WWVB - WWVB

Служба времени и частоты NIST

Антенна WWVB и опорные башни
Тип	Станция времени
Страна	Соединенные Штаты
Право собственности
Владелец	Национальный институт стандартов и технологий
История
Дата запуска	Июль 1956 г. (по экспериментальной лицензии KK2XEI) 4 июля 1963 г. (как WWVB)
Покрытие
Доступность	Канада, США, Мексика
Ссылки
Веб-сайт	"Домашняя страница WWVB" .

WWVB - это радиостанция сигналов точного времени недалеко от Форт-Коллинза, штат Колорадо, управляемая Национальным институтом стандартов и технологий (NIST). Большинство радиоуправляемых часов в Северной Америке 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 со скоростью один бит в секунду, который основан на формате временного кода IRIG "H" и получен 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 по состоянию 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 перехода на летнее время по мере необходимости для отображения местного времени. Время, используемое в трансляции, устанавливается шкалой времени NIST, известной как UTC (NIST). Эта шкала времени представляет собой рассчитанное среднее время ансамбля ведущих часов, калиброванных атомными часами с цезиевым фонтаном NIST-F1 и NIST-F2 .

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

WWVB, наряду с коротковолновыми станциями временного кода и объявления NIST WWV и WWVH, были предложены для исключения из бюджета NIST на 2019 год. Однако в окончательном бюджете NIST на 2019 год сохранилось финансирование для трех станций.

Услуги станции сигналов времени NIST

Станция	Год эксплуатации	Год выхода из строя	Радио частоты	Звуковые частоты	Музыкальная подача	Временные интервалы	Сигналы времени	Коррекция UT2	Прогнозы распространения	Геофизические оповещения
WWV	1923 г.		✔	✔	✔	✔	✔	✔	✔	✔
WWVH	1948 г.		✔	✔	✔	✔	✔	✔		✔
WWVB	1963 г.		✔			✔	✔	✔
WWVL	1963 г.	1972 г.	✔

История

Радиовещательные передачи LF и VLF (очень низкие частоты) уже 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 разработаны 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, передаваемых от нескольких передатчиков.

То, что сейчас называется WWVB, началось как радиостанция KK2XEI в июле 1956 года. Передатчик находился в Боулдере, штат Колорадо , и эффективная излучаемая мощность (ERP) составляла всего 1,4 Вт. Даже в этом случае сигнал удалось отследить в Гарвардском университете в Массачусетсе . Цель этой экспериментальной передачи состояла в том, чтобы показать, что радиотракт стабилен, а погрешность 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. Кроме того, он находился достаточно близко к Боулдеру (около 50 миль или 80 км), что облегчало укомплектование персоналом 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), передав 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 национальной инфраструктуры.

Временной код был добавлен к WWVB 1 июля 1965 года. Это позволило разработать часы, которые могли бы принимать сигнал, декодировать его, а затем автоматически синхронизировать себя. Формат временного кода с 1965 года изменился незначительно; 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 значительно увеличило зону покрытия и упростило установку крошечных приемников с простыми антеннами. получить сигнал. Это привело к появлению многих новых недорогих радиоуправляемых часов, которые «настраиваются» на соответствие времени NIST.

Планы улучшения сервиса

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 устойчивость всей системы, если погодные условия или другие причины приведут к неработоспособности одного узла передатчика. Такой передатчик будет использовать тот же временной код, но другую частоту.

Использование 40 кГц позволит использовать двухчастотные приемники временного кода, уже произведенные для японских передатчиков JJY . После вывода 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 в рамках «законопроекта о стимулировании» ARRA 2009 года , истекло до выхода из тупика, и теперь его вряд ли удастся найти.

В 2012 году NIST исследовал две другие идеи. Первая заключалась в добавлении второй частоты передачи на текущем сайте передатчика. Хотя это не улучшило бы уровень сигнала, это 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 . 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

Сигнал WWVB передается через фазированную решетку из двух идентичных антенных систем , разнесенных на 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) в середине, который соединяет цилиндр с« домом-спиралью »на земле. В этой конфигурации нисходящий провод 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 максимальную эффективность излучения антенной системы. Сочетание антенного спуска и цилиндр предназначено для замены одного, четвертьволновой длинами волны антенны, которая, при 60 кЦе, должна были бы быть непрактичными 4,100 футов (1250 м) в высоту.

В рамках программы модернизации WWVB в конце 1990-х годов выведенная из эксплуатации антенна WWVL была отремонтирована и включена в существующую 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 антенны.

Формат модуляции

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.

Амплитудная модуляция

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 регулярном порядке, 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.

Фазовая модуляция

Независимый временной код передается посредством двоичной фазовой манипуляции несущей WWVB. Бит 1 кодируется путем инвертирования фазы (сдвиг фазы на 180 °) несущей в течение одной секунды. 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.

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, а сигнал времени MSF из Великобритании временами мешает.

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, декодировать их фазовую модуляцию труднее. Таким образом, временной код с фазовой модуляцией позволяет избежать использования этих битовых позиций в течение минуты для важной информации.

Учет приемников слежения за фазой несущей

Эта фазовая модуляция, добавленная в конце 2012 года, не влияет на популярные радиоуправляемые часы, которые учитывают только амплитуду несущей, но повреждает (редко) приемники, отслеживающие фазу несущей.

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

ID станции

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.

Временной код с амплитудной модуляцией

Каждую минуту WWVB передает текущее время в двоично-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 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 начало минуты.
• Есть 11 неиспользуемых битов, передаваемых как двоичный 0.
• Остальные 42 бита, нули и единицы, несут двоичный временной код и другую информацию.

Своевременный маркер, точный момент, который идентифицирует временной код, является передним (отрицательным) фронтом опорного маркера кадра. Таким образом, временной код всегда передается в минутах сразу после того момента, когда он представляет, и соответствует часам и минутам времени суток, которое часы должны отображать в этот момент по всемирному координированному времени (до того, как будут применены смещения часового пояса или перехода на летнее время). .

На следующей диаграмме голубые (0 дБо) блоки обозначают несущую с полной мощностью, а темно-синие (-17 дБо) блоки обозначают несущую с пониженной интенсивностью. Самые широкие темно-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 длительностью 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
• нет отложенной 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

Немного	Масса	Имея в виду	Бывший		Немного	Масса	Имея в виду	Бывший		Немного	Масса	Имея в виду	Бывший
: 00	FRM	Маркер ссылки кадра	M		: 20	0	Не используется, всегда 0.	0		: 40	0,8	Значение DUT1 (0–0,9 с). DUT1 = UT1 −UTC. Пример: 0,3	0
: 01	40	Минуты (00–59) Пример: 30	0		: 21	0		0		: 41	0,4		0
: 02	20		1		: 22	200	День года 1 = 1 января 365 = 31 декабря (366, если високосный год) Пример: 66 (6 марта)	0		: 42	0,2		1
: 03	10		1		: 23	100		0		: 43	0,1		1
: 04	0		0		: 24	0		0		: 44	0	Не используется, всегда 0.	0
: 05	8		0		: 25	80		0		: 45	80	Год (00–99) Пример: 08	0
: 06	4		0		: 26	40		1		: 46	40		0
: 07	2		0		: 27	20		1		: 47	20		0
: 08	1		0		: 28	10		0		: 48	10		0
: 09	P1	Маркер	M		: 29	P3		M		: 49	P5		M
: 10	0	Не используется, всегда 0.	0		: 30	8		0		: 50	8		1
: 11	0		0		: 31	4		1		: 51	4		0
: 12	20	Часы (00–23) Пример: 07	0		: 32	2		1		: 52	2		0
: 13	10		0		: 33	1		0		: 53	1		0
: 14	0		0		: 34	0	Не используется, всегда 0.	0		: 54	0	Не используется, всегда 0.	0
: 15	8		0		: 35	0		0		: 55	LYI	Индикатор високосного года	1
: 16	4		1		: 36	+	Знак ДУТ1 . Если +, устанавливаются биты 36 и 38. Если -, бит 37 установлен. Пример: -	0		: 56	LSW	Дополнительная секунда в конце месяца	0
: 17	2		1		: 37	-		1		: 57	2	Значение статуса DST (двоичное) : 00 = DST не действует. 10 = летнее время начинается сегодня. 11 = действует летнее время. 01 = DST заканчивается сегодня.	0
: 18	1		1		: 38	+		0		: 58	1		0
: 19	P2	Маркер	M		: 39	P4	Маркер	M		: 59	P0	Маркер	M

Биты объявления

Некоторые биты временного кода WWVB предупреждают о предстоящих событиях.

Бит 55, если он 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 правила перехода на летнее время в США . Биты обновляются ежедневно в течение минуты, начиная с 00:00 UTC. Первый бит DST, переданный 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 сначала будет приниматься в континентальной части Соединенных Штатов с 16:00 PST до 20:00 EDT, в зависимости от местного часового пояса и от того, начинается или заканчивается переход на летнее время. Таким образом, приемник в восточном часовом поясе (UTC-5) должен 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, в конце текущего дня UTC. Бит 58 устанавливается, если летнее время действовало в 00:00 Z, начале текущего дня UTC.

Временной код с фазовой модуляцией

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 амплитудно-модулированные маркеры (когда только 20% секунды передается с полной интенсивностью) не используются для важной информации временного кода.

Одноминутные таймфреймы

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

Дополнительные 5 битов с исправлением ошибок создают 31-битный код Хэмминга, который может исправлять однобитовые ошибки или обнаруживать двухбитовые ошибки ( но не то и другое одновременно ).

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:

WWVB фазомодулированный временной код

Немного	Усилитель.	Бывший	Фаза	Имея в виду	Бывший		Немного	Усилитель.	Бывший	Фаза	Имея в виду	Бывший		Немного	Усилитель.	Бывший	Фаза	Имея в виду	Бывший
: 00	FRM	M	синхронизация [12]	Фиксированный шаблон синхронизации	0		: 20	-	0	время [24]	Binary минута века 0 - 52, 595999	0		: 40	DUT1	0	время [6]		0
: 01	Минутные десятки	0	синхронизация [11]		0		: 21	-	0	время [23]		0		: 41		1	время [5]		0
: 02		1	синхронизация [10]		1		: 22	День 100	0	время [22]		1		: 42		0	время [4]		1
: 03		1	синхронизация [9]		1		: 23		1	время [21]		1		: 43		0	время [3]		1
: 04	-	0	синхронизация [8]		1		: 24	-	0	время [20]		0		: 44	-	0	время [2]		0
: 05	Minute те	0	синхронизация [7]		0		: 25	Десятки дней	1	время [19]		0		: 45	Год десятки	0	время [1]		1
: 06		0	синхронизация [6]		1		: 26		0	время [18]		1		: 46		0	время [0]		0
: 07		0	синхронизировать [5]		1		: 27		0	время [17]		0		: 47		0	dst_ls [4]	DST / Leap второе предупреждение	0
: 08		0	синхронизация [4]		0		: 28		0	время [16]		0		: 48		1	dst_ls [3]		0
: 09	M	P1	синхронизировать [3]		1		: 29	M	P3	р		0		: 49	M	P5	уведомление		1
: 10	-	0	синхронизировать [2]		0		: 30	день из них	0	время [15]		0		: 50	Год них	0	dst_ls [2]		0
: 11	-	0	синхронизация [1]		0		: 31		1	время [14]		1		: 51		0	dst_ls [1]		1
: 12	Час десятки	0	синхронизировать [0]		0		: 32		1	время [13]		1		: 52		1	dst_ls [0]		1
: 13		1	timepar [4]	Четность времени (ECC)	1		: 33		0	время [12]		0		: 53		0	dst_next [5]	Следующее расписание летнего времени	0
: 14	-	0	timepar [3]		0		: 34	-	0	время [11]		0		: 54	-	0	dst_next [4]		1
: 15	часовые из них	0	timepar [2]		0		: 35	-	0	время [10]		0		: 55	LYI	1	dst_next [3]		1
: 16		1	timepar [1]		1		: 36	Знак DUT1	1	время [9]		1		: 56	LSW	0	dst_next [2]		0
: 17		1	timepar [0]		0		: 37		0	время [8]		1		: 57	Летнее время	1	dst_next [1]		1
: 18		1	время [25]		0		: 38		1	время [7]		0		: 58		1	dst_next [0]		1
: 19	M	P2	время [0]	(дубликат)	0		: 39	M	P4	р	зарезервированный	1		: 59	M	P0	синхронизация [13]		0

Биты в полях нумеруются, начиная с бита 0 как младшего бита; каждое поле передается первым старшим битом.

В примере показан временной код, передаваемый 4 июля 2012 г. с 17:30 до 17:31 UTC. 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 в году. Этот номер дня начинается с 0 1 января, а не с 1, как временной код BCD, поэтому он кодирует ту же дату.

Биты объявления

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 переходе на летнее время и секунда координации

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

Есть два бита объявления летнего времени, 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).

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

Также есть 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 время			Предупреждение о скачке
Имея в виду	dst_on [0]	dst_on [1]	0	+1	−1
Не действует	0	0	01000	11001	00100
Начинается сегодня	0	1	10110	11010	10000
В результате	1	1	00011	11111	01101
Заканчивается сегодня	1	0	10101	11100	01110

Приведенный выше пример иллюстрирует этот типичный 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

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 присвоенных 6-битных кодов имеют нечетную четность, обеспечивая расстояние Хэмминга 2 друг от друга. Однако 6 из 32 кодов нечетной четности не используются (все они отличаются одним битом 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, равном 1, от маловероятных кодов правил DST.

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

Кадры сообщений

Небольшой процент кадров временного кода (обычно менее 10%) может быть заменен одноминутными кадрами сообщений, содержащими другую информацию, например экстренные широковещательные сообщения.

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 таймфреймы

Для шести минут каждые полчаса, с 10–16 и 40–46 минут после каждого часа, 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. минутный временной код.

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

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 в ночное время, 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 локальные помехи от широкого диапазона электронного оборудования могут легко замаскировать сигнал. Размещение приемных антенн вдали от электронного оборудования помогает снизить влияние местных помех.

Смотрите также

• Радио часы
• Часы (электронные механизмы)

использованная литература

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

Сопоставьте все координаты с помощью: OpenStreetMap

Скачать координаты как: KML

• "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 по созданию 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 с помощью телефона, компьютера или радиосигнала» . - Часть часто задаваемых вопросов NIST «Который час?»