DCF77 – 日本の辞書

DCF77

DCF77は、ドイツの長波時報および標準周波数ラジオ局です。1959年1月1日に標準周波数局としてサービスを開始しました。1973年6月に日付と時刻の情報が追加されました。そのプライマリおよびバックアップ送信機は
、ドイツのフランクフルトアムマインの南東約25kmにあるマインフリンゲンの北緯50度0分56秒東経9度00分39秒に送信機は50kWの公称電力を生成し、そのうち約30〜35kWをTアンテナを介して放射することができます。 / 50.01556°N9.01083°E / 50.01556; 9.01083
DCF77タイムコード送信機
マインフリンゲンのDCF77低周波
T空中アンテナ
位置
マインフリンゲン長波送信機、マインフリンゲン、ドイツ
コーディネート
北緯50度00分56秒東経 9度00分39秒 / 50.01556°N9.01083°E / 50.01556; 9.01083コーディネート：
北緯50度00分56秒東経 9度00分39秒 / 50.01556°N9.01083°E / 50.01556; 9.01083
標高
113 m（371フィート）
オペレーター
PTBに代わってMediaBroadcast GmbH
周波数
77.5 kHz力 0 kW
運用開始
1959年1月1日; 1973年6月に継続的な日時情報が追加されました
公式範囲
2，000 km（1，243マイル）
Webサイト DCF 77 低コストのDCF77受信機
DCF77は、ドイツの国立物理学研究所であるPhysikalisch-Technische Bundesanstalt（PTB）によって制御され、連続運転（24時間）で送信されます。これは、PTBに代わって、Media Broadcast GmbH （以前はDeutsche Telekom AGの子会社）によって運営されています。Media Broadcast GmbHとの間で、年間99.7％以上、または年間ダウンタイムが26.28時間未満の一時的な伝送の可用性が合意されています。ほとんどのサービスの中断は、2分未満の短期間の切断です。送信サービスの中断が長引くのは、通常、強風、着氷性の雨、または雪によるTアンテナの動きが原因です。これは、アンテナ共振回路の電気的離調、したがって受信信号の測定可能な位相変調に現れます。調整不良が大きすぎると、送信機は一時的に使用できなくなります。 2002年には、ほぼ99.95％の可用性、つまり4.38時間強のダウンタイムが実現されました。送信されるタイムスタンプは、夏時間に応じて協定世界時（UTC）+1またはUTC + 2のいずれかです。
高精度77.5kHz（約 3 868 .3 m波長）キャリア信号は、ブラウンシュヴァイクのPTBにあるドイツのマスタークロックにリンクされているローカル原子時計から生成されます。DCF77時報は、ドイツ国内の法定時刻を一般に広めるために使用されます。
電波時計と時計は1980年代後半からヨーロッパで非常に人気があり、ヨーロッパ本土では、それらのほとんどがDCF77信号を使用して時刻を自動的に設定します。DCF77長波無線放射は建物への浸透を提供し、時間送信は、外部アンテナの助けを借りずに、無線制御された低コストのタイムキーパーの場合に組み込まれた小さなフェライトアンテナによって受信できます。 DCF77振幅変調時報の精度は、主に長期的な精度が重要である消費者による時計や時計の毎日の使用に十分です。鉄道駅、電気通信および情報技術の分野、ラジオおよびテレビ局のさらなる産業用計時システムは、DCF77、ならびにエネルギー供給会社の料金切り替え時計および信号機設備の時計によって無線制御されています。。

コンテンツ
1 信号
1.1 時報 1.2 実験的な民間防衛緊急信号 1.3 市民保護と天気予報信号 1.4 未来とコールサイン
2 タイムコードの詳細
2.1 振幅変調 2.2 位相変調 2.3 タイムコードの解釈
3 レセプションエリア
4 コントロール
5 正確さ
5.1 伝染;感染 5.2 受信
6 ネットワークタイムプロトコルの基準クロックの使用
7 参考文献
8 参考文献
9 外部リンク

信号

DCF77時報は、
ドイツ鉄道会社などの組織が駅の時計を同期するために
使用します。

マインフリンゲン送信機は、孤立した
支線
塔を使用してDCF77
アンテナを持ち上げます。

夜間にマインフリンゲンで継続的に運用されるDCF77信号の低周波T空中アンテナ

時報
DCF77ステーション信号は、振幅変調され、パルス幅でコード化された1ビット/秒のデータ信号を伝送します。同じデータ信号も、512ビット長の疑似ランダムシーケンスを使用して搬送波に位相変調されます（直接シーケンススペクトラム拡散変調）。送信されたデータ信号は毎分繰り返されます。
現在の日付と時刻のビット。
うるう秒の警告ビット。
CETからCESTへの、またはその逆の差し迫った変更、アナウンスビット。
中央ヨーロッパ時間（CET） /中央ヨーロッパ夏時間（CEST）ビット;
異常な送信機動作識別ビット;
いくつかのパリティビット。

実験的な民間防衛緊急信号
2003年以降、これまで使用されていなかった14ビットのタイムコードが民間防衛緊急信号に使用されています。これは実験的なサービスであり、いつの日かドイツの民間防衛サイレンのネットワークを置き換えることを目的としています。

市民保護と天気予報信号
2006年11月22日以降、DCF77送信機はビット1〜14を使用して警告メッセージと気象情報を送信します。ドイツ連邦市民保護災害援助局（ドイツ市民保護災害援助局、BBK）の責任の下で、これらの14ビットを使用して住民に警告を送信することができます。DCF77によって送信される情報コンテンツのさらなる拡張として、適切に装備された電波時計は、ヨーロッパの60の異なる地域の4日間の天気予報を提供できます。予測データは、スイスの会社Meteo Time GmbHによって提供され、その責任の下で提供され、独自の転送プロトコルで転送されます。同じ14ビットが、警告メッセージの送信プロトコルとの互換性を保証する方法で採用されています。天気予報データをデコードするには、ライセンスが必要です。以前にPTB用に予約されていたビットが使用されるため、古い電波時計は気象データ信号の影響を受けないはずです。

未来とコールサイン
PTBとDCF77送信機オペレーターのMediaBroadcast GmbHの間の信号配信契約は、定期的に更新されます。2021年の交渉の後、PTBとMedia Broadcast GmbHは、今後10年間、ドイツ国内法定時間の普及を継続することに合意しました。Media Broadcast GmbHは、放送の信頼性とオペレーターのメンテナンスのしやすさを向上させるために、2022年に2台目の遠隔操作可能な高性能送信機を建設すると発表しました。その後、施設は現場で完全に複製されます。過去にPTBは、ヨーロッパ全体の信号受信の信頼性を向上させるために送信局での近代化活動が必要であると考えられる場合、新しい交渉を初期化すると表明しました。
コールサインDCF77は、D =ドイツ（ドイツ）、C =長波信号、F =マインフリンゲン送信局の敷地内にある長波送信機（フランクフルトアムマインに近いため）、77 =周波数：77.5kHzを表します。

タイムコードの詳細
ほとんどの長波時間送信機（フランスから放送された162 kHz 800 kW TDF時報に類似）と同様に、DCF77は、秒から始まる間隔でキャリア電力を減らすことによって秒をマークします。削減の期間は、1秒ごとに1ビットのタイムコードを伝達するように変更され、1分ごとに繰り返されます。キャリアは同期されているため、ゼロ交差の上昇は2番目に発生します。すべての変調の変化は、ゼロ交差の上昇時にも発生します。

振幅変調

時間の関数としてのDCF77の振幅変調信号
DCF77信号は、振幅偏移変調を使用して、各秒の開始時に0.1または0.2秒間、搬送波の振幅を通常の15％（-16½dB）に減らすことにより、デジタルコード化された時間情報を送信します。0.1秒の短縮（77500 Hzのキャリア振幅の7750サイクル）は、バイナリ0を示します。0.2秒の短縮は、バイナリ1を示します。特別な場合として、毎分の最後の1秒は、キャリア電力の削減なしでマークされます。
2006年までは毎時19分、39分、59分に送信されたモールス信号局の識別もありましたが、局は特性信号によって簡単に識別できるため、これは中止されました。 250 Hzのトーンは、100％から85％の電力の間でキャリアを変調する方形波によって生成され、そのトーンは、2番目のマーク間で1秒あたり1文字を送信するために使用されました。20〜32秒の間に、コールサイン「DCF77」が2回送信されました。

位相変調
さらに、200ミリ秒から始まる793ミリ秒の間、コードビットが直接シーケンススペクトラム拡散を使用して送信されるたびに。このビットは512ビットの疑似ランダムチップシーケンスと混合され、±15.6°の位相偏移変調を使用してキャリア上でエンコードされます。チップシーケンスには各相が同量含まれているため、平均相は変化しません。各チップはキャリアの120サイクルにまたがるので、正確な持続時間は77500のうち15500から76940までのサイクルです。各秒の最後の560サイクル（7.22ミリ秒）は位相変調されません。
チップシーケンスは、9ビットの線形フィードバックシフトレジスタ（LFSR）によって生成され、1秒ごとに繰り返され、00000100011000010011100101010110000…で始まります。
ガロアLFSRのソフトウェア実装は、完全なチップシーケンスを生成できます。
unsigned int i 、lfsr ; lfsr = 0 ; for （i = 0 ; i < 512 ; i ++ ）{
unsignedintチップ; _
チップ= lfsr ＆1 ;
output_chip （チップ）; lfsr >> = 1 ;
if （チップ|| ！lfsr ）
lfsr ^ = 0x110 ; }
送信されるコードビットは毎回、LFSR出力と排他的または結合されます。最後の欠けたシーケンスは、送信機の位相を変調するために使用されます。0チップの間、キャリアは+ 15.6°の位相進みで送信されますが、1チップの間、キャリアは-15.6°の位相遅れで送信されます。
振幅コードで使用される特別な分マーカーの代わりに、ビット59は通常の0ビットとして送信され、最初の10ビット（秒0〜9）はバイナリ1として送信されます。
振幅変調と比較した場合、位相変調は利用可能な周波数スペクトルをより有効に活用し、干渉に対する感度が低く、より正確な低周波数時間分布をもたらします。ただし、位相変調は多くのDCF77受信機では使用されこの理由は、全地球測位システム（GPS）、GLONASS、ガリレオ、北斗などの全地球航法衛星システムによって送信される（正確な時間基準）信号が世界中で利用できることです。GPS信号構造と利用可能なより広い帯域幅により、GPS受信は、原則として、 DCF77位相変調受信ハードウェアで達成できる不確実性よりも少なくとも1桁低い時間伝送の不確実性を達成します。（GPS時間は約±10〜30ナノ秒の精度です。ガリレオ2021年4月、5月、6月欧州GNSSサービスセンターによる四半期パフォーマンスレポートでは、UTC時間普及サービスの精度は4.3ns以下であると報告されています。過去12か月間にサンプルを蓄積し、30ns以下の目標を超えた）。

タイムコードの解釈
時間は2進化10進数で表されます。これは、夏時間の調整を含む常用時を表します。送信される時間は、次の分の時間です。たとえば、12月31日23:59の間に、送信された時刻は1月1日00:00をエンコードします。
最初の20秒は特別なフラグです。分は21〜28秒、時間は29〜34秒、日付は36〜58秒でエンコードされます。
現在の時間の終わりに発生する変更を警告する2つのフラグ：タイムゾーンの変更とうるう秒の挿入。これらのフラグは、イベントまでの1時間に設定されます。これには、イベントの直前の1分間が含まれ、その間、他のタイムコードビット（タイムゾーンインジケータービットを含む）は、イベント後の最初の1分間の時刻をエンコードします。
DCF77タイムコード
少し重さ意味少し重さ意味少し重さ
意味 PhM 午前 PhM 午前 PhM 午前：00 1 M
分の始まり。常に0。：20 S
エンコードされた時間の開始。常に1。：40 10
曜日（続き）：01 1
BundesamtfürBevölkerungsschutzundKatastrophenwarnung（連邦市民保護および災害救援局）によって提供された市民警告ビット。天気予報も含まれています。：21 1
分00〜59：41 20 ：02
1 ：22
2 ：42 1 曜日月曜日= 1、日曜日= 7 ：03 1 ：23
4 ：432 ：04
1 ：24
8 ：444 ：05
1 ：25
10 ：45 1 月番号01〜12 ：06 1 ：26
20 ：462 ：07
1 ：27
40 ：474 ：08
1 ：28 P1 分ビット21〜28のパリティも。：48 8 ：09
1 ：29 1 0〜23時間：49 10 ：10
0 ：30
2 ：50 1 世紀内の年00–99 ：11 0 ：31
4 ：512 ：12
0 ：32
8 ：524 ：13
0 ：33
10 ：538 ：14
0 ：34
20 ：5410 ：15 R
コールビット：送信機の異常動作。以前：使用中のバックアップアンテナ。：35 P2
時間ビット29〜35のパリティも。：5520 ：16 A1
夏の発表。変更前の1時間に設定します。：36 1
月の日。01–31：56 40 ：17 Z1
CESTが有効な場合は1に設定します。：37 2 ：5780 ：18 Z2
CETが有効な場合は1に設定します。：38 4 ：58 P3 日付ビット36〜58のパリティも。：19 A2
うるう秒の発表。うるう秒の1時間前に設定します。：39 8 ：59 0 分マーク：振幅変調なし。
うるう秒が追加された場合、59秒の間に0ビットが挿入され、うるう秒自体の60秒の間に特別な欠落ビットが送信されます。
タイムコードには年の2桁しか含まれていませんが、曜日を使用して2ビットの世紀を推定することは可能です。グレゴリオ暦は400年ごとに週を繰り返すため、400年のあいまいさはまだありますが、00で終わる年がうるう年であるかどうかを判断するにはこれで十分です。
タイムゾーンビットは、 UTCオフセットのバイナリコード表現と見なすことができます。Z1セットはUTC + 2を示し、Z2はUTC +1を示します。
位相変調は通常、振幅変調と同じデータをエンコードしますが、ビット59から14までは異なります。ビット59（振幅変調なし）は、0ビットとして位相変調されます。ビット0〜9は1ビットとして位相変調され、ビット10〜14は0ビットとして位相変調されます。民事保護の警告と気象情報は、位相変調データには含まれ

レセプションエリア

マインフリンゲンからのDCF77レセプションエリア

スペインの南海岸、送信機から1，801 km（1，119マイル）のネルハで測定された24時間にわたるDCF77信号強度
。午前1時頃、信号強度が約100 µV / mでピークになります。日中は、太陽活動による電離層の電離によって信号が弱まります。
DCF77送信は、 50 kWの比較的高い電力で、マインフリンゲンの送信機から2，000 km（1，243マイル）離れたヨーロッパの大部分で確実に受信できます。この範囲内で、 Physikalisch-Technische Bundesanstalt （PTB）によって指定されたDCF77信号の信号強度は100 µV / m以上です。この信号強度の評価は、電離層D層での反射（1ホップ）を伴う反射モデルに従って行われました。例として、消費者向けの時計を使用した受信は、使用する電波時計が約100 µV / mの信号強度で受信を管理できると仮定すると、ノルウェー（Bodø）、ロシア（モスクワ）、トルコ（イスタンブール）、ジブラルタル、ポルトガルで可能です（夜間）。他の電子機器によって引き起こされる金属構造または干渉は、この範囲内の受信問題を引き起こす可能性が距離が短いと、DCF77の信号強度ははるかに高くなります。一例として、マインフリンゲンの送信機から500 km（311 mi）未満では、地上波の予想信号強度は1 mV / m以上です。
信号の伝播と多重反射（ホップ）および局所的な干渉によっては、DCF77信号をさらに遠くで受信できる場合があります（対流圏の伝播を参照）。これは、信号強度の大幅な低下に関連しており、日中や季節、D層へのスカイウェーブの入射角、太陽活動など、多くの要因に依存します。

コントロール

偏差をチェックするため
にPTBで使用されている原子マスタークロックCS2
制御信号は、ブラウンシュヴァイクのPhysikalisch-Technische Bundesanstalt（PTB）からマインフリンゲンの送信無線局に有線で送信されるのではなく、PTBによって開発された制御ユニットを使用して放射場所で生成されます。送信局の空調された部屋に収容されているこの制御装置は、高周波干渉から保護されており、ブラウンシュヴァイクから制御されています。動作の信頼性の理由から、制御信号は、すべて独自のセシウム原子時計を備えた3つの独立した制御チャネルによって生成されます。さらに、ルビジウム原子時計が敷地内に不正確な放出を避けるために、これらの3つのチャネルの出力は、現場の2つの電子スイッチ回路で比較されます。送信用の出力は、3つのチャネルのうち少なくとも2つが一致している場合にのみ生成されます。公衆電話網を介して、制御装置の操作データを遠隔制御システムを使用して呼び出すことができます。さらに、ブラウンシュヴァイクでは、キャリア位相時間と2番目のマーカーの状態が、UTC（PTB）を提供するPTBのアトミックマスタークロックによって指定された設定値と比較されます。これらの原子時計のうち、ブラウンシュヴァイクのCS2原子時計は、ドイツの国内法定時刻基準を提供し、非常に正確な周波数基準として使用できます。逸脱がある場合は、遠隔制御システムを介して必要な修正が行われます。

正確さ

伝染;感染
DCF77の送信キャリア周波数の相対的な不確かさは、24時間で2×10-12、100日で2×10 -13であり、UTCに対する位相の偏差は5.5±0.3マイクロ秒を超えることはありません。ブラウンシュヴァイクのPTBで使用されている4つのドイツの主要なセシウム（噴水）原子時計（CS1、CS2、CSF1、CSF2）は、マインフリンゲンのDCF77施設で使用されている原子時計よりも大幅に少ない長期クロックドリフトを保証します。ブラウンシュヴァイクからの外部修正の助けを借りて、マインフリンゲンのDCF77のコントロールユニットは、約30万年で1秒を増減することはないと予想されています。
理論的には、DCF77制御の外部クロックは、DCF77信号の送信された77.5 kHzの搬送周波数の周期の半分以内、または±6.452× 10-6秒または±6.452マイクロ秒以内に同期できる必要が

受信

時計にDCF77受信機（右）を備えた民生用電波時計のムーブメント。この目覚まし時計で使用されている
小さなフェライト
ループスティックアンテナが左側に
受信信号で観測される伝搬プロセス、位相および/または周波数シフトのために、実際に得られる精度は、送信場所の原子時計で最初に実現されたものよりも低くなります。他の時報無線送信機と同様に、時報は光速で時報受信機に伝播するため、時報の正確な確立は送信機までの距離に影響されます。DCF77送信機から1，000km （621 マイル）離れた場所にあるDCF77受信機の場合、通過遅延のため、受信機は3ミリ秒以上遅れて設定されます。このような小さな偏差が重要になることはめったになく、機器グレードのタイムレシーバーで通過遅延を補正できます。
さらなる不正確さは、受信機が記録する波のタイプによって引き起こされる可能性が純粋な地上波の受信が予想され、受信場所が永続的である場合、定数が計算に含まれる可能性がありますが、純粋な宇宙波の場合、これらは反射の高度の変化の結果であるため、受信機は変動を補償できません。電離層の曲げ層。地上波とスカイウェーブが重なる場合にも同様の問題が発生します。このフィールドは一定ではありませんが、送信機の位置から約600〜1，100 km（373〜684 mi ）の間で1日のうちに変化します。
Mainflingernの送信機のアンテナに接線方向に向けられた付随アンテナを備えた振幅変調時間信号を使用して、固定位置で可能な限り最高の干渉のない時間信号受信を保証する、修正された機器グレードのDCF77受信機は、±2ミリ秒よりも優れた実用的な精度の不確実性を達成できます。
振幅変調された時報送信に加えて、この情報は、1983年6月以降、512ビット長の疑似ランダムノイズシーケンスによる搬送波の位相変調を介してDCF77によって送信されます。相互相関を使用すると、受信側で再生された信号を使用して、2番目のマーカーの開始をはるかに正確に決定できます。位相変調された時間信号を使用することの欠点は、この時間信号受信方法を使用するために必要な複雑な機器グレードの受信ハードウェアにこの方法を使用して、Physikalisch-Technische Bundesanstalt（PTB）は、UTC（PTB）とUTC（DCF77）の間で、1日の時間と季節に応じて、±2〜22マイクロ秒の標準偏差を測定しました。これは、マインフリンゲンの送信機から273 km（170 マイル）に位置するブラウンシュヴァイクで行われました。
通常の低コストの消費者向けDCF77受信機は、振幅変調された時間信号のみに依存し、小さなフェライトループスティックアンテナと最適でないデジタル信号処理遅延のある回路を備えた狭帯域受信機（帯域幅10 Hz）を使用するため、 ±0.1秒の実用的な精度の不確実性を伴う秒の始まり。これは、無線制御された低コストの消費者向け時計や、標準品質のクォーツ時計を使用して毎日のDCF77同期試行間の計時を行う時計には十分です。同期が成功した直後に最も正確になり、その時点から次の時点まで精度が低下するためです。同期。 DCF77で制御される一部の消費者向けクォーツムーブメントは、1日に複数回自動的に時刻を同期および修正することにより、正確な時刻管理を促進します。

ネットワークタイムプロトコルの基準クロックの使用
ネットワークタイムプロトコル
ネットワークタイムプロトコルのタイムサーバーは、refid識別子.DCFaを表示します。（振幅変調）または.DCFp。（位相変調）標準のDCF77タイムレシーバーを基準時間ソースとして使用する場合。

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参考文献
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外部リンク
コモンズには、DCF77に関連するメディアが
PTBの公式DCF77Webページ（ドイツ語）フランクフルト/マインドイツの原子時計
グローバル周波数データベースのDCF77
タイムコードの説明
うるう秒中のDCF77の観測
DCF77 Arduino実装ハードウェア、信号、コード Meteotime DCF77による時間と頻度の普及：1959年から2009年以降」–DCF77の歴史の詳細な説明
クロックDCFの作成方法（archive.orgコピー）
EkkehardPlichtによるDCF77マインフリンゲンへの歴史的訪問”