DCF77

DCF77
Sender i Mainflingen; tre av de 200 m høye mastene holder antennen med takkapasitet for DCF77.
Grunnleggende data
Plass:	Mainhausen
Land:	Hessen
Land:	Tyskland
Høyde :	113  moh NHN
50.016 9. januarKoordinater: 50 ° 0 ′ 57,6 ″  N , 9 ° 0 ′ 36 ″  E
Bruk:	Tidssignalsender
Tilgjengelighet:	Overføringssystem ikke tilgjengelig for publikum
Eier :	Mediesending
Data om overføringssystemet
Byggetid:	frem til 1958
Operasjonstid:	siden 1959
Bølgebånd :	LW-sender
Ytterligere data Idriftsettelse : 1. januar 1959 Overføringskraft : 50  kW Overføringsfrekvens : 77,5  kHz
Posisjonskart
DCF77

Den tidssignalet senderen DCF77 er en langbølgesender i Mainflingen nær Frankfurt am Main , som leverer de fleste radiostyrte klokker i Vest- Europa med lovlig (klokke) tid gjeldende i Tyskland .

Den overføringsfrekvensen er 77,5 k Hz . Betegnelsen DCF77 er kallesignalet tildelt senderen for internasjonal identifikasjon . Det er en del av overføringssystemene i Mainflingen .

Dens tidssignaler , som sendes hvert sekund, sender enten sentraleuropeisk tid eller Central European Summer Time løpet av et minutt , i motsetning til andre tidssignalgivere, har de ikke overføre forskjellen dUT1 mellom jordas rotasjon tid og atomic tid . Andre kjente tidstjenester er Leger Uten Grenser i England (60 kHz), Frankrike Inter i Frankrike (162 kHz), samt sendergruppene RWM i Russland (4,996 MHz, 9,996 MHz og 14,996 MHz), WWV, WWVB, WWVH i USA (60 kHz; 2,5, 5, 10, 15 og 20 MHz) og frem til 2011 HBG i Sveits (75 kHz).

Som regel

Senderenes posisjon og rekkevidde

Senderen i Mainflingen fungerer på overføringsfrekvensen 77,5  kHz med en effekt på 50  kW . Overføringsmastene kan sees fra A 3 og A 45 ved Seligenstädter Dreieck .

Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) i Braunschweig har sendt en standardfrekvens via DCF77 siden 1959 og siden 1973 et datasignal for dato og klokkeslett. I henhold til lov om enheter i metrologi og tidsbestemmelse er PTB forpliktet til å vise og spre lovlig tid. Systemene i Mainflingen drives av Media Broadcast GmbH, som kom fra et tidligere datterselskap av T-Systems og har tilhørt mobiloperatøren mobilcom-debitel siden mars 2016 .

En styringsenhet utviklet av PTB med tre kommersielle (noe mindre komplekse) atomur fungerer som grunnlag for å generere tidssignalet på senderen . Denne kontrollenheten er synkronisert med de primære atomurene til PTB i Braunschweig (to cesiumklokker og to cesiumfontener ). Signalet oppnådd på denne måten har en nøyaktighet ved overføringspunktet med et relativt standardavvik på maksimalt 10 ⁻¹² . Det tilsvarer en feil på ett sekund på 30 000 år.

Kallesignal

Kallesignalet til senderen, spesifisert i den internasjonale frekvenslisten til ITU , er "DCF77". Den er avledet fra D for Tyskland, C for langbølgesendere , F på grunn av nærheten til Frankfurt, og tallet 77 for bærefrekvensen 77,5 kHz.

Kallesignalet ble tidligere sendt av DCF77-senderen, tre ganger i timen (to ganger på rad) som Morse-kode i løpet av 20. til 32. sekund på minuttene 19, 39 og 59. Selv om kallesignalet ble generert elektronisk uten å avbryte tidsstempelsekvensen, det ble overført en forverring i signal-støy-forholdet til de tilsvarende andre markørene. Siden det på grunn av den spesielle signalformen til DCF77-signalene alltid er mulig å tilordne disse signalene til DCF77-senderen, er overføring av anropssignalet frafalt siden 2007 i samsvar med bestemmelsene i implementeringsbestemmelsene for radiotjeneste .

Resepsjonsområde

DCF77-signalet kan - avhengig av tid på dagen og årstid - mottas opp til en avstand på ca. 2000 km. I tilfelle overreaches er rekkevidden for lange bølger betydelig større. Det er kjente tilfeller der klokker i Canada og Maldivene ble synkronisert.

Juridisk betydning

I Time Act of 1978 fikk Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) i oppdrag å formidle den lovlige tiden i Tyskland. Denne oppgaven ble tidligere utført av German Hydrographic Institute (DHI). Tidsinformasjonen distribuert via DCF77 representerer den offisielle tiden for Forbundsrepublikken Tyskland . Time Act ble erstattet i 2008 av Units and Time Act. PTBs oppgave å " presentere og spre den lovlige tiden " er overtatt.

signal

Bæresignalet på 77,5 kHz er synkronisert i frekvens og fasevinkel med den kontrollerende primære atomuret og har derfor bare små avvik fra settpunktfrekvensen. Over en dag er dette mindre enn relative 2 · 10 ⁻¹² , i gjennomsnitt over 100 dager med mindre enn relative 2 · 10 ⁻¹³ . Den kan således brukes som en kalibreringsfrekvens for meget presise høyfrekvente og lavfrekvente generatorer uten å vurdere tidsinformasjonen .

Et problem oppstår når sterk vind beveger T-antennen . Dette manifesterer seg i en målbar fasemodulering av det mottatte signalet. I tilfelle en veldig sterk storm og antennen beveger seg mye, noe som fører til en feiljustering av antennen, må senderen midlertidig tas ut av drift.

Senderen genererer en nominell effekt på 50 kW, hvorav rundt 30 til 35 kW utstråles via antennen.

I rekkevidden opptil 600 km kan signalet mottas som en støt . Fra rundt 1100 km, troposfærebølgekomponents dominerer . I en avstand fra 600 km til 1100 km fra senderen, hvis feltstyrken til bakken og himmelbølgene er den samme, kan signalet noen ganger avbrytes ( falming på 15 minutter og mer). Målområdet er 2000 km (se resepsjonsområdet ).

Overføringsmetode

Tidsinformasjonen overføres både ved hjelp av amplitude shift keying , som er den eldre metoden, og siden midten av 1983, og parallelt med dette, ved hjelp av fasemodulering . Sammenlignet med amplitude shift-tasting tillater fasemodulering en absolutt tidsoppløsning som er mer presis av flere krefter på ti for å gjenkjenne starten av et sekund. Senderens bærefrekvens, dvs. 77,5 kHz, representerer også den normale frekvensen.

Amplitude shift-tasting

Amplitude-modulert overføringseffekt av DCF77 som en funksjon av tiden

Amplitudeskiftet utføres ved negativ modulering av signalet ved å senke bæreramplituden til ca. 15% hvert sekund. I løpet av et minutt er nedgangene i begynnelsen av sekunder 0 til 58. Med siste sekund 59 er det ingen nedgang, hvorved det neste sekund (her igjen med nedgang) markerer begynnelsen på et minutt (sekund 0) og mottakeren er synkronisert kan. Hvis minuttet inneholder et skuddsekund , inneholder det andre 59 også en nedgang og et (ekstra) sekund 60 følger uten en nedgang.

Lengden på amplitudesenkingen ved begynnelsen av det andre står for verdien av et binært tegn : 100 ms senking står for verdien "0", 200 ms for "1". Dette betyr at 59 biter informasjon er tilgjengelige innen ett minutt .

Bitene som begynner å telle ved 0 brukes som følger:

Den andre markeringen 15 til 19 inneholder informasjon om uregelmessigheter i senderdriften (ringebit for å varsle PTB- ansatte), om tidssonen og kunngjøre starten og slutten av sommertid og sprangsekunder:

Bit 17 og 18 indikerer om detaljene fra bit 20 og fremover refererer til CET eller CEST, og er enten "01" eller "10".

I sekunder 20 til 58 overføres tidsinformasjonen for det følgende minutt serielt i form av BCD- tall, og begynner med den minst signifikante biten. Paritetsbiter brukes til å sikre dataene; paritet er jevn. Ukedagen er kodet i samsvar med ISO 8601 eller DIN EN 28601-standarden, ifølge hvilken mandag er dag én (binær 001) i en uke og søndag er dag syv (binær 111).

Fra kalenderåret overføres bare enheter og tiere, 2004 som 04.

I tilfelle et minutt uten et sprangsekund, sendes ingen andre markør på andre 59 I tilfelle et minutt med et sprangsekund sendes et "0" for andre 59 og ingen andre mark sendes for andre 60.

Tidsinformasjonen for det følgende minutt overføres alltid. DVS. Tidsinformasjonen for neste minutt overføres hvert minutt, slik at den deretter kan sjekkes med tidsstempelet til 0 bit i neste minutt, og hvis det ikke er noen feil, kan den aksepteres som tidsinformasjon.

For å få minst riktig tid betyr dette for brukeren av en radioklokke at mottaket må gå i minst drøye 38 sekunder. To sekunder av dette tidsrommet (andre 58 og gapet i andre 59) er nødvendige slik at mottakeren kan synkronisere til begynnelsen av det nye minuttet, samt 36 sekunder for å motta tidstelegrammet inkludert paritetsbiten. Men senest etter 120 sekunders interferensfri mottakelse ville klokken ha all nødvendig informasjon tilgjengelig.

De overførte paritetsbitene tillater bare feildeteksjon av mottatt informasjon, ingen feilretting, og kan ikke garantere feilfri deteksjon under dårlige mottaksforhold. For å oppnå pålitelig tidsinformasjon blir det tatt ytterligere tiltak, for eksempel blir redundansen av tidsinformasjonen evaluert i påfølgende minutter.

Fasemodulering

I tillegg til den amplitudemodulerte tidsoverføringen har informasjonen om begynnelsen av den andre siden juni 1983 blitt overført via fasemodulering av bæreren med en pseudo-tilfeldig sekvens (PZF) med en lengde på 512  chips på ett sekund, varigheten av en nyttig data bit . Brikkesekvensen bærer den samme brukerinformasjonen på en bit per sekund som ved amplitude-skiftnøkkel, avhengig av statusen til den nyttige databiten, sendes brikkesekvensen normalt eller invertert.

Ved hjelp av krysskorrelasjon av den pseudo-tilfeldige sekvensen kan den eksakte begynnelsen av den andre på mottakersiden bestemmes mer presist enn med amplitudemodulasjon. Slik at den ekstra fasemodulasjonen ikke forårsaker interferens i AM-drift, forblir den gjennomsnittlige faseposisjonen uendret, dvs. H. brikkesekvensen har 256 tidspositive og 256 tidsnegative faseforskyvninger per sekund, som totalt avbryter hverandre.

Temporal oppløsning

Med optimaliserte dekodingsalgoritmer og ingen overdreven båndbegrensning i mottaksfilteret, er tidsusikkerheten som den nøyaktige starten med de amplitudemodulerte andre markørene gjenkjennes over 100 µs. Standard husholdnings radiostyrte klokker bruker smalbåndsmottakere, med den vanlige båndbredden på rundt 10 Hz, og kan derfor bare bestemme begynnelsen av det andre med en nøyaktighet på 0,1 s når man bruker amplitudemodulasjon.

Med fasemodulering ved bruk av pseudo-tilfeldig sekvens (PZF) og krysskorrelasjon i mottakeren, er den absolutte nøyaktigheten 6,5 μs til 25 μs, avhengig av tid på dagen og tiden på året, noe som betyr en forbedring av tidsoppløsningen med en faktor på rundt 1000 sammenlignet med amplitude-modulerte andre markører.

Ekstra bruk

Varsling

Siden 1999 har det vært undersøkelser og forsøk på å utløse flere alarmer via DCF77-senderen , for eksempel i katastrofekontroll eller i tilfelle store skader ( kjemisk katastrofe , flom ). På vegne av det føderale innenriksdepartementet gjennomførte selskapet HKW-Elektronik GmbH en felttest på slutten av 2003 sammen med testdeltakere fra katastrofekontrollorganisasjoner for å signalisere alarmer i andre markering 1 til 14 av signalet. Ifølge PTB viste denne testen vellykket påliteligheten til et slikt system landsdekkende. I begynnelsen av 2004, med den endelige rapporten fra denne testen, rådet PTB det føderale innenriksdepartementet til å bruke DCF77-senderen som en del av et system for å advare befolkningen på lang sikt.

Bitstruktur DCF77 alarmsignal fra feltprøven

Strukturen til bitene for feltprøven for å advare publikum i tilfelle en katastrofe har følgende struktur:

Svar: Alarmbit, vær oppmerksom på at adressedata vil bli overført nedenfor

Dx: databiter

Px: backupbiter, paritetsbiter

De overførte dataene ble sikret to ganger: paritetsbiter og repetisjon av overføringen. Den korte blokken, sendt to ganger i løpet av det første minuttet, inneholder en grov inndeling av Forbundsrepublikken i tre regioner. Den lange blokken, sendt i andre og tredje minutt, inneholder den finere fordelingen av regionen som overføres i den korte blokken ned til distriktsnivå.

Værdata

Siden 22. november 2006 har senderen DCF77 overført værdata i andre markering 1 til 14 i tillegg til katastroferapporter. Tilsvarende utstyrte radioklokker kan vise en fire-dagers værmelding for 60 regioner i Europa . Værdataene er gitt av HKW-Elektronik GmbH under merket "Meteotime". De overføres i den proprietære Meteo-Time-protokollen, for dekryptering som det kreves en lisens for.

Siden andre merker 1 til 14 som tidligere er reservert for PTB, brukes, bør ikke eldre radioklokker påvirkes av værsignalet.

Network Time Protocol

Identifikatoren .DCFa brukes til tidsservere . for en standard DCF77-mottaker som referansetidskilde. Amplitudemodulasjonen blir evaluert her, fasemodulasjonsevalueringen utføres av .DCFp. indeksert.

Se også

• Liste over sendere i Hessen
• Historisk utvikling av tidsoverføring via radio

litteratur

• Peter Hetzel: Tidsinformasjon og normal frekvens . I: telekom praxis , utgave 1/1993, s. 25–36.
• Peter Hetzel: Langbølgesenderen DCF77 på 77,5 kHz: 40 års tidssignaler og normal frekvens, 25 år med kodet tidsinformasjon . I: PTB-Mitteilungen , bind 109, s. 11-18, 1999.
• Dirk Piester, Peter Hetzel, Andreas Bauch: Tid og normal frekvensfordeling med DCF77 . I: PTB-Mitteilungen , bind 114, s. 345–368, 2004.

weblenker

• Offisiell hjemmeside for DCF77-senderen PTB
• PTB Divisjon 4.4 - Omfattende informasjon om tid og frekvens
• Artikkel om egnetheten til DCF77 for advarsler
• www.dcf77.de (via Archive.org) på DCF77 ( Memento fra 27. desember 2014 i Internet Archive )
• R. Heret, T. Losert: Alt om radioklokker og tidssignalet
• Privat nettsted med dekoderingseksempler (inkludert skuddsekund)
• Tid og normal frekvensfordeling med DCF77 (PDF; 3,15 MB) PTB
• Nettsted med loggede DCF77-data og overførte værdata
• Evaluering av DCF-signalet med mikrokontrolleren eller en dekoderbrikke DCF-RS1
• Video: Hvordan DCF77 fungerer, målinger på mottaksmoduler og en forklaring på dekodingsskjemaet

Individuelle bevis

1. ↑ Dirk Piester, Peter Hetzel, Andreas Bauch: PTB Emne : Tid og normal frekvensfordeling med DCF77 . (PDF) I: PTB-Mitteilungen . 114, nr. 4, 2004, s. 348. Hentet 10. juli 2012.
2. ↑ PTB Braunschweig: Hvordan fungerer tidsoverføring? Hentet 30. april 2016
3. ↑ PTB Braunschweig: DCF77-kontrollenhet. Tilgang : 21. januar 2013
4. ↑ ^{a b} Dirk Piester, Peter Hetzel, Andreas Bauch: PTB Emne : Tid og normal frekvensfordeling med DCF77 . (PDF) I: PTB-Mitteilungen . 114, nr. 4, 2004, s. 350. Hentet 10. juli 2012.
5. ^ PTB Braunschweig: Avsenderidentifikasjon ; åpnet: 27. april 2017
6. ↑ Robert Heret, Thomas Losert: Rekkevidde for DCF77-senderen . I: Funk-Uhr-hjemmesiden . Hentet 12. desember 2010.
7. ↑ Lov om enheter i metrologi og tidsbestemmelse , seksjon 6, avsnitt 2, punkt 2; åpnet: 29. november 2017
8. ↑ ^{a b} Værvarsel for Meteotime-systemet - Versjon 1.0. (PDF; 579 kB) (Ikke lenger tilgjengelig online.) Meteo Time GmbH, 27. oktober 2006, arkivert fra originalen 29. desember 2009 ; Hentet 12. desember 2010 . 
9. ↑ tidskode. 6. januar 2020, åpnet 29. mars 2020 . 
10. ↑ ^{a b} DCF77 fasemodulasjon. Hentet 13. juli 2020 . 
11. ↑ DCF77 passer for fremtiden. Overføring av PTB-tidssignal med langbølgesender er "fullstendig fornyet". Physikalisch-Technische Bundesanstalt PTB, 12. desember 2006, åpnet 30. april 2016 . 
12. ↑ overtagelse av Meteotime ved HKW-Elektronik ; Hentet 5. januar 2017
13. ↑ The Network Time Protocol (NTP). Sjekk NTP-status. Meinberg Funkuhren, Bad Pyrmont, åpnet 29. august 2011 .