Protocolo DCF

Sabéis que me gustan los relojes radiocontrolados, eso de que corrijan su hora casi diariamente, y que cambien automáticamente entre el horario de verano y de invierno, me parece una gran comodidad.

Con los GPS actuales, el sistema DCF, puede parecer algo anticuado, son señales de radio moduladas, aunque si lo piensas, hoy en día todo son señales de radio. La ventaja que tiene, es que la recepción y decodificación de estas señales, es mucho más sencillo que una señal GPS, y por tanto más barato, y con menor consumo energético.

El inconveniente, es que tiene un alcance limitado, 2.000 Km desde la antena emisora en el mejor de los casos, lo que puede causar que a veces la recepción sea complicada, y además, requiere que el mantenimiento de las antenas de emisión, que se dedican exclusivamente a este fin.

Tal vez en algunos años, con tecnología de 1 nanómetro o menos, descodificar una señal GPS por hardware sea tan barato, y tan eficiente energéticamente que DCF quede en desuso, pero hasta que llegue ese día, es mi tecnología favorita para tener siempre la hora correcta. Como decían hace algunos años los señores de Diskeeper, Set it and forget it. Es decir, ponlo, y olvídate de él, porque siempre va a estar en hora.

No debería extrañaros que entre el elenco de relojes de pulsera que tengo radiocontrolados (Citizen Pilot, Casio PRW-3100, Casio MTG-M900, Casio MTG-M930, Casio GW-M5610, Casio GW-5000 o Casio GW-6900), un reloj de pared (Technoline WS 8009), un reloj de cocina (Hama PG-300), y varios relojes de sobremesa (Technoline WS 8005).

Después de esta extensísima introducción, por la que os pido disculpas, pero que deberéis entender que combina mi pasión por lo relojes, con mi pasión por los bits, y la informática, pasemos a describir el protocolo DCF-77.

La antena de Alemania (Mainfligen), con una potencia efectiva de 25 kW, emite una señal continua de 77,5 Khz. La señal consta de una manera muy bien pensada, de 59 bits, es decir, que se repite a cada minuto. La información que transporta, es la siguiente:



Si lo analizamos más en detalle, podemos referirnos a esta tabla:

BitPMAMDescripción
001MMinuto inicial. Siempre vale cero
011Reservado para alertas civiles del Bundesamt für Bevölkerungsschutz und Katastrophenwarnung (Oficina Federal de Protección Civil), y previsiones metereológicas.
021
031
041
051
061
071
081
091
100
110
120
130
140
15RVale 1 si la emisión está siendo anormal, por ejemplo con la antena de reserva.
16A1Vale 1 durante la hora anterior al cambio a horario de verano (DST o CET a CEST).
17Z1Vale 1 si es horario de verano (Central European Summer Time), 0 en caso contrario.
18Z2Vale 1 si es horario de invierno (Central European Time), 0 en caso contrario.
19A2Segundo intercalar. Si vale 1, se agregará un segundo más al día a las 12 de la noche.
20SInicio de la hora. Siempre vale 1.
211Minutos (00-59).
222
234
248
2510
2620
2740
28P1Bit de paridad de los minutos (bits 21-28).
291Horas (00-23).
302
314
328
3310
3420
35P2Bit de paridad de las horas (bits 29-35).
361Día del mes (01-31).
372
384
398
4010
4120
421Día de la semana (01:Lunes; 07:Domingo).
432
444
451Mes (01-12).
462
474
488
4910
501Año en el siglo actual (00-99).
512
524
538
5410
5520
5640
5780
58P3Bit de paridad de la fecha completa (bits 36-58).
590Vacío para llenar los 59 segundos.

Como veréis, no tiene demasiado misterio, mayormente, si ya estabais al corriente de lo que significa DST (Daylight Saving Time, o mal denominado en español como Horario de Verano); los Leap Seconds (Segundos intercalar), o la paridad.

Las particularidades, es que los datos de hora y de fecha, van codificados en BCD (Binary Coded Decimal), y que cómo podéis ver, se necesita cierta inteligencia para detectar el inicio y el final de la señal, pues en efecto, no hay marca alguna que lo indique, salvo el primer bit que vale siempre 0.

Pensemos en lo difícil que sería interceptar esa ristra de unos y ceros, en cualquier momento del tiempo, y saber qué significa qué. La primera cosa que se puede hacer, será aprovecharse que los bits 1 a 14, están de momento reservados, y valen siempre 1 (1-9), y siempre 0 (10-14), pero tampoco podemos confiar mucho en eso, porque desde el año 2003 se están llevando a cabo pruebas para transmitir alertas de protección civil, o previsiones metereológicas.

Así que jugando con los 3 bits de paridad que hay, y aplicando la consistencia a los datos, por ejemplo que los minutos o segundos no sean superiores a 59, llegaremos a discernir donde comienza, y donde termina el paquete. El proceso normal en un reloj, es que escuche la información recibida durante 2 o más minutos, para así cotejar las diferentes recepciones.

A partir de ahí, usando los bits de paridad, podemos comprobar la integridad de la señal, no es un método fiable, y no cubre toda la información transmitida, pero es mejor que nada. De nuevo, como se habrán almacenado las dos o más transmisiones anteriores, podemos volver a comparar su consistencia, que los datos coincidan, y que haya transcurrido no más de 60 segundos entre las horas retornadas.

Aunque todas emiten 59 bits, y lo hacen durante un minuto, para hacerlo más difícil todavía, el resto de antenas, usan un concepto similar, pero no envían la misma información, ni en el mismo orden que DCF:
DCF: 77,5kHz, 25 kW. Mainfligen (Alemania).
MSF: 60 kHz, 17 kW, Anthorn (Inglaterra).
HGB: 70 kHz, 20 kW, Prangins (Suiza).
JJY-40: 40 kHz, 13 kW, Fukushima (Japón).
JJY-60: 60 kHz, 23 kW, Fukuaka, Saga (Japón).
WWVB: 60 kHz, 70 kW, Fort Collins, Colorado (EE.UU.).
BPC: 68,5 kHz, 40 kW, Shangqiu, Henan (China).
RBU: 66,6 kHz, 10 kW, Moscú (Rusia).

Por ello, o bien los relojes son capaces de entender solamente una señal, como el href=»https://www.javiergutierrezchamorro.com/casio-mtg-930/1961″ target=»_blank»>MTG-M930, con variantes Waveceptor MTG-930DE o Pilot Radiocontrolado para DCF-77, o son capaces de interpretar diferentes señales. En Casio, lo llaman Multiband, y existen los Multiband 5 (DCF-77, MSF-60, HGB-70, JJY-40, JJY-60 y WWVB-60), o los Multiband 6 (que añaden al 5 BPC-68,5.

Sin embargo, no conozco ningún modelo que reciba señales RBU-66,6, y la lista de emisores es inmensa, pudiendo citar también:
TDF: 162 kHz, Allouis (Francia).
BBC: 198 kHz, Worcestershire (Inglaterra).
RJH77: 25 kHz, Arkhangelsk (Rusia).
RAB99: 25 kHz, Khabarovsk (Rusia).
RJH63: 25 kHz, Krasnodar (Rusia).
RJH90: 25 kHz, N. Novgorov (Rusia).
RJH66: 25 kHz, Chaldybar (Kazajistán).
RJH69: 25 kHz, Vileyka (Bielorusia).
RJH63: 25 kHz, Krasnodar (Rusia).
RTZ: 50 kHz, Irkutsk (Rusia).

Así que el problema es de volumen. Con señales que ofrecen un alcance limitado, y que cada una codifica la información como le viene en gana, el proceso se torna más y más complejo, pero a estas alturas, ya no es fácil unificarlo. Acabaríamos rompiendo todos los receptores que ya son capaces de entender esas señales.



9 comentarios en “Protocolo DCF”

  1. Curiosamente a mí me gusta la informática, y no me gustan los radiocontrolados 😀 tuve uno y lo vendí. El caso es que no me gusta que un reloj «decida por mí» cuándo adelantar o atrasar, de hecho no me gustan los automatismos para nada (ni en bici, ni siquiera me gusta el SYS así que imagínate). Prefiero que me dejen decidir a mí, y si va atrasado o adelantado, ponerlo yo. Por eso mismo prefiero un digital, con un +/- 15 segundos al mes, es muy poco probable que se desajuste demasiado un reloj de cuarzo.

    Además, todo eso de la radiorecepción es un rollo, es la consulta que más se repite en todos los foros y sitios de consulta, que si no recepciona, que si recepciona, que si hay que ponerlo en tal sitio que recoge los datos mejor… bufff! Para quien lo quiera. Pienso, en efecto, que es mucho mejor el GPS, y ya hay chips en prueba GPS bastante eficientes que tienen como único fin cosas como ésta.

    La verdad, eso de la radiofrecuencia para actualizar la hora es algo que no le vi nunca el sentido, y de hecho no se como puede seguir existiendo. Hombre, para cosas científicas puntuales sí, temas de laboratorios y tal, pero para el común de los mortales a mí me parece un elemento tecnológico claramente prescindible.

  2. Es curioso como un amante de la radio como tu bianamaran huye de los relojes radiocontrolados, que operan bajo el mismo principio.

    En lo que sí te doy la razón, es en lo difícil que es la recepción muchas veces. Obviamente, el sistema no se pensó para dar servicio a un territorio tan grande, y con cada vez más interferencias, la cosa no irá a mejor. Obviamente, falta una antena en España. No me explico porque no tenemos ninguna, si el resto de europeos desarrollados si tienen. Bueno, si que me lo explico, porque aquí nos sentimos superiores a todos, y luego, así nos va.

    El GPS es algo que me gusta. Es universal, y a medida que Galileo se amplíe y los receptores consigan reducir su consumo energético, será uno de los sueños que siempre hemos tenido.

  3. es que -pienso- la radio tiene un lado romántico y entrañable que a esos relojes no les veo… Pero te digo una cosa Guti, aunque no me gusten los radiocontrolados, hay uno que sí me atrae muchísimo y es una de las pocas excepciones que me gustaría tener: el GW-100 Antman. Puede ser por esa estética a lo steampunk que tiene, no se, siempre me atrajo muchísimo ese modelo. Y, por supuesto, es digital (y con LCD a dos colores!). Casio hacía antes cosas preciosas…

    En España sí existió ese servicio, pero ahora lo cambiaron y lo ofrecen por Internet, está a cargo del Observatorio de la Marina de San Fernando:
    http://zonacasio.blogspot.com/2013/03/como-funciona-un-reloj-atomico.html Allí mantienen seis relojes atómicos.

    También te lo pueden decir por teléfono (956 599429), y también vía radio (emiten en HF en 15006 y 4998 kHz, entre las 10:00 horas y last 11:00 UTC, todos los días, aunque creo que antes las bandas eran otras). Dan servicio también de calibración a distancia vía satélite (GNSS).

    Además, España también existía una estación con antena como las que mencionas, era la estación EBC a 12 MHz (parecida a la italiana, que creo que aún emite a 10 MHz), pero dejó de usarse hace años porque con los medios modernos dejó de ser práctica. Desde hace tiempo mantienen un servicio de internet para la actualización horaria vía NTP:
    http://support.ntp.org/bin/view/Servers/PublicTimeServer000390

    Y ya que te interesan estas cosas de radiocontrol, puedes sincronizar con el ROA en España con algún programa NTP, como éste que es freeware:
    http://www.timesynctool.com/

    Para que lo veas funcionando, te he puesto una captura sobre cómo queda sincronizando con la base española:
    https://4.bp.blogspot.com/-bvvMmSdKJdE/WYOAJ1ZV2vI/AAAAAAAAI9w/nX1n2bqiCZg5q0CVKZGZXyT91FfdGFInQCLcBGAs/s1600/Clipboard02.png

    Esa aplicación se puede instalar también como un servicio de Windows y así quien lo desee mantiene su pc actualizado con los relojes atómicos en España.

    (Perdón por enrollarme pero creo que el tema merecía la pena)

  4. Robinson Paul Molina Coronado

    Excelente post, por una parte coincido con que no es realmente muy práctico que sea radiocontrolado, basta comprobar de vez en cuando si el reloj coincide con la hora del Telediario, del teléfono móvil o de otro reloj digital, ya que si uno falla el otro probablemente no. Por otro lado en Latinoamérica no existen las antenas por lo cual igualmente no es un problema a considerar. Por lo extenso del territorio veo muy difícil que las vayan a instalar cuando ya está más generalizado el uso del internet. La precisión de los relojes de cuarzo en general es bastante elevada, incluso en un chino genérico mantiene el horario bastante bien, con lo que la revisión de la hora se puede realizar cada tres meses sin que varíe más de un minuto.

  5. Menuda lección me has dado Bianamaran. No tenía ni idea de que en España hubiéramos tenido ese tipo de estaciones. Se que tenemos servidores horarios NTP, y es que todo cambia. Está claro que la tecnología radiocontrolada, ha quedado rápidamente obsoleta con internet, pero le sigo guardando un cariño especial, y me sigue gustando. Quizás porque en los años 90, pude ver un reloj analógico que se ponía en hora automáticamente. Imagino que sería un Junghans, y me quedé impresionado.

    Fernando, salvo en servidores donde me preocupo un poco más, con un cron que sincroniza la hora, en mis equipos Windows, me fío de lo que hace el sistema, y no me preocupo demasiado.

    Robinson Paul Molina Coronado, estoy de acuerdo en que la precisión ha mejorado notablemente en los relojes de cuarzo, incluso en los baratos. Pero para mi, cuando escojo un cuarzo, es porque quiero que vaya clavado. Un desfase de más de 10 segundos, ya me molesta. Para tolerancias de 1, 2 o 3 minutos, puedo vivir perfectamente con un reloj mecánico, y lo disfruto más. En realidad, me encanta cuando la señal horaria de mis digitales suena en varios al mismo tiempo.

  6. La ventaja de las señales de radio para la sincronización horaria es que no dependen de Internet, ni de tener acceso a ella.

    Como cualquier día pegue un petardazo un día o dos Internet, a mucha gente se le para el mundo. Y no debería ser tal tragedia. Se está dependiendo demasiado de Internet.

    Y ojo, que quien nos lo diría: si bien nada en sí es «gratis» total, pero para tener acceso a internet tienes que tener equipo, o acceso al mismo, y pagar el acceso. Y bien generosamente que se paga, y con aún más generosidad hasta hace unos años por cierto.

    Cuando muchos servicios están accesibles ahí sin depender de la WWW. Ni que esta tampoco aporta con ello una mayor exactitud o eficiencia (a veces al contrario).

    Por lo mismo soy firme defensor de no dejar que maten la radio comercial en FM y AM (u OM) y si cabe, tampoco de onda corta aunque esta ya es más complicado. Hasta un transistor en un momento dado te sirve como referente exacto de hora o para poner a punto un reloj y para estar razonablemente bien informado.

    Las señales horarias radiadas cada hora, y en canales de noticias como Radio 5 Todo Noticias también cada media hora son también MUY puntuales y escrupulosas con la hora. Cuando empiezan los pitidos se llevan quizás 2 ó 3 segundos respecto a relojes radiocontrolados, no más.

    No debemos dejarnos depender tanto de Internet, y menos que por Internet dejar que nos vayan apagando las soluciones vía radio. Porque al final, fijaos lo que son las cosas: nos meten en un berenjenal al que se accede pagando de forma personal aunque también se haga de una forma u otra vía pública, y nos cierran una parte con coste público, pero que su acceso es en abierto: la radio, radio comercial, y emisiones específicas como las señales de hora radiocontrolada.

    Y por otro lado, ¿qué sería de Internet, posicionamiento GPS, y hasta los mismos móviles con su conexiones de (recolección de) datos y soluciones inalámbricas sin la radio? De obsoletas nada… nos cuentan fatal las cosas.

    Es como cuando venden la FM (o el DAB+) como la releche ante la OM. Sí, una estación de OM requiere más energía. Pero para coberturas nacionales, puede abarcar una burrada de extensión de terreno en cobertura. Con las otras una antena consume una risa en comparación y cuesta cuatro duros en comparación también. Pero tiene que tener un buen número de repetidores tanto se requiera cubrir en territorio como simplemente para poder dar cobertura según la orografía. Pero te venden qeu unas tienen que cerrar por narices el uso de otras (o en el mismo movimiento les sirven esa banda a un uso exclusivo y no abierto, como en el caso del desplazamiento de frecuencias en UHF para la banda 4 y 5G de los móviles).

    Y al final eso, como un día nos metan todo por Internet o por donde viene y un día o dos toque estar sin porque falle lo que sea en plan gordo, verás qué risas nos vamos a echar. Sobre todo los que hemos vivido en épocas en las que las cosas no eran así y seguimos teniendo alternativas para que no nos restrinjan al redil WWW únicamente… porque mucha gente más joven ¡no sabrían que hacer de otra forma aunque sigan existiendo!

    Hasta a más de un carísimo y «avanzadísimo» televisor «smart», lo dejarían obsoleto por la «genialidad» de quitarles a esos modelos la función de teletexto, que en caso de no tener un día Internet disponible, pero sí televisión con cadenas con sus emisiones de TXT, pues oye ahí estaría.
    Pero «son smart»… ¡juas! xD

  7. Hola Javier. Tengo un Casio, que se pone en hora vía radio. Me instalé la app dcf77 emulator y efectivamente, aproximando el auricular hacia la antena del reloj, sincroniza la hora en cualquier horario. Pero tengo una curiosidad, si los auriculares no van mucho más allá de los 20khz, supongo que la señal de 77khz que lógicamente no es audible, estará presente aunque de manera muy atenuada, en la salida del referido auricular. Igualmente me sorprende que no haya ningún retraso cuando se sincroniza la señal horaria, puesto que la app funciona vía wifi y debería llevar un ligero retraso. No sé, espero no molestarte mucho y en cualquier caso, gracias por la información ya aportada en tu artículo.

  8. Son unas dudas muy interesantes que yo también me planteé Gonzalo Drac. Te las voy a intentar explicar, al menos a mi nivel, porque que conste que no soy un experto en electromagnetismo. El autor de la App, bueno, de las Apps porque tiene varias emulando la secuencia de diferentes antenas tampoco da demasiados detalles de como funciona, así que ahí va.

    Efectivamente la señal se emite en una frecuencia de 77,5 kHz, mientras que unos auriculares tienen un rango de 20 Hz a 20 kHz. Sin embargo, la señal que viaja en esa frecuencia, es muy lenta, 1 bit por segundo. Lo que quiere decir que tiene una longitud enorme, ya sabes que las ondas viajan a la velocidad de la luz. Como transmite 59 bits, quiere decir que tarda 59 segundos en recibirse completa. De hecho el reloj empieza recibiendo, y cuando empieza el siguiente ciclo al minuto siguiente, es cuando se da cuenta en base a la información repetida de que empieza uno nuevo. Por eso la sincronización tarda siempre 1 minuto, y a veces 2 o 3, dependiendo de cuantos paquetes se pierda.

    Si escuchas el sonido del DCF77 emulator, verás que son chasquidos a razón de 1 por segundo, y que imitan la definición de lo que contiene esa señal, no de la señal en si. Por eso te dice que lo pongas a un volumen elevado, para que esos chasquidos sean interpretados por la antena como si viajaran a 77 kHz, pero no lo hacen.

    En cuanto al retraso de la señal son la hora exacta, sin embargo el reloj sabe que el paquete completo tarda 59 segundos en generarse, así que le basta con restar ese tiempo para tener el tiempo exacto. Bueno, en realidad faltan el tiempo que tarde en llegar de Alemania a España, pero haciendo un cálculo rápido con 1.500 Km, eso son solamente 0,005s, o sea despreciable.

    En cuanto a la App, no funciona vía WiFi, no se aplica ese retraso, y si se aplicase, sería también nimio. La App le la hora de tu teléfono, y esa es la hora que emite por los auriculares. Tu teléfono tiene sincronizada la hora porque la obtiene de varias fuentes, del GPS, de un servidor de tiempo NTP, o la que emite la operadora de telefonía. Yo no lo he probado, pero si falseas la hora del teléfono, y luego usas el emulador, seguro que el reloj se pondrá en la hora incorrecta, la que has falseado.

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