Horloge radio pilotée

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 25 kW 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.

Sommaire 1 Principe général 2 Détails sur le protocole 2.1 Codage des informations 2.2 Exemple 3 Applications 4 Voir aussi 4.1 Signaux horaires émis dans d'autres pays 4.2 Articles connexes 4.3 Notes 4.4 Références externes

Principe général

La fréquence porteuse est de 77,5 kHz (3868,3 mètres). 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 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 d'encodage 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

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

No du bit	Dénomination	Signification
0 - 14		Réservés. Contient des données (chiffrées) pour le service de prévisions météo Meteotime.[1]
15	R	Émetteur de réserve (bit d'appel, permet d'alerter les employés de PTB à Braunschweig, responsables du DCF77)
16	A1	1 = Annonce (pendant 1h) un basculement été/hiver au début de la prochaine heure (chaque pays est libre de changer ou pas ; mais la date est fixée par décret pour toute l'Europe)
17	Z1	Z1 et Z2 indiquent le décalage horaire de l'heure émise par rapport au temps UTC.
18	Z2	si Z1Z2 = 01 : UTC+1h = CET = heure d'hiver / si Z1Z2 = 10 : UTC+2h = CEST = heure d'été
19	A2	1 = Annonce (pendant 1h) l'ajout d'une seconde intercalaire à la fin de l'heure (il y aura une 60e impulsion, supplémentaire. Le silence est reporté à la 61e et dernière seconde. Puis, débute l'heure suivante.)
20	S	Toujours à 1 : Début de la transmission des informations horaires
21	1	Minute, poids 1
22	2	Minute, poids 2
23	4	Minute, poids 4
24	8	Minute, poids 8
25	10	Minute, poids 10
26	20	Minute, poids 20
27	40	Minute, poids 40
28	P1	Parité des bits de 21 à 27 (ajoute 1 si impaire, 0 si déjà paire)
29	1	Heure, poids 1
30	2	Heure, poids 2
31	4	Heure, poids 4
32	8	Heure, poids 8
33	10	Heure, poids 10
34	20	Heure, poids 20
35	P2	Parité des bits de 29 à 34 (ajoute 1 si impaire, 0 si déjà paire)
36	1	Quantième, poids 1
37	2	Quantième, poids 2
38	4	Quantième, poids 4
39	8	Quantième, poids 8
40	10	Quantième, poids 10
41	20	Quantième, poids 20
42	1	Jour de la semaine, poids 1
43	2	Jour de la semaine, poids 2
44	4	Jour de la semaine, poids 4
45	1	Mois, poids 1
46	2	Mois, poids 2
47	4	Mois, poids 4
48	8	Mois, poids 8
49	10	Mois, poids 10
50	1	Année, poids 1 (note : seuls les deux derniers chiffres de l'année sont transmis de 00 à 99)
51	2	Année, poids 2
52	4	Année, poids 4
53	8	Année, poids 8
54	10	Année, poids 10
55	20	Année, poids 20
56	40	Année, poids 40
57	80	Année, poids 80
58	P3	Bit de parité des bits de 36 à 57 (ajoute 1 si impaire, 0 si déjà paire)

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 25/25/2165 à 45h85, ce qui arrive si tous les bits reçus sont à 1).

Applications

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 périphérique 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.

Voir aussi

Signaux horaires émis dans d'autres pays

• France : Allouis ("France-Inter")
• États-Unis : (en) WWV, WWVH, 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

• Mise à l'heure informatique via NTP (Network time protocol)

Notes

Références externes

• Site officiel du Bureau Gouvernemental Physico-Technique : (en) http://www.ptb.de/en/org/4/44/442/dcf77_1_e.htm
• Informations sur le protocole : http://www.aurel32.net/elec/dcf77.php

Des modules de réception se trouvent assez facilement auprès des revendeurs de composants électroniques.

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