DCF77

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Le DCF77 est né d'une initiative du gouvernement allemand de fournir l'heure légale par radio. Ce protocole, créé par le Bureau gouvernemental Physico-Technique (PTB), a son émetteur à Mainflingen (50,02°N 9,00°E), 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, ce qui est toutefois assez remarquable). Les deux antennes sont soutenues par des câbles horizontaux, eux-mêmes maintenus en hauteur par plusieurs poteaux (à environ 200m 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 Tableau de correspondance 2.2 Exemple 3 Applications 4 Voir aussi 4.1 Heures radiopilotées d'autres pays 4.2 Articles connexes 4.3 Références externes

[modifier] Principe général

La fréquence porteuse est de 77,5 kHz. 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 (vu qu'il y a beaucoup moins de parasites la nuit que le jour).

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 ...).

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 une montre à quartz par exemple sur le long terme. L'erreur totale est donc très limitée et la précision obtenue excellente.

Chaque utilisateur peut très simplement connaitre 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.

[modifier] Détails sur le protocole

Les informations sont codées en BCD (décimal codé en binaire). Il s'agit d'une porteuse à 77,5 kHz simplement modulée en amplitude (abaissement de l'amplitude à 25% du maximum lors des impulsions ; en phase avec la porteuse).

Une impulsion est émise toutes les secondes. Elle dure 100ms pour un '0' logique et 200ms pour un '1'. 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 du signal 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 horloges se fait sur le premier bit (bit n^o 0). L'apparition de la première modulation, marque alors le début d'une nouvelle minute. Le signal codé correspond à l'heure qu'il sera au moment du prochain 'top départ' ( "... au prochain top il sera ..." ).

Une trame est composée de 59 valeurs (sur 59 secondes):

• Les valeurs 0 à 14 sont réservés mais non utilisés. Ils ont été prévus initialement pour lancer d'éventuelles alertes à la population (à la place des sirènes).
• Les valeurs 16 à 19 apportent des précisions comme le passage à l'heure d'été/hiver, l'ajout d'une seconde intercalaire, le fuseau horaire actuel ou le "bit d'appel",
• La valeur 20 indique le début de la transmission de l'heure à proprement parler,
• Les valeurs 21 à 28 concernent les minutes (+ bit de parité paire des minutes),
• Les valeurs 29 à 35 concernent les heures (+ bit de parité paire des heures),
• Les valeurs 36 à 41 concernent le quantième,
• Les valeurs 42 à 44 concernent le jour dans la semaine (de 1=lundi à 7=dimanche),
• Les valeurs 45 à 49 concernent le mois,
• Les valeurs 50 à 57 concernent l'année,
• La valeur 58 concerne le bit de parité paire des valeurs 36 à 57.

Rappelons que la trame diffusée contient les données de la minute suivante, qui commencera au prochain 'top' (début de la transmission suivante).

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).

[modifier] Tableau de correspondance

No du bit	Dénomination	Signification
0 - 14		Réservés. Non utilisés publiquement.
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= hiver / si Z1Z2= '10' : UTC+2h= CEST= 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 41, à cause d'un léger decalage dans le temps et dans l'espace
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.

[modifier] 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 9)
• 25 est à 0
• 26 est à 1 : Étant de poids 20, on ajoute 20 au nombre de minutes (ce qui fait 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 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 si 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 on reçoit tous les bits à 1).

[modifier] 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.

Il existe des modules électroniques permettant de recevoir et démoduler le signal (composés d'une antenne et du récepteur), le signal sort directement sur une des broches et il ne reste plus qu'a le décoder (voir auprès des revendeurs de composants électroniques). Le module n'est pas non plus très dur à réaliser. Enfin, il existe également quelques modules périphérique en kit, à connecter à un ordinateur pour le synchroniser. (Néanmoins, si un réseau est disponible, on peut s'éviter ce genre de frais via des logiciels gratuits ou payants de mise à l'heure : voir le Protocole de temps en réseau.)

[modifier] Voir aussi

[modifier] Heures radiopilotées d'autres pays

• En Amérique : (en) CHU, WWV, WWVH, WWVB
• Au Venezuela : (en) YVTO
• En Australie : (en) VNG
• En Russie : (en) RWM
• Au Japon : (en) JJY; (ja) JJY
• Au Royaume-Uni : (en) signal dit "MSF"
• En Suisse : HBG Prangins
• En Chine : (en) BPM ; (zh) BPM

[modifier] Articles connexes

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

[modifier] 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.