WWVB

La ubicación de WWVB en Colorado hace que la señal sea más débil en la costa este de EE. UU., donde la densidad urbana también produce una interferencia considerable. En 2009, el NIST planteó la posibilidad de añadir un segundo transmisor de código de tiempo en la costa este para mejorar la recepción de la señal en esa zona y proporcionar cierta robustez al sistema en general en caso de que las inclemencias del tiempo u otras causas dejen inoperativa una de las estaciones transmisoras. Dicho transmisor utilizaría el mismo código de tiempo, pero una frecuencia diferente. ^{[ 12 ]}

El uso de 40  kHz permitiría el uso de receptores de código de tiempo de doble frecuencia ya producidos para los transmisores japoneses JJY . ^{[ 13 ]} Con el desmantelamiento de la estación horaria de onda larga suiza HBG en 75  kHz, esa frecuencia también está potencialmente disponible.

Se planificó instalar el transmisor en los terrenos del Arsenal Redstone en Huntsville, Alabama , pero el Centro de Vuelos Espaciales Marshall se opuso a tener un transmisor de tan alta potencia tan cerca de sus operaciones. Los fondos, que se asignaron como parte del "plan de estímulo" ARRA de 2009 , expiraron antes de que se pudiera resolver el estancamiento, ^{[ 14 ]} y ahora es improbable que se construya.

En 2012, el NIST exploró otras dos ideas. Una consistía en añadir una segunda frecuencia de transmisión en la ubicación actual del transmisor. Si bien esto no habría mejorado la intensidad de la señal, sí habría reducido la incidencia de interferencias y el desvanecimiento por trayectos múltiples (dependiente de la frecuencia).

Ninguna de las ideas para un segundo transmisor se implementó.

En cambio, el NIST implementó la segunda idea, añadiendo modulación de fase a la portadora WWVB, en 2012. Esto no requiere transmisores ni antenas adicionales, y la modulación de fase ya se había utilizado con éxito en las señales horarias alemanas DCF77 y francesas TDF . ^{[ 14 ]} Un receptor que decodifica la modulación de fase puede tener una mayor ganancia de procesamiento , lo que permite una recepción utilizable con una relación señal/ruido recibida menor que la del código de tiempo PWM / ASK . El método se describe con más detalle más adelante en este artículo.

La  portadora WWVB de 60 kHz, que tiene una potencia radiada efectiva (PRE) normal de 70 kW , se reduce en potencia al inicio de cada segundo UTC en 17 dB (hasta 1,4 kW PRE). Se restablece a su potencia máxima en algún momento durante el segundo. La duración de la potencia reducida codifica uno de tres símbolos:   

• Si la potencia se reduce durante una quinta parte de segundo (0,2  s), se trata de un bit de datos con valor cero.
• Si la potencia se reduce durante medio segundo (0,5  s), se trata de un bit de datos con valor uno.
• Si la potencia se reduce durante cuatro quintos de segundo (0,8  s), se trata de una "marca" especial que no contiene datos y que se utiliza para el encuadre.

Cada minuto se transmiten siete marcas siguiendo un patrón regular que permite al receptor identificar el inicio del minuto y, por lo tanto, la correcta presentación de los bits de datos. Los 53  segundos restantes proporcionan bits de datos que codifican la hora, la fecha y la información relacionada.

Antes  del 12 de julio de 2005, cuando la potencia radiada efectiva máxima (ERP) de WWVB era de 50  kW, la reducción de potencia era de 10  dB, lo que resultaba en una señal de 5  kW. El cambio a una mayor profundidad de modulación formó parte de una serie de experimentos para aumentar la cobertura sin incrementar la potencia del transmisor. ^{[ 16 ]}

Se transmite un código de tiempo independiente mediante modulación por desplazamiento de fase binaria (PDM) de la portadora WWVB. Un  bit 1 se codifica invirtiendo la fase (un desplazamiento de fase de 180°) de la portadora durante un segundo. Un  bit 0 se transmite con la fase normal de la portadora. El desplazamiento de fase comienza 0,1  s después del segundo UTC correspondiente, de modo que la transición se produce cuando la amplitud de la portadora es baja. ^{[ 15 ] : 2–4}

El uso de la modulación por desplazamiento de fase permite que un receptor más sofisticado (aunque todavía muy simple para los estándares de la electrónica moderna) distinga los bits 0 y 1 con mucha más claridad, lo que permite una mejor recepción en la costa este de los Estados Unidos, donde el nivel de la señal WWVB es débil, el ruido de radiofrecuencia es alto y la señal horaria MSF del Reino Unido interfiere en ocasiones. ^{[ 17 ]}

A diferencia del código de tiempo modulado en amplitud, no existen marcadores. En cambio, la segmentación por minutos se proporciona mediante un patrón fijo de bits de datos, transmitidos en el último segundo de cada minuto y en los primeros 13  segundos del siguiente. Dado que los marcadores modulados en amplitud solo proporcionan 0,2  s de portadora de máxima potencia, resulta más difícil decodificar su modulación de fase. Por consiguiente, el código de tiempo modulado en fase evita utilizar estas posiciones de bits dentro del minuto para información importante.

Antes de la incorporación del código de tiempo modulado en fase, WWVB se identificaba adelantando la fase de su onda portadora 45° a los diez minutos de la hora y volviendo a la normalidad (un desplazamiento de -45°) cinco minutos después. Este cambio de fase equivalía a "cortar y pegar" 1/8 de un ciclo portador de 60 kHz  , o aproximadamente 2,08 μs . 

Este método de identificación de estación era común para transmisores de banda estrecha y alta potencia en las bandas VLF y LF, donde otros factores intervinientes impiden los métodos normales de transmisión de indicativos.

Cuando se añadió el código de tiempo de modulación de fase a finales de 2012, se eliminó esta identificación de estación; el formato del código de tiempo en sí mismo sirve como identificación de estación. ^{[ 15 ] : 2}

Varios fragmentos del código de tiempo de la WWVB advierten sobre eventos próximos.

Cuando está activado el bit  55, se indica que el año actual es bisiesto e incluye  el 29 de febrero. Esto permite que el receptor traduzca el número de día a mes y día según las reglas de los años bisiestos del calendario gregoriano, aunque el código de tiempo no incluya el siglo.

Cuando se programa un segundo intercalar para el final de un mes, el bit  56 se activa cerca del comienzo del mes y se restablece inmediatamente después de la inserción del segundo intercalar.

Los bits de estado del horario de verano (DST) indican las reglas del horario de verano en Estados Unidos . Estos bits se actualizan diariamente durante el minuto que comienza a las 00:00  UTC. El primer bit DST, transmitido a los 57  segundos del minuto, cambia al inicio del día UTC en que entra en vigor o finaliza el horario de verano. El otro bit DST, en el segundo  58, cambia 24  horas después (tras el cambio de horario de verano). Por lo tanto, si los bits DST difieren, significa que el horario de verano está cambiando a las 02:00 hora local del día UTC actual. Antes de las siguientes 02:00  hora local, los bits serán iguales.

Cada cambio en los bits del horario de verano se recibirá primero en los Estados Unidos continentales entre las 16:00  PST y las 20:00  EDT, dependiendo de la zona horaria local y de si el horario de verano está a punto de comenzar o terminar. Por lo tanto, un receptor en la zona horaria del Este (UTC - 5) debe recibir correctamente la indicación de "cambio de horario de verano" dentro de un período de siete horas antes de que comience el horario de verano y seis horas antes de que termine, para que la hora local se muestre correctamente. En consecuencia, los receptores en las zonas horarias Central, Montaña y Pacífico tienen una, dos y tres horas más de aviso previo, respectivamente.

El reloj receptor deberá aplicar el cambio a las 02:00 hora local si detecta que los bits difieren. Si el reloj receptor no recibe ninguna actualización entre las 00:00  UTC y las 02:00  hora local del día del cambio, deberá aplicar el cambio de horario de verano en la siguiente actualización.

Una definición equivalente de los bits de estado del horario de verano es que el bit  57 se activa si el horario de verano estará vigente a las 24:00  Z, el final del día UTC actual. El bit  58 se activa si el horario de verano estuvo vigente a las 00:00  Z, el comienzo del día UTC actual.

La hora se transmite como un "minuto de siglo" de 26 bits, de 0 a 52595999 (o 52594559 en siglos con solo 24  años bisiestos). ^{[ 15 ]} Al igual que el código modulado en amplitud, la hora se transmite en el minuto siguiente al instante que identifica; los relojes deben incrementarla para su visualización.

Cinco bits adicionales de corrección de errores producen un código Hamming  de 31 bits que puede corregir errores de un solo bit o detectar errores de doble bit ( pero no ambos ).

Otro campo codifica los bits de anuncio del horario de verano y del segundo intercalar, de forma similar al estándar WWVB, y un nuevo campo de 6 bits proporciona una advertencia mucho más anticipada de los cambios programados del horario de verano.

Los 60 bits transmitidos cada minuto se dividen de la siguiente manera:

• 14 bits de sincronización fijos (0, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 1, 1, 0, 1, 0, 0, 0)
• 32 bits de tiempo, que comprenden:
  • Minuto de siglo binario de 26 bits (0–52595999 durante 36525 días por siglo)
  • 5 bits ECC, lo que da como resultado un código Hamming (31,26).
  • Copia de 1 bit del bit menos significativo del minuto.
• 5 bits de estado de horario de verano y salto pendiente, que comprenden:
  • 2 bits de estado de horario de verano, como en el código modulado en amplitud.
  • 2 bits (3 posibilidades) de advertencia de segundo intercalar
  • 1 bit de paridad impar (con una excepción, ver más abajo)
• Código de reglas de horario de verano de 6 bits, que comprende:
  • 2 bits que indican la hora del próximo cambio (1/2/3 en punto o nunca).
  • 3 bits que indican la fecha del cambio (qué domingo)
  • 1 bit de paridad impar (con una excepción, ver más abajo)
• 1 bit de "aviso del NIST"
• 2 bits reservados

Un receptor que ya conoce la hora con una precisión de pocos segundos puede sincronizarse con el patrón de sincronización fijo, incluso cuando no puede distinguir los bits individuales del código de tiempo.

El código de tiempo completo (con el código modulado en amplitud como referencia) se transmite de la siguiente manera:

Los bits dentro de los campos se numeran desde el bit 0 como el bit menos significativo; cada campo se transmite comenzando por el bit más significativo.

El ejemplo muestra el código de tiempo transmitido el  4 de julio de 2012 entre las 17:30 y las 17:31  UTC. ^{[ 15 ] : 12–13} El código de amplitud BCD muestra una hora de 17:30, en el día  186 del año.

El código de tiempo binario muestra el minuto 0x064631A = 6578970 del siglo. Dividiendo por 1440  minutos por día, esto es el minuto  1050 (= 17 × 60 + 30) del día  4568 del siglo. Hay 365 × 12 + 3 = 4383 días en los 12  años anteriores a 2012, por lo que esto es el día  185 del año. Este número de día comienza en 0 el  1 de enero, en lugar de 1 como el código de tiempo BCD, por lo que codifica la misma fecha.

El código modulado en fase contiene bits de anuncio adicionales útiles para convertir la hora UTC de la transmisión a la hora civil.

Además de los bits de advertencia del horario de verano y del segundo intercalar que se encuentran en el código modulado en amplitud, un campo de programación adicional del horario de verano proporciona varios meses de aviso anticipado de las reglas del horario de verano .

Un último detalle, el aviso, indica que hay un anuncio de interés para los usuarios de WWVB publicado en nist.gov/pml/div688/grp40/wwvb.cfm .

Dos bits reservados no están definidos actualmente, pero no se garantiza que sean cero; tenga en cuenta que uno de ellos se transmite como 1 en el ejemplo anterior.

La información del DUT1 (+0,4  s) y los bits indicadores de año bisiesto (2012 es un año bisiesto) en el código modulado en amplitud no están incluidos en el código modulado en fase; el uso del DUT1 para la navegación celeste ha quedado obsoleto debido a la navegación por satélite .

Un pequeño porcentaje de los fotogramas de código de tiempo (normalmente menos del 10%) ^{[ 15 ] : 5} puede ser reemplazado por fotogramas de mensaje de un minuto, que contienen otra información, como transmisiones de emergencia.

Los detalles de dichas tramas aún no se han finalizado, pero comenzarán con una palabra de sincronización alternativa (1101000111010 y un 0 durante el segundo  59), e incluirán 42  bits de datos que no son de tiempo en los bits que no son marcadores del código de tiempo. Las tramas de mensaje aún contienen time[0] durante el segundo 19 y el bit de aviso durante el segundo  49, por lo que un receptor que conozca la hora con una precisión de ±1  minuto puede sincronizarse con ellas.

Se espera que los mensajes abarquen varios marcos de mensaje.

Durante seis minutos cada media hora, entre los 10 y los 16  minutos y entre los 40 y los 46 minutos de cada hora, los fotogramas de un minuto se reemplazan por un fotograma extendido especial. En lugar de transmitir 35  bits de información en un minuto, se transmiten 7  bits (solo la hora del día y el estado del horario de verano) durante 6  minutos, lo que proporciona 30  veces más energía por bit transmitido, una  mejora de 14,8 dB en el presupuesto de enlace en comparación con el código de tiempo estándar de un minuto. ^{[ 15 ] : 13–17}

La palabra clave de 360 ​​bits consta de tres partes:

• Una secuencia de 127 bits (generada por un registro de desplazamiento con retroalimentación lineal de 7 bits ), rotada a la izquierda una cantidad variable para codificar un valor de 0 a 123.
• Una secuencia de bits fija de 106 bits.
• La secuencia inversa de 127 bits de la secuencia inicial. Al estar invertida, se considera que está rotada en sentido contrario.

La única información que se transmite es la hora del día (una de las 48  medias horas), más el estado actual del horario de verano de EE. UU., lo que hace que 2 × 48 = 96 códigos de tiempo posibles.

Se transmiten 2 × 14 = 28 códigos de tiempo adicionales entre las 04:10 y las 10:46  UTC en los días en que cambia el horario de verano, lo que proporciona varias horas de aviso sobre un cambio inminente al horario de verano.