60 kHz (2022): WWVB ที่ออกอากาศเวลา

 (ben.page)
1 คะแนน โดย GN⁺ 2024-06-03 | 1 ความคิดเห็น | แชร์ทาง WhatsApp
  • WWVB ในรัฐโคโลราโดเป็นสถานีวิทยุที่ NIST ใช้ส่งสัญญาณเวลาปัจจุบันอย่างต่อเนื่องที่ 60 kHz และเป็นพื้นฐานให้ นาฬิกาวิทยุปรับเวลาโดยอัตโนมัติ
  • คลื่นความถี่ต่ำ 60 kHz มีแบนด์วิดท์เล็กมาก จึงส่งข้อมูลได้ประมาณเลขฐานสองหนึ่งหลักต่อวินาที และต้องใช้เวลา 1 นาทีในการส่งเวลาปัจจุบัน
  • นาฬิกาวิทยุในสหรัฐฯ จะรับ การออกอากาศความยาว 1 นาที ประมาณวันละครั้งเพื่อปรับเวลาภายใน แล้วชดเชยตามเขตเวลาที่ผู้ใช้กำหนด
  • WWVB ไม่ทราบตำแหน่งหรือเขตเวลาของผู้รับ ดังนั้นเวลาที่แสดงอย่างถูกต้องจึงเกิดจากการผสานกันระหว่างสัญญาณออกอากาศกับ การตั้งค่าเขตเวลา ของนาฬิกา
  • ความสะดวกของนาฬิกาอัตโนมัติอาศัยโครงสร้างพื้นฐานที่รัฐบาลส่งสัญญาณเวลาอย่างต่อเนื่อง และ การมีส่วนร่วมที่มองไม่เห็น ที่ต่อยอดอยู่บนนั้น

วิธีออกอากาศเวลาของ WWVB

  • ในรัฐโคโลราโดมีสถานีวิทยุที่ออกอากาศเวลาปัจจุบัน
  • สถานีนี้คือ WWVB และ National Institute of Standards and Technology ใช้เพื่อส่งสัญญาณเวลาปัจจุบัน
  • ความถี่ที่ส่งคือ 60 kHz และออกอากาศต่อเนื่องทั้งกลางวันและกลางคืน
  • 60 kHz อยู่ในย่านความถี่ต่ำ จึงมีแบนด์วิดท์เล็กมาก
    • สามารถส่งข้อมูลได้ประมาณเลขฐานสองหนึ่งหลักต่อวินาที
    • ต้องใช้เวลา เต็ม 1 นาที ในการออกอากาศเวลาปัจจุบัน

กระบวนการที่นาฬิกาวิทยุใช้ปรับเวลา

  • นาฬิกาวิทยุในสหรัฐฯ ใช้การออกอากาศของ WWVB เพื่อปรับเวลา
  • นาฬิกาจะอ่านการออกอากาศความยาว 1 นาทีประมาณวันละครั้ง แล้วตั้งค่าตัวเองตามเวลานั้น
  • WWVB ไม่ทราบว่าผู้ใช้อยู่ในเขตเวลาใด
    • นาฬิกาจะชดเชยเวลาออกอากาศตาม เขตเวลา ที่ผู้ใช้ตั้งไว้
  • เหตุผลที่นาฬิกาวิทยุรู้เวลาปัจจุบันได้อย่างถูกต้องโดยไม่ต้องให้คนตั้งเวลาเอง คือมันอ่านเวลาจากคลื่นวิทยุภาคพื้นดิน

โครงสร้างพื้นฐานด้านเวลาในชีวิตประจำวัน

  • วิธีนี้เป็นตัวอย่างของการแก้ปัญหาที่นาฬิกาต้องปรับเวลาเอง ด้วยสถานีวิทยุที่ออกอากาศเวลาปัจจุบันอย่างต่อเนื่อง
  • วิธีที่ชีวิตประจำวันทำงานอยู่นั้นต่อยอดบน การมีส่วนร่วมที่มองไม่เห็น ซึ่งผู้คนก่อนหน้าได้ทิ้งไว้

บทความที่เกี่ยวข้อง

1 ความคิดเห็น

 
GN⁺ 2024-06-03
ความเห็นจาก Hacker News

  • ผมไม่ได้มีชาตินิยมแรงเป็นพิเศษ แต่ปฏิกิริยาแบบนี้นี่แหละที่ให้ความรู้สึกอเมริกันมากพอตัว
    บางทีเพราะชาตินิยมนั่นเอง คนอเมริกันเลยอาจอ้างว่าสิ่งต่าง ๆ เป็นของตัวเองทั้งที่ไม่ได้ตรวจด้วยซ้ำว่ามันไม่ใช่ สิ่งประดิษฐ์ของอเมริกา. เพราะแทบไม่อ่านอะไรที่อยู่นอกพรมแดนตัวเอง: https://en.wikipedia.org/wiki/Time_from_NPL_(MSF)
    Radio 4 ก็คงอยากพูดอะไรสักหน่อยเหมือนกัน: https://en.wikipedia.org/wiki/Greenwich_Time_Signal

    • สัญญาณเวลาวิทยุ ชุดแรกที่ส่งด้วยรหัสโทรเลขถูกส่งออกโดยกองทัพเรือสหรัฐในเดือนกันยายน 1903
      แหล่งข้อมูลส่วนใหญ่ระบุว่าสถานีส่งอยู่ที่ Navesink, New Jersey แต่เรือนเวลามาตรฐานอยู่ที่ United States Naval Observatory (USNO) ใน Washington, DC. การออกอากาศเวลาตามกำหนดเริ่มขึ้นที่ Boston Navy Yard เมื่อวันที่ 9 สิงหาคม 1904 และภายในปลายปี 1905 กองทัพเรือก็ส่งสัญญาณเวลาจากฐานในหลายเมือง เช่น Norfolk, Newport, Cape Cod, Key West, Portsmouth และ Mare Island ใน California
      PDF: https://tf.nist.gov/general/pdf/2131.pdf
      แหล่งอื่นบางแห่งก็ระบุว่าเป็นวันที่ 9 สิงหาคม 1905
    • Radio 4 น่าสนใจเป็นพิเศษ เพราะยังบรรทุก ข้อมูลเพิ่มเติม 25bps สำหรับใช้งาน Radio Teleswitch ด้วย [0] [1] แต่บริการนี้ก็คงจะอยู่ได้อีกไม่นาน
      การรับสัญญาณนี้สนุกทีเดียว ทำเครื่องรับ 198KHz ได้ไม่ยาก และตัวอย่างเช่น ถ้าประมวลผลโทนเสียง 2Khz ที่ได้จากการผสมกับสัญญาณ 200KHz ก็จะกู้คืนทั้งสตรีมข้อมูลและสัญญาณเวลาได้
      [0] https://www.bbc.co.uk/rd/publications/rdreport_1984_19
      [1] https://en.wikipedia.org/wiki/Radio_teleswitch
    • Bill of Rights ของสหรัฐแทบจะคัดลอกกฎหมายอังกฤษมาเกือบคำต่อคำ: https://en.wikipedia.org/wiki/Bill_of_Rights_1689
    • ผมก็ว่าจะพูดเรื่องนี้เหมือนกัน แต่สิ่งที่สังเกตได้ต่างออกไปนิดหน่อย มันให้ความรู้สึกเป็น อเมริกันแบบเก่า มากกว่า
      ถ้าเป็นอะไรที่อเมริกันแบบปัจจุบัน มันคงเป็นของเอกชน มีเป้าหมายเชิงกำไร คุณภาพลดลงเรื่อย ๆ และมีผู้ให้บริการหลายเจ้าที่เข้ากันไม่ได้ พยายามแย่งกันดึงคนเข้าไปอยู่ใน ระบบนิเวศปิด ของตัวเอง
    • National Physics Laboratory หรือ NPL ที่ Teddington, London ยังเป็นผู้คิดค้น packet switching ซึ่งเป็นเทคโนโลยีรากฐานของอินเทอร์เน็ตด้วย
      https://en.wikipedia.org/wiki/Packet_switching

  • สหรัฐทำเรื่องยิ่งใหญ่จริงอย่างการลงจอดบนดวงจันทร์ หรือมาตรฐานทีวีสีที่ backward compatible เป็นรายแรก แต่กรณีนี้คงนับแบบนั้นได้ยาก
    ในยุโรปดูเหมือนทุกคนจะรู้กันอยู่แล้วว่าแม้แต่นาฬิกาข้อมือก็ปรับเวลาด้วยคลื่นวิทยุได้ อย่างน้อยในเยอรมนีก็พบเห็นนาฬิกาแบบนี้ได้ทั่วไปตั้งแต่ยุค 80 และคนที่มีอายุมากหน่อยคงจำโฆษณา Junghans ทางทีวีได้ติดตา สัญญาณนั้นออกอากาศมาก่อนหน้านั้นอีกหลายสิบปี ซึ่งก็ไม่น่าแปลกใจเมื่อคิดว่าระบบรถไฟและเครือข่ายการบินจำเป็นต้องมี เวลาร่วมกัน: https://en.wikipedia.org/wiki/DCF77
    ตอนนั้นก็ไม่ได้มีอะไรที่เป็น “เทคโนโลยีล้ำสมัย” มากนัก ที่จริงมันคือการแก้ปัญหาด้วยวิธีที่ง่ายที่สุดเท่าที่ทำได้ในเวลานั้น และก็ยากจะนึกถึงวิธีที่ง่ายกว่านี้ได้ อีกอย่าง ผมก็สงสัยเหมือนกันว่าตัวอย่างของเทคโนโลยีที่ “จับต้องด้วยมือไม่ได้หรือไม่ได้ส่งเสียงหึ่ง ๆ ผ่านคลื่นวิทยุ” คืออะไร

    • เท่าที่ลองค้นคร่าว ๆ ดู เหมือนว่าสหรัฐจะเป็นผู้บุกเบิกด้านนี้ก่อน: https://timeandnavigation.si.edu/multimedia-asset/us-navy-wi...
    • ไม่ใช่ยุค 80 นะ นาฬิกาข้อมือปรับเวลาคลื่นวิทยุ รุ่นแรกคือ Junghans Mega 1 ที่ออกมาในปี 1990
    • ผมก็สงสัยเหมือนกันว่ามีต้นกำเนิดจากสหรัฐหรือเปล่า ในเรื่อง Cryptonomicon ผมจำฉากเล็ก ๆ ได้ราง ๆ ที่นายทหารยศร้อยตรีของกองทัพจักรวรรดิญี่ปุ่นในช่วงสงครามโลกครั้งที่สองตั้งนาฬิกาจาก สัญญาณเวลาวิทยุ
      เลยคิดว่าไอเดียนี้อาจเกิดขึ้นแยกกันในหลายภูมิภาคก็ได้ และผมก็สงสัยกับคำว่า “forever” เหมือนกัน แม้ตัวสัญญาณเองจะทนทานมาก แต่ก็เป็นไปได้ว่าวันหนึ่งฝ่ายการเมืองอเมริกันอาจตัดสินว่าไม่มีคุณค่าพอสำหรับการออกอากาศเวลาแบบวิทยุอีกต่อไป แล้วหยุดมันเสีย
    • ตัวอย่างของเทคโนโลยีที่จับต้องด้วยมือไม่ได้หรือไม่ได้ส่งเสียงหึ่ง ๆ ผ่านคลื่นวิทยุก็คือ ไมโครโปรเซสเซอร์ และแสง/เลเซอร์ ตามลำดับ และยังมีอีกนับไม่ถ้วน
    • การสื่อสารดิจิทัล คือของขวัญที่สหรัฐมอบให้โลก ลองไปดู Claude Shannon ได้

  • ส่วนที่ว่าความกว้างแบนด์ส่งข้อมูลได้แค่เลขฐานสอง 1 บิตต่อวินาทีนั้นชวนสงสัยมากกว่า
    มันดูชัดเจนว่าสัญญาณ 60kHz เข้ารหัสได้มากกว่า 1bps แน่ ๆ เลยอยากรู้ว่าทำไมถึงเลือกการเข้ารหัสแบบนั้น รายละเอียดอยู่ที่นี่: https://en.wikipedia.org/wiki/WWVB#Modulation_format
    โดยปกติคลื่นพาห์ WWVB 60kHz ที่มี ERP 70kW จะลดลง 17dB เหลือ ERP 1.4kW ณ จุดเริ่มต้นของแต่ละวินาทีตาม UTC แล้วจะกลับไปกำลังส่งสูงสุดอีกครั้งที่จุดหนึ่งภายในวินาทีนั้น ระยะเวลาที่กำลังส่งต่ำจะใช้เข้ารหัสหนึ่งในสามสัญลักษณ์ ถ้าเป็น 0.2 วินาทีคือบิตข้อมูล 0, 0.5 วินาทีคือบิตข้อมูล 1, และ 0.8 วินาทีคือ “mark” ที่ไม่ใช่ข้อมูลสำหรับจัดกรอบ
    ดูเหมือนว่านี่คือ การเข้ารหัส IRIG H จากยุค 1950 และน่าจะออกแบบมาให้ถอดรหัสได้ง่าย แต่ก็ชวนสงสัยว่าตั้งใจให้ถอดรหัสด้วยอะไร

    • ไม่ใช่ว่าสัญญาณมีความกว้าง 60kHz แต่คือมัน อยู่ที่ความถี่ 60kHz มากกว่า คลื่นพาห์ล้วนที่ไม่มีการมอดูเลชันจะเข้าใกล้ย่านความถี่ที่แคบไม่สิ้นสุด แน่นอนว่าในโลกจริงไม่มีเครื่องส่งที่สมบูรณ์แบบ
      ยิ่งมอดูเลตสัญญาณเร็วขึ้นเท่าไร สเปกตรัมก็ยิ่งกระจายกว้างขึ้นเท่านั้น เป็นการแลกกันระหว่างความถี่กับเวลา สัญญาณเวลาทำงานในย่านคลื่นยาวช่วงล่าง ประมาณ 40~120kHz ดังนั้นด้านล่างยังมีสเปกตรัมอยู่ราว 100kHz
      แต่การกระจายเสียง สัญญาณคลื่นยาวแบบแบนด์กว้าง แบบนั้นไม่ใช่เรื่องง่าย ในยุโรป หากจะครอบคลุมพื้นที่กว้างด้วยการกระจายเสียง AM กว้างประมาณ 5~10kHz จะใช้เครื่องส่ง 1~2MW ถ้าจะครอบคลุมทั้งทวีปด้วยสัญญาณดิจิทัลแบนด์กว้าง 100kHz ก็อาจต้องใช้ 10~50MW และสถานีส่งสัก 3 แห่ง ดูเหมือนจะเป็นไปได้ และอาจใส่ข้อมูลได้ราว 1 เมกะบิตต่อวินาที
      ถ้าทะเยอทะยานน้อยลง ก็อาจทำแบบหลายร้อยไบต์ต่อวินาทีโดยใช้สเปกตรัมราว 1kHz ได้เช่นกัน ซึ่งจะยังใช้งานได้แม้อยู่ในลิฟต์หรือชั้นใต้ดินลึกของที่จอดรถ และสามารถส่งสตรีมแจ้งเตือนดิจิทัลฉุกเฉินกับสัญญาณเวลาได้ด้วย มันคงไม่ได้ซับซ้อนกว่าสถานีส่งสัญญาณเวลามากนัก แค่ต้องมีการมอดูเลชันที่ประณีตกว่าเดิม
    • นาฬิกา “atomic” เช่น https://www.amazon.com/Crosse-Technology-WT-3129B-Atomic-Ana... หรือของแบรนด์เก่า ๆ จะถอดรหัสสิ่งนี้
      ดูเหมือนว่าจะเคยมีการใช้งานทางอุตสาหกรรมที่เก่ากว่านี้ซึ่งซิงก์ด้วยเทคโนโลยีนี้ด้วย
    • ที่จริงแล้วสัญญาณความถี่ต่ำกว่านี้บางชนิดบรรทุกข้อมูลได้มากกว่า และโดยมากใช้กับ การสื่อสารกับเรือดำน้ำ ในบทความวิกิพีเดียบอกว่า VLF หรือราว 30KHz นั้น “สูงสุด 300bps”
      เรื่องที่น่าสนใจคือทุกวันนี้การ์ดเสียงของพีซีเร็วพอแล้วจนรับสัญญาณอย่าง WWVB, DCF77, MSF ได้โดยตรงผ่านการ์ดเสียง แค่ต่อสายยาว ๆ หรือวงจรจูนเข้ากับอินพุตการ์ดเสียง แล้วทำ digital signal processing เล็กน้อยก็พอ ถ้าสุ่มตัวอย่างที่ 192KHz จะรับสัญญาณพวกนี้ได้ง่ายขึ้น
      [0] https://en.wikipedia.org/wiki/Communication_with_submarines
    • ถ้าเข้ารหัสสัญลักษณ์ยาวประมาณนั้น ก็ถอดด้วยมือยังได้เลย :)
    • ไม่ต้องสงสัยมากไปกว่านี้ก็ได้ เทคโนโลยีนี้ใช้กับ นาฬิกาแขวนผนัง, อุปกรณ์ตรวจอากาศ และนาฬิกาข้อมือด้วย
      ปกติจะขายกันในชื่อ “atomic clocks”

  • พอนึกถึงเวลาในสหรัฐฯ ทุกวันนี้ สิ่งแรกที่นึกถึงคือ GPS
    ตอนนี้ความสามารถด้าน time synchronization ของ GPS เข้ามาทำหน้าที่แทน WWVB, DCF77, JJY แบบเดิมแล้ว ความแม่นยำสูงกว่ามาก แต่ความซับซ้อนของตัวรับก็สูงกว่าตามธรรมชาติ [1]
    ไม่แน่ใจเรื่อง WWVB กับ JJY แต่ DFC77 ของเยอรมนีใช้ทั้งการมอดูเลตแบบ AM และ FM จึงให้ความแม่นยำที่ดีกว่าได้
    [1] https://www.hopf.com/dcf77-gps_en.php#chapter3

  • มีสถานีแบบนี้อยู่หลายแห่ง และ NIST เป็นผู้ดูแลและดำเนินงาน ในจำนวนนั้นมีอยู่สองแห่งที่เกือบถูกปิดไปเพราะปัญหางบประมาณเมื่อไม่นานมานี้
    https://www.radioworld.com/global/why-wwv-and-wwvh-still-mat...

  • ผมใส่นาฬิกาข้อมือ Citizen “AT” [1] ทุกวัน มันซิงก์กับ WWVB ทุกวันตอนตี 2 เลยไม่ใช่แค่เวลาเป๊ะ แต่ยังชาร์จตัวเองด้วยแสงได้ด้วย จึงไม่ต้อง เปลี่ยนแบตเตอรี่
    สองอย่างนี้ทำให้มันเป็น นาฬิกาแบบไม่ต้องดูแล ที่สมบูรณ์แบบสำหรับผม แถมดีไซน์ก็สวย
    [1] https://www.citizenwatch.com/us/en/collection/mens-atomic-ti...

    • เป็นนาฬิกาที่ดีมาก แค่รู้สึกเสียดายนิดหน่อยที่พอมี Garmin Instinct แล้ว ก็กลับไปใส่นาฬิกาข้อมือแบบคลาสสิกยากขึ้น
      เพราะมันมีทั้ง GPS และเซ็นเซอร์หลายอย่าง รวมถึงไฟฉายที่ใช้งานได้จริงด้วย เลยยอมสละพื้นที่ข้อมืออันมีค่านั้นเพื่อความสวยงามเพิ่มอีกนิดไม่ได้ โชคดีที่ถ้าใส่สาย aftermarket แล้วก็ดูดีใช้ได้

  • น่าเสียดายที่ WWVB ได้รับความเสียหาย เมื่อเที่ยงคืนของวันที่ 7 เมษายน 2024 เสาอากาศด้านใต้ถูกปิดใช้งานเพราะความเสียหายจากลมแรง
    ตอนนี้จึงออกอากาศด้วยกำลังส่งลดลงเหลือ 30kW โดยใช้เสาอากาศด้านเหนือเพียงต้นเดียว และมีการคาดกันว่าสภาพนี้จะยืดเยื้อ “อย่างไม่มีกำหนด” เพราะขาดงบซ่อม

    • การอัปเดตสำคัญมาก
      ตามอัปเดตวันที่ 20 พฤษภาคม 2024 ชิ้นส่วนที่จำเป็นสำหรับซ่อม triatic ของเสาอากาศด้านใต้กำลังอยู่ระหว่างการผลิตและจัดส่ง โดยกำหนดการซ่อมเสร็จเบื้องต้นคือปลายเดือนมิถุนายน 2024 อย่างไรก็ตาม นี่เป็นเพียงกรอบเวลาประเมินและอาจเปลี่ยนแปลงได้ตามหลายปัจจัย
    • นี่ดูเป็นตัวเลือกที่ดีสำหรับ crowdfunding

  • ถ้าอยากลองฟังเสียงนี้โดยไม่ต้องซื้ออุปกรณ์วิทยุ ก็มีเว็บไซต์สาธารณะของ KiwiSDR หลายแห่งที่รับฟัง 60khz ได้ เลือกการถอดรหัสแบบ AM แล้วปรับไปที่ความถี่นั้น
    http://kiwisdr.com/public/
    หลายแห่งมีการจำกัดจำนวนผู้ใช้และเวลาการใช้งาน นอกจากนี้ยังสามารถฟัง WWVB ได้ที่ 2.5mhz, 5mhz, 10mhz และ 15mhz ด้วย

    • ในเมนูส่วนขยายของอินเทอร์เฟซ KiwiSDR ถ้าเลือก “timecode” ก็สามารถ ถอดรหัสสัญญาณเวลาแบบเรียลไทม์ จากตัวรับได้ด้วย

  • ผมมีเพื่อนคนหนึ่งที่มีเสาอากาศลวดยาว 300 ฟุต ไม่กี่สัปดาห์ก่อน หลังจากซ่อมเครื่องรับรุ่นเก่าที่รองรับ VLF ได้แล้ว เพื่อนคนนั้นก็ปรับ WWVB ให้ผม ทำให้ผมได้ขีดสิ่งหนึ่งออกจากบักเก็ตลิสต์
    การได้ฟังเสียงบี๊บที่มีความยาวต่างกันเป็นเรื่องน่าสนใจ และสัญญาณก็ชัดมากกว่าที่คาดไว้จากชานเมือง Chicago โดยเฉพาะทั้งที่ก่อนหน้านั้นฝั่งโน้นเพิ่งมีปัญหาเรื่องเสาอากาศ

  • จำได้ว่าตอนเป็นวัยรุ่น พ่อเคยซื้อนาฬิกาข้อมือพลังงานแสงอาทิตย์ที่รับ DCF77 ซึ่งเป็นเวอร์ชันยุโรปตะวันตกของ WWVB เพื่อปรับเวลาเองได้ ตำแหน่งอ้างอิงอยู่ที่เยอรมนี และยังปรับเวลาออมแสงให้อัตโนมัติด้วย
    นาฬิกาควอตซ์ของผมไม่ได้สร้างปัญหาเรื่องแบตหมดหรือเวลาเพี้ยนหนักบ่อยนักก็จริง แต่ผมก็รู้สึกมาตลอดว่าฟังก์ชันนั้นเจ๋งมากจริง ๆ :)