Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Служба времени и частоты NIST
WWVB Antenna.jpg
Антенна WWVB и опорные башни
ТипСтанция времени
Страна
Соединенные Штаты
Владение
ВладелецНациональный институт стандартов и технологий
История
Дата запускаИюль 1956 г. (по экспериментальной лицензии KK2XEI)
4 июля 1963 г. (как WWVB)
Покрытие
ДоступностьКанада, США, Мексика
Ссылки
Интернет сайт"Домашняя страница WWVB" .

WWVB - это радиостанция сигналов точного времени недалеко от Форт-Коллинза, Колорадо, управляемая Национальным институтом стандартов и технологий (NIST). [1] Большинство радиоуправляемых часов в Северной Америке [2] используют передачи WWVB для установки правильного времени. ERP- сигнал мощностью 70 кВт, передаваемый из WWVB, представляет собой непрерывную несущую волну 60  кГц , частота которой определяется набором атомных часов, расположенных на месте передатчика, что дает погрешность частоты менее 1 части из 10 12 . Временной код с частотой один бит в секунду, который основан наФормат временного кода IRIG "H" , полученный из того же набора атомных часов, затем модулируется на несущей с использованием широтно-импульсной модуляции и амплитудной манипуляции . Единый полный кадр временного кода начинается в начале каждой минуты, длится одну минуту и ​​передает год, день года, час, минуту и ​​другую информацию на начало минуты.

WWVB совмещен с WWV , станцией сигналов времени, которая вещает как голосом, так и временным кодом на нескольких коротковолновых радиочастотах.

В то время как большинство сигналов времени кодируют местное время страны вещания, Соединенные Штаты охватывают несколько часовых поясов , поэтому WWVB передает время в формате всемирного координированного времени (UTC) . Затем радиоуправляемые часы могут применять смещение часового пояса и летнего времени по мере необходимости для отображения местного времени. [3] Время, используемое в трансляции, устанавливается шкалой времени NIST, известной как UTC (NIST). Эта шкала времени представляет собой рассчитанное среднее время ансамбля мастер-часов, калиброванных атомными часами с цезиевым фонтаном NIST-F1 и NIST-F2 . [4]

В 2011 году NIST оценил количество радиочасов и наручных часов, оснащенных приемником WWVB, в более чем 50 миллионов. [5]

WWVB, наряду с коротковолновыми станциями NIST с временным кодом и объявлением, WWV и WWVH, были предложены для исключения из бюджета NIST на 2019 год. [6] Однако в окончательном бюджете NIST на 2019 год сохранено финансирование для трех станций. [7]

Службы станций сигналов времени NIST [8]
СтанцияГод
эксплуатации		Год выхода
из строя		Радио
частоты		Звуковые
частоты		Музыкальная
подача		Временные
интервалы
Сигналы времени
Коррекция UT2
Прогнозы распространения		Геофизические
оповещения
WWV1923 г.✔✔✔✔✔✔✔✔
WWVH1948 г.✔✔✔✔✔✔✔
WWVB1963 г.✔✔✔✔
WWVL1963 г.1972 г.✔

История [ править ]

НЧ и ОНЧ (очень низкие частоты) вещания давно используются для распространения стандартов времени и частоты. Еще в 1904 году Военно-морская обсерватория США (USNO) транслировала сигналы времени из города Бостон для помощи в навигации. Этот и другие подобные эксперименты показали, что сигналы LF и VLF могут покрывать большую площадь, используя относительно низкую мощность. К 1923 году радиостанция NIST WWV начала транслировать стандартные несущие сигналы для населения на частотах от 75 до 2000 кГц.

Эти сигналы использовались для калибровки радиооборудования, что становилось все более важным по мере того, как становилось все больше и больше станций. За прошедшие годы многие радионавигационные системы были спроектированы с использованием стабильных сигналов времени и частоты, передаваемых в диапазонах НЧ и ОНЧ. Самой известной из этих навигационных систем была устаревшая Loran-C , которая позволяла кораблям и самолетам осуществлять навигацию посредством приема сигналов 100 кГц, транслируемых с нескольких передатчиков.

То, что сейчас называется WWVB, началось как радиостанция KK2XEI в июле 1956 года. Передатчик располагался в Боулдере, штат Колорадо , и эффективная излучаемая мощность (ERP) составляла всего 1,4 Вт. Несмотря на это, сигнал удалось отследить в Гарвардском университете в Массачусетсе . Цель этой экспериментальной передачи состояла в том, чтобы показать, что радиотракт стабилен, а ошибка частоты мала на низких частотах.

В 1962 году Национальное бюро стандартов (NBS), ныне известное как Национальный институт стандартов и технологий (NIST), начало строительство нового объекта на территории недалеко от Форт-Коллинза, штат Колорадо. Этот сайт стал домом для WWVB и WWVL, станции 20 кГц, перенесенной из гор к западу от Боулдера.

Место было привлекательным по нескольким причинам, одной из которых была исключительно высокая проводимость грунта, которая была обусловлена ​​высокой щелочностью почвы. Он также находился достаточно близко к Боулдеру (около 50 миль или 80 км), что облегчало персонал и управление, но гораздо дальше от гор, что делало его лучшим выбором для передачи всенаправленного сигнала.

WWVB вышел в эфир 4 июля 1963 года (5 июля в 00:00 UTC), [9] передавая сигнал ERP мощностью 5 кВт на частоте 60 кГц. В следующем месяце WWVL начала передавать сигнал ERP мощностью 0,5 кВт на частоте 20 кГц, используя для передачи данных частотную манипуляцию с переключением от 20 кГц до 26 кГц. Вещание WWVL было прекращено в июле 1972 года, а WWVB стал постоянной частью инфраструктуры страны.

1 июля 1965 года в WWVB был добавлен временной код. Это позволило разработать часы, которые могли бы принимать сигнал, декодировать его и затем автоматически синхронизировать себя. Формат временного кода изменился незначительно с 1965 года; он отправляет десятичный временной код, используя четыре двоичных бита для отправки каждой цифры в двоично-десятичном формате (BCD).

ERP WWVB была увеличена в несколько раз. В начале своего существования он был увеличен до 7 кВт, а затем до 13 кВт. Он оставался там в течение многих лет, пока в результате серьезной модернизации в 1998 году мощность не увеличилась до 50 кВт в 1999 году и, наконец, до 70 кВт в 2005 году. Увеличение мощности сделало зону покрытия намного больше и упростило использование крошечных приемников с простыми антеннами. получить сигнал. Это привело к появлению множества новых недорогих радиоуправляемых часов, которые «настраивают себя» на соответствие времени NIST.

Планы улучшения сервиса [ править ]

Местоположение WWVB в Колорадо делает сигнал самым слабым на восточном побережье США, где городская плотность также создает значительные помехи. В 2009 году NIST поднял вопрос о возможности добавления второго передатчика временного кода на восточном побережье, чтобы улучшить там прием сигнала и обеспечить определенную надежность всей системы, если погодные условия или другие причины вынудят один передатчик не работать. Такой передатчик будет использовать тот же временной код, но другую частоту. [10]

Использование 40 кГц позволит использовать приемники двухчастотного временного кода, уже произведенные для японских передатчиков JJY . [11] С выводом из эксплуатации швейцарской длинноволновой станции времени HBG на частоте 75 кГц, эта частота потенциально также доступна.

Планировалось установить передатчик на территории арсенала Редстоун в Хантсвилле, штат Алабама , но Центр космических полетов им. Маршалла возражал против наличия передатчика такой высокой мощности так близко к месту их работы. Финансирование, которое было выделено как часть «законопроекта о стимулировании» ARRA 2009 года , истекло до выхода из тупика [12], и теперь его вряд ли удастся найти.

В 2012 году NIST исследовал две другие идеи. Одна заключалась в добавлении второй частоты передачи на текущем сайте передатчика. Хотя это не повлияло бы на уровень сигнала, но уменьшило бы возникновение помех и (частотно-зависимых) многолучевых замираний.

Ни одна из идей второго передатчика не была реализована.

Вместо этого в 2012 году NIST реализовал вторую идею, добавив фазовую модуляцию к несущей WWVB. Для этого не требуются дополнительные передатчики или антенны, а фазовая модуляция уже успешно использовалась в немецких временных сигналах DCF77 и французских TDF . [12] Приемник, который декодирует фазовую модуляцию, может иметь больший выигрыш в процессе обработки , что позволяет использовать прием при более низком отношении принятого сигнала к шуму, чем временной код PWM / ASK . Этот метод более подробно описан далее в этой статье.

Антенны [ править ]

Координаты дома спирали антенны WWVB ( WGS84 )
север40 ° 40′50,6 ″ с.ш. 105 ° 03′01,7 ″ з.д. / 40.680722°N 105.050472°W / 40.680722; -105.050472 (WWVB - North antenna)
юг40 ° 40′28,9 ″ с.ш., 105 ° 02′42,3 ″ з.д. / 40.674694°N 105.045083°W / 40.674694; -105.045083 (WWVB - South antenna)

Координаты : 40 ° 40′41 ″ с.ш., 105 ° 02′49 ″ з.д.  / 40.67806°N 105.04694°W / 40.67806; -105.04694 (WWVB - Transmitter building)

Сигнал WWVB передается через фазированную решетку из двух идентичных антенных систем , расположенных на расстоянии 2810 футов (857 м) друг от друга, одна из которых ранее использовалась для WWVL. Каждая состоит из четырех 400-футовых (122 м) опор, которые используются для подвешивания «монополя с верхней загрузкой» ( Т-образной антенны ), состоящего из ромбовидной «сети» из нескольких кабелей в горизонтальной плоскости (емкостная ). цилиндр " ), поддерживаемый башнями, и нисходящий кабель (вертикальный кабель) посередине, который соединяет цилиндр с" спиральным домом "."на земле. В этой конфигурации нисходящий вывод является излучающим элементом антенны. Каждый спиральный корпус содержит двойную систему индуктивности с фиксированной переменной скоростью, которая автоматически согласовывается с передатчиком через контур обратной связи, чтобы поддерживать антенную систему на максимальном уровне. излучающих эффективность. сочетание в антенный спуск и цилиндре предназначен для замены одного, четвертьволновую длины волны антенны, которая, при 60 кГц, должна была бы быть непрактичным 4,100 футов (1250 м) в высоту. [13]

В рамках программы модернизации WWVB в конце 1990-х годов выведенная из эксплуатации антенна WWVL была отремонтирована и включена в текущую фазированную решетку. Использование обеих антенн одновременно привело к увеличению ERP до 50 кВт (позже 70 кВт). Станция также получила возможность работать на одной антенне с ERP 27 кВт, в то время как инженеры могли проводить техническое обслуживание другой. [13]

Формат модуляции [ править ]

WWVB передает данные со скоростью один бит в секунду, что занимает 60 секунд, чтобы отправить текущее время дня и дату в пределах столетия. Для этой цели используются два независимых временных кода: временной код с амплитудной модуляцией, который используется с небольшими изменениями с 1962 года, и временной код с фазовой модуляцией, добавленный в конце 2012 года. [14]

Амплитудная модуляция [ править ]

Несущая WWVB 60 кГц, которая имеет нормальную ERP 70  кВт , снижает мощность в начале каждой секунды UTC на 17  дБ (до 1,4 кВт ERP). Через некоторое время он восстанавливается на полную мощность. Продолжительность пониженной мощности кодирует один из трех символов:

  • Если мощность снижается на одну пятую секунды (0,2 с), это бит данных с нулевым значением.
  • Если мощность снижается на половину секунды (0,5 с), это бит данных со значением один.
  • Если мощность снижается на четыре пятых секунды (0,8 с), это специальный «маркер» без данных, используемый для кадрирования.

Каждую минуту передаются семь маркеров в регулярной последовательности, что позволяет приемнику определять начало минуты и, таким образом, правильное формирование битов данных. Остальные 53 секунды предоставляют биты данных, которые кодируют текущее время, дату и соответствующую информацию.

До 12 июля 2005 г., когда максимальная ERP WWVB составляла 50 кВт, снижение мощности составляло 10 дБ, что давало сигнал 5 кВт. Переход на большую глубину модуляции был частью серии экспериментов по увеличению покрытия без увеличения мощности передатчика. [15]

Фазовая модуляция [ править ]

Независимый временной код передается посредством двоичной фазовой манипуляции несущей WWVB. Бит 1 кодируется путем инвертирования фазы (сдвиг фазы на 180 °) несущей на одну секунду. Бит 0 передается с нормальной фазой несущей. Фазовый сдвиг начинается через 0,1 с после соответствующей секунды UTC, так что переход происходит при низкой амплитуде несущей. [14] : 2–4

Использование фазовой манипуляции позволяет более сложному (но все же очень простому по стандартам современной электроники) приемнику гораздо более четко различать биты 0 и 1, что позволяет улучшить прием на восточном побережье США, где уровень сигнала WWVB слабый. , высокочастотный шум высок, и сигнал времени MSF из Великобритании временами мешает. [16]

Нет маркеров, как в временном коде с амплитудной модуляцией. Вместо этого минутное кадрирование обеспечивается фиксированным набором битов данных, передаваемых в последнюю секунду каждой минуты и первые 13 секунд следующей. Поскольку амплитудно-модулированные маркеры обеспечивают только 0,2 с полной несущей, их сложнее декодировать с фазовой модуляцией. Таким образом, временной код с фазовой модуляцией позволяет избежать использования этих битовых позиций в течение минуты для важной информации.

Допуск для приемников слежения за фазой несущей [ править ]

Эта фазовая модуляция, добавленная в конце 2012 года, не влияет на популярные радиоуправляемые часы, которые учитывают только амплитуду несущей, но наносит вред (редко) приемникам, отслеживающим фазу несущей. [17]

Чтобы пользователи могли настраивать время в приемниках с отслеживанием фазы, временной код с фазовой модуляцией изначально не использовался дважды в день в течение 30 минут, начиная с полудня и полуночи по горному стандартному времени (07:00 и 19:00 UTC). Это предоставило приемнику достаточно возможностей для привязки к фазе несущей WWVB. Это пособие было снято с 21 марта 2013 г. [18]

ID станции [ править ]

До добавления фазомодулированного временного кода WWVB идентифицировал себя, увеличивая фазу своей несущей волны на 45 ° за десять минут после часа и возвращаясь к нормальному состоянию (сдвиг на -45 °) через пять минут. Этот шаг фазы был эквивалентен «резки и вставки» 1 / 8 цикла несущей 60 кГц, или примерно 2,08  мкс .

Этот метод идентификатора станции был обычным для узкополосных передатчиков большой мощности в диапазонах ОНЧ и НЧ, где другие промежуточные факторы препятствуют нормальным методам передачи позывных.

Когда в конце 2012 года был добавлен временной код фазовой модуляции, эта идентификация станции была исключена; сам формат временного кода служит идентификатором станции. [14] : 2

Временной код с амплитудной модуляцией [ править ]

Каждую минуту WWVB передает текущее время в двоичном десятичном формате. Хотя это основано на временном коде IRIG , битовое кодирование и порядок передаваемых битов отличаются от любого текущего или прошлого стандарта распределения времени IRIG.

  • Маркеры отправляются в течение секунд 0, 9, 19, 29, 39, 49 и 59 каждой минуты. Таким образом, начало второго из двух последовательных маркеров указывает на начало минуты и служит маркером времени для следующего кадра временного кода. Маркеры важны для того, чтобы приемники могли правильно определить временной код.
  • Маркер также отправляется во время дополнительных секунд . В этом исключительном случае будут переданы три последовательных маркера: один во второй 59, один во второй 60 и один во второй 0. Начало третьего маркера указывает на начало минуты.
  • Есть 11 неиспользуемых битов, передаваемых как двоичный 0.
  • Остальные 42 бита, нули и единицы, несут двоичный временной код и другую информацию.

По времени маркер, точный момент, который код время определяет, является ведущим (отрицательным продолжающимся) краем опорного кадра маркеров. Таким образом, временной код всегда передается в минутах сразу после момента, когда он представляет, и соответствует часам и минутам времени суток, которое часы должны отображать в этот момент в UTC (до того, как будут применены смещения часового пояса или летнего времени) .

На следующей схеме голубые (0 дБо) блоки обозначают несущую с полной мощностью, а темно-синие (-17 дБо) блоки обозначают несущую с пониженной интенсивностью. Самые широкие синие блоки - самые длинные интервалы (0,8 с) пониженной силы несущей - являются маркерами, происходящими в секундах 0, 9, 19, 29, 39, 49 и 59. Из оставшихся темно-синих блоков самые узкие представляют уменьшенная мощность несущей длительностью 0,2 секунды, поэтому биты данных имеют нулевое значение. Биты промежуточной ширины (например, в секундах: 02 и: 03) представляют уменьшенную мощность несущей продолжительностью 0,5 секунды, следовательно, биты данных имеют значение один.

В приведенном выше примере кодируется следующее:

  • день 66 (6 марта) 2008 г.
  • для минуты, начинающейся в 07:30:00 UTC
  • DUT1 составляет -0,3 секунды (следовательно, UT1 составляет 07: 29: 59,7)
  • DST сегодня не действует и не вступает в силу
  • в очереди нет високосной секунды, но текущий год является високосным

В таблице ниже это показано более подробно, в столбце «Ex» представлены биты из приведенного выше примера:

Структура временного кода WWVB
КусочекМассаСмыслБывшийКусочекМассаСмыслБывшийКусочекМассаСмыслБывший
: 00FRMМаркер ссылки кадраM: 200Не используется, всегда 0.0: 400,8Значение DUT1 (0–0,9 с).
DUT1 = UT1 −UTC.
Пример: 0,3		0
: 0140Минуты (00–59)
Пример: 30		0: 2100: 410,40
: 02201: 22200День года
1 = 13 января
365 = 31 декабря
(366, если високосный год)
Пример: 66 (6 марта)		0: 420,21
: 03101: 231000: 430,11
: 0400: 2400: 440Не используется, всегда 0.0
: 0580: 25800: 4580Год (00–99)
Пример: 08		0
: 0640: 26401: 46400
: 0720: 27201: 47200
: 0810: 28100: 48100
: 09P1МаркерM: 29P3M: 49P5M
: 100Не используется, всегда 0.0: 3080: 5081
: 1100: 3141: 5140
: 1220Часы (00–23)
Пример: 07		0: 3221: 5220
: 13100: 3310: 5310
: 1400: 340Не используется, всегда 0.0: 540Не используется, всегда 0. [19]0
: 1580: 3500: 55LYIИндикатор високосного года1
: 1641: 36+Знак ДУТ1 .
Если +, устанавливаются биты 36 и 38.
Если -, бит 37 установлен.
Пример: -		0: 56LSWДополнительная секунда в конце месяца0
: 1721: 37-1: 572Значение статуса DST (двоичное) :
00 = DST не действует.
10 = летнее время начинается сегодня.
11 = действует летнее время.
01 = DST заканчивается сегодня.
0
: 1811: 38+0: 5810
: 19P2МаркерM: 39P4МаркерM: 59P0МаркерM

Биты объявления [ править ]

Несколько битов временного кода WWVB предупреждают о предстоящих событиях.

Бит 55, если установлен, указывает, что текущий год является високосным и включает 29 февраля. Это позволяет получателю переводить номер дня в месяц и день в соответствии с правилами високосного года григорианского календаря, даже если временной код не включает век.

Когда дополнительная секунда запланирована на конец месяца, бит 56 устанавливается ближе к началу месяца и сбрасывается сразу после вставки дополнительной секунды.

Биты состояния DST указывают на правила перехода на летнее время в США . Биты обновляются ежедневно в течение минуты, начиная с 00:00 UTC. Первый бит DST, передаваемый через 57 секунд после минуты, изменяется в начале дня UTC, когда DST вступает в силу или заканчивается. Другой бит DST, на секунде 58, изменяется через 24 часа (после изменения DST). Следовательно, если биты DST различаются, DST меняется в 02:00 по местному времени в течение текущего дня UTC. До следующего 02:00 по местному времени после этого биты будут такими же.

Каждое изменение в битах DST будет сначала приниматься в континентальной части Соединенных Штатов между 16:00 PST и 20:00 EDT, в зависимости от местного часового пояса и от того, начинается или заканчивается переход на летнее время. Приемник в восточном часовом поясе (UTC-5) должен, следовательно, правильно получать индикацию «DST меняется» в течение семи часов до начала DST и за шесть часов до окончания DST, если он должен изменить местное время. отображать в нужное время. Таким образом, получатели в Центральном, Горном и Тихоокеанском часовых поясах получают предварительное уведомление за один, два и три часа соответственно.

Приемные часы должны применить изменение в следующие 02:00 по местному времени, если заметят, что биты различаются. Если получающие часы не получают обновления между 00:00 UTC и 02:00 по местному времени в день изменения, они должны применить изменение летнего времени при следующем обновлении после этого.

Эквивалентное определение битов состояния DST состоит в том, что бит 57 устанавливается, если DST будет действовать в 24:00 Z, конце текущего дня UTC. Бит 58 устанавливается, если летнее время действовало в 00:00 Z, начале текущего дня UTC.

Временной код с фазовой модуляцией [ править ]

Временной код с фазовой модуляцией был полностью обновлен и не связан с временным кодом с амплитудной модуляцией. Единственная связь заключается в том, что он также передается в 60-секундных кадрах, а маркеры с амплитудной модуляцией (когда только 20% секунды передается с полной интенсивностью) не используются для важной информации временного кода.

Одноминутные временные рамки [ править ]

Время передается как 26-битная «минута века» от 0 до 52595999 (или 52594559 в столетиях с 24 високосными годами). [14] Как и в случае кода с амплитудной модуляцией, время передается в минутах после момента, который он определяет; часы должны увеличивать его для отображения.

Дополнительные 5 битов для исправления ошибок создают 31-битный код Хэмминга, который может исправлять однобитовые ошибки или обнаруживать двухбитовые ошибки ( но не оба сразу ).

Другое поле кодирует биты объявления DST и дополнительной секунды, аналогично стандартному WWVB, а новое 6-битное поле обеспечивает значительно расширенное предупреждение о запланированных изменениях DST.

60 бит, передаваемых каждую минуту, делятся следующим образом:

  • 14 фиксированных битов синхронизации (0, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 1, 1, 0, 1, 0, 0, 0)
  • 32 бита времени, включая:
    • 26-битная двоичная минута века (0–52595999 для 36525 дней в столетии)
    • 5 битов ECC, составляющих код Хэмминга (31,26)
    • 1-битная копия младшего бита минуты
  • 5 бит статуса DST и ожидаемого скачка, включая:
    • 2 бита статуса DST, как в коде с амплитудной модуляцией
    • 2 бита (3 варианта) предупреждения о дополнительной секунде
    • 1 бит нечетной четности (за одним исключением, см. Ниже)
  • 6-битный код правил DST, содержащий:
    • 2 бита, указывающие время следующего изменения (1/2/3 часа или никогда)
    • 3 бита, указывающие дату изменения (какое воскресенье)
    • 1 бит нечетной четности (за одним исключением, см. Ниже)
  • 1 бит "уведомления NIST"
  • 2 зарезервированных бита

Приемник, который уже знает время с точностью до нескольких секунд, может синхронизироваться с фиксированным шаблоном синхронизации, даже если он не может различить отдельные биты временного кода.

Полный временной код (с амплитудно-модулированным кодом для справки) передается следующим образом:

Временной код WWVB с фазовой модуляцией [14] : 5
КусочекУсилитель.БывшийФазаСмыслБывшийКусочекУсилитель.БывшийФазаСмыслБывшийКусочекУсилитель.БывшийФазаСмыслБывший
: 00FRMMсинхронизация [12]Фиксированный шаблон
синхронизации
0: 20-0время [24]Двоичная
минута
века
0 - 52
595,999		0: 40DUT10время [6]0
: 01Минутные
десятки		0синхронизация [11]0: 21-0время [23]0: 411время [5]0
: 021синхронизация [10]1: 22День
100		0время [22]1: 420время [4]1
: 031синхронизация [9]1: 231время [21]1: 430время [3]1
: 04-0синхронизация [8]1: 24-0время [20]0: 44-0время [2]0
: 05Minute
те		0синхронизация [7]0: 25
Десятки дней		1время [19]0: 45Год
десятки		0время [1]1
: 060синхронизация [6]1: 260время [18]1: 460время [0]0
: 070синхронизация [5]1: 270время [17]0: 470dst_ls [4]DST /
Leap
второе
предупреждение		0
: 080синхронизация [4]0: 280время [16]0: 481dst_ls [3]0
: 09MP1синхронизировать [3]1: 29MP3р0: 49MP5уведомление1
: 10-0синхронизировать [2]0: 30день из
них		0время [15]0: 50Год
них		0dst_ls [2]0
: 11-0синхронизация [1]0: 311время [14]1: 510dst_ls [1]1
: 12Час
десятки		0синхронизация [0]0: 321время [13]1: 521dst_ls [0]1
: 131timepar [4]
Четность времени
(ECC)		1: 330время [12]0: 530dst_next [5]Следующее
расписание летнего времени		0
: 14-0timepar [3]0: 34-0время [11]0: 54-0dst_next [4]1
: 15часовые из
них		0timepar [2]0: 35-0время [10]0: 55LYI1dst_next [3]1
: 161timepar [1]1: 36
Знак ДУТ1		1время [9]1: 56LSW0dst_next [2]0
: 171timepar [0]0: 370время [8]1: 57Летнее время1dst_next [1]1
: 181время [25]0: 381время [7]0: 581dst_next [0]1
: 19MP2время [0](дубликат)0: 39MP4рзарезервированный1: 59MP0синхронизация [13]0

Биты внутри полей нумеруются от бита 0 как младшего бита; в каждом поле первым передается старший бит.

В примере показан временной код, передаваемый 4 июля 2012 г. с 17:30 до 17:31 UTC. [14] : 12–13 Код амплитуды BCD показывает время 17:30 на 186-й день года.

Двоичный временной код показывает минуты 0x064631A = 6578970 века. Если разделить на 1440 минут в день, получим 1050 минут (= 17 × 60 + 30) дня 4568 века. За 12 лет до 2012 года 365 × 12 + 3 = 4383 дня , так что это 185-й день года. Этот номер дня начинается с 0 1 января, а не с 1, как временной код BCD, поэтому он кодирует ту же дату.

Биты объявления [ править ]

Код с фазовой модуляцией содержит дополнительные биты объявления, полезные для преобразования широковещательного UTC в гражданское время.

В дополнение к битам предупреждения о переходе на летнее время и о секундах координации, которые содержатся в коде с амплитудной модуляцией, дополнительное поле расписания перехода на летнее время обеспечивает предупреждение о правилах перехода на летнее время за несколько месяцев вперед .

Последний бит, бит «уведомление», указывает на то, что есть объявление, представляющее интерес для пользователей WWVB, размещенное на nist.gov/pml/div688/grp40/wwvb.cfm .

Два зарезервированных бита в настоящее время не определены, но не гарантируют их нулевое значение; обратите внимание, что один из них передается как 1 в приведенном выше примере.

Информация DUT1 (+0,4 с) и биты индикатора високосного года (2012 - високосный год) в коде с амплитудной модуляцией не включаются в код с фазовой модуляцией; использование DUT1 для астрономической навигации было устаревшим в спутниковой навигации .

Предупреждение о летнем времени и дополнительной секунде [ править ]

Временной код с фазовой модуляцией содержит объявление о переходе на летнее время и информацию о предупреждении о дополнительной секунде, эквивалентную коду с амплитудной модуляцией, но они объединены в одно 5-битное поле для целей обнаружения ошибок.

Есть два бита объявления DST, которые позволяют получателю применять правила перехода на летнее время в США:

  • dst_on [0] устанавливается, если DST действовало в начале текущего дня UTC (00:00 UTC).
  • dst_on [1] устанавливается, если DST будет действовать в конце текущего дня UTC (24:00 UTC).

Два бита различаются в дни перехода на летнее время (в 02:00 по местному времени).

Есть также три возможности предупреждения о дополнительной секунде (0, +1 или -1 секунда), что дает двенадцать возможных значений, которые необходимо закодировать. Одиннадцать из них кодируются как 5-битные коды с нечетной четностью , обеспечивая обнаружение однобитовых ошибок (минимальное расстояние Хэмминга 2 между любыми двумя допустимыми кодами).

Пять из 16 возможных значений нечетной четности (все те, которые отличаются одним битом от 00011) не используются, а значение четности 00011 используется для кодирования наиболее распространенного условия: действует летнее время, нет ожидающих дополнительных секунд. Это обеспечивает исправление однобитовых ошибок (минимальное расстояние Хэмминга 3) всякий раз, когда передается этот код.

WWVB Сигнальные биты с фазовой модуляцией
Предупреждение о переходе на летнее времяПредупреждение о скачке
Смыслdst_on [0]dst_on [1]0+1−1
Не действует00010001100100100
Начинается сегодня01101101101010000
В результате11000111111101101
Заканчивается сегодня10101011110001110

Приведенный выше пример иллюстрирует этот общий случай: действует летнее время, и не ожидается ни одной дополнительной секунды (последняя дополнительная секунда была 4 дня назад).

Во время дополнительной секунды бит 59 (бит маркера с фазомодулированным кодом 0) передается снова.

Расписание летнего времени [ править ]

Чтобы продлить предупреждение о нескольких часах, предоставляемое dst_on [1], другое 6-битное поле кодирует расписание для следующего изменения летнего времени. Кодирование довольно сложное, но фактически предоставляет 5 бит информации. Три бита задают дату изменения: от 0 до 7 воскресений после первого воскресенья марта (когда dst_on [1] = 0) или от 4 до 3 воскресений после первого воскресенья ноября (когда dst_on [1] = 1).

Еще два бита кодируют время изменения: 1:00, 2:00 или 3:00 по местному времени. Четвертая комбинация этих двух битов кодирует (используя биты даты изменения) несколько особых случаев: летнее время в другое время, летнее время всегда выключено, летнее время всегда включено и пять зарезервированных кодов.

Как и в случае с другим полем предупреждения, большинство назначенных 6-битных кодов имеют нечетную четность, обеспечивая расстояние Хэмминга 2 друг от друга. Однако 6 из 32 кодов нечетной четности не используются (все те, которые отличаются на один бит от 011011), а код четности 011011 используется для кодирования наиболее распространенного правила летнего времени (2-е воскресенье марта или 1-е воскресенье марта). Ноябрь) с расстоянием Хэмминга 3.

Пять дополнительных зарезервированных кодов назначаются другим кодовым словам с четностью на расстоянии Хэмминга 1 от маловероятных кодов правил DST.

Пример кода 011011 указывает на переход на летнее время в 02:00 в первое воскресенье ноября.

Фреймы сообщений [ править ]

Небольшой процент кадров временного кода (обычно менее 10%) [14] : 5 может быть заменен одноминутными кадрами сообщений, содержащими другую информацию, например экстренные радиопередачи.

Детали таких кадров еще не уточнены, но они будут начинаться с альтернативного слова синхронизации (1101000111010 и 0 в течение секунды 59) и включать 42 бита не временных данных в немаркерные биты временного кода. Кадры сообщений по-прежнему содержат время [0] в течение секунды 19 и бит уведомления в течение секунды 49, поэтому получатель, который знает время с точностью до ± 1 минуты, может синхронизироваться с ними.

Ожидается, что сообщения будут охватывать несколько фреймов сообщений.

Шестиминутные временные рамки [ править ]

Для шести минут каждые полчаса, с 10–16 и 40–46 минут каждый час, минутные кадры заменяются специальными расширенными временными рамками. Вместо того, чтобы передавать 35 бит информации за одну минуту, он передает 7 бит (только время дня и статус DST) в течение 6 минут, что дает в 30 раз больше энергии на передаваемый бит, что на 14,8 дБ больше в бюджете канала связи по сравнению со стандартом. одноминутный временной код. [14] : 13–17

360-битное кодовое слово состоит из трех частей:

  • 127-битная последовательность (сгенерированная 7-битным регистром сдвига с линейной обратной связью ), повернутая влево на переменную величину для кодирования значения от 0 до 123.
  • 106-битная фиксированная битовая последовательность.
  • 127-битный реверс исходной последовательности. Поскольку он перевернут, он фактически вращается в противоположном направлении.

Единственная передаваемая информация - это время в течение дня (одно из 48 полчасов) плюс текущий статус перехода на летнее время в США, что составляет 2 × 48 = 96 возможных временных кодов.

Дополнительные 2 × 14 = 28 временных кодов передаются между 04:10 и 10:46 по всемирному координированному времени в дни перехода на летнее время, обеспечивая предупреждение за несколько часов о неизбежном переходе на летнее время.

Распространение [ править ]

Поскольку низкочастотный сигнал WWVB имеет тенденцию лучше распространяться по земле , путь прохождения сигнала от передатчика до приемника короче и менее турбулентен, чем коротковолновый сигнал WWV , который является наиболее сильным, когда он отражается между ионосферой и землей. Это приводит к тому, что сигнал WWVB имеет большую точность, чем сигнал WWV, полученный на том же сайте. Кроме того, поскольку длинноволновые сигналы имеют тенденцию распространяться намного дальше ночью, сигнал WWVB может достигать большей зоны покрытия в течение этого периода времени, поэтому многие радиоуправляемые часы предназначены для автоматической синхронизации с временным кодом WWVB в местные ночные часы.

Диаграмма направленности антенн WWVB предназначена для представления напряженности поля не менее 100 мкВ / м на большей части континентальной части США и южной части Канады в течение некоторого времени. Хотя это значение намного выше минимального уровня теплового шума , искусственный шум и местные помехи от широкого диапазона электронного оборудования могут легко замаскировать сигнал. Размещение приемных антенн вдали от электронного оборудования помогает снизить влияние местных помех.


См. Также [ править ]

  • Радио часы
  • Часы (электронные механизмы)

Ссылки [ править ]

  1. ^ "Радиостанция NIST WWVB" . NIST . Проверено 18 марта 2014 года .
  2. ^ «Помощь с радиоуправляемыми часами WWVB - где они работают» . Национальный институт стандартов и технологий . 11 февраля 2010 . Проверено 23 марта 2020 года .
  3. ^ "WWVB Радиоуправляемые часы" . Национальный институт стандартов и технологий. 5 марта 2012 . Проверено 21 мая 2012 года .
  4. ^ Ломбарди, Майкл А. (март 2010). "Насколько точны часы с радиоуправлением?" (PDF) . Часовой журнал . Британский институт часового искусства, Limited. 152 (3): 108–111 . Дата обращения 3 августа 2016 .
  5. ^ «Все время, все время: улучшение радио NIST» . NIST.
  6. ^ "Запрос бюджета NIST" . NIST . Проверено 21 июня 2018 .
  7. ^ «Бюджет NIST на 2019 финансовый год подходит для временных станций» . Сообщение SWLing . Проверено 24 февраля 2019 .
  8. ^ "Разное Публикация NBS 236 (издание 1967 г.): Стандартные службы частоты и времени NBS" (PDF) .
  9. ^ "WWVB: Полвека предоставления точной частоты и времени по радио", получено 2 декабря 2019 г.
  10. ^ "NIST Глаза Восточного побережья Версия WWVB" . Радио Мир . 18 января 2008. Архивировано из оригинала 23 марта 2010 года . Проверено 30 марта 2009 года . Национальный институт стандартов и технологий рассматривает возможность создания низкочастотной радиостанции Восточного побережья США, передающей время NIST в двоичном кодовом формате, чтобы дополнить существующее вещание NIST 60 кГц, WWVB. «Предлагаемое новое вещание на Восточном побережье будет работать с тем же форматом временного кода, что и существующий сигнал WWVB, но на другой несущей частоте, потенциально на 40 кГц», - сказал RW Джон Лоу, менеджер станции WWVB.
  11. ^ Например, двухчастотный приемник временного кода IC "MAS6181" . Хельсинки, Финляндия: Micro Analog Systems Oy. Архивировано из оригинального 26 февраля 2010 года.
  12. ^ a b Джон Лоу (23 марта 2011 г.). «Мы помогаем перемещать время по воздуху: менеджеры WWVB изучают возможности дальнейшего улучшения сервиса» (PDF) . Радио Мир . Vol. 35 нет. 8. С. 70–69 (опубликовано задом наперед) . Проверено 7 апреля 2011 года .
  13. ^ a b Немецкий, Мэтью; Хэнсон, Уэйн; Нельсон, Гленн; Снайдер, Чарльз; Саттон, Дуглас; Йейтс, Уильям; Хансен, Педер; Хопкинс, Билл (декабрь 1999 г.). Улучшения WWVB: новые возможности старого таймера (PDF) . 31-е ежегодное собрание PTTI . Дана-Пойнт, Калифорния: Национальный институт стандартов и технологий. Архивировано из оригинального (PDF) 16 августа 2009 года . Проверено 1 мая 2009 года .
  14. ^ a b c d e f g h Лоу, Джон (6 ноября 2013 г.). «Расширенный формат вещания WWVB» (PDF) . Служба времени и частоты, Национальный институт стандартов и технологий . Проверено 1 марта 2015 года .
  15. ^ Лоу, Джон П .; Аллен, Кен С. (июнь 2006 г.). «Увеличение глубины модуляции временного кода WWVB для улучшения характеристик радиоуправляемых часов» (PDF) . Международный симпозиум и выставка по контролю частоты : 615–621 . Проверено 14 февраля 2010 года .
  16. ^ Лоу, Джон; Дойч, Мэтт; Нельсон, Гленн; Саттон, Дуглас; Йейтс, Уильям; Хансен, Педер; Элиэзер, Орен; Юнг, Том; Моррисон, Стивен; Лян, Инси; Раджан, Динеш; Баласубраманиан, Сидхартх; Рамасами, Арун; Халил, Валид (ноябрь 2011 г.). Новая улучшенная система вещания WWVB (PDF) . 43-е ежегодное собрание PTTI. Архивировано из оригинального (PDF) 26 ноября 2013 года . Проверено 28 марта 2012 года .
  17. ^ «Ожидающие изменения в радиосигнале WWVB влияют на точность частоты и временную привязку» . Оролия.
  18. ^ Расс Миллер (WA3FRP) (22 марта 2013). «WWVB полностью конвертирует в новый формат» . time-nut (Список рассылки). По состоянию на вчерашний день, 21 марта 2013 г., WWVB остановил два раза в день 30-минутные сегменты этого формата.
  19. ^ С 21 июня по 10 июля 2007 г. «WWVB экспериментировал с использованием бита 54, чтобы выдавать более ранние предупреждения о переходе на летнее время» . NIST.. Из-за неблагоприятного воздействия на некоторые радиоуправляемые часы было решено не внедрять новую систему DST.

Lombardi, Michael A .; Нельсон, Гленн К. (12 марта 2014 г.). «WWVB: полвека предоставления точной частоты и времени по радио» (PDF) . Журнал исследований Национального института стандартов и технологий . Национальный институт стандартов и технологий. 119 : 25–54. DOI : 10,6028 / jres.119.004 . ISSN  2165-7254 . PMC  4487279 . PMID  26601026 . Проверено 24 августа 2015 года .

Внешние ссылки [ править ]

Сопоставьте все координаты с помощью: OpenStreetMap 
Скачать координаты как: KML  ·  GPX
  • "Радиостанция NIST WWVB" . - Официальный веб-сайт
  • "WWVB Радиоуправляемые часы: Рекомендуемая практика для производителей и потребителей" (PDF) .
  • «Специальная публикация NIST 250-67» (PDF) . - подробная история и описание времени и частоты радиостанций NIST WWV, WWVH и WWVB.
  • «WWVB» . SkyscraperPage .
  • "Простые радиочасы для ПК" . - Отличная страница HOWTO Джона Баззарда о создании приемника, управляемого WWVB (или MSF, или DCF77) для использования с протоколом сетевого времени.
  • «USB-радио часы, управляемые WWVB» . - Радиочасы для ПК с дополнительной внешней антенной.
  • «Прецизионный компаратор частоты на основе WWVB» . - Стандарты частоты (кварцевые или рубидиевые) с приемником WWVB и шаговым двигателем.
  • "Модификация приемника WWVB 2012 года" . - Приемник модифицирован с учетом изменения передаваемого сигнала WWVB.
  • «Как узнать время по телефону, компьютеру или радиосигналу» . - Часть часто задаваемых вопросов NIST «Который час?»