WWVB

NIST 時間および周波数サービス
タイプタイムステーション
国
アメリカ合衆国
所有
所有者国立標準技術研究所
歴史
発売日1956年7月（実験免許KK2XEI）1963年7月4日（WWVBとして）
カバレッジ
可用性カナダ、アメリカ合衆国、メキシコ
リンク
Webサイト「WWVBホームページ」 NIST 2010年3月。

WWVBはコロラド州フォートコリンズ近郊にある長波時刻信号ラジオ局で、アメリカ国立標準技術研究所（NIST）によって運営されています。[ 1 ]北米のほとんどの電波時計[ 2 ]は、正しい時刻を設定するためにWWVBの送信を使用しています。

WWVBから送信される通常の信号は70kW ERPで、 60kHzの搬送波を使用し、 周波数不確かさは10の12乗分の1未満です。タイムコード信号は、設置場所に設置された一連の原子時計から生成され、IRIGの「H」フォーマットを使用して送信され、パルス幅変調と振幅偏移変調を用いて1ビット/秒で搬送波に変調されます。タイムコードの1つの完全なフレームは、毎分の開始時に始まり、1分間持続し、その分の開始時点の年、日、時、分、その他の情報を伝えます。

WWVBは、複数の短波ラジオ周波数で音声とタイムコードの両方で放送する時報放送局であるWWVと同一の場所です。WWVBは頭字語や略語ではなく、ラジオ局の コールサインです。

ほとんどの時刻信号は放送国の現地時間をエンコードしますが、アメリカ合衆国は複数のタイムゾーンにまたがっているため、WWVBは協定世界時（UTC）で時刻を放送します。電波時計は、必要に応じてタイムゾーンと夏時間のオフセットを適用して現地時間を表示します。 [ 3 ]放送で使用される時刻は、NISTタイムスケール（UTC(NIST)）によって設定されます。このタイムスケールは、 NIST-F1およびNIST-F2セシウム泉原子時計によって較正されたマスタークロックのアンサンブルの平均時刻です。[ 4 ]

2011年、NISTはWWVB受信機を搭載した電波時計と腕時計の数が5000万台以上であると推定しました。[ 5 ]

WWVBは、NISTの短波タイムコードおよびアナウンス放送局であるWWVとWWVHとともに、2019年のNIST予算で資金削減と廃止が提案されました。[ 6 ]しかし、2019年のNIST最終予算では、これら3つの放送局への資金は維持されました。[ 7 ]

2024年4月7日深夜、WWVBの南アンテナは強風による損傷のため使用不能となった。その後、WWVBは北アンテナからのみ送信を開始し、出力は30kWに低下した。2024年5月20日、NISTは必要な交換部品の製造と出荷を進めており、2024年9月末にサービスが復旧する予定であると発表した。2024年10月10日時点で、WWVBはフルパワーでの運用を再開した。[ 8 ]

NIST時刻信号局サービス[ 9 ]
駅 勤続 年数運休 年数無線周波数 オーディオ周波数 音程​ 時間間隔 時報​ UT2補正 伝播予測 地球物理学的警報
WWV1923 ✔✔✔✔✔✔✔✔
WWVH1948 ✔✔✔✔✔✔✔
WWVB 1963 ✔✔✔✔
ワールドワイド 1963 1972 ✔

歴史

LF （低周波）およびVLF（超低周波）放送は、古くから時刻および周波数の標準電波の配信に使用されてきました。1904年には、アメリカ海軍天文台（USNO）が航行支援のためボストン市から時刻信号を放送していました。この実験や同様の実験により、LFおよびVLF信号は比較的低い電力で広い範囲をカバーできることが示されました。1923年には、NIST（アメリカ国立標準技術研究所）の無線局WWVが75kHzから2,000kHzまでの周波数で標準搬送波信号を一般向けに放送し始めました。

これらの信号は無線機器の較正に使用され、運用される局が増えるにつれてその重要性はますます高まりました。長年にわたり、LF帯およびVLF帯で放送される安定した時刻および周波数信号を用いた多くの無線航法システムが設計されました。これらの航法システムの中で最もよく知られていたのは、現在では廃止されたロランCで、複数の送信機から放送される100kHzの信号を受信することで船舶や航空機の航行を可能にしました。

現在のWWVBは、1956年7月にKK2XEIという無線局として始まりました。送信機はコロラド州ボルダーに設置され、実効放射電力（ERP）はわずか1.4ワットでした。それでも、信号はマサチューセッツ州のハーバード大学で監視することができました。この実験的な送信の目的は、無線経路が安定しており、低周波数域での周波数誤差が小さいことを示すことでした。

1962年、米国国立標準技術研究所（NIST）として知られる国立標準局（NBS）は、コロラド州フォートコリンズ近郊に新たな施設の建設を開始しました。この施設は、ボルダー西部の山岳地帯から移転した20kHzのWWVBとWWVLの拠点となりました。

この場所が魅力的だった理由はいくつかあるが、一つには土壌のアルカリ性が高いため、地盤の導電率が非常に高かったことが挙げられる。また、ボルダーから比較的近い（約80キロメートル）ため、人員配置や管理が容易だった。しかし、山々からははるかに離れているため、無指向性信号の送信にはより適していた。

WWVBは1963年7月4日（UTC 7月5日午前0時）に放送を開始し、[ 10 ] 60kHzで5kWのERP信号を放送しました。WWVLは翌月、20kHzで0.5kWのERP信号の送信を開始しました。この信号は周波数偏移変調（FSK）を用いて20kHzから26kHzにシフトし、データ送信に使用されました。WWVLの放送は1972年7月に廃止され、WWVBは国のインフラとして定着しました。

1965年7月1日、WWVBにタイムコードが追加されました。これにより、信号を受信、デコードし、自動的に同期できる時計の設計が可能になりました。タイムコードの形式は1965年以降わずかに変更されていますが、10進タイムコードを送信し、4つのバイナリビットを使用して各桁を2進化10進数（BCD）で送信します。

WWVBのERPは数回にわたり増加してきた。運用開始当初は7kW、その後13kWに引き上げられ、その後長年その水準を維持した。1990年代後半のWWVB近代化計画の一環として、廃止されたWWVLアンテナが改修され、現在のフェーズドアレイに組み込まれた。両アンテナを同時に運用することでERPは増加し、1998年の大規模改修により1999年には50kW、2005年には最終的に70kWにまで向上した。また、一方のアンテナで27kWのERPで運用し、もう一方のアンテナで保守作業を行うことも可能になった。[ 11 ]

出力の増加により受信範囲が大幅に拡大し、シンプルなアンテナを備えた小型受信機でも信号を受信しやすくなりました。その結果、NIST時刻に「自動設定」できる、低コストの電波時計が数多く登場しました。

サービス改善計画

WWVBはコロラド州に位置しているため、米国東海岸では信号が最も弱く、都市密度も高いため干渉もかなり生じます。2009年、NISTは東海岸に2つ目のタイムコード送信機を追加する可能性を示唆しました。これは、東海岸における信号受信を改善し、天候やその他の要因で1つの送信機が使用不能になった場合にシステム全体に一定の堅牢性を与えるためです。この送信機は、同じタイムコードを使用しますが、異なる周波数を使用します。[ 12 ]

40kHzの使用により、日本のJJY送信機用にすでに製造されている2周波タイムコード受信機の使用が可能になります。[ 13 ]スイスの長波時刻局HBGが75kHzで廃止されたため、その周波数も利用可能になる可能性があります。

アラバマ州ハンツビルのレッドストーン兵器廠の敷地内に送信機を設置する計画が立てられたが、マーシャル宇宙飛行センターは、そのような高出力の送信機を彼らの事業所の近くに設置することに反対した。 2009年のARRA 「景気刺激法案」の一環として割り当てられた資金は、この行き詰まりが解決される前に期限切れとなり[ 14 ]、現在では建設される可能性は低い。

NISTは2012年にさらに2つのアイデアを検討しました。1つは、現在の送信所に2つ目の送信周波数を追加するというものでした。信号強度の向上には役立ちませんでしたが、干渉と（周波数依存の）マルチパスフェージングの発生率を低減できるとされていました。

2 番目の送信機のアイデアはいずれも実行されませんでした。

代わりに、NISTは2012年に2つ目のアイデア、すなわちWWVB搬送波に位相変調を追加することを実装しました。これは追加の送信機やアンテナを必要とせず、位相変調は既にドイツのDCF77やフランスのTDF時刻信号で効果的に使用されていました。[ 14 ]位相変調をデコードする受信機はより大きなプロセスゲインを持つことができ、 PWM / ASK時刻コードよりも低い受信信号対雑音比で使用可能な受信が可能になります。この方法については、この記事の後半でより詳しく説明します。

アンテナ

WWVB信号は、2,810フィート（857メートル）間隔で配置された2つの同一アンテナシステムのフェーズドアレイを介して送信されます。そのうちの1つは、以前はWWVLに使用されていました。各アンテナシステムは、高さ400フィート（122メートル）の4つのタワーで構成され、これらのタワーに「トップロードモノポール」（傘アンテナ）を吊り下げています。トップロードモノポールは、タワーによって支えられた水平面内の複数のケーブル（容量性「トップハット」 ）のダイヤモンド形の「ウェブ」と、その中央にあるダウンリード（垂直ケーブル）で構成され、トップハットを地上の「ヘリックスハウス」に接続します。この構成では、ダウンリードがアンテナの放射素子です。各ヘリックスハウスには、固定可変インダクタンスのデュアルシステムが含まれており、フィードバックループを介して送信機に自動的に整合され、アンテナシステムの放射効率が最大に保たれます。ダウンリードとトップハットの組み合わせは、60kHzでは非現実的な4,100フィート（1,250メートル）の高さが必要となる単一の1/4波長アンテナを置き換えるように設計されています。 [ 11 ]

変調形式

WWVBは1秒あたり1ビットの速度でデータを送信し、1世紀以内の現在の時刻と日付を60秒で送信します。この目的で使用されるタイムコードは2種類あります。1つは振幅変調タイムコードで、1962年からわずかな変更を加えながら使用されており、もう1つは位相変調タイムコードです。[ 15 ]

振幅変調

WWVB 60 kHz搬送波（通常ERPは70  kW）は、UTC毎秒の開始時に17  dB（1.4 kW ERP）ずつ出力が低下します。この出力は、毎秒のどこかの時点で最大出力に戻ります。出力低下の持続時間は、以下の3つのシンボルのいずれかで表されます。

  • 電力が 5 分の 1 秒 (0.2 秒) 間低下した場合、これは値がゼロのデータ ビットになります。
  • 電力が 0.5 秒の間低下した場合、これは値が 1 のデータ ビットになります。
  • 電力が 5 分の 4 秒 (0.8 秒) 間低下した場合、これはフレーミングに使用される特別な非データ「マーク」です。

毎分7つのマークが規則的なパターンで送信され、受信機はこれにより分の開始位置を識別し、データビットの正しいフレーミングを判別できます。残りの53秒間は、現在の時刻、日付、および関連情報をエンコードしたデータビットを提供します。

2005年7月12日以前は、WWVBの最大ERPが50kWであったため、出力は10dB低下し、信号は5kWとなっていました。変調度を高くする変更は、送信出力を上げずにカバレッジを拡大するための一連の実験の一環でした。[ 16 ]

位相変調

独立したタイムコードは、WWVB搬送波の2値位相シフトキーイングによって伝送される。1ビットは、搬送波の位相を1秒間反転（180°位相シフト）させることで符号化される。0ビットは通常の搬送波位相で伝送される。位相シフトは対応するUTC秒の0.1秒後に開始されるため、搬送波振幅が低い間に遷移が発生する。[ 15 ]：2–4

位相シフトキーイングの使用により、より洗練された（しかし現代の電子工学の基準からすると非常に単純な）受信機は0と1のビットをより明確に区別できるようになり、WWVB信号レベルが弱く、無線周波数ノイズが高く、英国からのMSF時刻信号が時々干渉する米国東海岸での受信が改善されます。 [ 17 ]

振幅変調タイムコードのようなマーカーは存在しません。代わりに、分単位のフレームは固定パターンのデータビットによって提供され、各分の最後の1秒と次の分の最初の13秒間に送信されます。振幅変調マーカーは最大強度の搬送波を0.2秒しか提供しないため、位相変調の解読はより困難です。そのため、位相変調タイムコードでは、1分内のこれらのビット位置を重要な情報に使用しないようにしています。

搬送波位相追跡受信機の許容範囲

2012年後半に追加されたこの位相変調は、搬送波の振幅のみを考慮する一般的な電波時計には影響を与えませんが、搬送波の位相を追跡する（まれな）受信機に悪影響を及ぼします。[ 18 ]

位相追尾受信機のユーザーが調整する時間を確保するため、当初は1日2回、正午と深夜（UTC 7:00と19:00）から30分間、位相変調されたタイムコードを省略していました。これにより、受信機がWWVB搬送波の位相にロックするのに十分な時間が確保されました。この省略は2013年3月21日をもって削除されました。[ 19 ]

ステーションID

位相変調タイムコードが追加される前、WWVBは毎時10分に搬送波の位相を45°進め、5分後に通常の位相（-45°）に戻すことで識別していました。この位相ステップは、60kHzの搬送波周期の 1/8、つまり約2.08μsを「切り貼り」するのと同等でした。

この局 ID 方式は、他の介在要因によって通常の方法でコール レターを送信できない場合の VLF および LF 帯域の狭帯域高出力送信機で一般的でした。

2012年後半に位相変調タイムコードが追加されると、この局識別は削除され、タイムコード形式自体が局識別として機能するようになりました。[ 15 ] : 2

振幅変調タイムコード

WWVBは毎分、現在の時刻を2進化10進形式で放送します。これはIRIGタイムコードに基づいていますが、ビットエンコーディングと送信ビットの順序は、現在および過去のIRIG時刻配信規格とは異なります。

  • マーカーは毎分0秒、9秒、19秒、29秒、39秒、49秒、59秒に送信されます。つまり、連続する2つのマーカーのうち2番目のマーカーの開始位置が分の開始を示し、次のタイムコードフレームのオンタイムマーカーとして機能します。マーカーは、受信機がタイムコードを正しくフレーム化するために重要です。
  • うるう秒にもマーカーが送信されます。この例外的な事象では、59秒目、60秒目、そして0秒目に3つのマーカーが連続して送信されます。3つ目のマーカーの開始は、分の開始を示します。
  • 未使用ビットが 11 個あり、バイナリ 0 として送信されます。
  • 残りの 42 ビット (0 と 1) は、バイナリ タイム コードとその他の情報を伝達します。

オンタイムマーカー、つまりタイムコードが識別する正確な瞬間は、フレームリファレンスマーカーの立ち上がり（負方向）エッジです。したがって、タイムコードは常に、それが表す瞬間の直後の分で送信され、UTC（タイムゾーンや夏時間によるオフセットが適用される前）における時計の時刻の時分と一致します。

次の図では、シアン（0 dBr）のブロックは最大強度の搬送波を示し、濃い青（-17 dBr）のブロックは強度が低下した搬送波を示しています。最も幅の広い濃い青のブロック（搬送波強度の低下間隔が最も長い（0.8秒））はマーカーであり、0、9、19、29、39、49、59秒に発生します。残りの濃い青のブロックのうち、最も幅の狭いブロックは、0.2秒間の搬送波強度の低下を表し、データビットの値は0です。中間の幅のブロック（例えば、秒:02と:03）は、0.5秒間の搬送波強度の低下を表し、データビットの値は1です。

上記の例では、次の内容をエンコードします。

  • 7時間目の30分
  • 今年66日目（3月6日）
  • DUT1は-0.3秒（したがって、UT1は07:29:59.7）
  • 今世紀の08年
  • 夏時間は今日は適用されず、また適用開始も終了もされません。
  • 閏秒は予定されていないが、今年は閏年である

以下の表はこれをさらに詳細に示しており、「Ex」列は上記の例のビットです。

WWVBタイムコード構造
少し重さ意味元 少し重さ意味元 少し重さ意味元
:00FRMフレーム参照マーカーM :200未使用、常に 0。0 :400.8DUT1の値（0～0.9秒）。DUT1 = UT1 −UTC。例：0.30
:0140分（00～59）例：300 :2100 :410.40
:02201 :22200年内の日1 = 1月1日365 = 12月31日（閏年の場合は366）例: 66（3月6日）0 :420.21
:03101 :231000 :430.11
:0400 :2400 :440未使用、常に 0。0
:0580 :25800 :4580年（00～99）例：080
:0640 :26401 :46400
:0720 :27201 :47200
:0810 :28100 :48100
:09P1マーカーM :29P3M :49P5M
:100未使用、常に 0。0 :3080 :5081
:1100 :3141 :5140
:1220時間（00～23）例：070 :3221 :5220
:13100 :3310 :5310
:1400 :340未使用、常に 0。0 :540未使用、常に0。[ 20 ]0
:1580 :3500 :55LYI閏年インジケーター1
:1641 :36+DUT1の符号。+の場合、ビット36と38がセットされます。-の場合、ビット37がセットされます。例：-0 :56LSW月末のうるう秒0
:1721 :37−1 :572DST ステータス値(バイナリ) :
00 = DST は無効です。10 = DST は今日から始まります。11 = DST は有効です。01 = DST は今日終了します。
0
:1811 :38+0 :5810
:19P2マーカーM :39P4マーカーM :59P0マーカーM

アナウンスビット

WWVB タイムコードのいくつかのビットは、今後のイベントを警告します。

ビット 55 が設定されている場合、現在の年が閏年であり、2 月 29 日が含まれることを示します。これにより、タイム コードに世紀が含まれていない場合でも、受信機はグレゴリオ暦の閏年規則に従って 日数を月と日に変換できます。

うるう秒が月末に予定されている場合、ビット 56 は月の初め近くに設定され、うるう秒の挿入直後にリセットされます。

DSTステータスビットは、米国の夏時間規則を示します。これらのビットは、UTC 00:00 から始まる1分間に毎日更新されます。最初のDSTビットは、毎分57秒に送信され、DSTが開始または終了するUTC日の初めに変更されます。もう1つのDSTビットは、58秒に送信され、24時間後（DST変更後）に変更されます。したがって、DSTビットが異なる場合、DSTは現在のUTC日の現地時間02:00に変更されます。その後、次の現地時間02:00までは、これらのビットは同じになります。

DSTビットの変更は、米国本土では太平洋標準時16:00から東部夏時間20:00の間に最初に受信されます。受信時間は、現地時間帯とDSTの開始または終了のタイミングによって異なります。したがって、東部標準時（UTC-5）の受信機は、現地時刻表示を正しい時刻に変更するためには、DST開始7時間前、DST終了6時間前までに「DST変更中」という通知を正しく受信する必要があります。したがって、中部時間帯、山岳部時間帯、太平洋時間帯の受信機には、それぞれ1時間、2時間、3時間分の事前通知があります。

受信側クロックは、ビットの差異を検知した場合、次の現地時間午前2時に変更を適用します。受信側クロックが、変更当日のUTC午前0時から現地時間午前2時の間に更新を受信しなかった場合、その次の更新時にDST変更を適用する必要があります。

DSTステータスビットの同等の定義は、DSTが現在のUTC日の終了時刻である24:00 Zに有効になる場合、ビット57がセットされるということです。DSTが現在のUTC日の開始時刻である00:00 Zに有効だった場合、ビット58がセットされます。

位相変調タイムコード

位相変調タイムコードは完全に更新されており、振幅変調タイムコードとは無関係です。唯一の共通点は、位相変調タイムコードも60秒フレームで送信され、振幅変調マーカー（1秒の20%のみが最大強度で送信される場合）は重要なタイムコード情報には使用されないという点です。

1分間の時間枠

時刻は26ビットの「世紀の分」として0から52595999（うるう年が24ある世紀では52594559）の範囲で送信されます。[ 15 ] 振幅変調コードと同様に、時刻は識別した瞬間の次の分で送信されます。時計は表示のためにこの値を増加する必要があります。

追加の 5 つのエラー訂正ビットにより、1 ビットのエラーを訂正したり、2 ビットのエラーを検出したりできる (ただし、両方はできない) 31 ビットのハミング コードが生成されます。

別のフィールドは、標準の WWVB に類似した DST およびうるう秒のアナウンス ビットをエンコードし、新しい 6 ビット フィールドは、スケジュールされた DST の変更に関する非常に早い警告を提供します。

毎分送信される 60 ビットは次のように分割されます。

  • 14個の固定同期ビット（0、0、0、1、1、1、0、1、1、0、1、0、0、0）
  • 32 ビットの時間。以下で構成されます。
    • 26ビットの2進数で世紀の分を表す（1世紀あたり36525日の場合は0～52595999）
    • 5 ECCビット、ハミング（31,26）コード
    • 分の最下位ビットの1ビットコピー
  • 5 ビットの DST ステータスと保留中のリープ。次の内容が含まれます。
    • 振幅変調コードにおけるDSTステータスの2ビット
    • うるう秒警告の2ビット（3つの可能性）
    • 1 奇数パリティ ビット (1 つの例外あり、下記参照)
  • 6 ビットの DST ルール コード。次の内容が含まれます。
    • 次の変更時刻を示す 2 ビット (1/2/3 時、または変更なし)
    • 変更日を示す3ビット（日曜日）
    • 1 奇数パリティ ビット (1 つの例外あり、下記参照)
  • 「NIST 通知」1 ビット
  • 2つの予約ビット

数秒以内の時間をすでに知っている受信機は、個々のタイムコード ビットを区別できない場合でも、固定同期パターンに同期できます。

フルタイムコード（参照用の振幅変調コード付き）は次のように送信されます。

WWVB位相変調タイムコード[ 15 ] : 5
少しアンプ。元段階意味元 少しアンプ。元段階意味元 少しアンプ。元段階意味元
:00FRMM同期[12]固定同期パターン0 :20—0時間[24]世紀の2進分0 – 52,595,9990 :40DUT10時間[6]0
:0110分ごと0同期[11]0 :21—0時間[23]0 :411時間[5]0
:021同期[10]1 :22100日目0時間[22]1 :420時間[4]1
:031同期[9]1 :231時間[21]1 :430時間[3]1
:04—0同期[8]1 :24—0時間[20]0 :44—0時間[2]0
:051分単位0同期[7]0 :2510日目1時間[19]0 :4510年目0時間[1]1
:060同期[6]1 :260時間[18]1 :460時間[0]0
:070同期[5]1 :270時間[17]0 :470dst_ls[4]夏時間/うるう秒の警告0
:080同期[4]0 :280時間[16]0 :481dst_ls[3]0
:09MP1同期[3]1 :29MP3R0 :49MP5知らせ1
:10—0同期[2]0 :301日目0時間[15]0 :501年生0dst_ls[2]0
:11—0同期[1]0 :311時間[14]1 :510dst_ls[1]1
:1210時間0同期[0]0 :321時間[13]1 :521dst_ls[0]1
:131タイムパー[4]タイムパリティ（ECC）1 :330時間[12]0 :530dst_next[5]次の夏時間スケジュール0
:14—0タイムパー[3]0 :34—0時間[11]0 :54—0dst_next[4]1
:151時間目0タイムパー[2]0 :35—0時間[10]0 :55LYI1dst_next[3]1
:161タイムパー[1]1 :36DUT1サイン1時間[9]1 :56LSW0dst_next[2]0
:171タイムパー[0]0 :370時間[8]1 :57夏時間1dst_next[1]1
:181時間[25]0 :381時間[7]0 :581dst_next[0]1
:19MP2時間[0]（重複）0 :39MP4R予約済み1 :59MP0同期[13]0

フィールド内のビットは、最下位ビットとしてビット 0 から番号が付けられ、各フィールドは最上位ビットから先に送信されます。

この例は、2012年7月4日の17:30から17:31 UTCの間に送信されたタイムコードを示しています。[ 15 ]：12–13 BCD振幅コードは、その年の186日目の17:30という時刻を示しています。

バイナリタイムコードは、 0x064631A =世紀の6578970分を示しています。これを1日1440分で割ると、これは世紀の4568日目の1050分（= 17 × 60 + 30）です。2012年までの12年間は365 × 12 + 3 = 4383日なので、これは年間185日目にあたります。この日付は、BCDタイムコードのように1ではなく、1月1日の0から始まるため、同じ日付をエンコードします。

アナウンスビット

位相変調コードには、ブロードキャスト UTC を常用時間に変換するのに役立つ追加のアナウンス ビットが含まれています。

振幅変調コード内の DST およびうるう秒警告ビットに加えて、追加の DST スケジュール フィールドは、夏時間ルールの数か月前の警告を提供します。

最後のビットである「notice」ビットは、WWVB ユーザーにとって興味深いアナウンスがnist.gov/pml/div688/grp40/wwvb.cfmに投稿されていることを示します。

2 つの予約ビットは現在定義されていませんが、ゼロになることは保証されていません。上記の例では、そのうちの 1 つが 1 として送信されることに注意してください。

振幅変調コード内の DUT1 情報 (+0.4 秒) と閏年インジケータ ビット (2012 年は閏年) は位相変調コードには含まれません。天体航法における DUT1 の使用は衛星航法によって廃止されました。

夏時間とうるう秒の警告

位相変調タイムコードには、振幅変調コードと同等の夏時間の告知とうるう秒の警告情報が含まれていますが、エラー検出のために 1 つの 5 ビット フィールドにまとめられています。

受信機が米国の夏時間ルールを適用できるようにする DST アナウンス ビットが 2 つあります。

  • dst_on[0]は、現在のUTC日の開始時（UTC 00:00）にDSTが有効だった場合に設定されます。
  • dst_on[1]は、現在のUTC日の終わり（UTC 24:00）にDSTが有効な場合に設定されます。

夏時間の変更日（現地時間 02:00）には、2 つのビットが異なります。

うるう秒の警告には3つの可能性（0秒、+1秒、-1秒）があり、エンコードする必要がある値は12通りあります。そのうち11種類は奇数パリティの5ビットコードとしてエンコードされ、単一ビットエラー検出（有効な2つのコード間の最小ハミング距離が2）を実現します。

16通りの奇数パリティ値（00011と1ビットだけ異なる値）のうち5つは使用されず、偶数パリティ値00011は最も一般的な状態（夏時間（DST）が有効で閏秒が設定されていない状態）をエンコードするために使用されます。これにより、このコードが送信されるたびに、1ビットの誤り訂正（最小ハミング距離3）が実現されます。

WWVB位相変調警告ビット
夏時間警告飛躍の警告
意味dst_on[0]dst_on[1]0+1−1
無効00010001100100100
今日から始まる01101101101010000
事実上11000111111101101
本日終了10101011110001110

上記の例は、この一般的なケースを示しています。つまり、DST が有効であり、保留中のうるう秒はありません (最後のうるう秒は 4 日前でした)。

うるう秒の間、ビット 59 (位相変調コード 0 を持つマーカー ビット) が再度送信されます。

夏時間スケジュール

dst_on[1]による数時間の警告を延長するため、別の6ビットフィールドで次回のDST変更のスケジュールをエンコードします。エンコードはやや複雑ですが、実質的には5ビットの情報を提供します。3ビットは変更日を表し、3月の第1日曜日から0～7日曜日後（dst_on[1] = 0の場合）、または11月の第1日曜日から4日曜日前～3日曜日後（dst_on[1] = 1の場合）のいずれかになります。

さらに2ビットは、変更時刻（現地時間午前1時、2時、または3時）をエンコードします。これらの2ビットの4番目の組み合わせは、変更日付ビットを使用して、いくつかの特殊なケースをエンコードします。例えば、DSTが別の時刻、DSTが常にオフ、DSTが常にオン、そして5つの予約コードです。

他の警告フィールドと同様に、割り当てられた6ビットコードのほとんどは奇数パリティを持ち、ハミング距離は2です。ただし、32個の奇数パリティコードのうち6個（011011と1ビット異なるものすべて）は使用されず、偶数パリティコード011011は、最も一般的なDST規則（3月の第2日曜日または11月の第1日曜日）をエンコードするために使用され、ハミング距離は3です。

追加の 5 つの予約コードは、ありそうもない DST ルール コードからのハミング距離が 1 である他の偶数パリティ コード ワードに割り当てられます。

サンプル コード 011011 は、11 月の最初の日曜日の 02:00 に DST が変更されることを示します。

メッセージフレーム

タイムコードフレームのごく一部（通常は10%未満）[ 15 ]：5は 、緊急放送などの他の情報を含む1分間のメッセージフレームに置き換えられる場合があります。

このようなフレームの詳細は未だ確定していませんが、代替同期ワード（1101000111010、59秒目に0）で始まり、タイムコードの非マーカービットに42ビットの非時間データが含まれます。メッセージフレームには、19秒目にtime[0]、49秒目にnoticeビットが含まれるため、±1分以内の時刻情報を持つ受信機は、これらのフレームに同期することができます。

メッセージは複数のメッセージ フレームにまたがることが予想されます。

6分間の時間枠

毎時10分から16分、および40分から46分までの30分ごとに6分間、1分フレームが特別な拡張タイムフレームに置き換えられます。1分間に35ビットの情報を送信する代わりに、この拡張タイムフレームでは7ビット（時刻と夏時間ステータスのみ）を6分間で送信するため、送信ビットあたりのエネルギーは30倍になり、標準的な1分タイムコードと比較してリンクバジェットが14.8dB改善されます。 [ 15 ] : 13–17

360 ビットのコードワードは 3 つの部分で構成されます。

  • 127 ビットのシーケンス (7 ビットの線形フィードバック シフト レジスタによって生成) を可変量左に回転して、0 から 123 までの値をエンコードします。
  • 106 ビットの固定ビット シーケンス。
  • 初期シーケンスの127ビット反転。反転されているため、実質的には逆方向に回転します。

送信される情報は、1 日の時間 (48 の半時間のうちの 1 つ) と現在の米国夏時間の状態のみで、2×48 = 96 個のタイム コードが可能です。

夏時間の変更が行われる日には、UTC の 04:10 から 10:46 の間に 追加の2×14 = 28 個のタイムコードが送信され、差し迫った DST 変更を数時間前に警告します。

伝搬

WWVBの低周波信号は地面に沿って伝播しやすいため、送信機から受信機までの信号経路は、電離層と地面の間で反射する際に最も強くなるWWVの短波信号よりも短く、乱れも少なくなります。そのため、同じ場所で受信した場合、WWVB信号はWWV信号よりも精度が高くなります。また、長波信号は夜間にはるかに遠くまで伝播する傾向があるため、WWVB信号はその時間帯により広い受信範囲に到達できます。そのため、多くの電波時計は、現地の夜間にWWVBタイムコードに自動的に同期するように設計されています。

WWVBアンテナの放射パターンは、米国本土の大部分とカナダ南部において、一日のある時間帯に少なくとも100μV/mの電界強度を発生するように設計されています。この値は熱雑音フロアをはるかに上回っていますが、人為的なノイズや様々な電子機器からの局所的な干渉によって信号が容易に隠蔽される可能性があります。受信アンテナを電子機器から離して設置することで、局所的な干渉の影響を軽減できます。

参照

参考文献

  1. ^ 「NIST Radio Station WWVB」。NIST。2010年3月。2024年5月21日時点のオリジナルよりアーカイブ。2024年6月1日閲覧。
  2. ^ 「WWVB無線制御時計のヘルプ - 動作場所」アメリカ国立標準技術研究所（NIST）2010年2月11日。2020年3月17日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2020年3月23日閲覧。
  3. ^ 「WWVBラジオコントロール時計」。米国国立標準技術研究所（NIST）2012年3月5日。2012年5月21日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2012年5月21日閲覧。
  4. ^ Lombardi, Michael A. (2010年3月). 「電波時計の精度はどの程度か？」(PDF) . Horological Journal . 152 (3). The British Horological Institute, Limited: 108–111 . 2021年1月7日時点のオリジナルよりアーカイブ(PDF) . 2016年8月3日閲覧。
  5. ^ 「常に、常に：NIST無線の改善」 NIST、2011年10月3日。2016年8月12日時点のオリジナルよりアーカイブ。2017年7月13日閲覧。
  6. ^ 「NIST予算要求」 NIST、2018年2月9日。2018年8月20日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2018年6月21日閲覧。
  7. ^ 「2019年度NIST予算はタイムステーションにとって好調」 The SWLing Post、2019年2月15日。2019年2月25日時点のオリジナルよりアーカイブ。2019年2月24日閲覧。
  8. ^ 「ラジオ局WWVB」 NIST 2024年7月4日。
  9. ^ 「NBS雑集出版物236（1967年版）：NBS標準周波数および時刻サービス」（PDF）。2017年5月17日時点のオリジナルよりアーカイブ（PDF） 。 2018年4月11日閲覧。
  10. ^ "「WWVB：無線による正確な周波数と時刻の提供の半世紀」、2019年12月2日閲覧（PDF）。2018年6月5日時点のオリジナルよりアーカイブ（PDF） 。 2019年12月2日閲覧。
  11. ^ a b Deutch, Matthew; Hanson, Wayne; Nelson, Glenn; Snider, Charles; Sutton, Douglas; Yates, William; Hansen, Peder; Hopkins, Bill (1999年12月). WWVBの改良：旧来の技術が生んだ新たな力(PDF) . 第31回PTTI年次会議. カリフォルニア州ダナポイント：国立標準技術研究所. 2009年8月16日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。 2009年5月1日閲覧。
  12. ^ 「NIST、WWVBの東海岸版を検討」 Radio World、2008年1月18日。2010年3月23日時点のオリジナルよりアーカイブ。2009年3月30日閲覧。米国国立標準技術研究所（NIST）は、現在のNIST 60kHz WWVB放送を補完するため、NIST時間をバイナリコード形式で放送する米国東海岸の低周波ラジオ局の設置を検討している。「提案されている新しい東海岸向け放送は、現在のWWVB信号と同じタイムコード形式で放送されますが、搬送周波数は異なるものとなり、おそらく40kHzになるでしょう」とWWVB局長のジョン・ロウ氏はRWに語った。
  13. ^例えば、デュアル周波数タイムコード受信機IC「MAS6181」 。ヘルシンキ、フィンランド：Micro Analog Systems Oy。2010年2月26日時点のオリジナルよりアーカイブ。
  14. ^ a b John Lowe (2011年3月23日). 「空中で時間移動を支援：WWVBの管理者がサービス向上のための選択肢を検討」(PDF) . Radio World . 第35巻第8号. 70–69ページ (逆順に公開) . 2011年4月7日閲覧。
  15. ^ a b c d e f g h Lowe, John (2013年11月6日). 「Enhanced WWVB Broadcast Format」(PDF) . 時間と周波数サービス、米国国立標準技術研究所。2016年3月4日時点のオリジナルよりアーカイブ(PDF) 。 2015年3月1日閲覧。
  16. ^ Lowe, John P.; Allen, Ken C. (2006年6月). WWVBタイムコードの変調度増加による無線制御時計の性能向上(PDF) . International Frequency Control Symposium and Exposition. pp.  615– 621. 2021年10月10日時点のオリジナルよりアーカイブ(PDF) . 2010年2月14日閲覧。
  17. ^ Lowe, John; Deutsch, Matt; Nelson, Glenn; Sutton, Douglas; Yates, William; Hansen, Peder; Eliezer, Oren; Jung, Tom; Morrison, Stephen; Liang, Yingsi; Rajan, Dinesh; Balasubramanian, Sidharth; Ramasami, Arun; Khalil, Waleed (2011年11月). WWVB放送のための改良された新システム(PDF) . 第43回PTTI年次会議. 2013年11月26日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。 2012年3月28日閲覧。
  18. ^ 「WWVB無線信号における保留中の変更が高精度周波数およびタイミング基準に影響を与える」 Orolia. 2021年3月5日時点のオリジナルよりアーカイブ。2021年1月6日閲覧。
  19. ^ Russ Miller (WA3FRP) (2013年3月22日). 「WWVB、新フォーマットに完全移行」 . time-nuts (メーリングリスト). 2021年10月10日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2013年4月8日閲覧。昨日2013年3月21日をもって、WWVBはこのフォーマットによる1日2回の30分区間の放送を停止しました。{{cite mailing list}}: CS1 maint: 数値名: 著者リスト (リンク)
  20. ^ 2007年6月21日から7月10日まで、「WWVBはビット54を使用してより早い夏時間警報を出す実験を行った」。NIST。2021年10月10日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2009年3月31日閲覧。一部の電波時計に悪影響を与える可能性があるため、新しい DST システムは導入されないことが決定されました。
OpenStreetMapを使用してすべての座標をマップします

座標を次のようにダウンロードします:

「 https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=WWVB&oldid=1318206192」より取得