Cómo funcionan los relojes radiocontrolados - Las estaciones de frecuencia patrón detrás de ellos
El principio básico - Distribución del tiempo por radio de onda larga
Los relojes radiocontrolados reciben emisiones de frecuencia patrón de onda larga y utilizan la señal horaria codificada para autocorregir su movimiento interno de cuarzo. En Japón, el Instituto Nacional de Tecnología de la Información y las Comunicaciones (NICT) opera JJY: 40 kHz desde Otakadoyayama en Fukushima y 60 kHz desde Hagane-yama en Saga, emitiendo las 24 horas del día.
La señal emitida se mantiene en torno a una parte en 10 elevado a la 12 - el equivalente a un segundo en unos 30.000 años -, de modo que mientras la recepción sea exitosa el reloj sigue enganchado a la hora oficial del país. Entre recepciones, el reloj depende de su cuarzo interno con una desviación de ±15 segundos por mes, y luego se corrige en la siguiente sincronización exitosa. La mayoría de los relojes radiocontrolados intentan recibir la señal una o varias veces al día, típicamente de noche cuando las condiciones son mejores.
Codificación del código horario - Un bit por segundo
El código horario de JJY usa modulación de amplitud (AM) para enviar un bit por segundo. Cada segundo arranca con la portadora a plena amplitud y esta baja al 10 por ciento una vez transcurrido el ancho del pulso, así que la duración del tramo a plena amplitud codifica uno de tres valores: 0 (0,8 segundos), 1 (0,5 segundos) o marcador (0,2 segundos). El instante que marca el inicio del segundo es el flanco de subida, no el de bajada. Una trama temporal completa - minuto, hora, día del año, últimas dos cifras del año y día de la semana - tarda 60 segundos (un minuto) en transmitirse. El mes y el día no se envían nunca: el receptor los deduce del día del año.
Los receptores necesitan al menos un minuto completo de recepción limpia para decodificar una trama. En la práctica, dos o tres minutos de tiempo de recepción permiten acomodar errores y reintentos. Cada campo usa codificación BCD (decimal codificado en binario), y los campos de hora y minuto llevan cada uno un bit de paridad (PA1 y PA2) que detecta un error de un solo bit en ese campo: resiliencia básica contra el ruido sin sobredimensionar el protocolo.
| Campo | Bits | Contenido |
|---|---|---|
| Minuto | 7 | 00-59 |
| Hora | 6 | 00-23 |
| Día del año | 10 | De 1 a 366, contando el 1 de enero como 1 |
| Año (últimas dos cifras) | 8 | 00-99 |
| Día de la semana | 3 | De 0 a 6, con el domingo como 0 |
| Paridad (PA1, PA2) | 2 | Paridad par de la hora y del minuto |
| Aviso de segundo intercalar (LS1, LS2) | 2 | Aviso previo de inserción o supresión |
| Reserva y aviso de interrupción (SU1, SU2, ST1-ST6) | 8 | Información operativa de la estación |
| Marcadores y bits sin usar | 14 | Sincronización de la posición del segundo |
No hay bits reservados para el mes ni para el día del mes. El receptor construye la fecha a partir del año de dos cifras y del día del año, de modo que la decisión sobre el año bisiesto también se toma en el receptor.
Por qué la recepción es mejor de noche
Las señales de onda larga (40 y 60 kHz) interactúan con la capa D de la ionosfera. Durante el día, la radiación UV solar ioniza la capa D y aumenta su densidad de electrones, absorbiendo las ondas largas y acortando el alcance de recepción. De noche, la capa D prácticamente desaparece y la capa E, más reflectante, transporta las señales más lejos, mejorando drásticamente la recepción.
La recepción en interiores se ve afectada cuando el hormigón armado o los muebles metálicos bloquean la señal. Consejos para mejorar la recepción incluyen colocar el reloj cerca de una ventana, girarlo poco a poco hasta encontrar una orientación en la que reciba, y mantenerlo alejado de dispositivos electrónicos como ordenadores y televisores que emiten interferencias.
Estaciones de frecuencia patrón en el mundo
Cada país opera sus propias estaciones de frecuencia patrón. El DCF77 de Alemania (77,5 kHz, Mainflingen) cubre la mayor parte de Europa; el MSF del Reino Unido (60 kHz, Anthorn) y el WWVB de Estados Unidos (60 kHz, Fort Collins, Colorado) sirven a sus respectivas regiones. El BPC de China (68,5 kHz) cubre la China continental.
Los relojes radiocontrolados multibanda soportan JJY, DCF77, MSF, WWVB y otros, de modo que pueden seguir corrigiéndose con la emisión local mientras se viaja, aunque en muchos modelos el cambio de la ciudad mostrada o del desfase sigue siendo manual. No pueden funcionar fuera del alcance de cualquier señal patrón (Pacífico abierto, gran parte de África, gran parte de Sudamérica), donde vuelven a operar con su cuarzo interno. La cobertura es regional, pero la mayoría de las áreas pobladas del mundo desarrollado están dentro del alcance de al menos una estación.
Relojes controlados por GPS - La alternativa satelital
Los relojes controlados por GPS reciben la hora directamente de satélites GPS. Las ventajas sobre los receptores de onda larga son la cobertura global, una señal horaria satelital que en sí misma tiene precisión de nanosegundos y la detección automática de zona horaria a partir de los datos de posición. El Astron de Seiko y la serie GPW de G-SHOCK de Casio ejemplifican este enfoque, integrando recepción GPS en un formato portátil.
La desventaja es que la recepción GPS requiere línea de visión al cielo, por lo que funciona junto a ventanas o al aire libre pero rara vez en el interior profundo de edificios. Los receptores GPS también consumen más energía que los circuitos de onda larga, haciendo que la carga solar sea un complemento típico. Los relojes radiocontrolados de onda larga tienden a ganar para relojes de pared y escritorio interiores, donde pueden recibir señal durante la noche sin luz solar y consumir energía insignificante. Cada tecnología se adapta a nichos diferentes en lugar de competir directamente.
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