- WWVB, dans le Colorado, est une station de radio qui diffuse en continu l’heure actuelle sur 60 kHz pour le NIST, et sert de base au réglage automatique des horloges radio-pilotées
- La basse fréquence de 60 kHz offre une bande passante très réduite, au point de ne pouvoir transmettre qu’environ un bit par seconde, et il faut une minute entière pour envoyer l’heure actuelle
- Les horloges radio américaines reçoivent environ une fois par jour une émission d’une minute pour ajuster leur heure interne, puis appliquent la correction correspondant au fuseau horaire choisi par l’utilisateur
- WWVB ne connaît ni la position ni le fuseau horaire du récepteur, donc l’heure affichée avec précision résulte de la combinaison entre le signal diffusé et le réglage du fuseau horaire de l’horloge
- Le confort des horloges automatiques repose sur l’infrastructure publique qui diffuse en permanence l’heure, ainsi que sur les contributions invisibles accumulées par-dessus
Comment WWVB diffuse l’heure
- Dans le Colorado, il existe une station de radio qui diffuse l’heure actuelle
- Cette station est WWVB, utilisée par le National Institute of Standards and Technology pour transmettre l’heure actuelle
- La fréquence d’émission est 60 kHz, et la diffusion continue jour et nuit
- 60 kHz appartient à la bande des basses fréquences, dont la bande passante est très limitée
- Elle ne permet de transmettre qu’environ un bit par seconde
- Il faut une minute entière pour diffuser l’heure actuelle
Comment les horloges radio se mettent à l’heure
- Les horloges radio américaines utilisent les émissions de WWVB pour se régler
- Une fois par jour environ, l’horloge lit une émission d’une minute et se règle elle-même sur cette heure
- WWVB ne sait pas dans quel fuseau horaire se trouve l’utilisateur
- L’horloge corrige donc l’heure diffusée selon le fuseau horaire défini par l’utilisateur
- Si une horloge radio connaît l’heure exacte sans réglage manuel, c’est parce qu’elle lit l’heure transmise par les ondes
L’infrastructure du temps au quotidien
- Cette méthode illustre une façon de résoudre le problème d’une horloge qui doit se régler seule, grâce à une station de radio qui diffuse en permanence l’heure actuelle
- Le fonctionnement du quotidien repose sur les contributions invisibles laissées par ceux qui nous ont précédés
1 commentaires
Avis sur Hacker News
Je ne suis pas particulièrement patriote, mais cette réaction me paraît assez typiquement américaine
C’est peut-être à cause de ce patriotisme que les Américains revendiquent simplement certaines choses comme étant les leurs sans même vérifier s’il ne s’agit pas d’inventions américaines. Comme ils lisent rarement ce qui vient d’au-delà de leurs frontières : https://en.wikipedia.org/wiki/Time_from_NPL_(MSF)
Radio 4 aurait sans doute aussi son mot à dire : https://en.wikipedia.org/wiki/Greenwich_Time_Signal
La plupart des sources situent l’émission à Navesink, dans le New Jersey, mais l’horloge de référence se trouvait à l’United States Naval Observatory (USNO), à Washington, DC. Les diffusions horaires régulières ont commencé le 9 août 1904 au Boston Navy Yard, et fin 1905 la Marine envoyait aussi des signaux horaires depuis des bases de plusieurs villes, notamment Norfolk, Newport, Cape Cod, Key West, Portsmouth et Mare Island en Californie
PDF : https://tf.nist.gov/general/pdf/2131.pdf
D’autres sources parlent aussi du 9 août 1905
Recevoir ce signal est assez amusant. Il est facile de fabriquer un récepteur 198 KHz et, par exemple, en le mélangeant avec un signal à 200 KHz, on obtient une tonalité audio de 2 Khz que l’on peut traiter pour reconstituer le flux de données et le signal horaire
[0] https://www.bbc.co.uk/rd/publications/rdreport_1984_19
[1] https://en.wikipedia.org/wiki/Radio_teleswitch
Si c’était américain au sens moderne, ce serait privé, à but lucratif, la qualité ne cesserait de baisser, et plusieurs fournisseurs de services incompatibles entre eux se feraient concurrence pour attirer les gens dans leurs propres écosystèmes fermés
https://en.wikipedia.org/wiki/Packet_switching
Les États-Unis ont bien accompli de grandes choses, comme l’alunissage ou le premier standard de télévision couleur rétrocompatible, mais il est difficile de ranger ceci dans la même catégorie
En Europe, il me semble que tout le monde savait que même les montres-bracelets pouvaient se régler par radio. En Allemagne du moins, ces montres étaient très courantes dès les années 80, et les personnes plus âgées se souviennent très bien des publicités Junghans à la télévision. Le signal en question était diffusé depuis plusieurs décennies déjà, ce qui n’est pas surprenant quand on pense au besoin d’une heure commune pour les réseaux ferroviaires et aériens : https://en.wikipedia.org/wiki/DCF77
À l’époque, ce n’était pas vraiment de la “technologie de pointe”. En pratique, le problème avait été résolu de la manière la plus simple possible alors, et il est difficile d’imaginer une méthode encore plus simple. Je me demande aussi quels seraient des exemples de technologies “qu’on ne peut pas toucher de la main ou qui ne bourdonnent pas par ondes radio”
C’est ce qui m’a fait penser que l’idée avait peut-être émergé séparément dans plusieurs régions. L’expression “forever” m’interpelle aussi. Le signal lui-même est sans doute très robuste, mais je me demande si la classe politique américaine ne pourrait pas un jour décider que les diffusions horaires radio n’ont plus de valeur et les arrêter
La partie disant que la bande passante est tout juste suffisante pour diffuser un seul chiffre binaire par seconde m’intrigue davantage
Il semble évident qu’on pourrait encoder plus de 1 bps sur un signal à 60 kHz ; je me demande donc pourquoi ils ont choisi cet encodage. Les détails sont ici : https://en.wikipedia.org/wiki/WWVB#Modulation_format
En général, la porteuse WWVB à 60 kHz, avec un ERP de 70 kW, est abaissée de 17 dB au début de chaque seconde UTC, pour passer à 1,4 kW ERP, puis revient à pleine puissance à un moment donné dans cette seconde. La durée pendant laquelle la puissance réduite est maintenue encode l’un des trois symboles : 0,2 seconde pour le bit de données 0, 0,5 seconde pour le bit de données 1, et 0,8 seconde pour un « mark » non-donnée servant au cadrage
Cela ressemble à l’encodage IRIG H des années 50, qui semble avoir été conçu pour être facile à décoder ; je me demande avec quoi il était censé être décodé
Plus on module rapidement un signal, plus il s’étale dans le spectre. C’est un compromis fréquence-temps. Les signaux horaires fonctionnent dans la partie basse des grandes ondes, vers 40 à 120 kHz environ, ce qui laisse autour de 100 kHz de spectre en dessous
Cela dit, diffuser un tel signal grandes ondes large bande n’a rien de trivial. En Europe, pour couvrir une vaste zone en radiodiffusion AM sur environ 5 à 10 kHz, on utilise des émetteurs de 1 à 2 MW. Pour couvrir tout un continent avec un signal numérique large bande de 100 kHz, il faudrait peut-être 10 à 50 MW et environ trois sites d’émission. Cela semble faisable, et on pourrait peut-être y faire passer quelque chose comme 1 mégabit par seconde
Une approche moins ambitieuse, à quelques centaines d’octets par seconde avec environ 1 kHz de spectre, semble également possible. Elle fonctionnerait même dans un ascenseur ou au fond d’un parking souterrain, et pourrait transmettre un flux d’alertes numériques d’urgence ainsi que des signaux horaires. Ce ne serait pas beaucoup plus complexe qu’un émetteur de signaux horaires ; il faudrait simplement une modulation plus sophistiquée
Il me semble qu’il existait aussi des applications industrielles plus anciennes synchronisées avec cette technologie
Ce qui est intéressant, c’est que les cartes son de PC actuelles sont assez rapides pour recevoir directement des signaux comme WWVB, DCF77 ou MSF. Il suffit de connecter un long fil ou un circuit accordé à l’entrée de la carte son et d’appliquer un peu de traitement numérique du signal. Avec un échantillonnage à 192 kHz, la réception de ces signaux devient facile
[0] https://en.wikipedia.org/wiki/Communication_with_submarines
Elles sont généralement vendues sous le nom d’« atomic clocks »
Quand je pense à l’heure aux États-Unis aujourd’hui, la première chose qui me vient à l’esprit est GPS
Le rôle que jouaient autrefois WWVB, DCF77 et JJY est désormais assuré par la fonction de synchronisation temporelle du GPS. La précision est bien meilleure, mais la complexité du récepteur est évidemment plus élevée [1]
Je ne sais pas pour WWVB et JJY, mais le DFC77 allemand utilise non seulement une modulation AM, mais aussi une modulation FM, ce qui permet une meilleure précision
[1] https://www.hopf.com/dcf77-gps_en.php#chapter3
Il existe plusieurs stations de ce type, maintenues et exploitées par le NIST. Deux d’entre elles ont récemment failli être fermées à cause de problèmes budgétaires
https://www.radioworld.com/global/why-wwv-and-wwvh-still-mat...
https://www.nist.gov/pml/time-and-frequency-division/time-di...
Je porte tous les jours une montre Citizen « AT » [1]. Elle se synchronise quotidiennement avec WWVB à 2 h du matin, donc l’heure est parfaite, et en plus elle se recharge à la lumière, sans nécessiter de remplacement de batterie
Grâce à ces deux aspects, c’est pour moi la montre sans maintenance parfaite, et son design est réussi
[1] https://www.citizenwatch.com/us/en/collection/mens-atomic-ti...
Entre le GPS, les nombreux capteurs et même une lampe torche réellement utilisable, je n’arrive pas à sacrifier ce précieux espace au poignet pour un peu plus d’esthétique. Heureusement, avec un bracelet aftermarket, elle présente plutôt bien
Malheureusement, WWVB a été endommagée. Le 7 avril 2024 à minuit, l’antenne sud a été désactivée à la suite de dégâts causés par des vents violents
Pour l’instant, seule l’antenne nord est utilisée, avec une puissance réduite de 30 kW. Peut-être faute de budget pour les réparations, cette situation devait se prolonger « indéfiniment »
D’après la mise à jour du 20 mai 2024, les pièces nécessaires à la réparation du triatic de l’antenne sud sont actuellement en fabrication et en cours d’expédition. L’achèvement des réparations est provisoirement prévu pour fin juin 2024. Il s’agit toutefois d’un calendrier estimatif, susceptible de changer en fonction de divers facteurs
Si vous voulez écouter ce son sans acheter de matériel radio, il existe de nombreux sites KiwiSDR publics capables de recevoir le 60 kHz. Il suffit de choisir le décodage AM et de se caler sur cette fréquence
http://kiwisdr.com/public/
Beaucoup d’entre eux imposent des limites de nombre d’utilisateurs et de durée. WWVB peut aussi être capté sur 2,5 MHz, 5 MHz, 10 MHz et 15 MHz
J’ai un ami qui possède une antenne long-fil de 300 pieds. Il y a quelques semaines, après avoir réparé un vieux récepteur couvrant les VLF, il l’a calé sur WWVB pour moi, ce qui m’a permis de rayer une ligne de ma bucket list
C’était intéressant d’entendre des bips de longueurs différentes, et le signal était bien plus clair que prévu depuis la banlieue de Chicago. Surtout après les problèmes rencontrés avec leur antenne là-bas
Je me souviens qu’à l’adolescence, mon père avait acheté une montre solaire qui recevait DCF77, l’équivalent ouest-européen de WWVB, et se mettait à l’heure toute seule. Elle était située en Allemagne et tenait aussi compte automatiquement de l’heure d’été
Même si ma montre à quartz ne m’a pas souvent posé problème à cause d’une pile vide ou d’une heure complètement fausse, j’ai toujours trouvé cette fonction vraiment géniale :)