circuitos interconectados à rede existente (par metálico, fibra óptica ou link de rádio).

O método de sincronização atual emprega uma estrutura hierárquica referida ao relógio de referência primária (PRC). O Relógio de Referência Primária alimenta os relógios de rubídio e quartzo de nível dois nos centros principais e nos pontos extremos de acesso da rede utilizam-se relógios de quartzo de nível 2.
A sincronização é distribuída mediante os relógios dos elementos de rede, como mostra a figura 1.

Figura 1: A sincronização atual das redes

Fonte: Road show Sincronismo (2001)

2.2. Tecnologias de fontes de referências primárias

A partir de um ponto de vista teórico, o princípio de operação de qualquer tipo de relógio consiste da geração de oscilações e um contador automático de tais oscilações.
Com diferente capacidade, o oscilador pode ser baseado de fato em um fenômeno físico periódico de qualquer tipo: o balanço de um pêndulo ou a roda do mecanismo dos relógios, a vibração dos átomos no cristal que equipam os relógios de pulso e a radiação associada a um específico quantum atômico, são ótimos exemplos tendo em vista sua vasta aplicação.

Antes de apresentar o princípio da operação de relógios, começaremos distinguindo entre fontes de freqüência e fontes de tempo.
A fonte de freqüência provê um sinal pseudoperiódico onde a freqüência é a mais significativa informação, usada como referência para a freqüência de sincronização.
A fonte de tempo, por outro lado, provê um sinal que leva a informação de tempo absoluta ou relativa.
A mais notável fonte de tempo são as fontes de tempo universal coordenado (UTC) (3).
Além disso, distinguimos entre padrão de freqüência primária e secundária.
O padrão de freqüência primária é uma fonte de freqüência padrão que é usada como referência de freqüência para sincronização ou para outros propósitos, que não necessitam estar amarrados por uma outra referência externa.
Como exemplo de padrão de referência primária podemos citar o relógio de Césio e o MASER (4) de hidrogênio atômico.
Por outro lado, um padrão secundário de freqüência é uma fonte de freqüência padrão que pode ser e usualmente é, amarrada por alguma fonte de referência primária.
Como exemplo de padrão de freqüência primária são os padrões de quartzo e os de rubídio (BREGNI, 2002).

(3) É a escala de tempo oficial mundialmente, mantida pelo International Bureau des Poids et Mesures e o Serviço Internacional de Rotação da Terra, no qual forma a base da distribuição coordenada dos padrões de freqüência e sinal de tempo.

(4) padrão de freqüência é baseado na emissão estimulada de radiação eletromagnética a uma determinada freqüência correspondente a transmissão dos átomos de hidrogênio.


2.2.1. Sistema de Posicionamento Global (GPS)

O sistema de posicionamento global não é um relógio, mas um complexo sistema de relógios e satélites com cobertura mundial.

O GPS é um sistema de rádio que provê continuamente e em tempo real a posição tridimensional, velocidade e informação de tempo apropriada para usuários equipamentos com este dispositivo em terra, mar e aviação (KAPLAN, 1996).

Nascido essencialmente como navegação e ferramenta de posicionamento, é também usado puramente para referência de tempo a fim de difundir o tempo preciso, intervalos de tempo e freqüência.
Está disponível sem custo nenhum para qualquer um equipado com um receptor GPS.
Por este motivo é que receptores GPS são normalmente usados em redes celulares baseadas em modulação por multiplexação de código (CDMA) adicionalmente como referência de entrada em relógios para sincronização de redes (BREGNI, 2002).

O sistema é baseado numa constelação de 24 satélites, com no mínimo 21 operando pelo menos 98% do tempo, mas existem mais de 24 satélites operacionais em órbita devido ao lançamento de novos para substituir os mais antigos.
Cada um carrega dois relógios atômicos a bordo e são continuamente monitorados por estações de controle em terra.
Cada satélite propaga um sinal único de broadcast spread-spectrum com códigos pseudo-ramdômicos por um longo período (LATHI, 1998).

Os 24 satélites encontram-se numa curta órbita circular em um período de 12 horas. A órbita dos satélites repete quase sempre a mesma volta na terra uma vez por dia. Existem seis planos de órbita com 4 satélites igualmente espaçados por 60º cada e inclinados à 55º respeitando o plano equatorial. Esta constelação permite que se visualize de 5 a 8 satélites de qualquer ponto na Terra e a qualquer tempo (KAPLAN, 1996).

Abaixo alguns pontos relevantes sobre o sistema de posicionamento global:

• Fonte de referência de maior precisão disponível (longo prazo).

• Rastreável a UTC, além de apresentar o tempo real.

2.2.2. Césio

A freqüência do relógio é baseada na transmissão dos átomos do isótopo 133 do Césio em seu estado natural. Para este equipamento é construído um forno com algumas gramas do elemento atômico, onde devidamente polarizado emite uma freqüência precisa (KAPLAN, 1996). Abaixo algumas das principais características do relógio de Césio:

• Fonte de temporização independente.
• Alta precisão (longo e curto prazo).
• Requer calibração para garantir que a pilha atômica está operando dentro das especificações.

2.2.3. Rubídio

A freqüência do relógio de rubídio é baseada na transmissão de átomos do isótopo 87 de rubídio em forma de gás, que excitado por uma radiação microondas a uma determinada freqüência produz uma freqüência ressonante precisa para estabilidade em curto prazo muito melhor que um relógio de Césio. Abaixo alguns pontos relevantes sobre os relógios de rubídio:

• Confiável e relativamente econômico.
• Estabilidade excelente em holdover, mas requer referência externa para trabalhar com precisão.