DCF77

L'émetteur DCF77 (50° 01′ 00″ N 9° 00′ 29″ E / 50.0167, 9.0081)

50° 01′ 00″ N 9° 00′ 29″ E / 50.0167, 9.0081

DCF77 est un système allemand de transmission de l'heure légale par ondes radio, sur une large zone de couverture. Il a été créé par la Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), sur une initiative du gouvernement allemand. Son émetteur est situé à Mainflingen, près de Francfort-sur-le-Main. Il possède une horloge atomique au césium et donne donc l'heure absolue, avec un écart théorique d'une seconde d'erreur pour un million d'années. Les deux antennes sont soutenues par des câbles horizontaux, eux-mêmes maintenus en hauteur par plusieurs pylônes, à environ 200 m de hauteur.

L'information est émise en grandes ondes par un émetteur de 30 kW^[1] dont la portée est de 1500 km, et donc largement recevable sur plusieurs pays ouest-européens, dont la France métropolitaine, l'Allemagne ou l'Italie par exemple.

Principe général

La fréquence porteuse est de 77,5 kHz (3,868 km). Le seul défaut de cette fréquence est d'être très sensible aux parasites. Il faut donc vérifier la cohérence des données reçues (d'où l'utilisation de bits de parité). On le remarque notamment sur l'augmentation de la portée à 2000 km^[2] la nuit (car il y a beaucoup moins de parasites la nuit que le jour, et la nuit, l'ionosphère devient réfléchissante pour cette fréquence).

Le protocole permet aussi de contrôler réellement les récepteurs par radio (d'où l'appellation radio-piloté). L'émetteur peut avertir du changement horaire été/hiver ou de l'ajout d'une seconde intercalaire à la fin de l'heure courante pour pallier les irrégularités de rotation de la terre.

Il n'est pas possible de faire fonctionner entièrement une horloge avec ce signal radiopiloté, car la réception du signal peut-être interrompue (orage, distance, bâtiments, déplacements, etc). C'est pour cela que les horloges radio-pilotées ont un système classique de régulation (à quartz), et d'une mise à l'heure ainsi que d'une correction éventuelle à l'aide du signal radio.

Le délai de codage de l'heure atomique et de sa transmission radio empêche inévitablement d'atteindre l'heure « atomique » côté récepteur. En revanche, se caler sur le signal reçu permet de très fortement limiter les déviations qu'aurait sur le long terme un dispositif courant, une montre à quartz par exemple. L'erreur totale est donc très limitée et la précision obtenue excellente.

Chaque utilisateur peut très simplement connaître l'heure légale et également passer automatiquement à l'heure d'été/d'hiver (sous condition de réception du signal évidemment).

Sa réception est bien plus aisée et économique que d'utiliser l'heure GPS.

Détails sur le protocole

Carte de réception

Des informations sont transmises sous forme binaire à raison d'un bit à chaque seconde exactement. Les informations sont codées en BCD (décimal codé en binaire), leur décodage fournit au récepteur les autres éléments comme la date et l'heure.

L'impulsion émise au début de chaque seconde dure 100ms pour un '0' logique et 200ms pour un '1', il s'agit d'une modulation d'amplitude (abaissement de l'amplitude à 25% du maximum lors des impulsions ; en phase avec la porteuse). Seule la 59^e seconde n'est pas modulée et permet d'annoncer le début d'une nouvelle trame (voir ci-dessous). On remarque que c'est la durée de l'impulsion qui transporte l'information, et non l'amplitude (il serait sinon à ces basses fréquences quasi-impossible d'espérer une certaine fiabilité).

La synchronisation des récepteurs se fait sur le premier bit (bit n^o 0). L'apparition de la première modulation marque alors le début d'une nouvelle minute. Les informations transmises pendant une minute correspondent à l'heure qu'il sera au moment du prochain 'top départ' ( "... au prochain top il sera ..." ).

Conformément aux textes légaux un émetteur international doit indiquer son identité. L'identifiant "DCF77" a été retenu et est émis en morse trois fois chaque heure (19^e, 39^e et 59^e minutes ; secondes 20 à 32 ; entre deux top ; par abaissement d'amplitude de -25% au rythme de 250 Hz ; sans interrompre le signal normal).

De plus, puisqu'il existe une imprécision de quelques millisecondes sur la durée séparant l'émission et la réception, une légère modulation de phase (pseudo-aléatoire) permet de se synchroniser si nécessaire avec plus de précision (cela est totalement inutile pour le grand public).

Codage des informations

Rappelons que le bit n^o59 (le 60^e) n'est pas modulé en temps normal.

Exemple

pour 22h29 :

• 21 est à 1 : Étant de poids 1, on ajoute 1 au nombre de minutes
• 22 est à 0
• 23 est à 0
• 24 est à 1 : Étant de poids 8, on ajoute 8 au nombre de minutes (ce qui fait 1+8=9)
• 25 est à 0
• 26 est à 1 : Étant de poids 20, on ajoute 20 au nombre de minutes (ce qui fait 1+8+20=29)
• 27 est à 0
• 28 est à 1 : Cela veut dire que les bits de 21 à 27 sont impairs, ayant 3 bits à 1 (21, 24 et 26), nous avons reçu la bonne valeur

• 29 est à 0
• 30 est à 1 : Étant de poids 2, on ajoute 2 au nombre des heures
• 31 est à 0
• 32 est à 0
• 33 est à 0
• 34 est à 1 : Étant de poids 20, on ajoute 20 au nombre des heures (ce qui fait 2+20=22)
• 35 est à 0 : Cela veut dire que les bits de 29 à 34 sont pairs, ayant 2 bits à 1 (30 et 34), nous avons reçu la bonne valeur

La parité est très utile pour vérifier s'il n'y a pas eu d'erreur pendant la réception et pour ne pas afficher une valeur incorrecte. Il est aussi recommandé de vérifier le bit 20 à 1 (si la synchro arrive au mauvais endroit).

L'année est envoyée sur deux chiffres, il est donc commode de vérifier que la date ne dépasse pas 99, en cas de problème de réception, il est fréquent de se retrouver avec des dates supérieures à 99 (exemple: se retrouver le 45/25/2165 à 45h85, ce qui arrive si tous les bits reçus sont à 1).

Applications

Un module de réception DCF77 (pour électroniciens)

On retrouve bien sûr ce système sur les réveils et montres en tout genre, évitant le réglage de l'heure, et le réglage été/hiver. Les applications peuvent être très diverses.

Un module de réception du signal DCF77 est de conception relativement simple. Les fabricants de composants électroniques proposent des modules intégrés permettant de recevoir et de démoduler le signal. Ils sont composés d'une antenne et d'un récepteur ; le signal sort directement sur une des broches et il ne reste plus qu'à le décoder.

Enfin, il existe également quelques modules périphériques en kit, à connecter à un ordinateur pour le synchroniser. Néanmoins, s'il est possible de se connecter à Internet, on peut s'éviter ce genre de frais via des logiciels de mise à l'heure : voir le protocole NTP.

Notes et références

Voir aussi

Signaux horaires émis dans d'autres pays

• France : Allouis ("France-Inter")
• États-Unis : WWV (station de radio) ; (en) WWVH ; (en) WWVB
• Canada : (en) CHU
• Venezuela : (en) YVTO
• Australie : (en) VNG
• Russie : (en) RWM
• Japon : (en) JJY ; (ja) JJY
• Royaume-Uni : (en) signal dit "MSF"
• Suisse : HBG Prangins
• Chine : (en) BPM ; (zh) BPM

Articles connexes

• Horloge radio-pilotée
• Mise à l'heure informatique via NTP (Network time protocol)

Liens externes

• (en) Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB): DCF77
• (fr) La réception DCF77

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