roberts: Vergleich Zeitzeichensender MSF60 zu DCF77

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Liebe Radiomuseumsfreunde,

es gibt wohl kaum jemanden, dem der deutsche Zeitzeichensender DCF77 nicht ein wohlbekannter Begriff sein dürfte ( 77,5 kHz, Mainflingen bei Frankfurt/Main).

Dass aber auch in weiter nördlich gelegenen Bundesländern der englische Sender MSF60
(60 kHz, Anthorn Cumbria, vormals Rugby) mit passablem Pegel zu empfangen ist, ist wohl nicht so bekannt. (Die Suche nach Stichwort „MSF 60“ liefert nur spärlich Antworten.)

Deswegen möchte ich mit dem folgenden Beitrag gerne ein wenig zum Schließen dieser Lücke beitragen.

Kurz das Prinzip der Zeitzeichenaussendungen, und, was grob skizziert beide Sender voneinander unterscheidet.

In der Minute n wird der Zeit- und Datumscode für die Minute n+1 ausgestrahlt.

Bei DCF77  (77,5 kHz) wird die Trägerschwingung auf (neuerdings) 15 % des Maximalpegels einmal pro Sekunde  (mit Ausnahme der Sekunde 59) abgesenkt.

Wobei der Beginn der Sekundenabsenkung stets im Sekundenabstand erfolgt, das Wiederansteigen der Senderamplitude auf 100 % aber um 100  bzw. 200 Millisekunden verzögert ist. In der Länge dieser Austastzeiten liegen die logischen Zustände, 100 Millisekunden für „Null“, 200 Millisekunden für „Eins“, was dann die Funkuhren decodieren können.

Der schottische Zeitzeichensender MSF 60 (auf 60 kHz) verwendet seit einiger Zeit nicht mehr den „Fast Code“ in Sekunde 1, sondern auch den „Slow Code“, vergleichbar mit dem DCF77 Code. Allerdings eine Trägerabsenkung auf  nahezu 0% und weitere Austastdauern, zusätzlich zu den 100 und 200  Millisekunden, nämlich  auch noch 300 und 500 Millisekunden. Ferner wird die 59. Sekunde ebenfalls gesendet.

Hört man diesen Sender das erste Mal, fallen einem vor allem die „Doppelimpulse“ im Zeitintervall zwischen Sekunde 1 und Sekunde 15 stark auf.

Besonders das macht die Verwendung eines DCF77-Decoders für MSF 60 schlichtweg unmöglich, der lediglich eine Trägerabsenkung innerhalb eines Sekundenintervalls und nur zwei Zeitintervalle interpretieren kann, ferner zur Minutensynchronisation die verlängerte „Pause“ unter Wegfall der 59. Minutenaustastung benötigt. 

(Im Verlauf dieses Beitrages sollen noch Lösungen für dieses Problem und ein MSF60-Time/Date Decoder vorgestellt werden.)

Man wird sich die Frage stellen, warum man es bei MSF 60 so kompliziert macht. Nun, in Wirklichkeit werden zwei unabhängige Codes, Code A und
Code B simultan übertragen. In Code A gibt es nur 100- und 200-Millisekunden-Austastungen, darin stecken die „reinen“ Zeit und Datumsinformationen im BCD-Code. Für Code B sind 100 und 200 Millisekunden gleich logisch „Null“ und 300 Millisekunden gleich logisch „Eins“. Mit Code B wird in den Sekunden 1 bis 15 der von DCF77 seit den Siebzigerjahren des vergangenen Jahrhunderts nicht mehr übertragene DUT1-Code ausgesendet, der die Relativabweichungen der tatsächlichen Erdrotationsgeschwindigkeits-Zeit zur Atomfrequenznormal-Zeit beinhaltet. Ferner erscheinen im B-Code die Paritybits und das Sommerzeitbit. Da zur Erkennung des Minutenbeginns einmal eine Reihe von feststehenden, immer gleichen Bits gegen Ende (Sekunden 52 bis 59)  im A-Code und dann noch die 500-Millisekunden-Austastung in Minute Null ausgestrahlt werden, kommt man auch ohne Paritybit-Prüfung zu einer vernünftigen Zeit- und Datumsanzeige auf dem Display. Das bedeutet, dass man den B-Code nicht unbedingt decodieren muss, verzichtet man auf Darstellung von DUT1 und Paritykontrolle.

In den Diagrammen die Austast-Zeiten in MSF 60

und der Vergleich zwischen DCF77 und MSF 60

 

Vergleicht man die beiden Timecodes von DCF77 und MSF 60 miteinander, erkennt man auch noch, dass die BCD-Codierung verkehrt herum ist (LSB mit MSB vertauscht). Ebenso ist die Bit-Zuordnung der Informationen von Jahr bis Minute vertauscht. Dann werden bei MSF 60 die Paritybits nicht verstreut, sondern gebündelt am Ende in den Bits für Sekunden 54 bis 57 gesendet.

Wobei die Summe der Bits von 17 bis 24, 25 bis 35, 36 bis 38 und 39 bis 51 in den Paritybits 54 bis 57 zu einer ungeraden Zahl von Einsen ergänzt wird, also zu „odd parity“, entgegen der „even parity“ beim DCF77.

Es gibt noch eine Besonderheit in der Zuordnung der Wochentage zu gesendeten Ziffern.
Obwohl auch in Großbritannien der kalendarische Wochenbeginn der Montag mit Zählziffer 1 ist,
wird der Sonntag nicht wie bei DCF77 folglich mit der Ziffer 7 sondern mit der Ziffer  0 gesendet.

Akustisch auffällig bei MSF 60 ist auch die fehlende Zufallszahlenphasenmodulation, die sich bei DCF-Empfang als „Rauschen“ bemerkbar macht, das nur während der Absenkungen völlig verschwindet.

Ein einfacher Direktmischer könnte so aussehen:

 

 youtube.com/watch?v=Egw8xleKeck

 

Das letzte Video zeigt am Ende auch ein Assemblerprogramm zur Decodierung des A-Codes.

 

 youtube.com/watch?v=5R8Vr5BG610

Anlagen:

• MSF60 A Code B Code Trägerabsenkungen (43 KB)
• MSF60 DCF77 Codevergleich (34 KB)
• MSF60 Einfacher Empfänger Direktmischer (86 KB)

Für diesen Post bedanken, weil hilfreich und/oder fachlich fundiert.