中国低频授时码BPC码分析

偶于网上发现，附近有一个国家级的低频授时发射台，想了解其信号组成， google 了一下，技术方面介绍的都比较笼统，自己动手分析吧。

1、设计出可接收68.5KHz信号的简单接收机。

过程：找一个中波磁棒，用牛皮纸做骨架在其上用漆包线绕上200多圈，绕好后经测量电感量1.9mH左右，经计算配用3000p左右的电容可并联谐振到68.5KHz，随便做个放大电路放到可以用二极管检出包络，然后一个电容低通后再音频放一下，就可用喇叭听见其包络声了。

2、用电脑麦克风捕获ASK波的低频包络。如下图：

3、找出规律如下：以20s为周期轮流发送由四进制数组成的携带有时间信息的数据帧；每秒发送一位数据；脉宽为100ms代表四进制数据0，脉宽200ms代表数据1，类推。用1s 的空白作为相邻两帧的间隔。

4、将记录到的四进制数制成表格进行逐行逐列分析，结合当前北京时间。

统计的数据帧片段如下：

日期：2008年1月19日，星期六，18点14—19分：

0012032123103010201 1012032122103010201 2012032122103010201 0012033122103010201 1012033123103010201 2012033123103010201 0012100123103010201 1012100122103010201 2012100122103010201

5、结论：每帧数据由当前北京时间数据变换为四进制后后串出。

今天网上闲逛时在某个角落发现它了。。对比了一下。发现以前网友猜测的BPC编码格式，部分位有错，基本上还是和该文件吻合的，部分网友未解开的校验位，该文件也详细描述到了。

我对比了论坛老帖子里记录的帧信息，确认此文件是正确的

现在看来，BPC的编码是完全没有加密，而且BPC的编码是相当巧妙，相对与国际上其他的编码方案，在相等的时间内信息量大。一分钟内有三组完整数据，部分位，比如年，占用了3秒啊的信息量，3秒数据最多能表达到63，如果占用4秒的话，能表达到255，又造成数据位的浪费，，BPC编码者从校验位中借出信息。非常巧妙。

但是，貌似BPC也有千年虫问题。年份占用7个二进制位，最大表达到127，所以年份的十进制表达最大肯定是99，年的前两位没有在BPC信息里。

还有，BPC利用的是每秒帧宽度来表达信息，宽度有4中，0，0.1s,0.2s,0.3s。在噪音比较大的情况下，接收的识别相对于国际上其他电波钟编码，肯定会差的。这也是个不小的遗憾。BPC编码者考虑到此，在每组数据的前10秒和后十秒分别加入了奇偶校验。接受程序的校验位一定有。

本文为西安****公司为国家电波授时设计的专利文件，还没有对外开放哦

摘要：本发明涉及一种电波授时编码。其特征在于：

帧周期为20秒，每分钟包含三帧；

以秒脉冲宽度表示四进制数的0，1，2，3，以四进制数表示相应的“分”，“时”，“日”，“月”，“年”，“星期”等时间信息；

以帧标志表示帧所在的时间段，以缺少秒脉冲作为帧间隔和帧预告标志；

采用码位复用技术。

本发明克服了现有的时间编码帧周期过长的缺陷，接收一帧时间信息所用的最少时间由1分钟减少到20秒，提高了接收机效率，降低了对抗干扰的要求。

名词术语解释：

?时间编码：以数字脉冲信号的方式对“分”，“时”，“日”，“月”，“年”，“星期”等时间信息进行编码。

?方波秒脉冲：数字脉冲信号的波形为方波，其周期为1秒。

?帧(即时间信息帧)：一组包含“分”，“时”，“日”，“月”，“年”，“星期”等时间信息和必要的校验标志位的编码(或代码)。

?帧周期：一帧的起始到下一帧的起始所用的时间。

背景技术：

电波授时是将高精度原子钟导出的精确时间信息用时间编码方式，通过无线电发射装置以低频(20KHz—100KHz)无线电波进行传播，用户端利用无线电接收机接收信号并解调以恢复时间编码，再经过微处理器对编码进行一定的处理(解码)得到精确时间信息。目前在德国，美国，英国，日本等国家，电波授时已广泛应用于电力，通信，民航，铁路以及个人计时器等各个领域。

电波授时所采用的时间编码是影响时间信息传播准确性和可靠性以及发射，接收装置制造难易程序的重要因素。现有时间编码包括DCF(德国)，MDF(英国)，WWVB(美国)，JJY/JG2AS(日本)等，这些时间编码的共同特征是：以方波秒脉冲形成时间编码；以脉冲前沿标志1秒的起始，以不同的脉冲宽度(即方波脉冲信号持续时间)表示二进制数的1或0,以二进制数表示“分”，“时”，“日”，“月”，“年”，“星期”等时间信息，1分钟一帧，即周期为1分钟。

由于无线电波传播过程中不可避免地要受到各种干扰，因此信息失真，错码，漏码等就成为可能。虽然现有时间编码中设置了必要的校验位用于判断所接收信息的正解性，但这种简单的校验方式的误判率仍然较高。有效的做法也是目前被广泛采用的方法是：在接收信号时先利用校验码对每组编码进行初步校验，然后对连续接收到的二到三帧信息进行比较后作出最终判断。因此，要接收到一组完整准确的时间编码信息至少要二到三分钟时间。这不公使接收机的效率低，而且当干扰比较严重时，尤其是在远距离发射地，信号微弱或信号有时无的情况下，使得接收信号非常困难甚至不可能。

发明内容：

本发明的目的是为了克服现有时间编码帧周期过长的缺陷，以提高接收机效率，减少由于干扰或信号微弱对接收信息的影响。

本发明采取的技术方案是：

1.以方波秒脉冲的形式形成时间编码，不减少现有时间编码的帧信息容量，将帧周期

缩短为20秒；

2.每分钟包含三帧，并将每分钟划为三个时间段(0至19秒，20至39秒，40至59

秒)，使每帧各占一个时间段；

3.以帧标志表示帧所在的时间段；

4.每个方波秒脉冲宽度以不同的秒脉冲宽度表示四进制数0，1，2，3，以四进制数

表示相应的“分”，“时”，“日”，“月”，“年”，“星期”等时间信息；

5.以缺少秒脉冲作为帧间隔和帧预告标志，每帧当中加入二个校验码，将每个校验

码之前所接收到的代码的值转换成二进制表达式后的“1”，的个数配置成偶数和奇

数；

6.利用一位代码可能的4个值，将某位代码赋予两种或两种以上的含义(称之为“代码

复用”)。

本发明所产生的有益效果：接收一帧时间信息所用的最少时间由1分钟减少到20秒，采用三帧比较结果检错时，其最少时间由3分钟减少到1分钟，提高了接收机效率，降低了对抗的要求，并且远离发射台，信号微弱的情况下接收时间信息成为可能。同时仍采用了以秒脉冲形式进行编码与现有时间编码保持兼容，因此信号接收不需要昂贵的专用接收系统，可利用现有的时码接收芯片和成熟的解码技术可靠地接收授时信号。有利于电波授时技术在我国普及应用和加速发展。

附图为本发明实施例，现结合附图对本发明技术方案作进一步说明：

图中将一分钟的三个时间段折叠在一起，其包含的三帧所表示的时间信息是相同的。帧周期为20秒。

方波秒脉冲有0.1S，0.2S，0.3S，0.4S四种脉冲宽度状态，分别表示四进制的0, 1, 2, 3, 采用四进制数表示时间信息增加了每位码位的信息容量。现有的时间编码都以二进制表示时间信息，是为了采用微处理器解码方便。但四进制只是数值的一种表示方式，并不影响微处理器把它作为二进制处理，或者采取简单的变换就可变成真正的二进制数。

1.P1为帧标志，P1＝0表示帧起于第1秒，P1＝1表示帧起始于21秒，P1＝2表示

帧起始于41秒。帧标志是必需的，它用来确定整分的起始。例如：当接收完一组

包含着“10时38分”的时间编码时，如果帧标志标明该帧为第二帧，就可以在下一

帧的起始时标定为10时38分41秒，再过20秒便是10时39分的起始。

2.P0设在每分钟0，20， 40秒，以缺少秒脉冲使帧与帧隔开，同时作为帧起始预告。

3.P3 是校验位，与“午前”，“午后”标志复用。0和2表示“P1”，“P2”，“时”，“分”，“星

期”各位码的值转换成二进制表达式后，其“1”的个为偶数，1和3表示“P1”，

“P2”“时”，“分”，“星期”各位码的什转换成二进制表达式后，其“1”的个数为奇数，

0和1同时表示午前，2和3同时表示午后。

4.P4 是校验位与“年”的最高位利用，0和2表示“日”“月”“年”的低三位各位码的值转

换成二进制表达式后，其“1”的个数为偶数，1和3表示“日”“月”“年”的低三位各位

码的值转换成二进制表达式后，其“1”的个数为奇数，0和1同时表示“年”的最高位

的值为0，2和3同时表示“年”的最高位的值为1 。

5.P2为预留位。用于需要要扩充信息。

图中帧状态的时间编码为：0021033021021030101 。表示的时间信息为：2004年3月9日，星期二，午前09时15分。该帧起始时间为：15分01秒

1、输出脚接10k电阻，再通过音频线输入笔记本的音频输入插孔；

2、打开GoldWave V5.06，进行录音。

a.打开笔记本无输入显示；

b.合上笔记本听到秒信号的声音，开始录制信号波形。

结论：笔记本的显示器对接收机信号影响较大。

3、录制波形图：

GoldWave V5.06录制的BPC码波形图(原文件名:全图.jpg)

从上图可以明显看到时间为20秒各帧的分界限。

4、对信号进行分析的过程

a.连续的两帧进行对比如图：

连续的两帧对比分析图(原文件名:连续的两帧对比分析图.jpg)

b.在GoldWave V5.06中放大时间轴，看第一秒如图：

第一秒的波形分析(原文件名:第一秒.jpg)

第二帧第一秒很明显为100毫秒的脉冲，代表为一分钟的01秒开始，那么第一帧应该是一分钟的41秒，应该为300毫秒的脉冲，本人分析可能由于电脑中音频处理引起波形的畸变所导致了失真。

c.分别分析各脉冲宽度，标注如图

两帧的脉冲宽度(原文件名:连续的两帧的脉冲宽度.jpg)

由脉冲宽度计算4进制数传分别为：

秒保留时分星期A/P 日月年校检

脉冲宽（100毫秒） 3 1 13 323 22 4 113 24 133 1

4进制 2 0 02 212 11 3 002 13 022 0

信息：10年7月2日2时38分41秒，星期五。

脉冲宽（100毫秒） 1 1 13 324 22 4 113 24 133 1

4进制0 0 02 213 11 3 002 13 022 0

信息：10年7月2日2时39分01秒，星期五。