WWVB

WWVB是由美國國家標準技術研究所所擁有的時碼發播臺，位於美國科羅拉多州科林斯堡，其姊妹站是WWV。在北美地區，當地大部分電波時鐘都使用WWVB的時碼訊號，以設定正確的時間。WWVB 擁有一個 70千瓦的有效輻射功率發射機並利用 60 千赫的頻率發射對時訊號。而WWVB的對時訊號是利用原子鐘來作訊號其不確定度小於 1/1012。WWVB每一位元每秒時間程式碼，這是基於的時間程式碼格式，是由同一組的原子鐘產生，然後調製到使用載波脈衝寬度調變及幅移鍵控。而時間程式碼的單一完整的幀是開始於每分鐘的開始，每一幀持續一分鐘，當中包含年份，小時，分鐘等資訊。雖然大部分授時臺都是廣播該國的當地時間，但是美國跨越多個時區，所以WWVB廣播的時間訊號是協調世界時。而當地所售買的電波時鐘都可以設定為美國的四個時區及夏令時間而顯示出正確的本地時間。在2011年，國家標準技術研究所估計超過5000萬部時鐘及手錶配備了接收WWVB的對時訊號的能力。歷史.長波及甚低頻的廣播已經長期被分配用作廣播時間和頻率標準。早在1904年，美國海軍天文臺開始使用WWV來廣播標準載波訊號，其頻率範圍是從75到2000千赫。由於這些訊號被用於校準電波時鐘等無線電裝置，而且有更多的時碼發播臺投入運作，所以這些訊號顯得越來越重要。多年來，許多無線電導航系統的設計是使用長波和甚低頻波段來設定標準時間。而當中最有名的導航系統是 ，這使得船舶和飛機能透過接收來自多個發射機的100 kHz廣播的訊號來進行導航。在1956年7月，現在的WWVB開始廣播，並取代電臺KK2XEI。當時的發射器位於科羅拉多州波德，它的僅有1.4 瓦特。儘管如此，哈佛大學在麻省才得以進行監測訊號的工作。這個傳輸實驗的目的是要表明，該無線電波的傳播路徑穩定，頻率的誤差很小。1962年，標準或國家統計局開始在靠近科羅拉多州柯林斯堡站點興建新的設施。該設施成為WWVB和WWVL的發射站，而該設施20 千赫的發射器是從波德運送過來。WWVB相當接近波德，這使得它很容易為員工管理，但發射站要遠離大山，使它能更好地傳輸訊號。1963年7月5日，WWVB於在60 千赫上廣播，而當時它的有5千瓦。在隨後的一個月，WWVL也開始使用20千赫發射訊號，而是500 瓦，使用頻率偏移調製，利用20千赫到26千赫，傳送資料。WWVL 最終於1972年7月停止廣播，而WWVB則成為國家基礎設施的永久組成部分。1965年7月1日，時間程式碼被加入到WWVB，這代表了時鐘可以安裝接收器，並對WWVB的訊號進行解碼，再自動同步時間。時間程式碼的格式自1965年變化不大;它傳送十進位制的時間程式碼，使用四位二進位制來傳送每個數字的二進碼十進數 。WWVB 由啟用到現在已經增加了幾倍。它的功率首先被調至7千瓦，之後則調至13千瓦。直到1998年，一個重大的升級令提升到50千瓦，最終在2005年把功率提升到70千瓦。受惠於功率提升，令覆蓋範圍擴大，而且可以更容易使用微小的接收器，利用簡單的天線來接收訊號。從而可以引進更多低成本的電波時鐘。服務改進計劃.WWVB位於科羅拉多州的地理位置使得美國東海岸所接收到的訊號較弱，而且城市中的建築物也會阻隔訊號。在2009年，國家標準技術研究所提出在東海岸新增第二部時間程式碼發射器的可行性研究，以提升接收訊號的成功率，並令系統的穩定性提升，避免因天氣或其他原因使一個發射機故障而無法接收時間程式碼。而第二部發射機將會使用相同的時間程式碼，但是會使用不同的頻率。若使用40千赫的話將會與日本JJY時碼發播臺發生頻率衝突。隨著瑞士的長波時碼發播臺HBG在75千赫上的廣播中止，該頻率可以被WWVB使用。新增發射站的計劃安裝在阿拉巴馬州亨茨維爾的紅石兵工廠內，但是馬歇爾太空飛行中心反對有如此高功率的發射站安置於太空飛行中心的附近。該發射器的建造是2009年美國復甦與再投資法案的一部分，在法案透過前不可建造該發射站。在2012年，國家標準技術研究所提出了兩個方案。其中一個方案是在原有的發射站上新增第二個發射頻率，雖然這並不會提升訊號強度，但是可以藉著減少幹擾和多重路徑傳輸來提升接收訊號的成功率。並沒有一種方案是利用新增第二個發射站來改善服務。相反的，國家標準技術研究所在2012年實施在WWVB加入相位調製。此方案並不需要額外的發射站和天線，而且相位調製的技術已經成功地用於德國DCF77和法國TDF的時碼發播臺。具備解碼能力的相位調製接收器具有更大的流程增益 ，它允許接收器使用較低的訊噪比大於脈衝寬度調變/幅移鍵控 時間程式碼。天線.WWVB的訊號經由兩組相同的相位陣列天線系統發射，兩組天線分隔857米的高度。這是20世紀90年代後期WWVB現代化計劃的一部分，利用已停止使用的WWVL天線進行了翻新，並納入現在的相位陣列天線系統。翻新後，可以同時使用兩個天線令到增加至50千瓦。WWVB也可以只使用一個天線下運作。當只使用一個天線下運作時，會以27千瓦的進行廣播，使工程師可以在不影響廣播的情況下進行維護工作。調製格式.WWVB每秒傳輸一個位元的訊號，每60秒完成傳輸一個完整的幀，當中每一個完整的幀包含年份，小時，分鐘等資訊。WWVB使用兩組獨立的時間程式碼：包括一組調幅時間程式碼，從1962年起已經使用，多年來時間程式碼都有微小變化，以及在2012年底加入的一組相位調製的時間程式碼。振幅調製.WWVB使用60千赫的頻率廣播，正常使用70千瓦的廣播，在每個協調世界時秒開始降低功率到17分貝。會令功率降低的三個時間程式碼：每分鐘，七個幀參考標記會以規則的模式傳送，令接收機能識別出每分鐘的開始和資料位元，因此資料位元會成為正確成幀。另外的53秒會傳送資料位元，當中包括現在的時間，日期，以及其他相關資訊。在2005年7月12日之前，WWVB最大的為50千瓦，功率降低為10分貝，從而產生5千瓦的訊號。而改變更大的是調制度，它是一系列的實驗，目的是增加覆蓋範圍而不增加發射器的功率。相位調製.一個獨立的時間程式碼由WWVB的相位偏移調製載波傳送。1位元透過第二編碼來轉換載波相位。0位元傳送正常的載波相位。相移開始0.1秒對應的協調世界時秒後，同時發生轉變，而承載振幅度低。:2–4採用相位偏移調製可以允許更複雜的接收器可以更清晰區分0和1位元，從而改善美國東海岸接收在WWVB訊號時電平較弱，而且射頻噪聲高，另外英國的MSF時碼發播臺亦會干擾到WWVB的訊號。沒有任何標記在幅度調製時間程式碼。一個完整的幀由資料位元固定模式提供，在每分鐘的最後第一和第二個及下一個幀之前的13秒傳送。由於幅度調製的標記只提供於全強度載波的0.2秒，所以其相位調製是比較難解碼。因此，避免在分鐘等的重要資訊位元中使用相位調製時間程式碼。補助載波相位的跟蹤接收機.跟蹤載波相位新增在2012年年底，這個相位調製具有考慮運營商的振幅，但會削弱接收器的接收能力，而現在流行的電波時鐘則不受影響。要允許使用者調整相位跟蹤接收機的時間，相位調製時碼最初被省略了，每天兩次30分鐘，開始在中午和午夜山地標準時間。這提供了接收器一個足夠的機會，以鎖定在WWVB載波相位。而這功能最終於2013年3月21日停止使用。頻道識別.在加入現時的相位調製時碼之前，WWVB透過為10分鐘過去的每小時45°推進其載波的相位以標識自己的身份，在五分鐘後恢復正常。這一階段的步驟是相當於一個60 kHz載波週期的“剪貼”1/8，或相當於約2.08微秒。WWVB的頻道識別方法是使用甚低頻和低頻頻段，這方法能防止其他幹擾因素將電臺呼號幹擾的常用方法，常見於窄帶高功率發射機。當2012年底加入相位調製時間程式碼時，頻道識別被淘汰；而時間程式碼的本身就用作頻道識別。:2幅度調製時碼.每一分鐘，WWVB都會以二進碼十進數的格式來廣播現在的時間。。雖然WWVB的時間程式碼格式是基於，但是位元的編碼和傳送位元的順序不同於任何現在或過去的的時間程式碼格式。時間標記，提供時間程式碼識別的確切時間，是幀參考標記的前導。在以下面的圖片中，青色代表0.5秒的持續時間減少了的載體的強度，數值為1，因此它是資料位。上面的例子中的時間編碼代表以下的含義：下表顯示了更詳細的時間編碼，與“Ex”列是從上面的例子中的位元：位元釋出.在WWVB時間編碼的幾個位元用作即將到來事件的警告。當第55位元設定時，表示當前的年份是閏年。這使接收器即使根據時間編碼不包括的世紀、公曆、閏年規則，仍然能翻譯出到月，日的資訊。當閏秒定於月底時，第56位元會在月初時設定，在閏秒插入後立即重置。日光節約時間的狀態位元使用美國夏令時間的規則。日光節約時間的狀態位元啟動期間每日在00:00 UTC更新。在每分鐘的第57秒是第一個美國夏令時間狀態值，此狀態值用作決定美國夏令時間生效或終止的變化。第二個美國夏令時間狀態值在每分鐘的第58秒，改變了24小時後。因此，如果美國夏令時間位元不同，美國夏令時間會在當地時間02:00在當日的UTC天發生變化。之後，下一個當地時間02:00之前，狀態值位元會是相同的。在美國夏令時間狀態值每一次變化都會先在美國本土時間16:00之間傳送，時間取決於當地的時區和美國夏令時間是否即將開始或結束。因此在美國東部時間的接收器，必須要正確接收美國夏令時間開始改變之前的七小時內的「DST正在改變」狀態值，以及在美國東部時間結束前6小時使用，用作更改本地時間以顯示正確的時間。而中部標準時、山區標準時及太平洋標準時的接收器會在一個，兩個，三個小時提前通知。它是由接收時鐘，如果它注意到了兩位不同下一02:00當地時間應用更改。如果接收時鐘發生不接收00:00 UTC與02:00本地時間的變化的日之間的更新，它應當適用於後，下一個更新DST更改。