WWVB - WWVB

Serviço de tempo e frequência NIST

Antena WWVB e torres de suporte
Modelo	Estação do tempo
País	Estados Unidos
Propriedade
Proprietário	Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia
História
Data de lançamento	Julho de 1956 (sob licença experimental KK2XEI) 4 de julho de 1963 (como WWVB)
Cobertura
Disponibilidade	Canadá, Estados Unidos, México
Links
Local na rede Internet	"Página inicial da WWVB" .

WWVB é uma estação de rádio de sinal de tempo perto de Fort Collins, Colorado e é operada pelo Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST). A maioria dos relógios controlados por rádio na América do Norte usa as transmissões do WWVB para definir a hora correta. O sinal ERP de 70 kW transmitido do WWVB é uma onda portadora contínua de 60  kHz , cuja frequência é derivada de um conjunto de relógios atômicos localizados no local do transmissor, gerando uma incerteza de frequência de menos de 1 parte em 10 ¹² . Um código de tempo de um bit por segundo, que é baseado no formato de código de tempo IRIG "H" e derivado do mesmo conjunto de relógios atômicos, é então modulado na onda portadora usando modulação de largura de pulso e chaveamento de amplitude . Um único quadro completo de código de tempo começa no início de cada minuto, dura um minuto e transmite o ano, dia do ano, hora, minuto e outras informações a partir do início do minuto.

WWVB está co-localizado com WWV , uma estação de sinal de tempo que transmite em voz e código de tempo em várias frequências de rádio de ondas curtas .

Enquanto a maioria dos sinais de tempo codificam a hora local do país de transmissão, os Estados Unidos abrangem vários fusos horários , portanto, o WWVB transmite a hora no Tempo Universal Coordenado (UTC) . Os relógios controlados por rádio podem então aplicar ajustes de fuso horário e horário de verão conforme necessário para exibir a hora local. O tempo usado na transmissão é definido pela escala de tempo NIST, conhecida como UTC (NIST). Esta escala de tempo é o tempo médio calculado de um conjunto de relógios principais, eles próprios calibrados pelos relógios atômicos de fonte de césio NIST-F1 e NIST-F2 .

Em 2011, o NIST estimou o número de rádio-relógios e relógios de pulso equipados com um receptor WWVB em mais de 50 milhões.

O WWVB, junto com as estações de código de tempo e anúncio de ondas curtas do NIST, WWV e WWVH, foram propostos para retirada de fundos e eliminação no orçamento de 2019 do NIST. No entanto, o orçamento final do NIST para 2019 preservou o financiamento para as três estações.

Serviços de estação de sinal de tempo NIST

Estação	Ano de serviço	Ano fora de serviço	Frequências de rádio	Frequências de áudio	musical campo	Intervalos de tempo	Sinais de tempo	Correção UT2	Previsões de propagação	Alertas geofísicos
WWV	1923		✔	✔	✔	✔	✔	✔	✔	✔
WWVH	1948		✔	✔	✔	✔	✔	✔		✔
WWVB	1963		✔			✔	✔	✔
WWVL	1963	1972	✔

História

As transmissões LF e VLF (frequência muito baixa) são usadas há muito tempo para distribuir padrões de tempo e frequência. Já em 1904, o Observatório Naval dos Estados Unidos (USNO) estava transmitindo sinais de tempo da cidade de Boston como um auxílio à navegação. Este experimento e outros como ele tornaram evidente que os sinais LF e VLF poderiam cobrir uma grande área usando uma potência relativamente baixa. Em 1923, a estação de rádio WWV do NIST começou a transmitir sinais de portadora padrão ao público em frequências que variam de 75 a 2.000 kHz.

Esses sinais foram usados ​​para calibrar o equipamento de rádio, que se tornou cada vez mais importante à medida que mais e mais estações se tornavam operacionais. Ao longo dos anos, muitos sistemas de navegação por rádio foram projetados usando sinais estáveis ​​de tempo e frequência transmitidos nas bandas LF e VLF. O mais conhecido desses sistemas de navegação era o agora obsoleto Loran-C , que permitia que navios e aviões navegassem por meio da recepção de sinais de 100 kHz transmitidos por vários transmissores.

O que agora é WWVB começou como estação de rádio KK2XEI em julho de 1956. O transmissor estava localizado em Boulder, Colorado , e a potência irradiada efetiva (ERP) era de apenas 1,4 watts. Mesmo assim, o sinal pôde ser monitorado na Universidade Harvard, em Massachusetts . O objetivo desta transmissão experimental era mostrar que o caminho do rádio era estável e o erro de frequência era pequeno em baixas frequências.

Em 1962, o National Bureau of Standards (NBS) - agora conhecido como National Institute of Standards and Technology (NIST) - começou a construir uma nova instalação em um local perto de Fort Collins, Colorado. Este local tornou-se o lar da WWVB e WWVL, uma estação de 20 kHz que foi transferida das montanhas a oeste de Boulder.

O local era atraente por vários motivos, um deles sendo a condutividade do solo excepcionalmente alta, que se devia à alta alcalinidade do solo. Também ficava razoavelmente perto de Boulder (cerca de 50 milhas ou 80 quilômetros), o que o tornava mais fácil de tripular e administrar, mas muito mais longe das montanhas, o que o tornava a melhor escolha para transmitir um sinal omnidirecional.

WWVB foi ao ar em 4 de julho de 1963 (5 de julho às 00:00 UTC), transmitindo um sinal ERP de 5 kW em 60 kHz. A WWVL começou a transmitir um sinal ERP de 0,5 kW em 20 kHz no mês seguinte, usando o chaveamento de frequência , passando de 20 kHz para 26 kHz, para enviar dados. A transmissão da WWVL foi interrompida em julho de 1972, enquanto a WWVB se tornou uma parte permanente da infraestrutura do país.

Um código de tempo foi adicionado ao WWVB em 1 de julho de 1965. Isso possibilitou que relógios fossem projetados para receber o sinal, decodificá-lo e, então, sincronizar-se automaticamente. O formato do código de tempo mudou apenas ligeiramente desde 1965; ele envia um código de tempo decimal, usando quatro bits binários para enviar cada dígito em decimal codificado binário (BCD).

O ERP do WWVB foi ampliado várias vezes. Ele foi aumentado para 7 kW e depois para 13 kW ERP no início de sua vida. Lá permaneceu por muitos anos até que uma grande atualização em 1998 aumentou a potência para 50 kW em 1999 e, finalmente, para 70 kW em 2005. O aumento de potência tornou a área de cobertura muito maior e tornou mais fácil para pequenos receptores com antenas simples receber o sinal. Isso resultou na introdução de muitos novos relógios controlados por rádio de baixo custo que "se ajustam" para coincidir com o horário do NIST.

Planos de melhoria de serviço

A localização do WWVB no Colorado torna o sinal mais fraco na costa leste dos Estados Unidos, onde a densidade urbana também produz considerável interferência. Em 2009, o NIST levantou a possibilidade de adicionar um segundo transmissor de código de tempo, na costa leste, para melhorar a recepção do sinal e fornecer uma certa robustez ao sistema geral caso o clima ou outras causas tornem um local do transmissor inoperante. Esse transmissor usaria o mesmo código de tempo, mas uma frequência diferente.

O uso de 40 kHz permitiria o uso de receptores de código de tempo de dupla frequência já produzidos para os transmissores JJY japoneses . Com o descomissionamento da estação de ondas longa suíça HBG a 75 kHz, essa frequência também está potencialmente disponível.

Planos foram feitos para instalar o transmissor no terreno do Arsenal de Redstone em Huntsville, Alabama , mas o Marshall Space Flight Center se opôs a ter um transmissor de alta potência tão próximo de suas operações. O financiamento, que foi alocado como parte do "projeto de lei de estímulo" do ARRA de 2009 , expirou antes que o impasse pudesse ser resolvido, e agora é improvável que seja construído.

O NIST explorou duas outras ideias em 2012. Uma era adicionar uma segunda frequência de transmissão no local do transmissor atual. Embora não tenha ajudado na intensidade do sinal, teria reduzido a incidência de interferência e desvanecimento de multipercurso (dependente da frequência).

Nenhuma das ideias para um segundo transmissor foi implementada.

Em vez disso, o NIST implementou a segunda ideia, adicionando modulação de fase à portadora WWVB, em 2012. Isso não requer transmissores ou antenas adicionais, e a modulação de fase já havia sido usada com sucesso pelos sinais de tempo alemão DCF77 e francês TDF . Um receptor que decodifica a modulação de fase pode ter maior ganho de processo , permitindo recepção utilizável em uma relação sinal-ruído recebida mais baixa do que o código de tempo PWM / ASK . O método é descrito com mais detalhes posteriormente neste artigo.

Antenas

O sinal WWVB é transmitido por meio de uma série de fases de dois sistemas de antenas idênticos , espaçados de 857 m (2.810 pés), um dos quais foi usado anteriormente para WWVL. Cada uma consiste em quatro torres de 400 pés (122 m) que são usadas para suspender um "monopolo carregado no topo" ( antena em T ), consistindo em uma "teia" em forma de diamante de vários cabos em um plano horizontal (um capacitivo " cartola " ) suportada pelas torres, e uma cabeceira descendente (cabo vertical) no meio que conecta a cartola a uma" casa helicoidal "no solo. Nesta configuração, o downlead é o elemento radiante da antena. Cada casa de hélice contém um sistema duplo indutor fixo-variável, que é automaticamente combinado com o transmissor por meio de um loop de feedback para manter o sistema de antena em sua eficiência de irradiação máxima. A combinação do cabo descendente e da cartola foi projetada para substituir uma única antena de um quarto de comprimento de onda , que, a 60 kHz, teria que ter uma altura inviável de 4.100 pés (1.250 m).

Como parte de um programa de modernização WWVB no final da década de 1990, a antena WWVL desativada foi reformada e incorporada ao atual phased array. O uso de ambas as antenas simultaneamente resultou em um aumento para 50 kW (mais tarde 70 kW) ERP. A estação também passou a operar em uma antena, com um ERP de 27 kW, enquanto os engenheiros realizavam a manutenção na outra.

Formato de modulação

O WWVB transmite dados a um bit por segundo, levando 60 segundos para enviar a hora e a data atuais em um século. Existem dois códigos de tempo independentes usados ​​para essa finalidade: um código de tempo modulado em amplitude, que está em uso com pequenas alterações desde 1962, e um código de tempo modulado em fase adicionado no final de 2012.

Modulação de amplitude

A portadora WWVB de 60 kHz, que tem um ERP normal de 70  kW , tem sua potência reduzida no início de cada segundo UTC em 17  dB (para 1,4 kW ERP). Ele é restaurado à potência total em algum momento durante o segundo. A duração da potência reduzida codifica um dos três símbolos:

• Se a potência for reduzida por um quinto de segundo (0,2 s), este é um bit de dados com valor zero.
• Se a potência for reduzida por meio segundo (0,5 s), este é um bit de dados com valor um.
• Se a potência for reduzida por quatro quintos de segundo (0,8 s), este é um "marcador" especial sem dados, usado para enquadramento.

A cada minuto, sete marcadores são transmitidos em um padrão regular que permite ao receptor identificar o início do minuto e, assim, o enquadramento correto dos bits de dados. Os outros 53 segundos fornecem bits de dados que codificam a hora atual, data e informações relacionadas.

Antes de 12 de julho de 2005, quando o ERP máximo do WWVB era de 50 kW, a redução de energia era de 10 dB, resultando em um sinal de 5 kW. A mudança para uma profundidade de modulação maior foi parte de uma série de experimentos para aumentar a cobertura sem aumentar a potência do transmissor.

Modulação de fase

Um código de tempo independente é transmitido por codificação de mudança de fase binária da portadora WWVB. Um bit 1 é codificado invertendo a fase (um deslocamento de fase de 180 °) da portadora por um segundo. Um bit 0 é transmitido com fase de portadora normal. O deslocamento de fase começa 0,1 s após o segundo UTC correspondente, de modo que a transição ocorre enquanto a amplitude da portadora é baixa.

O uso de chaveamento de fase permite que um receptor mais sofisticado (mas ainda muito simples para os padrões eletrônicos modernos) distinga 0 e 1 bits com muito mais clareza, permitindo uma recepção melhorada na costa leste dos Estados Unidos, onde o nível do sinal WWVB é fraco , o ruído de radiofrequência é alto e o sinal horário de MSF do Reino Unido interfere às vezes.

Não há marcadores como no código de tempo modulado em amplitude. O enquadramento por minuto é, em vez disso, fornecido por um padrão fixo de bits de dados, transmitidos no último segundo de cada minuto e nos primeiros 13 segundos do próximo. Como os marcadores modulados em amplitude fornecem apenas 0,2 s de portadora de força total, é mais difícil decodificar sua modulação de fase. O código de tempo modulado em fase, portanto, evita usar essas posições de bits dentro do minuto para informações importantes.

Provisão para receptores de rastreamento de fase portadora

Adicionada no final de 2012, esta modulação de fase não tem efeito nos relógios controlados por rádio populares, que consideram apenas a amplitude da portadora, mas irá paralisar (raros) receptores que rastreiam a fase da portadora.

Para permitir que os usuários de receptores de rastreamento de fase ajustem o tempo, o código de tempo modulado por fase foi inicialmente omitido duas vezes ao dia por 30 minutos, começando ao meio-dia e meia-noite no horário Mountain Standard (07:00 e 19:00 UTC). Isso forneceu oportunidade suficiente para um receptor travar na fase da portadora WWVB. Este subsídio foi removido em 21 de março de 2013.

ID da estação

Antes da adição do código de tempo modulado por fase, o WWVB se identificou avançando a fase de sua onda portadora em 45 ° a dez minutos após a hora e retornando ao normal (uma mudança de -45 °) cinco minutos depois. Esta etapa de fase foi equivalente a "cortar e colar" 1 ⁄ 8 de um ciclo de portadora de 60 kHz, ou aproximadamente 2,08  μs .

Este método de ID de estação era comum para transmissores de banda estreita de alta potência nas bandas VLF e LF, onde outros fatores intervenientes impedem os métodos normais de transmissão de letras de chamada.

Quando o código de tempo de modulação de fase foi adicionado no final de 2012, essa identificação de estação foi eliminada; o próprio formato do código de tempo serve como identificação da estação.

Código de tempo modulado em amplitude

A cada minuto, o WWVB transmite a hora atual em um formato decimal binário codificado. Embora seja baseado no código de tempo IRIG , a codificação de bits e a ordem dos bits transmitidos diferem de qualquer padrão de distribuição de tempo IRIG atual ou anterior.

• Os marcadores são enviados durante os segundos 0, 9, 19, 29, 39, 49 e 59 de cada minuto. Assim, o início do segundo de dois marcadores consecutivos indica o início do minuto e serve como marcador de tempo para o próximo quadro do código de tempo. Os marcadores são importantes para permitir que os receptores enquadrem corretamente o código de tempo.
• Um marcador também é enviado durante os segundos bissextos . Nesse caso excepcional, três marcadores consecutivos serão transmitidos: um no segundo 59, um no segundo 60 e um no segundo 0. O início do terceiro marcador indica o início do minuto.
• Existem 11 bits não utilizados, transmitidos como 0 binário.
• Os 42 bits restantes, zeros e uns, carregam o código de tempo binário e outras informações.

O marcador no tempo, o momento exato que o código de tempo identifica, é a borda dianteira (direção negativa) do marcador de referência de quadro. Assim, o código de tempo é sempre transmitido no minuto imediatamente após o momento que representa e corresponde às horas e minutos da hora do dia em que um relógio deve ser exibido naquele momento em UTC (antes de qualquer fuso horário ou compensação de horário de verão ser aplicada) .

No diagrama a seguir, os blocos ciano (0 dBr) indicam o portador de intensidade total e os blocos azul escuro (−17 dBr) indicam o portador de intensidade reduzida. Os blocos azuis escuros mais largos - os intervalos mais longos (0,8 s) de força de portador reduzida - são os marcadores, ocorrendo nos segundos 0, 9, 19, 29, 39, 49 e 59. Dos blocos azuis escuros restantes, os mais estreitos representam força de portadora reduzida de 0,2 segundos de duração, portanto, bits de dados de valor zero. Aqueles de largura intermediária (por exemplo, em segundos: 02 e: 03) representam força de portadora reduzida de 0,5 segundos de duração, portanto, bits de dados de valor um.

O exemplo acima codifica o seguinte:

• dia 66 (6 de março) de 2008
• para o minuto começando às 07:30:00 UTC
• DUT1 é −0,3 segundos (portanto, UT1 é 07: 29: 59,7)
• O horário de verão não está em vigor hoje, nem está entrando em vigor
• não há um segundo bissexto pendente, mas o ano atual é um ano bissexto

A tabela abaixo mostra isso em mais detalhes, com a coluna "Ex" sendo os bits do exemplo acima:

Estrutura do código de tempo WWVB

Pedaço	Peso	Significado	Ex		Pedaço	Peso	Significado	Ex		Pedaço	Peso	Significado	Ex
: 00	FRM	Marcador de referência de quadro	M		: 20	0	Não utilizado, sempre 0.	0		: 40	0,8	Valor DUT1 (0–0,9 s). DUT1 = UT1 -UTC. Exemplo: 0,3	0
: 01	40	Minutos (00–59) Exemplo: 30	0		: 21	0		0		: 41	0,4		0
: 02	20		1		: 22	200	Dia do ano 1 = 1 de janeiro, 365 = 31 de dezembro (366 se for um ano bissexto) Exemplo: 66 (6 de março)	0		: 42	0,2		1
: 03	10		1		: 23	100		0		: 43	0,1		1
: 04	0		0		: 24	0		0		: 44	0	Não utilizado, sempre 0.	0
: 05	8		0		: 25	80		0		: 45	80	Ano (00-99) Exemplo: 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	Marcador	M		: 29	P3		M		: 49	P5		M
: 10	0	Não utilizado, sempre 0.	0		: 30	8		0		: 50	8		1
: 11	0		0		: 31	4		1		: 51	4		0
: 12	20	Horas (00-23) Exemplo: 07	0		: 32	2		1		: 52	2		0
: 13	10		0		: 33	1		0		: 53	1		0
: 14	0		0		: 34	0	Não utilizado, sempre 0.	0		: 54	0	Não utilizado, sempre 0.	0
: 15	8		0		: 35	0		0		: 55	LYI	Indicador de ano bissexto	1
: 16	4		1		: 36	+	Sinal DUT1 . Se +, os bits 36 e 38 são definidos. Se -, o bit 37 é definido. Exemplo: -	0		: 56	LSW	Segundo bissexto no final do mês	0
: 17	2		1		: 37	-		1		: 57	2	Valor de status DST (binário) : 00 = DST não está em vigor. 10 = DST começa hoje. 11 = DST em vigor. 01 = DST termina hoje.	0
: 18	1		1		: 38	+		0		: 58	1		0
: 19	P2	Marcador	M		: 39	P4	Marcador	M		: 59	P0	Marcador	M

Bits de anúncio

Vários bits do código de tempo WWVB avisam sobre eventos futuros.

O bit 55, quando definido, indica que o ano atual é um ano bissexto e inclui 29 de fevereiro. Isso permite que um receptor traduza o número do dia em um mês e dia de acordo com as regras de ano bissexto do calendário gregoriano, mesmo que o código de tempo não inclua o século.

Quando um segundo bissexto é agendado para o final de um mês, o bit 56 é definido próximo ao início do mês e redefinido imediatamente após a inserção do segundo bissexto.

Os bits de status do DST indicam as regras do horário de verão nos Estados Unidos . Os bits são atualizados diariamente durante o minuto começando às 00:00 UTC. O primeiro bit DST, transmitido aos 57 segundos após o minuto, muda no início do dia UTC em que o DST entra em vigor ou termina. O outro bit DST, no segundo 58, muda 24 horas depois (após a mudança DST). Portanto, se os bits do DST forem diferentes, o DST está mudando às 02:00, hora local, durante o dia UTC atual. Antes das próximas 02:00 hora local depois disso, os bits serão os mesmos.

Cada alteração nos bits do DST será recebida primeiro no continente dos Estados Unidos entre 16:00 PST e 20:00 EDT, dependendo do fuso horário local e se o DST está prestes a começar ou terminar. Um receptor no fuso horário do Leste (UTC-5) deve, portanto, receber corretamente a indicação "DST está mudando" dentro de um período de sete horas antes do início do DST e seis horas antes do fim do DST, se for para alterar a hora local exibir na hora correta. Portanto, os receptores nos fusos horários Central, Mountain e Pacific têm uma, duas e três horas a mais de aviso prévio, respectivamente.

Cabe ao relógio receptor aplicar a alteração nas próximas 02:00, hora local, caso perceba que os bits são diferentes. Se acontecer de o relógio receptor não receber uma atualização entre 00:00 UTC e 02:00 hora local do dia da alteração, ele deve aplicar a alteração do DST na próxima atualização depois disso.

Uma definição equivalente dos bits de status do horário de verão é que o bit 57 é definido se o horário de verão estiver em vigor às 24:00 Z, o final do dia UTC atual. O bit 58 é definido se o DST estava em vigor às 00:00 Z, o início do dia UTC atual.

Código de tempo modulado de fase

O código de tempo modulado em fase foi completamente atualizado e não está relacionado ao código de tempo modulado em amplitude. A única conexão é que ele também é transmitido em quadros de 60 segundos, e os marcadores modulados em amplitude (quando apenas 20% do segundo é transmitido com força total) não são usados ​​para informações de código de tempo essenciais.

Prazos de um minuto

O tempo é transmitido como um "minuto do século" de 26 bits de 0 a 52595999 (ou 52594559 em séculos com apenas 24 anos bissextos). Como o código modulado em amplitude, o tempo é transmitido no minuto após o instante em que ele se identifica; os relógios devem incrementá-lo para exibição.

Outros 5 bits de correção de erro produzem um código de Hamming de 31 bits que pode corrigir erros de bit único ou detectar erros de bit duplo ( mas não ambos ).

Outro campo codifica o DST e bits de anúncio de segundos bissextos semelhantes ao WWVB padrão, e um novo campo de 6 bits fornece um aviso bastante avançado de alterações agendadas do DST.

Os 60 bits transmitidos a cada minuto são divididos da seguinte forma:

• 14 bits de sincronização fixos (0, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 1, 1, 0, 1, 0, 0, 0)
• 32 bits de tempo, compreendendo:
  • Minuto binário de 26 bits do século (0–52595999 para 36525 dias por século)
  • 5 bits ECC, criando um código de Hamming (31,26)
  • Cópia de 1 bit do bit menos significativo do minuto
• 5 bits de status DST e salto pendente, compreendendo:
  • 2 bits de status DST, como no código de amplitude modulada
  • 2 bits (3 possibilidades) de aviso de segundo bissexto
  • 1 bit de paridade ímpar (com uma exceção, veja abaixo)
• Código de regras DST de 6 bits, compreendendo:
  • 2 bits indicando a hora da próxima mudança (1/2/3 horas ou nunca)
  • 3 bits que indicam a data da mudança (que domingo)
  • 1 bit de paridade ímpar (com uma exceção, veja abaixo)
• 1 bit de "aviso NIST"
• 2 bits reservados

Um receptor que já conhece a hora em poucos segundos pode sincronizar com o padrão de sincronização fixo, mesmo quando não é capaz de distinguir bits de código de tempo individuais.

O código de tempo integral (com o código modulado em amplitude para referência) é transmitido da seguinte forma:

Código de tempo modulado em fase WWVB

Pedaço	Amp.	Ex	Estágio	Significado	Ex		Pedaço	Amp.	Ex	Estágio	Significado	Ex		Pedaço	Amp.	Ex	Estágio	Significado	Ex
: 00	FRM	M	sincronizar [12]	Padrão de sincronização corrigido	0		: 20	-	0	tempo [24]	Minuto binário do século 0 - 52.595.999	0		: 40	DUT1	0	tempo [6]		0
: 01	Dezenas de minutos	0	sincronizar [11]		0		: 21	-	0	tempo [23]		0		: 41		1	tempo [5]		0
: 02		1	sincronizar [10]		1		: 22	Dia 100s	0	tempo [22]		1		: 42		0	tempo [4]		1
: 03		1	sincronizar [9]		1		: 23		1	tempo [21]		1		: 43		0	tempo [3]		1
: 04	-	0	sincronizar [8]		1		: 24	-	0	tempo [20]		0		: 44	-	0	tempo [2]		0
: 05	minuto queridos	0	sincronizar [7]		0		: 25	Dez dias	1	tempo [19]		0		: 45	Dezenas do ano	0	tempo [1]		1
: 06		0	sincronizar [6]		1		: 26		0	tempo [18]		1		: 46		0	hora [0]		0
: 07		0	sincronizar [5]		1		: 27		0	tempo [17]		0		: 47		0	dst_ls [4]	Aviso de horário de verão / segundo bissexto	0
: 08		0	sincronizar [4]		0		: 28		0	tempo [16]		0		: 48		1	dst_ls [3]		0
: 09	M	P1	sincronizar [3]		1		: 29	M	P3	R		0		: 49	M	P5	perceber		1
: 10	-	0	sincronizar [2]		0		: 30	Primeiros dias	0	tempo [15]		0		: 50	Uns do ano	0	dst_ls [2]		0
: 11	-	0	sincronizar [1]		0		: 31		1	tempo [14]		1		: 51		0	dst_ls [1]		1
: 12	Dezenas de horas	0	sincronizar [0]		0		: 32		1	tempo [13]		1		: 52		1	dst_ls [0]		1
: 13		1	timepar [4]	Paridade de tempo (ECC)	1		: 33		0	tempo [12]		0		: 53		0	dst_next [5]	Próxima programação de horário de verão	0
: 14	-	0	timepar [3]		0		: 34	-	0	tempo [11]		0		: 54	-	0	dst_next [4]		1
: 15	hora queridos	0	timepar [2]		0		: 35	-	0	tempo [10]		0		: 55	LYI	1	dst_next [3]		1
: 16		1	timepar [1]		1		: 36	Sinal DUT1	1	tempo [9]		1		: 56	LSW	0	dst_next [2]		0
: 17		1	timepar [0]		0		: 37		0	tempo [8]		1		: 57	DST	1	dst_next [1]		1
: 18		1	tempo [25]		0		: 38		1	tempo [7]		0		: 58		1	dst_next [0]		1
: 19	M	P2	hora [0]	(duplicado)	0		: 39	M	P4	R	reservado	1		: 59	M	P0	sincronizar [13]		0

Os bits dentro dos campos são numerados a partir do bit 0 como o bit menos significativo; cada campo é transmitido o bit mais significativo primeiro.

O exemplo mostra o código de tempo transmitido em 4 de julho de 2012 entre 17:30 e 17:31 UTC. O código de amplitude BCD mostra uma hora de 17:30, no dia 186 do ano.

O código de tempo binário mostra o minuto 0x064631A = 6578970 do século. Dividindo por 1440 minutos por dia, é o minuto 1050 (= 17 × 60 + 30) do dia 4568 do século. Há 365 × 12 + 3 = 4383 dias nos 12 anos anteriores a 2012, então este é o dia 185 do ano. Este número do dia começa em 0 em 1 de janeiro, em vez de 1 como o código de tempo BCD, portanto, ele codifica a mesma data.

Bits de anúncio

O código modulado em fase contém bits de anúncio adicionais úteis para converter a transmissão UTC em hora civil.

Além do DST e dos bits de aviso de segundo intercalado encontrados no código modulado em amplitude, um campo de programação DST adicional fornece vários meses de aviso antecipado das regras do horário de verão .

Um bit final, o bit de "aviso", indica que há um anúncio de interesse para os usuários do WWVB postado em nist.gov/pml/div688/grp40/wwvb.cfm .

Dois bits reservados não estão definidos no momento, mas não há garantia de que sejam zero; observe que um deles é transmitido como 1 no exemplo acima.

A informação DUT1 (+0,4 s) e bits indicadores de ano bissexto (2012 é um ano bissexto) no código modulado em amplitude não estão incluídos no código modulado em fase; o uso do DUT1 para navegação celestial tornou-se obsoleto para a navegação por satélite .

Aviso de horário de verão e segundo bissexto

O código de tempo modulado em fase contém anúncio de horário de verão e informações de aviso de segundo intercalado equivalente ao código modulado em amplitude, mas eles são combinados em um campo de 5 bits para fins de detecção de erro.

Existem dois bits de anúncio de horário de verão que permitem que um receptor aplique as regras do horário de verão dos EUA:

• dst_on [0] é definido se o DST estava em vigor no início do dia UTC atual (00:00 UTC).
• dst_on [1] é definido se o horário de verão estiver em vigor no final do dia UTC atual (24:00 UTC).

Os dois bits diferem nos dias em que o horário de verão está mudando (às 02:00 hora local).

Existem também três possibilidades de aviso de segundo bissexto (0, +1 ou -1 segundos), criando doze valores possíveis que precisam ser codificados. Onze deles são codificados como códigos de 5 bits com paridade ímpar , fornecendo detecção de erro de bit único (uma distância de Hamming mínima de 2 entre quaisquer dois códigos válidos).

Cinco dos 16 valores de paridade ímpar possíveis (todos aqueles que diferem em um bit de 00011) não são usados, e o valor de paridade par 00011 é usado para codificar a condição mais comum: DST em vigor, nenhum segundo bissexto pendente. Isso fornece correção de erro de bit único (uma distância de Hamming mínima de 3) sempre que este código é transmitido.

Bits de aviso modulados por fase WWVB

Aviso de horário de verão			Aviso de salto
Significado	dst_on [0]	dst_on [1]	0	+1	-1
Não está em vigor	0	0	01000	11001	00100
Começa hoje	0	1	10110	11010	10.000
Em vigor	1	1	00011	11111	01101
Termina hoje	1	0	10101	11100	01110

O exemplo acima ilustra este caso comum: DST está em vigor e nenhum segundo bissexto está pendente (o último segundo bissexto foi há 4 dias).

Durante um segundo bissexto, o bit 59 (um bit marcador com um código de fase modulada de 0) é transmitido novamente.

Horário de verão

Para estender o aviso de algumas horas fornecido por dst_on [1], outro campo de 6 bits codifica a programação para a próxima alteração do horário de verão. A codificação é um tanto complicada, mas fornece efetivamente 5 bits de informação. Três bits fornecem a data da mudança, de 0 a 7 domingos após o primeiro domingo de março (quando dst_on [1] = 0), ou 4 domingos antes de 3 domingos após o primeiro domingo de novembro (quando dst_on [1] = 1).

Mais dois bits codificam a hora da mudança: 1:00, 2:00 ou 3:00 hora local. A quarta combinação desses dois bits codifica (usando os bits de data de alteração) vários casos especiais: DST em algum outro momento, DST sempre desativado, DST sempre ativado e cinco códigos reservados.

Tal como acontece com o outro campo de aviso, a maioria dos códigos de 6 bits atribuídos tem paridade ímpar, fornecendo uma distância de Hamming de 2 um do outro. No entanto, 6 dos 32 códigos de paridade ímpar não são usados ​​(todos aqueles que diferem em um bit de 011011), e o código de paridade par 011011 é usado para codificar a regra de horário de verão mais comum (2º domingo de março ou 1º domingo de Novembro) com uma distância de Hamming de 3.

Os cinco códigos reservados adicionais são atribuídos a outras palavras de código de paridade par a uma distância de Hamming de 1 dos códigos de regra DST improváveis.

O código de exemplo 011011 indica uma mudança de horário de verão às 02:00 no primeiro domingo de novembro.

Quadros de mensagem

Uma pequena porcentagem dos quadros de código de tempo (normalmente menos de 10%) pode ser substituída por quadros de mensagem de um minuto, contendo outras informações, como transmissões de emergência.

Os detalhes de tais quadros não foram finalizados, mas eles começarão com uma palavra de sincronização alternativa (1101000111010 e um 0 durante o segundo 59) e incluirão 42 bits de dados não temporais nos bits não marcadores do código de tempo. Os quadros de mensagem ainda contêm o tempo [0] durante o segundo 19 e o bit de aviso durante o segundo 49, de modo que um receptor que sabe o tempo com uma precisão de ± 1 minuto pode sincronizar com eles.

Espera-se que as mensagens abranjam vários quadros de mensagens.

Prazos de seis minutos

Durante seis minutos a cada meia hora, de 10 a 16 e 40 a 46 minutos após cada hora, os quadros de um minuto são substituídos por um período de tempo estendido especial. Em vez de transmitir 35 bits de informação em um minuto, ele transmite 7 bits (hora do dia e status DST apenas) em 6 minutos, dando 30 vezes mais energia por bit transmitido, uma melhoria de 14,8 dB no orçamento do link em comparação com o padrão código de tempo de um minuto.

A palavra de código de 360 ​​bits consiste em três partes:

• Uma sequência de 127 bits (gerada por um registrador de deslocamento de feedback linear de 7 bits ), girada para a esquerda por uma quantidade variável para codificar um valor de 0 a 123.
• Uma sequência de bits fixos de 106 bits.
• O reverso de 127 bits da sequência inicial. Por estar invertido, é efetivamente girado na direção oposta.

A única informação transmitida é a hora do dia (uma de 48 horas e meia), mais o status atual do horário de verão nos EUA, tornando 2 × 48 = 96 códigos de tempo possíveis .

Um adicional de 2 × 14 = 28 códigos de tempo são transmitidos entre 04:10 e 10:46 UTC nos dias em que o horário de verão está mudando, fornecendo várias horas de aviso de uma mudança iminente de horário de verão.

Propagação

Como o sinal de baixa frequência do WWVB tende a se propagar melhor ao longo do solo , o caminho do sinal do transmissor ao receptor é mais curto e menos turbulento do que o sinal de ondas curtas do WWV , que é mais forte quando salta entre a ionosfera e o solo. Isso resulta no sinal WWVB com maior precisão do que o sinal WWV recebido no mesmo local. Além disso, uma vez que os sinais de ondas longas tendem a se propagar muito mais longe à noite, o sinal WWVB pode alcançar uma área de cobertura maior durante esse período, razão pela qual muitos relógios controlados por rádio são projetados para sincronizar automaticamente com o código de tempo WWVB durante as horas noturnas locais.

O padrão de radiação das antenas WWVB é projetado para apresentar uma intensidade de campo de pelo menos 100 μV / m na maior parte do território continental dos Estados Unidos e no sul do Canadá durante alguma parte do dia. Embora esse valor esteja bem acima do piso de ruído térmico, o ruído artificial e a interferência local de uma ampla variedade de equipamentos eletrônicos podem mascarar facilmente o sinal. Posicionar as antenas de recepção longe de equipamentos eletrônicos ajuda a reduzir os efeitos da interferência local.

Veja também

• Rádio relógio
• Assistir (movimentos eletrônicos)

Referências

Lombardi, Michael A .; Nelson, Glenn K. (12 de março de 2014). "WWVB: meio século de entrega de frequência e tempo precisos por rádio" (PDF) . Jornal de Pesquisa do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia . Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia. 119 : 25–54. doi : 10.6028 / jres.119.004 . ISSN  2165-7254 . PMC  4487279 . PMID  26601026 . Retirado em 24 de agosto de 2015 .

links externos

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• "Estação de Rádio NIST WWVB" . - website oficial
• "Relógios controlados por rádio WWVB: práticas recomendadas para fabricantes e consumidores" (PDF) .
• "Publicação Especial NIST 250-67" (PDF) . - uma história detalhada e uma descrição das estações de rádio de frequência e horário do NIST WWV, WWVH e WWVB.
• "WWVB" . SkyscraperPage .
• "Relógios de rádio simples para PCs" . - Excelente página HOWTO de Jon Buzzard para fazer um receptor controlado por WWVB (ou MSF ou DCF77) para uso com Network Time Protocol.
• "Rádio-relógio USB controlado por WWVB" . - Rádio Relógio para PCs com antena externa opcional.
• "Comparador de frequência de precisão baseado em WWVB" . - Padrões de freqüência (cristal ou rubídio) caracterizados com receptor WWVB e motor de passo.
• "Modificação do receptor WWVB 2012" . - Receptor modificado para acomodar uma mudança no sinal transmitido pelo WWVB.
• "Como obter o tempo usando um telefone, computador ou sinal de rádio" . - Parte do FAQ do NIST "Que horas são?"