采用RDS技術(shù)和FM-RE602編碼器實現(xiàn)廣播數(shù)據(jù)信息傳送

作者：李華，鄭明，范雄，李晴

在調(diào)頻立體聲廣播中傳送廣播數(shù)據(jù)，是對FM聲音廣播多工應(yīng)用的重大發(fā)展。近年來，數(shù)據(jù)廣播在國際上發(fā)展非常迅速，并制定了相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范。如歐廣聯(lián)頒布的廣播數(shù)據(jù)系統(tǒng)（RDS）規(guī)范和美國的無線電廣播數(shù)據(jù)系統(tǒng)（RBDS）規(guī)范。在我國，數(shù)據(jù)廣播還在探索試驗階段。本系統(tǒng)采用RDS技術(shù)，結(jié)合自己研制的編碼器和接收裝置，利用各地現(xiàn)有調(diào)頻廣播富余頻帶傳送數(shù)據(jù)信息，具有覆蓋面積大、投資少、見效快的顯著特點。該項技術(shù)的成功應(yīng)用，是對廣播頻率資源的再利用，為正在到來的信息社會提供一種先進(jìn)的信息傳播媒體。

1 數(shù)據(jù)廣播原理

1.1技術(shù)原理

所謂RDS技術(shù)是利用調(diào)頻多工技術(shù)，在調(diào)頻廣播的富余頻帶內(nèi)增設(shè)一個副載波信道，用以傳送數(shù)據(jù)信息。

根據(jù)國際無咨委（CCIR）組織的用各種副載波和調(diào)制方式所作的試驗表明？在多徑傳輸條件下，中心頻率為導(dǎo)頻信號頻率（19kHz）的三倍并與之鎖相時，所造成的干擾最小。因此，可以將所需發(fā)送的數(shù)據(jù)信息對57kHz的副載波進(jìn)行抑制副載波的雙邊帶調(diào)幅，然后與立體聲復(fù)合信號一起構(gòu)成基帶調(diào)制信號，再對VHF主載波調(diào)頻。帶有RDS信道的調(diào)頻立體聲廣播基帶調(diào)制信號頻譜如圖1所示。

在圖1中，RDS數(shù)據(jù)信號占用了57±2.4kHz的基帶頻率，它不會干擾立體聲廣播，也不會降低其質(zhì)量，同時，它也不會受到廣播節(jié)目的干擾。

1.2信息發(fā)送格式

按照RDS標(biāo)準(zhǔn)，廣播數(shù)據(jù)信號的發(fā)送采用數(shù)據(jù)塊連續(xù)重復(fù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。最大的數(shù)據(jù)單元為一組，每個碼組由4塊組成，分別設(shè)為A、B、C、D；每塊有26比特，其中16個信息比特，10個校驗比特。校驗比特用作錯誤識別、修正和數(shù)據(jù)同步。數(shù)據(jù)流的傳輸速率為1187.5bit/s。RDS數(shù)據(jù)格式如圖2所示。

1.3信源編碼及解碼

本系統(tǒng)所用編碼是一種最佳的糾正突發(fā)誤碼的縮短循環(huán)碼，其生成多項式？

g？x＝x10+x8+x7+x5+x4+x3+1

相應(yīng)地生成矩陣G。發(fā)射端通過一個16信息比特m x與16×26的G矩陣相乘，所得結(jié)果再與每個塊特有的偏置字（10個比特）模二加，便產(chǎn)生一個26比特的數(shù)據(jù)系列。

接收端RDS解碼器獲得RDS時鐘信號和RDS數(shù)據(jù)信號。接收到的無差錯的比特系列與校驗矩陣H相乘，便得到偏置字所對應(yīng)的伴隨式（校驗字），從而建立起數(shù)據(jù)流的塊同步和組同步。實際上，把偏置字加到每一塊里，就等同于把誤碼加到每一塊里，即偏置字相當(dāng)于誤碼系列。如果信道上沒有別的誤碼，在收到的信息里就能通過計算伴隨式找到偏置字，從而確定接收到的數(shù)據(jù)塊是A、B、C、D中的哪一塊，即實現(xiàn)了同步。

2 信息發(fā)射系統(tǒng)及編碼器

2.1發(fā)射系統(tǒng)框圖

計算機用來編輯將要發(fā)送的各種數(shù)據(jù)信息，如廣告、路況信息等，由控制管理程序通過RS232串行口發(fā)送到FM-RE602編碼器。FM-RE602是RDS信號編碼器，它接收主機發(fā)來的數(shù)據(jù)信息，并產(chǎn)生符合RDS規(guī)范的數(shù)據(jù)鏈，該數(shù)據(jù)流經(jīng)過波形變換后，同57kHz的副載波信號進(jìn)行抑制副載波的雙邊帶調(diào)幅，最后送到VHF/FM發(fā)射機上去。

從圖3可以看出，利用調(diào)頻立體聲廣播發(fā)送數(shù)據(jù)信息只需在原有基礎(chǔ)上增加一臺計算機和FM-602編碼器即可達(dá)到目的中。

2.2 FM-RE602編碼器

RDS編碼器是發(fā)射系統(tǒng)的重要部件，目前國內(nèi)尚無此類產(chǎn)品，而國外RDS編碼器電路復(fù)雜、價格昂貴。為此，研制開發(fā)了符合RDS規(guī)范的FM-RE602編碼器。

編碼器從主機接收的數(shù)據(jù)信息是二進(jìn)制的數(shù)據(jù)系列。由于矩形脈沖的頻譜很寬，在數(shù)據(jù)傳輸過程中為了節(jié)省頻帶，需要將二進(jìn)制數(shù)據(jù)系列中的1和0分別變換成圖4所示的固定波形。

該波形作為調(diào)制信號，送往一個乘法器電路，與57kHz副載波相乘，其輸出便是二相差分相移鍵控信號（DPSK），其頻譜分布如圖5所示。

與國外編碼器采取硬件濾波方法獲得圖4所示的輸出波形不同的是，F(xiàn)M-RE602編碼器使用了波形合成法，即是將理想波形取樣后，存放在１Ｋ字節(jié)存儲器中，并通過D/A變換器輸出對應(yīng)波形。FM-RE602編碼器硬件框圖如圖6所示。單片機MCU選用80C31，其串行通訊口經(jīng)MAX232芯片驅(qū)動后，通過9針插頭三線Tx，Rx，GND方式接到主機。

圖6中，中斷的頻率為1187.5Hz，接到80C31的外部中斷0，CPU計數(shù)到26，就發(fā)送出一塊數(shù)據(jù)。其控制程序根據(jù)數(shù)據(jù)塊中的0和1的狀態(tài)從EPROM中取出相應(yīng)的波形數(shù)據(jù)，經(jīng)DAC0832后，形成了所要的波形。

乘法器選用MC1496，一路為57kHz載波信號，另一路為D/A輸出信號，相乘得到抑制載波的信號。因為是方波調(diào)制，所以此信號包含許多諧波頻率成分。為得到純凈信號，需經(jīng)過帶通濾波，濾波器選用MAX275四階帶通濾波器，其fO＝57kHz，Bf＝4.8kHz， Q＝f0/Bf＝11.875。該信號經(jīng)測試，完全符合RDS規(guī)范要求。

3 數(shù)據(jù)信息接收裝置

數(shù)據(jù)接收裝置即為分布在無線廣播電臺信號覆蓋范圍內(nèi)的各種信息終端，如LED大屏幕漢字顯示廣告牌。每一接收裝置必須配上特定的接收卡才能顯示由發(fā)射端發(fā)送的各種信息。由于每個接收裝置有自己的地址和群地址，從而使分布在不同地域的接收裝置顯示不同的信息或者公共信息。

接收卡硬件框圖如圖7所示。接收卡工作在調(diào)頻頻段內(nèi)的某一特定頻率，因此前端部分與普通調(diào)頻收音機相似，包括高頻放大、混頻、中放等?；祛l信號放大后，經(jīng)過57kHz帶通濾波器，送至RDS解碼芯片。RDS解碼芯片選用SAA6579T，它直接采樣輸入信號并輸出時鐘和數(shù)據(jù)。輸出的時鐘信號作為同步信號接到MCU的外部中斷輸入口，由中斷服務(wù)程序通過P1.0口讀取數(shù)據(jù)。

通過硬件電路雖然能恢復(fù)出發(fā)射端送來的二進(jìn)制系列的數(shù)據(jù)信號，但還需通過軟件方法找到同步字、糾錯、除去冗余位，將有效的數(shù)據(jù)信息通過串行口發(fā)送到信息顯示裝置，其軟件流程如圖8所示。

利用調(diào)頻立體聲基帶信號傳送數(shù)據(jù)信息，只需在各地現(xiàn)有調(diào)頻臺的基礎(chǔ)上，在發(fā)射端增加一臺FM-RE602編碼器即可對在無線電波覆蓋范圍內(nèi)的信息接收裝置進(jìn)行信息傳輸，具有覆蓋面廣、投資少、見效快的特點。經(jīng)在武漢、哈爾濱等地進(jìn)行的試驗表明？系統(tǒng)運行穩(wěn)定，數(shù)據(jù)傳輸可靠，對主信道信號沒有產(chǎn)生干擾，完全達(dá)到了設(shè)計要求。毫無疑問，該項技術(shù)的成功應(yīng)用，提供了一種新的信息傳輸手段，勢必對國民經(jīng)濟(jì)、社會生活產(chǎn)生深刻影響。

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