DCF77
DCF77 ist der Zeitzeichensender, über den die Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) die gesetzliche Zeit für Deutschland verbreitet. Der Sender steht in Mainflingen, südöstlich von Frankfurt am Main, und sendet auf der Langwellenfrequenz 77,5 kHz rund um die Uhr. Funkuhren im Haushalt, Bahnhofsuhren, Ampelanlagen, Energieversorger und Industrieanlagen stellen sich nach seinem Signal.
Das Signal entsteht nicht in Braunschweig, sondern direkt am Senderstandort. Dort steht eine Steuerung der PTB mit eigenen Atomuhren, die aus Braunschweig überwacht wird. Den Sender selbst betreibt im Auftrag der PTB die Media Broadcast GmbH.
Der Name
DCF77 ist das Rufzeichen des Senders. D steht für Deutschland, C für Langwelle, F für die Nähe zu Frankfurt, 77 für die Frequenz.
Was gesendet wird
Jede Minute überträgt DCF77 ein vollständiges Zeittelegramm: Minute, Stunde, Tag, Wochentag, Monat und die letzten beiden Ziffern des Jahres. Die gesendete Zeit ist die gesetzliche Zeit, also MEZ oder MESZ, nicht UTC.
Amplitudenmodulation
Zu Beginn jeder Sekunde wird die Trägeramplitude für kurze Zeit auf etwa 15 Prozent abgesenkt. Die Dauer der Absenkung trägt ein Bit:
| Dauer der Absenkung | Bedeutung |
|---|---|
| 0,1 s | 0 |
| 0,2 s | 1 |
| keine Absenkung in Sekunde 59 | Ankündigung der nächsten Minute |
Die fehlende Absenkung in der letzten Sekunde ist das Synchronisationszeichen: Die nächste Absenkung markiert den Beginn einer neuen Minute. Das Telegramm einer Minute gilt immer für die folgende Minute.
Belegung der Sekunden
| Sekunde | Inhalt |
|---|---|
| 0 | Minutenbeginn, immer 0 |
| 1–14 | Fremdinformationen, seit 2006 verschlüsselte Wetterdaten eines privaten Anbieters |
| 15 | Rufbit, zeigt Betrieb über die Reserveantenne |
| 16 | Ankündigung der Umstellung zwischen MEZ und MESZ |
| 17–18 | Zeitzone: MEZ oder MESZ |
| 19 | Ankündigung einer Schaltsekunde |
| 20 | Startbit der Zeitinformation, immer 1 |
| 21–28 | Minute, BCD-codiert, mit Prüfbit |
| 29–35 | Stunde, mit Prüfbit |
| 36–58 | Tag, Wochentag, Monat, Jahr, mit Prüfbit |
Die Zahlen sind BCD-codiert, also jede Dezimalziffer einzeln in Binärform. Die Prüfbits ergänzen jeden Abschnitt auf gerade Parität. Eine Funkuhr übernimmt die Zeit meist erst, wenn mehrere aufeinanderfolgende Telegramme zueinander passen.
Phasenmodulation
Zusätzlich zur Amplitudenmodulation ist dem Träger eine Pseudozufallsfolge aufmoduliert: 512 Phasensprünge von ±13° in jeder Sekunde. Ein Empfänger, der diese Folge auswertet, bestimmt den Sekundenbeginn auf rund zehn Mikrosekunden genau. Einfache Funkuhren nutzen das nicht; sie werten nur die Amplitude aus.
Reichweite und Empfang
Die PTB gibt eine Reichweite von rund 2.000 km an. Damit ist DCF77 in weiten Teilen Europas empfangbar. Bis einige hundert Kilometer trägt die Bodenwelle, weiter entfernt kommt das Signal als an der Ionosphäre reflektierte Raumwelle an, deren Stärke zwischen Tag und Nacht schwankt.
Langwelle hat gegenüber Satellitensignalen einen Vorteil: Sie dringt gut in Gebäude ein. Eine Funkuhr braucht keine Außenantenne, eine kleine Ferritantenne im Gehäuse genügt. Gestört wird der Empfang von Schaltnetzteilen, Bildschirmen und anderen Geräten in der Nähe, die im Langwellenbereich Störungen abstrahlen. Viele Funkuhren versuchen den Empfang deshalb nachts.
Das Signal braucht für 300 km etwa eine Millisekunde. Eine Funkuhr gleicht diese Laufzeit nicht aus; für die Uhr im Wohnzimmer spielt sie keine Rolle.
Genauigkeit
| Verfahren | Erreichbare Genauigkeit | Einsatz |
|---|---|---|
| Amplitude, einfacher Empfänger | Zehntelsekunden bis Millisekunden | Funkuhren, Wecker |
| Amplitude, optimierter Empfänger | besser als 1 ms | Industrie, Steuerungen |
| Phasenmodulation | rund 10 µs | Referenzempfänger, Labore |
Die Verfügbarkeit des Senders ist vertraglich mit mindestens 99,7 Prozent im Jahr vereinbart. Kurze Unterbrechungen gibt es beim Umschalten auf die Reserveantenne oder den Reservesender, längere vor allem bei Sturm oder Eisregen, wenn die Antenne verstimmt wird.
DCF77 und Zeitserver
Für Zeitserver war DCF77 lange die übliche Referenz in Deutschland, ein Empfänger mit Antenne am Fenster reichte. Für NTP im Firmennetz ist die Genauigkeit ausreichend. Wo Mikrosekunden zählen, etwa für PTP in Mobilfunk- oder Energienetzen, hat GNSS DCF77 weitgehend abgelöst. DCF77 bleibt dort als zweite, unabhängige Quelle interessant: Ein Störsender gegen GNSS trifft die Langwelle nicht.