WWVB

Служба времени и частоты NIST

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» . НИСТ . Март 2010.

WWVB — с сигналами времени радиостанция недалеко от Форт-Коллинза, штат Колорадо , которой управляет Национальный институт стандартов и технологий (NIST). Самые радиоуправляемые часы в Северной Америке используйте передачи WWVB, чтобы установить правильное время.

Обычный сигнал, передаваемый через WWVB, имеет мощность 70 кВт и использует частоту 60 кГц, несущую что дает погрешность частоты менее 1 части из 10. ¹² . Сигнал временного кода получается из набора атомных часов , расположенных на объекте, передается с использованием формата IRIG «H» и модулируется на несущую волну с использованием широтно-импульсной модуляции и амплитудной манипуляции со скоростью один бит в секунду . Один 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 передает один бит в секунду значительных тонов в течение большинства минут.

WWVB расположен рядом с WWV , станцией сигналов времени, которая вещает как в голосовом, так и в временном коде на нескольких коротковолновых радиочастотах . WWVB — это не аббревиатура или аббревиатура, а позывной радиостанции.

Хотя большинство сигналов времени кодируют местное время страны вещания, Соединенные Штаты охватывают несколько часовых поясов , поэтому WWVB передает время в формате UTC . Радиоуправляемые часы могут затем применять смещения часового пояса и летнего времени по мере необходимости для отображения местного времени. Время, используемое в трансляции, устанавливается по шкале времени NIST, известной как UTC (NIST). Эта шкала времени представляет собой расчетное среднее время ансамбля главных часов, откалиброванных с помощью NIST-F1 и NIST-F2 с цезиевым фонтаном атомных часов .

По оценкам NIST, в 2011 году количество радиочасов и наручных часов, оснащенных приемником WWVB, превысило 50 миллионов.

WWVB, а также коротковолновые станции временного кода и объявлений NIST WWV и WWVH были предложены к отказу от финансирования и ликвидации в бюджете NIST на 2019 год. Однако окончательный бюджет NIST на 2019 год сохранил финансирование трех станций.

В полночь 7 апреля 2024 года южная антенна WWVB была отключена из-за повреждений, полученных во время сильного ветра. WWVB теперь вещает исключительно с северной антенны с пониженной мощностью 30 кВт. 20 мая 2024 года NIST объявил, что необходимые запасные части производятся и отгружаются, а восстановление работоспособности ожидается в конце сентября 2024 года.

Службы станций сигналов времени NIST

Станция	Год в эксплуатации	Год закончился службы	Радио частоты	Аудио частоты	Мюзикл подача	Время интервалы	Время сигналы	УТ2 исправление	Распространение прогнозы	геофизический оповещения
WWV	1923		✔	✔	✔	✔	✔	✔	✔	✔
WWVH	1948		✔	✔	✔	✔	✔	✔		✔
WWVB	1963		✔			✔	✔	✔
WWVL	1963	1972	✔

История

Радиопередачи 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 в качестве помощи в навигации. Этот и другие подобные ему эксперименты показали, что сигналы НЧ и ОНЧ могут покрывать большую территорию при относительно малой мощности. К 1923 году радиостанция NIST WWV начала транслировать для публики стандартные сигналы несущей на частотах от 75 до 2000 кГц.

Эти сигналы использовались для калибровки радиооборудования, что становилось все более важным по мере того, как вводилось в эксплуатацию все больше и больше станций. На протяжении многих лет многие радионавигационные системы были разработаны с использованием сигналов стабильного времени и частоты, транслируемых в диапазонах LF и VLF. Самой известной из этих навигационных систем была ныне устаревшая Loran-C , которая позволяла кораблям и самолетам ориентироваться посредством приема сигналов частотой 100 кГц, передаваемых от нескольких передатчиков.

То, что сейчас называется WWVB, началось как радиостанция KK2XEI в июле 1956 года. Передатчик располагался в Боулдере, штат Колорадо , а эффективная излучаемая мощность (ERP) составляла всего 1,4 Вт. Несмотря на это, сигнал удалось проследить в Гарвардском университете в Массачусетсе . Целью этой экспериментальной передачи было показать, что радиотракт стабильный, 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 площадке недалеко от Форт-Коллинза, штат Колорадо. Это место стало домом для WWVB и WWVL, станции 20 кГц, перенесенной из гор к западу от Боулдера.

Это место было привлекательным по нескольким причинам, одной из которых была исключительно высокая проводимость грунта, обусловленная высокой щелочностью почвы. Кроме того, он находился достаточно близко к Боулдеру (около 50 миль или 80 километров), что облегчало персонал и управление, но гораздо дальше от гор, что делало его лучшим выбором для трансляции всенаправленного сигнала.

WWVB вышел в эфир 4 июля 1963 года (5 июля в 00:00 UTC), трансляция сигнала 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 частотную манипуляцию с переходом от 20 кГц до 26 кГц для отправки данных. Вещание WWVL было прекращено в июле 1972 года, а WWVB стала постоянной частью национальной инфраструктуры.

Временной код был добавлен в WWVB 1 июля 1965 года. Это позволило разработать часы, которые могли принимать сигнал, декодировать его, а затем автоматически синхронизироваться. 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 ее мощность была увеличена до 7 кВт, а затем до 13 кВт и оставалась таковой в течение многих лет. В рамках программы модернизации WWVB в конце 1990-х годов выведенная из эксплуатации антенна WWVL была отремонтирована и включена в нынешнюю фазированную решетку. Одновременное использование обеих антенн приводило к увеличению, пока крупная модернизация в 1998 году не увеличила ERP до 50 кВт в 1999 году и, наконец, до 70 кВт в 2005 году. Станция также стала способна работать на одной антенне с ERP 27 кВт, в то время как инженеры могли проводить техническое обслуживание на другом.

Увеличение мощности значительно увеличило зону покрытия и облегчило прием сигнала крошечным приемникам с простыми антеннами. Это привело к появлению множества новых недорогих радиоуправляемых часов, которые «настраивались» на соответствие времени NIST.

Планы улучшения сервиса

Расположение WWVB в Колорадо делает сигнал самым слабым на восточном побережье США, где плотность городского населения также создает значительные помехи. В 2009 году NIST предложил добавить второй передатчик временного кода на восточном побережье, чтобы улучшить там прием сигнала и обеспечить определенную надежность всей системы, если погодные условия или другие причины приведут к неработоспособности одного 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 . С выводом из эксплуатации швейцарской длинноволновой станции времени HBG на частоте 75 кГц эта частота потенциально также доступна.

Планировалось установить передатчик на территории Редстоунского арсенала в Хантсвилле, штат Алабама , но Центр космических полетов Маршалла возражал против размещения такого мощного передатчика так близко к месту их работы. Финансирование, которое было выделено в рамках «законопроекта о стимулировании» ARRA 2009 года , истекло до того, как удалось найти выход из тупика. и сейчас вряд ли его построят.

В 2012 году NIST рассмотрел еще две идеи. Одна из них заключалась в добавлении второй частоты передачи на текущем месте передатчика. Хотя это и не улучшило бы мощность сигнала, но уменьшило бы количество помех и (зависимого от частоты) замирания из-за многолучевого распространения.

Ни одна из идей относительно второго передатчика не была реализована.

Вместо этого NIST реализовал вторую идею, добавив фазовую модуляцию к несущей WWVB, в 2012 году. Для этого не требуются дополнительные передатчики или антенны, а фазовая модуляция уже успешно использовалась немецкими DCF77 и французскими сигналами времени TDF . Приемник, который декодирует фазовую модуляцию, может иметь больший коэффициент усиления обработки , что позволяет использовать прием при более низком отношении принимаемого сигнала к шуму, чем временной код PWM / ASK . Более подробно метод описан далее в этой статье.

Антенны

Координаты дома спирали антенны WWVB ( WGS84 )
Север	40 ° 40'50,6 дюйма с.ш. 105 ° 3'1,7 дюйма з.д.
Юг	40 ° 40'28,9 "N 105 ° 2'42,3" W

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) башен, которые используются для подвешивания «монополя с верхней загрузкой» ( зонтичной антенны ), состоящего из ромбовидной «паутины» из нескольких кабелей в горизонтальной плоскости (емкостной «верхней антенны») . -hat» ), поддерживаемый башнями, и вертикальный кабель посередине, который соединяет цилиндр со « спиральным домом » на земле. В этой конфигурации излучающим элементом антенны является нижний вывод. Каждый спиральный дом содержит двойную систему индукторов с фиксированной переменной, которая автоматически согласовывается с передатчиком через петлю обратной связи, чтобы поддерживать максимальную эффективность излучения антенной системы. Комбинация нисходящего кабеля и цилиндра предназначена для замены одной четвертьволновой антенны , высота которой при частоте 60 кГц должна была бы быть непрактичной - 4100 футов (1250 м).

Формат модуляции

WWVB передает данные со скоростью один бит в секунду, поэтому для отправки текущего времени суток и даты в течение столетия требуется 60 секунд. 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, имеющая обычную ERP 70 кВт , снижает мощность в начале каждой секунды UTC на 17 дБ (до 1,4 кВт ERP). Через некоторое время в течение секунды 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 полсекунды (0,5 с), это бит данных со значением один.
• Если мощность снижается на четыре пятых секунды (0,8 с), это специальная неинформационная «метка», используемая для кадрирования.

Каждую минуту семь меток передаются в регулярном порядке, что позволяет приемнику определить начало минуты и, следовательно, правильное кадрирование битов данных. Остальные 53 секунды содержат 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, в результате чего получался сигнал мощностью 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. 1 бит 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.

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. , радиочастотный шум высок, и сигнал времени MSF из Великобритании. временами мешает

Здесь нет маркеров, как в амплитудно-модулированном тайм-коде. Вместо этого минутный кадр обеспечивается фиксированным набором битов данных, передаваемых в последнюю секунду каждой минуты и в первые 13 секунд следующей. Поскольку маркеры с амплитудной модуляцией обеспечивают полную несущую всего за 0,2 с, декодировать их фазовую модуляцию труднее. Таким образом, фазомодулированный временной код позволяет избежать использования этих битовых позиций в течение минуты для важной информации.

Допуск для приемников со слежением за фазой несущей

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

Чтобы дать пользователям приемников слежения за фазой время для корректировки, фазомодулированный временной код изначально опускался два раза в день на 30 минут, начиная с полудня и полуночи по горному стандартному времени (07:00 и 19:00 UTC). Это давало приемнику достаточную возможность зафиксироваться на фазе несущей WWVB. Данное пособие отменено с 21 марта 2013 года.

Идентификатор станции

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

Этот метод идентификации станции был обычным для узкополосных передатчиков высокой мощности в диапазонах VLF и LF, где другие мешающие факторы не позволяют обычным методам передачи позывных.

Когда в конце 2012 года был добавлен временной код фазовой модуляции, эта идентификация станции была исключена; формат временного кода сам по себе служит идентификацией станции.

Временной код с амплитудной модуляцией

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

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

Маркер времени включения, точный момент, который идентифицирует временной код, является передним (отрицательным) фронтом маркера ссылки кадра. Таким образом, временной код всегда передается в минутах сразу после момента, который он представляет, и соответствует часам и минутам того времени суток, которое часы должны отображать в этот момент в формате UTC (до применения каких-либо часовых поясов или смещений летнего времени). .

На следующей диаграмме голубые блоки (0 дБr) обозначают несущую полной мощности, а темно-синие блоки (-17 дБr) обозначают несущую пониженной мощности. 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 собой уменьшенная сила несущей длительностью 0,2 секунды, следовательно, биты данных имеют нулевое значение. Биты промежуточной ширины (например, в секундах :02 и :03) представляют уменьшенную силу несущей длительностью 0,5 секунды, следовательно, биты данных со значением один.

В приведенном выше примере кодируется следующее:

• 66-й день (6 марта) 2008 г.
• за минуту, начиная с 07:30:00 UTC
• DUT1 равен −0,3 секунды (следовательно, UT1 равен 07:29:59,7).
• Летнее время сегодня не вступило в силу и не вступит в силу.
• никакой дополнительной секунды не ожидается, но текущий год является високосным

В таблице ниже это показано более подробно, причем столбец «Ex» представляет собой биты из приведенного выше примера:

Структура временного кода WWVB

Кусочек	Масса	Значение	Бывший		Кусочек	Масса	Значение	Бывший		Кусочек	Масса	Значение	Бывший
:00	ФРМ	Маркер ссылки на кадр	М		: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 год високосный) 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	П1	Маркер	М		:29	П3		М		:49	П5		М
: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	ЛИ	Индикатор високосного года	1
:16	4		1		:36	+	Знак ДУТ1 . Если +, устанавливаются биты 36 и 38. Если -, устанавливается бит 37. Пример: —	0		:56	ЛСВ	Вторая скачок в конце месяца	0
:17	2		1		:37	−		1		:57	2	Значение статуса летнего времени (двоичное) : 00 = летнее время не действует. 10 = летнее время начинается сегодня. 11 = действует летнее время. 01 = летнее время заканчивается сегодня.	0
:18	1		1		:38	+		0		:58	1		0
:19	П2	Маркер	М		:39	П4	Маркер	М		:59	Р0	Маркер	М

Биты объявлений

Несколько битов 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 преобразовать номер дня в месяц и день в соответствии с правилами високосного года по григорианскому календарю, даже если временной код не включает век.

Если високосная секунда запланирована на конец месяца, бит 56 устанавливается ближе к началу месяца и сбрасывается сразу после вставки високосной секунды.

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

Каждое изменение битов летнего времени сначала будет получено на материковой части Соединенных Штатов между 16:00 по тихоокеанскому стандартному времени и 20:00 по восточному времени, в зависимости от местного часового пояса и от того, скоро ли начнется или закончится летнее время. Таким образом, приемник в восточном часовом поясе (UTC-5) должен правильно принять индикацию «Переход на летнее время» в течение семи часов до начала летнего времени и за шесть часов до окончания летнего времени, если он хочет изменить местное время. отображение в нужное время. Таким образом, получатели в центральном, горном и тихоокеанском часовых поясах имеют дополнительно один, два и три часа предварительного уведомления соответственно.

Принимающие часы должны применить изменение в следующие 02:00 по местному времени, если они заметят разницу в битах. Если часы-получатели 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 летнего времени заключается в том, что бит 57 устанавливается, если летнее время вступит в силу в 24:00 Z, в конце текущего дня UTC. Бит 58 устанавливается, если летнее время действовало в 00:00 Z, начале текущего дня UTC.

Фазомодулированный временной код

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 кадрах по 60 секунд, а маркеры с амплитудной модуляцией (когда только 20% секунды передаются с полной силой) не используются для важной информации временного кода.

Одноминутные таймфреймы

Время передается в виде 26-битной «минуты века» от 0 до 52595999 (или 52594559 в столетиях с 24 високосными годами). Как и в коде с амплитудной модуляцией, время передается через минуту после момента его идентификации; часы должны увеличить его для отображения.

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

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

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 бит ECC, образующие код Хэмминга (31,26).
  • 1-битная копия младшего бита минуты
• 5 бит статуса перехода на летнее время и ожидания перехода, включая:
  • 2 бита статуса летнего времени, как в коде с амплитудной модуляцией
  • 2 бита (3 возможности) предупреждения о секунде координации
  • 1 бит нечетной четности (за одним исключением, см. ниже)
• 6-битный код правил летнего времени, содержащий:
  • 2 бита указывают время следующего изменения (1/2/3 часа или никогда)
  • 3 бита, обозначающие 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 кодом с амплитудной модуляцией для справки) передается следующим образом:

WWVB фазово-модулированный временной код

Кусочек	Усилитель.	Бывший	Фаза	Значение	Бывший		Кусочек	Усилитель.	Бывший	Фаза	Значение	Бывший		Кусочек	Усилитель.	Бывший	Фаза	Значение	Бывший
:00	ФРМ	М	синхронизировать[12]	Зафиксированный синхронизировать шаблон	0		:20	—	0	время[24]	Двоичный минута век 0 – 52, 595,999	0		:40	ДУТ1	0	время[6]		0
:01	минута десятки	0	синхронизировать[11]		0		:21	—	0	время[23]		0		:41		1	время[5]		0
:02		1	синхронизировать[10]		1		:22	День 100 с	0	время[22]		1		:42		0	время[4]		1
:03		1	синхронизировать[9]		1		:23		1	время[21]		1		:43		0	время[3]		1
:04	—	0	синхронизировать[8]		1		:24	—	0	время[20]		0		:44	—	0	время[2]		0
:05	минута те	0	синхронизировать[7]		0		:25	День десятки	1	время[19]		0		:45	Год десятки	0	время[1]		1
:06		0	синхронизировать[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]	летнее время/ Прыгнуть второй предупреждение	0
:08		0	синхронизировать[4]		0		:28		0	время[16]		0		:48		1	dst_ls[3]		0
:09	М	П1	синхронизировать[3]		1		:29	М	П3	Р		0		:49	М	П5	уведомление		1
:10	—	0	синхронизировать[2]		0		:30	День те	0	время[15]		0		:50	Год те	0	dst_ls[2]		0
:11	—	0	синхронизировать[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	времяпар[4]	Время паритет (ЕСС)	1		:33		0	время[12]		0		:53		0	dst_next[5]	Следующее летнее время расписание	0
:14	—	0	времяпар[3]		0		:34	—	0	время[11]		0		:54	—	0	dst_next[4]		1
:15	Час те	0	времяпар[2]		0		:35	—	0	время[10]		0		:55	ЛИ	1	dst_next[3]		1
:16		1	времяпар[1]		1		:36	ДУТ1 знак	1	время[9]		1		:56	ЛСВ	0	dst_next[2]		0
:17		1	времяпар[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	М	П2	время[0]	(дубликат)	0		:39	М	П4	Р	сдержанный	1		:59	М	Р0	синхронизировать[13]		0

Биты в полях нумеруются, начиная с бита 0 как наименее значимого бита; в каждом поле сначала передается старший бит.

В примере показан временной код, переданный 4 июля 2012 г. между 17:30 и 17:31 UTC. Код амплитуды BCD показывает время 17:30, 186-й день года.

Двоичный временной код показывает минуту 0x064631A = 6578970 века. Разделив сутки на 1440 минут, получим 1050 минут (= 17×60+30) 4568 суток столетия. В 12 годах до 2012 года 365 ×12 + 3 = 4383 дня , то есть это 185-й день года. Этот номер дня начинается с 0 1 января, а не с 1, как в коде времени BCD, поэтому он кодирует одну и ту же дату.

Биты объявлений

Фазомодулированный код содержит дополнительные биты объявления, полезные для преобразования широковещательного времени UTC в гражданское время.

В дополнение к битам предупреждения о переходе на летнее время и секунде координации, присутствующим в коде с амплитудной модуляцией, дополнительное поле расписания летнего времени обеспечивает за несколько месяцев заблаговременное предупреждение о правилах перехода на летнее время .

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

Два зарезервированных бита в настоящее время не определены, но не гарантированно равны нулю; обратите внимание, что в приведенном выше примере один из них передается как 1.

Информация DUT1 (+0,4 с) и биты индикатора високосного года (2012 год является високосным) в коде с амплитудной модуляцией не включены в код с фазовой модуляцией; использование DUT1 для астрономической навигации устарело благодаря спутниковой навигации .

Предупреждение о летнем времени и дополнительной секунде

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

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

• dst_on[0] устанавливается, если летнее время действовало в начале текущего дня по всемирному координированному времени (00:00 по всемирному координированному времени).
• dst_on[1] устанавливается, если летнее время 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).

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

Пять из 16 возможных значений нечетной четности (все те, которые отличаются на один бит от 00011) не используются, а значение четности 00011 используется для кодирования наиболее распространенного состояния: действует летнее время, не ожидается никакой дополнительной секунды. однобитовых ошибок Это обеспечивает коррекцию (минимальное расстояние Хэмминга 3) при каждой передаче этого кода.

WWVB Фазомодулированные предупреждающие биты

Предупреждение о летнем времени			Предупреждение о прыжке
Значение	dst_on[0]	dst_on[1]	0	+1	−1
Не действует	0	0	01000	11001	00100
Начинается сегодня	0	1	10110	11010	10000
Фактически	1	1	00011	11111	01101
Заканчивается сегодня	1	0	10101	11100	01110

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

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

график летнего времени

Чтобы продлить предупреждение на несколько часов, предоставляемое dst_on[1], другое 6-битное поле кодирует расписание следующего перехода на летнее время. Кодирование несколько сложное, но эффективно предоставляет 5 бит информации. Три бита указывают дату изменения: либо от 0 до 7 воскресенья после первого воскресенья марта (когда dst_on[1] = 0), либо от 4 воскресений до 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 ночи по местному времени. Четвертая комбинация этих двух битов кодирует (с использованием битов 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 в марте или 1-е воскресенье в марте). ноябрь) с расстоянием Хэмминга 3.

Пять дополнительных зарезервированных кодов назначаются другим кодовым словам четности на расстоянии Хэмминга, равному 1, от маловероятных кодов правил летнего времени.

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

Рамки сообщений

Небольшой процент кадров тайм-кода (обычно менее 10%) могут быть заменены одноминутными кадрами сообщений, содержащими другую информацию, например сообщения о чрезвычайных ситуациях.

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

Ожидается, что сообщения будут охватывать несколько кадров сообщений.

Шестиминутные таймфреймы

Для шести минут каждые полчаса, с 10–16 и 40–46 минут каждого часа одноминутные кадры заменяются специальным расширенным временным интервалом. Вместо того, чтобы передавать 35 бит информации за одну минуту, он передает 7 бит (только время суток и статус летнего времени) в течение 6 минут, давая в 30 раз больше энергии на передаваемый бит, улучшение бюджета канала на 14,8 дБ по сравнению со стандартом. одноминутный временной код.

360-битное кодовое слово состоит из трех частей:

• 127-битная последовательность (генерируемая 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-битная обратная исходная последовательность. Поскольку он перевернут, он фактически вращается в противоположном направлении.

Единственная передаваемая информация - это время в течение дня (один из 48 получасов), а также текущий статус летнего времени в США, что составляет 2 × 48 = 96 возможных временных кодов.

Дополнительные 2 × 14 = 28 временных кодов передаются между 04:10 и 10:46 UTC в дни, когда меняется летнее время, обеспечивая предупреждение на несколько часов о неизбежном переходе на летнее время.

Распространение

сигнал WWVB Поскольку низкочастотный имеет тенденцию лучше распространяться вдоль земли сигнал WWV , путь сигнала от передатчика к приемнику короче и менее турбулентный, чем коротковолновый , который наиболее силен, 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 гораздо 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 рассчитана на обеспечение напряженности поля не менее 100 мкВ/м над большей частью континентальной части США и южной Канады в течение некоторой части дня. Хотя это значение значительно превышает минимальный теплового шума уровень , искусственный шум и местные помехи от широкого спектра электронного оборудования могут легко маскировать сигнал. Расположение приемных антенн вдали от электронного оборудования помогает снизить воздействие местных помех.

См. также

• Радиочасы
• Часы (электронные механизмы)

Ссылки

Ломбарди, Майкл А.; Нельсон, Гленн К. (12 марта 2014 г.). «WWVB: полвека передачи точной частоты и времени по радио» (PDF) . Журнал исследований Национального института стандартов и технологий . 119 . Национальный институт стандартов и технологий: 25–54. дои : 10.6028/jres.119.004 . ISSN   2165-7254 . ПМЦ   4487279 . ПМИД   26601026 . Проверено 24 августа 2015 г.

Внешние ссылки

• «Радиостанция НИСТ WWVB» . НИСТ . Март 2010 г. – официальный сайт.
• «Радиоуправляемые часы WWVB: Рекомендации для производителей и потребителей» (PDF) .
• «Специальная публикация NIST 250-67» (PDF) . – подробная история и описание радиостанций времени и частоты NIST WWV, WWVH и WWVB.
• «ВВВБ» . Страница Небоскреба .
• «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-радиочасы под управлением WWVB» . – Радиочасы для ПК с дополнительной внешней антенной.
• «Прецизионный частотный компаратор на основе WWVB» . – Стандарты частоты (кристалл или рубидий), характеризующиеся приемником WWVB и шаговым двигателем.
• «Модификация приемника WWVB 2012 г.» . – Приемник модифицирован для учета изменений в передаваемом сигнале WWVB.
• «Как узнать время с помощью телефона, компьютера или радиосигнала» . НИСТ . 3 февраля 2010 г. – часть часто задаваемых вопросов NIST «Который час?»