DCF77

Dieser Text beschreibt DCF77.

Europakarte mit der Reichweite des Langwellensignals von DCF77; Radien 600, 1100 und 2100 km gekennzeichnet

DCF77 ist der Langwellensender, der die meisten funkgesteuerten Uhren in Europa mit der genauen Uhrzeit versorgt.==Allgemein== Der Sender steht in Mainflingen bei Frankfurt am Main in Deutschland und arbeitet auf der Frequenz 77,5 kHz mit einer Leistung von 50 kW.

Die Nennung DCF77 ist das Rufzeichen der Internationalen Frequenzliste IFRB. Das Rufzeichen DCF77 wird (je zweimal nacheinander) dreimal stündlich als Morsezeichen gesendet (während der 20. bis 32. Sekunde der Minuten 19, 39 und 59). Das Rufzeichen entstand aus D für Deutschland, C für Langwellensender, F wegen der Nähe zu Frankfurt und 77 entsprechend der Trägerfrequenz.

DCF77 wird von der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) Braunschweig betreut und sendet seit 1959 eine Normalfrequenz und seit 1973 zusätzlich Datum und Uhrzeit. Der Sender wird durch die Deutsche Telekom AG betrieben.

Die Zeitbasis stellen dabei mehrere Atom-Uhren (derzeit drei Cäsium-Uhren und seit 1999 eine Cäsium-Fontäne ) dar, die von der PTB betrieben werden. Die Abweichung des daraus abgeleiteten Signals beträgt weniger als eine Sekunde in 1 Million Jahren.

Im Zeitgesetz von 1978 wird die Physikalisch-Technische Bundesanstalt mit der Verbreitung der Gesetzlichen Zeit in Deutschland beauftragt. Die über DCF77 verbreitete Zeitinformation stellt also die offizielle Zeit der Bundesrepublik Deutschland dar.

Das DCF77-Signal ist - abhängig von der Tages- und Jahreszeit - bis zu einer Entfernung von etwa 1900 km (tagsüber) bzw. 2100 km (nachts) zu empfangen. Zu bestimmten Zeiten ist die Reichweite von Langwellen allerdings noch viel höher. Es sind Fälle bekannt geworden, in denen sich Uhren selbst in Kanada synchronisiert haben.

Die Grafik illustriert die Ausbreitung des Langwellensignals: In dem Bereich bis ungefähr 600 km ist der Sender als Bodenwelle zu empfangen. Ab ungefähr 1100 km überwiegt der Raumwellenanteil. In dem Abstand von 600 km bis 1100 km vom Sender kann es gelegentlich bei gleichen Feldstärken von Boden- und Raumwelle zur Auslöschung des Signals kommen (Fading von 15 min Dauer und mehr).

DCF77 in Mainflingen

Die logischen Informationen (die Zeitinformationen) werden zusätzlich zur Normalfrequenz (der Trägerfrequenz des Senders, also 77,5 kHz) übertragen. Das geschieht durch negative Modulation des Signals (Absenken der Trägeramplitude auf 25%).

Der Beginn der Absenkung liegt jeweils auf dem Beginn der Sekunden 0...58 innerhalb einer Minute. In der 59. Sekunde erfolgt keine Absenkung, wodurch die nachfolgende Sekundenmarke den Beginn einer Minute kennzeichnet, und der Empfänger synchronisiert werden kann. Der logische Wert der Zeichen ergibt sich aus der Zeichendauer: 100 ms sind die "0", 200 ms sind die "1".

Damit stehen innerhalb einer Minute 59 Bit für Informationen zur Verfügung. Davon werden die Sekundenmarken 1 bis 14 für Betriebsinformationen benutzt, die nicht für DCF77-Nutzer bestimmt sind. Die Sekundenmarken 15 bis 19 kennzeichnen die Sendeantenne, die Zeitzone und kündigen Zeitumstellungen an:

15           "0": Normalantenne, "1": Reserveantenne
16           "1": Am Ende dieser Stunde wird MEZ/MESZ umgestellt.
17           "0": MEZ,  "1": MESZ
18           "0": MESZ, "1": MEZ
19           "1": Am Ende dieser Stunde wird eine Schaltsekunde eingefügt.

Von der 20. bis zur 58. Sekunde wird die Zeitinformation für die jeweils nachfolgende Minute seriell in Form von BCD-Zahlen übertragen, wobei jeweils mit dem niederwertigsten Bit begonnen wird:

20           Startbit (ist stets "1")
21 - 27      Minute
28           Parität Minute
29 - 34      Stunde
35           Parität Stunde
36 - 41      Monatstag
42 - 44      Wochentag
45 - 49      Monat
50 - 57      Jahr
58           Parität Datum

Für den Anwender einer Funkuhr bedeutet das, dass der Empfang mindestens eine volle Minute laufen muss, bevor die Zeitinformation zur Verfügung stehen kann.

Die innerhalb dieser Minute dekodierte Information ist lediglich durch drei Paritätsbits gesichert, somit führen bereits zwei fehlerhaft empfangene Bits zu einem auf diese Weise nicht zu erkennenden Übertragungsfehler. Um eine zuverlässige Zeitinformation zu erhalten, muss man also zusätzliche Maßnahmen ergreifen, z.B. indem die Redundanz der Zeitinformation in aufeinanderfolgenden Minuten ausgewertet wird. Die meisten einfachen Funkuhren brauchen daher mehr als zwei Minuten, bis sie die Zeit akzeptieren.

Mit entsprechendem Aufwand durch eine PLL läßt sich die Abweichung einer DCF77-Funkuhr von der genauen Zeit kleiner als eine Millisekunde halten.