WWV（ラジオ局）

WWVは6つの送信機で放送しており、それぞれが単一の周波数に特化しています。WWV 、WWVB、WWVHの送信周波数と時刻信号、およびそれらの時刻信号の元となる4つの原子時計（セシウム時計）は、コロラド州ボルダー近郊にあるNIST（米国国立標準技術研究所）の時刻周波数部門によって管理されています。^{[ 2 ] WWVBの搬送波周波数は10¹⁴}分の1の精度で維持されており、周波数基準として使用できます。^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]}放送時刻は、 UTCの100ナノ秒^{[ 8 ]}と 国家標準時間の20ナノ秒。 ^{[ 5 ]}

 2.5 MHz と 20  MHzの送信機は2.5 kW のERP を持ち、他の 3 つの周波数の送信機は 10  kW の ERP を使用します。^{[ 9 ]}各送信機には、波長の半分に相当する高さの専用アンテナと、無指向性の信号放射パターンがあります。各アンテナタワーの上半分には 1/4 波長の放射素子があり、下半分には、タワーの中間点に接続され、地面から 1 対 1 の角度で傾斜した 9 本の支線が追加の放射素子として使用されています。これらの支線の長さは√2 / 4波長です。^{[ 10 ]}

WWVの時刻信号は、+1 (303) 499-7111 (WWV)に電話をかけることで受信できます。電話の通話時間は2分に制限されており、信号は電話網の伝搬時間により平均30ミリ秒遅延します。^{[ 11 ]}

WWV の存在に関する最も古い正式な記録は、1919 年 10 月 1 日発行の商務省ラジオ サービス ブレティンにあり、ワシントン DC の標準局に割り当てられた新しい「実験局」^{[ 13 ]として記載され、ランダムに割り当てられたコールサイン WWV が付けられています。 [ 14 ]}しかし、前年の 2 月に始まった標準局によるラジオ デモンストレーションに関する報告もそれより前にありました。^{[ 15 ] [ 16 ] [ 17 ]}

1920年5月の時点で、局のラジオ研究所は毎週金曜日の夜8時30分から11時まで600kHzでコンサートを開催していると報告された 。^{[ 18 ]}同じ月、局は「ポルタフォン」と呼ばれる携帯型ラジオ受信機を実演し、これは最大15マイル（24km ）離れた場所の放送番組を受信できると言われていた。 ^{[ 12 ]}翌8月の新聞記事は、毎週のコンサートがワシントンから最大100マイル（160km ）離れた場所でも聞こえると報じた。また、「局は数ヶ月間無線音楽の実験を行っており、開発が非常に進んだ段階に達したため、これ以上の調査は無益であり、コンサートを中止する予定である」とも記されている。^{[ 19 ]}しかし、同局は時折放送を続け、1921年1月にはテネシー州チャタヌーガのリスナーが「標準局から渦巻くジャズの波」を聞いたと報告し、新たな距離記録が発表された。^{[ 20 ]}  

1920年12月15日、WWVは米国市場局が作成した500語の「デイリーラジオマーケットグラム」をモールス信号で750kHzで放送し始めた 。この放送はワシントンから最大200マイル（320km ）離れた場所でも受信できたと言われている。^{[ 21 ]}しかし、1921年4月15日、このレポートの責任は郵便局が運営する4つの局に移管され、その中にはワシントンDCのWWXも含まれていた。^{[ 22 ]} 

1922年末、WWVの目的は標準周波数信号の放送へと移行した。当時、放送局やアマチュア無線局は機器の制約から割り当てられた周波数を維持するのが困難であったため、これらの信号は重要な補助手段となった。試験は1923年1月29日に開始された。^{[ 23 ]}定期運用は1923年3月6日に開始され、550～1,500kHz （波長545～200メートル）の7つの送信周波数で構成された。^{[ 24 ]}周波数の精度は「0.3パーセントより優れている」^{[ 25 ]}当初、送信機は波長計を使用して手動で周波数を切り替える必要があった。周波数発生発振器を安定させる最初の水晶共振器は1920年代半ばに発明され、WWVの周波数放送の精度を大幅に向上させた。^{[ 10 ]}

1926年、WWVは閉鎖寸前だった。その信号はアメリカ合衆国の東半分しかカバーできず、ミネアポリスやスタンフォード大学、マサチューセッツ工科大学にある他の放送局が徐々にWWVを不要にしつつあった。1926年に放送局の閉鎖が発表されたが、このサービスに頼っていた市民からの抗議が殺到し、WWVは存続した。その後、1931年にWWVはアップグレードされた。送信機は水晶発振器で直接制御されるようになり、メリーランド州カレッジパークに移設された。5MHzでの放送が開始された 。1年後、放送局は再びメリーランド州ベルツビルの農務省の土地に移設された。^{[ 10 ]} 10MHzと15MHzでの放送が追加され 、出力が増強され、1937年6月には時刻信号、A440トーン、電離層レポートが放送に追加された。^{[ 10 ]}

WWVは1940年11月6日の火災でほぼ全焼した。周波数と送信機器は復旧し、11月11日には（出力を下げて）放送を再開した。議会は1941年7月に新しい放送局の建設資金を拠出し、以前の場所から南に5キロメートル（3.1マイル）離れた場所に建設された。以前の場所は今でもベルツビルと呼ばれている（ただし、1961年には送信所の場所の名前はメリーランド州グリーンベルトに変更された）。^{[ 10 ]} WWVは1943年8月1日に2.5、5、10、15MHzで通常の放送を再開した。^{[ 23 ]}  

1913年から、米国東部で放送されていた主要な公式時刻局は、バージニア州アーリントンの海軍のNAAでした。NAAは1941年に廃止されました。WWVは1937年に秒パルスの放送を開始しましたが、当初は実際の時刻と同期していませんでした。1944年6月、米国海軍天文台はWWVがUSNOの時計を時刻信号のソースとして使用することを許可しました。1年以上後の1945年10月、WWVは5分ごとにモールス信号の時刻アナウンスを放送しました。音声アナウンスは1950年1月1日に開始され、5分ごとに放送されました。音声周波数は600Hz と 440Hzが交互に使用されました。この時点で、WWVは2.5、5、10、15、20、25、30、35MHzで放送していました 。 30MHzと35MHz の放送は1953年に終了した。^{[ 10 ]}

バイナリ符号化十進数タイムコードは1960年に試験運用が開始され、1961年に正式に採用されました。この「NASA​​タイムコード」は1kHzの音声トーンに100Hzで変調され、 単調 に繰り返される「バアガボン」のような音でした。^{[ 10 ]} このコードは「チェーンソー」のような音とも表現されました。1971年7月1日、タイムコードの放送は100Hzの サブキャリアに変更されました。これは通常のラジオでは聞こえませんが（ヘッドホンを使用したり、チャートレコーダーで録音したりすれば聞こえます）。^{[ 26 ]}

WWVは1966年12月1日にフォートコリンズ近郊に移転し^{[ 27 ]} 、アメリカ大陸全域で信号の受信状況が改善された。WWVBは3年前にその場所で放送を開始していた。1967年4月、WWVは送信所の現地時間（ 1966年までは東部時間、それ以降は山岳時間）の使用をやめ、グリニッジ標準時（GMT）での放送に切り替えた。1974年には協定世界時（UTC）に再び切り替えた^{[ 10 ]。}

20 MHz と 25  MHz の放送は 1977 年に中止されましたが、20  MHz の放送は翌年に再開されました。^{[ 10 ]} 2014 年 4 月 4 日から、25  MHz の信号が「実験的」モードで再び放送されました。^{[ 28 ]}

WWVで使用されていた声は、1991年8月13日までプロの放送アナウンサー、ドン・エリオット・ヒールドの声でしたが、機材の変更により別のプロの放送アナウンサー、ジョン・ドイルの声を再録音する必要が生じ、その後すぐにKSFOの朝の番組ホスト、リー・ロジャースの声に切り替えられました。それ以降、ジョン・ドイルの声が放送に戻されています。^{[ 29 ] [ 30 ]}

WWVは、WWVBおよびWWVHとともに、NISTの2019会計年度予算要求において資金削減および廃止が勧告された。^{[ 31 ]}しかし、最終的な2019年度NIST予算では、3つの放送局への資金が維持された。^{[ 32 ]}

1958年、 WWVの20MHz信号は、ロシアの人工衛星スプートニク1号の搭載電子機器の故障後の 崩壊を追跡するという、他に類を見ない目的で使用されました。オハイオ州立大学のジョン・D・クラウス教授は、上層大気に突入する流星が、その跡に少量の電離空気を残すことを知っていました。この空気は、迷走する電波信号を地球に反射し、地表での信号を数秒間強めます。この現象は「流星散乱」として知られています。クラウス教授は、スプートニクの残骸が、より大規模な同じ効果を示すだろうと考えました。彼の予測は正しく、WWVの信号は1分以上にわたって著しく強まりました。信号が強まった方向と時刻は、スプートニクの最後の軌道の予測と一致していました。この情報を用いて、クラウス教授はスプートニクの崩壊の完全なタイムラインを作成することができました。特に、衛星は一体となって落下するのではなく、地球に近づくにつれて構成要素に分解していくことを彼は観察した。^{[ 33 ] [ 34 ]}

WWVは、日付と正確な時刻を以下のように送信します。

1. 英語による時刻の音声アナウンス。
2. 日付と時刻のバイナリ符号化十進数タイムコードは、100 Hz トーンの可変長パルスとして送信され 、1 秒あたり 1 ビットです。^{[ 35 ]}

どちらの場合も、送信時刻は協定世界時（UTC）で表示されます。

WWVは、正確な手動時計同期を可能にするために、1秒に1回音声「ティック」を送信します。これらのティックは、音声アナウンスや無音期間中も常に送信されます。各ティックは秒から始まり、5ミリ秒続き、 1,000Hz の正弦波の5サイクルで構成されます。ティックをより目立たせるために、秒の10ミリ秒前から30ミリ秒後（ティックの25ミリ秒後）までの40ミリ秒間、他のすべての信号は抑制されます。例外として、分を29秒または59秒過ぎた時点ではティック（および無音期間）は送信されません。閏秒の場合、分を60秒過ぎた時点でもティックは送信されません。^{[ 36 ]}     

分になると、秒針の音が0.8秒間のビープ音に延長され、その後0.2 秒間の無音状態が続きます。正時には、この分音パルスは1,000Hzではなく1,500Hzで送信されます。音の開始は分の開始に対応します。^{[ 37 ]}  

毎分1秒から16秒までの間、UTCとUT1の現在の差は、1秒に1回のティックの一部を2倍にして、 最初のティックから100ミリ秒後に2番目のティックを送信することによって送信されます。（2番目のティックは他の送信を優先しますが、サイレントゾーンは取得しません。^{[ 36 ]}）この差の絶対値（10分の1秒単位）は、2倍になったティックの数によって決まります。符号は位置によって決まります。2倍になったティックが1秒目から始まる場合、UT1はUTCより進んでいます。9秒目から始まる場合、UT1はUTCより遅れています。^{[ 37 ]}

WWVHも同様に5 ミリ秒間隔のティック信号を送信しますが、これは1,200Hzの6サイクルとして送信されます。 分音も1,200Hz ですが、正時には1,500Hz になります。

チック音とミニットトーンは100%変調（両サイドバンドとも-3 dBc ）で送信されます。 ^{[ 9 ]}

毎分終わりに時刻の音声アナウンスが行われ、次の分音の時刻が伝えられます。音声アナウンスの形式は、「時刻は協定世界時（UTC）X時Y分です」です。 アナウンスは男性の声で、分音の7.5秒前から始まります。

WWVHは、分音の15秒前から女性の声で全く同じ時刻アナウンスを流します。

音声アナウンスが最初に導入されたとき、アナウンスは「国立標準局、WWV。トーンが戻ったら、東部標準時は[12時間形式の時刻、例：午後4時10分]」^{[ 38 ]}という形式で、モールス信号で4桁のGMTが送られました。1967年にGMTに切り替わった後、アナウンスは「国立標準局、WWV、コロラド州フォートコリンズ。次のトーンはグリニッジ標準時X時Y分に始まります」^{[ 39 ]}に変更されました。しかし、この形式は短命でした。アナウンスは1971年に現在の形式に再び変更されました。「トーンが鳴ったら、グリニッジ標準時X時Y分」。「グリニッジ標準時」という名称は1974年に「協定世界時」に変更されました。^{[ 40 ]}

音声による時刻アナウンスは75%変調（-1.25 dBc）で送信されます。つまり、搬送波は公称電力の25%から175%の間で変化します。^{[ 9 ]}

WWVは、さまざまな政府機関からの44秒間の公式発表を（標準周波数トーンの代わりに）1時間ごとに送信しています。^{[ 37 ]}

• 毎時00分と30分に駅名をアナウンスします。
• 毎時4分（WWVHの場合は3分）に、NISTはうるう秒の発表など、WWVおよびWWVHの運用における手動変更に関するアナウンスを放送する。2023年現在NISTは現在、08時に送信されている実験信号の説明を放送しています。
• 毎時8分（WWVHでは48分）に、特別な大気伝搬テスト信号が放送されます。これは、「数秒間のガウス白色雑音、周波数が上下するチャープ音、振幅、周波数、長さが変化するトーン音」で構成されています。^{[ 41 ] [ 42 ] [ 43 ]}この信号は2021年11月15日に開始されました。
• 時刻18分過ぎに、米国海洋大気庁（NOAA）から太陽活動と短波電波伝搬状況に関する情報を含む特別な「地球物理学的警報」が送信されます。以下は、2018年5月24日午前9時5分（UTC）に発信されたこの警報の一例です。

  5月23日の太陽地球指数は以下のとおりです。太陽フラックスは73、惑星A指数は推定9です。5月24日午前9時（UTC）の惑星K指数は推定1でした。過去24時間、宇宙天気嵐は観測されませんでした。今後24時間も宇宙天気嵐は予測されていません。^{[ 44 ]}

• 47秒と52秒に、WWVH（のみ）が電話時刻サービスに関するアナウンスを放送する。

追加の時間枠は通常、標準周波数トーンとして送信されますが、必要に応じて音声メッセージで優先的に使用される場合があります。

• 毎時10分にWWVは国防総省のメッセージがあればそれを送信し、WWVHは毎時50分に同じことを行う。^{[ 45 ]}
• 必要に応じて、毎時16分はNISTの追加発表に使用されます。

WWVHは、同じ情報を異なるスケジュールで送信しています。WWVとWWVHの音声アナウンスは、相互干渉を避けるためにタイミングが調整されています。WWVHが音声アナウンスを放送しているときはWWVは無音放送を行い、その逆も同様です。

かつてWWVで放送されていたが、現在は放送が中止されているアナウンスには、以下のようなものがある。

• 米国国立気象局が提供する海上暴風警報は、大西洋については毎時8分と9分、太平洋については毎時10分に発令され、必要に応じて毎時11分に追加警報が発令される予定でした。WWVHの暴風警報は毎時48分から51分まで放送され、北米ではなくハワイ諸島周辺と極東地域を対象としていました。WWVとWWVHは2019年2月7日にすべての気象コンテンツの放送を中止し、以前使用していた時間帯は現在「NIST予約済み」に分類されています。
• 14分と15分過ぎに、沿岸警備隊航行センターからのGPS衛星状態報告が放送されました（WWVHでは43分と44分）。
• 1997年にOMEGA航行システムが停止される以前は、OMEGAの状況報告が毎時16分に放送されていた。
• 2011年9月6日、地球物理学的警報を中止するという提案があった。^{[ 46 ]}しかし、2011年6月17日現在、WWVは決定が撤回され、地球物理学的警報報告は「当面の間継続される」と発表した。

30分ごとの駅名アナウンス

WWVは毎時0分と30分に2回、局名をアナウンスします。アナウンスの内容は以下のとおりです。

米国国立標準技術研究所（NIST）時刻：こちらはコロラド州フォートコリンズのラジオ局WWVです。国際的に割り当てられた標準搬送周波数2.5、5、10、15、20メガヘルツで、時刻、標準時間隔、その他関連情報を放送しています。これらの放送に関するお問い合わせは、米国国立標準技術研究所ラジオ局WWV（住所：2000 East County Road 58, Fort Collins, Colorado, 80524）までお願いいたします。

WWVは、局IDに記載されているアドレスに送られた受信報告を受け付け、QSLカードで返信します。

WWVとWWVHは、ほとんどの時間帯で44秒間の音声トーンを送信します。音声トーンは1分経過後から始まり、45秒後のWWVHの時刻アナウンス開始まで続きます。

偶数分（2分を除く）は500Hzを送信し、 奇数分は600Hzを 送信します。このトーンは、 毎秒40ミリ秒、秒針の音によって中断されます。WWVHも同様ですが、2つのトーンを入れ替えています。これにより、2つの放送局を区別しやすくなっています。各放送局間で、2つのトーンは10ミリ秒間隔で逆の順序で送信されます。

WWVは、UTC日の最初の時間を除き、毎時2分目に440Hzのトーン（音楽でよく使われる音程、 A440、中央Cの上のA音）を送信します。440Hzのトーンは1時間に1回しか送信されないため、多くのチャートレコーダーはこのトーンを使って1日の各時間を区切ることができます。同様に、1日に1回440Hzのトーンを省略することで、24時間ごとに区切ることもできます。WWVHは、毎時1分目に同じトーンを送信します。  

どちらの局も、音声アナウンス中はこれらのトーンを送信しないため、お住まいの地域で両方の局が受信可能な場合はアナウンスを聞くことができます。そのため、WWV は毎時 43 分から 51 分 (両端を含む) と 29 分と 59 分の間はトーンを送信しません。^{[ 37 ]}同様に、WWVH は毎時 0 分、8 分、9 分、10 分、14 分から 19 分、および 30 分の間はトーンを送信しません。

音声トーンやその他の音声アナウンスは、50%変調（-3 dBc）で送信されます。^{[ 9 ]}

時刻は、電波時計で解釈可能なデジタルタイムコードを用いて継続的に送信されます。タイムコードは、メイン信号の100Hzサブキャリアを使用します。つまり、他のAM音声信号に低レベルの100Hzトーンが追加される形です。  

このコードは、 IRIG H タイムコードおよびWWVB が送信するタイムコードと類似しており、同じフレームワークを持っていますが、コードの個々のフィールドが再配置され、最下位ビットが最初に送信される点が異なります。IRIG タイムコードと同様に、送信される時刻は分の開始時刻です。また、IRIG タイムコードと同様に、数値データ (分、時、年の日、年の下 2 桁) は、単純なバイナリ整数ではなく、バイナリ符号化 10 進数(BCD) 形式で送信されます。各 10 進桁は、(取りうる値の範囲に応じて) 2 ビット、3 ビット、または 4 ビットとして送信されます。

ビット符号化

100  Hz サブキャリアは、秒の開始から 30 ms 後(最初の 30 ms は秒のティック用に予約されています) から −15 dBc (18% 変調) で送信され、その後、秒内の 3 つのタイミングで15 dB 減衰 (−30 dBc、3% 変調) されます。高振幅の 100 Hz サブキャリアの持続時間は、次のようにデータ ビット 0、データ ビット 1、または「マーカー」をエンコードします。     

• サブキャリアが 秒から800ミリ秒後に減少した場合、これは「マーカー」を示します。
• サブキャリアが 秒から500ミリ秒後に減少した場合、これは値が1のデータビットであることを示します。
• サブキャリアが 秒から200ミリ秒後に減少した場合、これは値がゼロのデータビットであることを示します。

1分ごとに、最初の秒（00秒）を除いて、 1ビットのマーカーがこのように送信されます。1分の最初の1秒は、前述の分マーカーのために予約されています。

上の図では、赤と黄色のバーは100Hz サブキャリアの存在を示しており、黄色は高強度サブキャリア（ 100%変調を基準として-15dB）、赤は低強度サブキャリア（ 100%変調を基準として-30dB）を表しています。最も幅の広い黄色のバーはマーカー、最も幅の狭いバーは値0のデータビット、中間の幅のバーは値 1のデータビットを表しています。