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4 PZF Langwellen-Empfänger
4 PZF Langwellen-Empf ¨ a nger
Der deutsche Langwellensender DCF77 nahm 1970 den Dauerbetrieb auf. Die Einführung von Zeitcodes im Jahr
1973 bildet die Grundlage für die Entwicklung moderner Funkuhren. Die DCF77-Frequenz und das DCF77-
Signal stammen aus den Atomuhren der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) in Braunschweig, der
Landesanstalt für Wissenschaft und Technik und der höchsten technischen Behörde der Bundesrepublik Deutsch-
land für den Bereich der Messtechnik und physikalischen Sicherheitstechnik.
Die Trägerfrequenz von 77,5 kHz ist amplitudenmoduliert mit Zeitmarken pro Sekunde. Die BCD-Codierung
des Zeittelegramms erfolgt durch Verschieben der Amplitude auf 25% für einen Zeitraum von 0,1s für eine logis-
che '0' und für 0,2s für eine logische '1' . Der Empfänger rekonstruiert den Zeitrahmen durch Demodulation dieses
DCF-Signals. Da das AM-Signal normalerweise durch Störsignale überlagert wird, ist eine Filterung des emp-
fangenen Signals erforderlich. Die daraus resultierende Bandbreitenbegrenzung bewirkt eine Verzerrung der
demodulierten Zeitmarken, die im Bereich von 10ms liegt. Schwankungen des Triggerpegels des Demodulators
verschlechtern die Genauigkeit der Zeitmarken um zusätzliche +/-3ms. Da diese Präzision für viele Anwendun-
gen nicht ausreicht, begann die PTB (Physikalisch-Technische Bundesanstalt), Zeitinformationen mit Hilfe der
Korrelationstechnik zu verteilen.
Der DCF-Sender wird zusätzlich zum AM-Signal mit einem pseudozufälligen Phasenrauschen moduliert. Die
Pseudozufallsfolge (PZF) enthält 512 Bit, die durch Phasenmodulation zwischen den AM-Zeitmarken übertragen
werden. Die Bitfolge besteht aus der gleichen Anzahl von logischen '0' und logischen '1' , um ein symmetrisches
PZF zu erhalten, das die durchschnittliche Phase des Trägers konstant hält. Die Länge eines Bits beträgt 120
DCF-Takte, was 1,55ms entspricht. Der Träger von 77,5 kHz wird mit einer Phasenabweichung von +/-10 pro Bit
moduliert. Die Bitfolge wird jede Sekunde übertragen, sie beginnt 200ms nach Beginn einer AM-Sekundenmarke
und endet kurz vor der nächsten. Im Vergleich zu einem AM DCF77-Empfänger kann der Eingangsfilter eines
Korrelationsempfängers breitbandig dimensioniert werden. Das eingehende Signal wird mit einem rekonstru-
ierten Empfänger-PZF korreliert. Diese Korrelationsanalyse ermöglicht die Erzeugung von Zeitmarken, die
einen Versatz von nur wenigen Mikrosekunden aufweisen. Darüber hinaus wird bei diesem Verfahren die Stör-
festigkeit erhöht, da Störsignale durch Mittelung des Eingangssignals unterdrückt werden. Durch das Senden
der ursprünglichen oder der ergänzten Bitfolge wird die BCD-codierte Zeitinformation übertragen.
Die absolute Genauigkeit des erzeugten Zeitrahmens hängt von der Qualität des Empfängers und der Ent-
fernung zum Sender, aber auch von den Übertragungsbedingungen ab. Daher ist die absolute Genauigkeit des
Zeitrahmens im Sommer und am Tag besser als im Winter und in der Nacht. Der Grund für dieses Phänomen ist
ein Unterschied im Anteil der Himmelswelle, die die Bodenwelle überlagert. Um die Genauigkeit des Zeitrah-
mens zu überprüfen, ist der Vergleich zweier Systeme mit kompensierter Laufzeit sinnvoll.
Die PZF-Funkuhr ist ein Präzisions-Empfängersystem für den Zeitzeichensender DCF77. Es ist als Modul
für den Einsatz in Systemen wie Meinberg IMS, LANTIME M-Modellen und als Computer-Steckkarte (PCI-
Express) erhältlich. Der Mikroprozessor des Systems führt die Korrelation einer reproduzierten pseudozufälligen
IMS-PZF180 Setup Guide
Datum: 31. Januar 2020
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