Die Amplitudenmodulation der Zeitsignale (AM)

Die Trägerfrequenz von 77,5kHz wird mit Sekundenmarken amplitudenmoduliert. Mit Ausnahme der 59. Sekunde, wird zu Beginn jeder Sekunde die Trägeramplitude für die Dauer von 0,1s oder 0,2s auf etwa 25% abgesenkt (Bild). Durch das Fehlen der 59. Sekundenmarke wird die Sekunde 0 der nächstfolgenden Minute angekündigt. Die unterschiedliche Dauer der Sekundenmarken dient zur binären Codierung von Uhrzeit und Datum. Dabei entsprechen Sekundenmarken mit einer Dauer von 0,1s=100ms der binären Null und solche mit einer Dauer von 0,2s=200ms der binären Eins. Insgesamt lassen sich auf diese Weise 59 digitale Bits übertragen. Aus diesen Bits kann nach einer Minute die Zeitinformation (das Zeittelegramm) zusammengestellt werden.

Die Codierung

Einmal während jeder Minute werden die Ziffern von Minute, Stunde, Tag, Wochentag, Monat und Jahr BCD-codiert übertragen. Das übertragene Zeittelegramm gilt jeweils für die folgende Minute. Die Zuordnung der einzelnen Sekundenmarken auf die übertragene Zeitinformation zeigt das Codierschema der folgenden Tabelle und Bild 2.

00

Minutenmarke

01-14

reservierte Bits, nur für die PTB

15

R

Antennenbit, Betriebs- Reserveantenne

0: Betr. 1: Reserve

16

A1

Ankündigung MEZ/MESZ bzw. MESZ/MEZ

17

Z1

Zonenzeitbit 1

0: MEZ - 1: MESZ

18

Z2

Zonenzeitbit 2

0: MESZ - 1: MEZ

19

A2

Ankündigung Schaltsekunde (eine Std. zuvor)

20

Startbit der Zeitinformation.

1: immer 1

21-27

BCD-codierte Minuten (7Bit)

28

P1

Paritätsbit der Minuten (evenParity, sek 21-27)

29 - 34

BCD-codierte Stunden (6 Bit)

35

P2

Parit.bit der Stunden (evenParity, sek 29-34)

36 - 41

BCD-codierter Tag (6 Bit)

42 - 44

BCD-code Nummer des Wochentages (4 Bit)

1- Mo ... 7- So

45 - 49

BCD-codierter Monat (5 Bit)

50 - 57

BCD-code Jahreszahl (ohne Jahrhund., 8 Bit)

58

P3

Parit.bit des Datums (even Parity, sek.36-57)

59

keine Absenkung der Trägerfrequenz

Beschreibung der Flaggen

Sekundenmarken 1-14:

Mit den Sekundenmarken 1 bis 14 werden gelegentlich Betriebsinformationen über die Steuereinrichtung gesendet. Diese sind nicht für DCF77-Nutzer bestimmt, sondern aussschließlich der PTB vorbehalten.

Antennenbit R:

Das erste Benutzerbit des Zeittelegramms ist das AntennenBit R (Nr.15). Am Zustand dieses Bits lässt sich erkennen, ob die Aussendung über die Betriebsantenne (Zustand 0) oder die Reserveantenne (Zustand 1) erfolgt. Der Zweck des Antennenbits ist es, auf Phasenzeitsprünge des DCF77 -Trägers hinzuweisen, die durch den Wechsel der Sendeantenne verursacht werden. Sie können zu einer Vergrösserung der Unsicherheit nachgesteuerter Normalfrequenzgeneratoren führen. Von der PTB wird zwar dafür gesorgt, dass die abgestrahlte Trägerphasenzeit an beiden Antennen gleich ist, da beide Antennen aber etwa 1150 m voneinander entfernt sind, treten wegen der geänderten Laufzeiten zum Empfangsort nach einem Wechsel der Sendeantennen Phasenzeitsprünge bis zu etwa ±4 s auf. Mit Hilfe von R wird es somit empfangsseitig möglich, den für jeden Empfangsort typischen Phasenzeitsprung im Empfänger durch geeignete Massnahmen auszugleichen.

Zeitzonenbits Z1, Z2, Ankündigungsbit A1:

Die Zonenzeitbits Z1 und Z2 (Nr.17 und Nr.18) zeigen an, auf welches Zeitsystem sich die ausgesandte Zeitinformation bezieht. Bei der Aussendung von MEZ hat Z1 den Zustand Null und Z2 den Zustand Eins. Bei der Aussendung von MESZ ist es umgekehrt. Das Ankündigungsbit A1 (Nr.16) weist auf einen bevorstehenden Wechsel des Zeitsystems hin. Vor dem Übergang von MEZ nach MESZ oder zurück wird A1 jeweils eine Stunde lang im Zustand Eins ausgesendet.

A1 ist 1

vor dem Übergang von MESZ nach MEZ

von 02h 00' 16'' MESZ bis 02h 59' 16'' MESZ

Ankündigungsbits A1, A2:

Mit dem Ankündigungsbit A2 (Nr.19) wird auf das bevorstehende Einfügen einer Schaltsekunde aufmerksam gemacht. A2 wird ebenfalls eine Stunde lang vor dem Einfügen einer Schaltsekunde im Zustand Eins ausgestrahlt. Schaltsekunden werden nach Empfehlungen des Internationalen Erdrotationsdienstes in Paris weltweit zum gleichen Zeitpunkt in die Koordinierte Weltzeitskala UTC eingefügt. Die geschieht vorzugsweise am Ende der letzten Stunde des 31. Dezember und der des 30. Juni. Dies bedeutet, dass Schaltsekunden in der gesetzlichen Zeit der Bundesrepublik Deutschland eine Sekunde vor 1Uhr MEZ am 1.Januar oder vor 2 Uhr MESZ am 1.Juli eingeschoben werden. Vor dem Einfügen einer Schaltsekunde wird A2 demnach sechzigmal im Zustand Eins ausgesendet und zwar ..

A2 ist 1

am 1. Juli

von 01h 00' 19'' MES bis 01h 59' 19'' MESZ

Die Ankündigungsbits A1 und A2 dienen dazu, Prozessoren in Funkuhren, die von der Gesetzmässigkeit der Zeitzählung zum Zweck der Fehlererkennung Gebrauch machen, über die Unregelmässigkeiten in der Zeitzählung zu informieren. Ohne A1 oder A2 würde die geänderte Zeitzählung nicht sogleich zur Kenntnis genommen und zur Anzeige gebracht, sondern zunächst als fehlerhafter Empfang interpretiert werde.

Das Einfügen einer Schaltsekunde geschieht bei den AM-Sekundenmarken in folgender Weise. Die der Marke 01.00.00 Uhr MEZ bzw. 02.00.00 Uhr MESZ vorhergehende 59. Sekundenmarke wird mit einer Dauer von 0,1s=100ms ausgesendet, und anstelle der normalerweise unterdrückten 59. Sekundenmarke (keine Trägerabsenkung) wird die eingefügte 60. Sekundenmarke ohne Trägerabsenkung ausgestrahlt. Die Notwendigkeit, Schaltsekunden auslassen zu müssen, ist bei der gegenwärtigen Umlaufgeschwindigkeit der Erde um die Sonne nicht zu erwarten.

Prüfbits P:

Die drei Prüfbits P1, P2 und P3 ergänzen jeweils die vorhergehenden Informationswörter (7 Bits für die Minute, 6 Bits für die Stunde und 22 Bits für das Datum) auf eine gerade Anzahl von Einsen. Diese Art der Paritätsprüfung wird mit 'Even Parity' bezeichnet.

Das obige Bild gibt die Zuordnung der Sekunden zu den Flaggen und den Daten sowie die Wertigkeit der Binärziffern wieder. Die aus den Ziffern zusammengesetzten Zahlen müssen als BCD-Zahlen interpretiert werden. So ergibt die, ab der 21. Sekunde gesendete Minutenziffernfolge 1, 0, 1, 0, 0, 0, 1, nach ihrer Umkehrung 1, 0, 0, 0, 1, 0, 1 und damit die BCD-Zahl 45.