Was sind die Unterschiede zwischen einem DCF77 AM- und einem PZF-Empfänger?


Der Sender DCF77 ist seit dem Jahr 1970 im Dauerbetrieb. Mit der Einführung des Zeitcodes im Jahr 1973 wurde die Voraussetzung für die Entwicklung moderner Funkuhren gegeben. Verantwortlich für die Aussendung des Zeitcodes ist die Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) in Braunschweig, Deutschland.

Der Sender DCF77 wird mit dem Zeitcode in Form von Sekundenmarken amplitudenmoduliert. Die im BCD-Code vorgenommene Zeitcodierung erfolgt durch unterschiedlich lange Sekundentastungen. Im Empfänger wird das Zeitraster durch Demodulation des 77,5 kHz-Trägers gewonnen. Da das empfangene DCF-Signal in der Regel mit Störungen überlagert ist, wird eine starke Filterung und damit Bandbreitenbegrenzung erforderlich. Dies bedingt einen Zeitversatz sowie eine Unsicherheit der zurückgewonnenen Sekundenmarken in der Größenordnung von ca. 10 ±3 ms.

Da diese Zeitgenauigkeit für viele Anwendungen nicht ausreicht, wurde von der PTB ein zusätzliches Signal eingeführt, welches durch Anwendung von Korrelationsverfahren im Empfänger eine wesentlich höhere Genauigkeit ermöglicht.

Seit einiger Zeit wird der Sender DCF77 zusätzlich mit einem Phasenrauschen moduliert. Dieses Rauschen ist eine pseudozufällige Bitfolge (PZF). Sie besteht aus 512 Bit, die zwischen den AM-Sekundenmarken phasenmoduliert übertragen werden. Die gesamte Bitfolge hat einen symmetrischen Verlauf, so daß die beiden Logikzustände in gleicher Anzahl auftreten. Dadurch bleibt die Trägerphase im Mittel konstant und es kommt zu keiner Beeinflussung herkömmlicher Empfänger. Eine Bitlänge beträgt 120 Perioden der Trägerfrequenz, welches einer Taktdauer von 1,55 ms entspricht. Die Bits werden mit einem Phasenhub von ±10 Grad auf den 77,5 kHz-Träger aufmoduliert. Innerhalb jeder Sekunde wird eine komplette Bitfolge übertragen. Sie beginnt 200 ms nach dem Sekundenwechsel und endet kurz vor der nächsten Sekundenmarke.

Das PZF-Signal kann breitbandig empfangen und mit einer empfängerseitig reproduzierten PZF korreliert werden. Durch die Korrelationsanalyse der beiden Signale können Zeitpunkte gewonnen werden, die nur um einige Mikrosekunden streuen.

Außerdem weist diese Methode eine verhältnismäßig große Störsicherheit auf, da überlagerte Störungen weitgehend herausgemittelt werden. Durch Komplementieren und Nichtkomplementieren der senderseitigen PZF lassen sich zusätzlich die BCD-codierten Zeitinformationen mit übertragen.

Die absolute Genauigkeit des reproduzierten Sekundenrasters ist außer von der Qualität des Empfängers und der Entfernung zum Sender auch von den jeweiligen Ausbreitungsbedingungen des DCF-Signals abhängig. So werden im Sommer und tagsüber bessere absolute Genauigkeiten erzielt als im Winter oder nachts. Das erklärt sich durch den unterschiedlich großen Raumwellenanteil, der die Bodenwelle überlagert. Um die Genauigkeit des reproduzierten Zeitrasters zu beschreiben, ist ein relativer Vergleich zwischen zwei Systemen sinnvoll, deren Senderabstand jeweils kompensiert wurde.

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