一、RDS簡介
按照標準(GB4311.3-84)規(guī)定，我國調(diào)頻廣播的頻率范圍為87.5~108MHz，為防止調(diào)頻臺間的相互干擾，規(guī)定各電臺之間的頻道間隔為200kHz，最大頻偏為75kHz，最高調(diào)制頻率為15kHz。即調(diào)頻立體聲廣播的基帶信號理論帶寬為53kHz、調(diào)頻單聲道廣播的基帶信號頻寬為15kHz，故在調(diào)頻廣播中，53-100kHz或5-100kHz的頻帶幾乎是閑置的，因此在每個調(diào)預(yù)頻道中，可擴展出多個副信道，不僅傳送多套節(jié)目，而且還可以傳送數(shù)據(jù)和其它信息，這充分利用了頻率資源和技術(shù)設(shè)備。這些技術(shù)我們稱之為調(diào)頻多工技術(shù)(多節(jié)目廣播、SCA、RDS)。其頻率分布如圖一所示。
圖一 調(diào)頻多工廣播頻譜分布圖
其中，RDS (Radio Digital System) 是由歐洲廣播聯(lián)盟 (EBU)于1984年提出的技術(shù)標準EBU 3244。該技術(shù)充分利用了現(xiàn)有調(diào)頻廣播的帶寬，不需要分配專門的帶寬，57KHz的副載波數(shù)據(jù)信號疊加在調(diào)頻節(jié)目頻段上，在接收音頻信號的同時可收到數(shù)字信號。數(shù)據(jù)內(nèi)容包括電臺名稱、節(jié)目類型、交通信息、標準時間、廣告信息等。現(xiàn)在常用的RDS模式，一般是指利用FM廣播的副載波攜帶數(shù)據(jù)資料的一種工作方式，如圖二所示。
圖二 RDS發(fā)射系統(tǒng)構(gòu)成
RDS硬件規(guī)范
副載波導(dǎo)頻:57KHz±6Hz，對主載波標稱頻偏±1.0KHz至±7.5KHz；
調(diào)制方法：PSK（相移鍵控）；
數(shù)據(jù)傳輸比特率：1187.5bit/s。
二、RDS數(shù)據(jù)格式
RDS的數(shù)據(jù)信號傳送是以為一個基本單元，一次有效的數(shù)據(jù)采集至少是一個完整的數(shù)據(jù)幀。一幀數(shù)據(jù)由4個數(shù)據(jù)塊組成，每個數(shù)據(jù)塊包含26比特數(shù)據(jù)位高16位是信息代碼，低10位是校驗碼和數(shù)據(jù)塊識別號(即圖中偏移量)。數(shù)據(jù)傳輸比特率是1187.5Hz。所以一幀數(shù)據(jù)共有104比特，傳輸時間約為87.6毫秒，也就是說每秒鐘可傳送148個字節(jié)的信息，除去冗余信息，有效的信息載荷為92字節(jié)。
圖三 RDS幀數(shù)據(jù)格式
三、RDS數(shù)據(jù)接收及處理
RDS接收機硬件主要包括微處理器、頻率合成調(diào)諧器、電源、功放和喇叭等，其中調(diào)諧器負責接收電臺信號。如圖四所示。
RDS解碼接收PSK數(shù)據(jù)流。微處理器對RDS數(shù)據(jù)流進行解析，同時控制接收機的頻率合成電路。人機界面中使用LCD或VFD顯示器，顯示電臺內(nèi)容、當?shù)貢r間、RDS播放信息等。
圖四 RDS接收機框圖
目前已經(jīng)有多家公司開發(fā)出了RDS接收解碼芯片，如PT2579S、SAA6588以及全集成的SI47XX系列等，接收芯片完成數(shù)據(jù)解調(diào)和信道解碼糾錯處理后，通過SPI輸出數(shù)據(jù)，為了及時響應(yīng)RDS解調(diào)器SPI接口送來的數(shù)據(jù),單片機MCU數(shù)字信號處理單元采用外部中斷方式來采集數(shù)據(jù)，RCLK接上升沿外部中斷輸入口，RDATA接單片機IO口。注意時鐘周期是842us，每次采集數(shù)據(jù)后在中斷服務(wù)程序中處理數(shù)據(jù)的時間不能太長，最好在200us 到300us以內(nèi)。
根據(jù)圖三的幀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)看出，一幀完整的數(shù)據(jù)傳輸?shù)捻樞蚴菙?shù)據(jù)塊1、數(shù)據(jù)塊2、數(shù)據(jù)塊3、數(shù)據(jù)塊4，而每個數(shù)據(jù)塊的26個位傳輸順序是高位在前，即先傳輸右邊高位數(shù)據(jù)。要接收一幀完整的數(shù)據(jù)，首先要以數(shù)據(jù)塊1作為數(shù)據(jù)同步、然后可以按順序分別接收其它三個數(shù)據(jù)塊。如果某一數(shù)據(jù)塊出現(xiàn)接收錯誤，其他該幀已接受數(shù)據(jù)必須丟棄，重新同步。
3.1第一階段數(shù)據(jù)塊1接收和同步
定義位長16比特的數(shù)據(jù)存儲數(shù)組R_buf4,用于存放4 數(shù)據(jù)的有效信息，即每個數(shù)據(jù)塊的高16位。設(shè)置長度為4字節(jié)的數(shù)據(jù)接收緩沖器Rbuf，共有32比特。其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下：
其中D15-D0是16比特信息數(shù)據(jù)，X是不用的6 比特位。
C9-C0是10比特包含有信息數(shù)據(jù)的校驗碼和數(shù)據(jù)塊同步字。
每次中斷接收到1位數(shù)據(jù)后，Rbuf各位邏輯左移一位，新的數(shù)據(jù)位存入右邊最低位數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)變化如下:
其中Bi為新接收的數(shù)據(jù)位，注意未使用的6比特XXXXXX不參與左移運算。
因為RCLK是持續(xù)輸出的接收時鐘，即使在無RDS數(shù)據(jù)的時候也是如此。因此為了確定Rbuf是否收完了一個數(shù)據(jù)塊1,每次新接收一位數(shù)據(jù)都需要對Rbuf進行一次CRC校驗和同步字的判斷。RDS校驗碼的生成多項式為:
根據(jù)該多項式對高16位數(shù)據(jù)進行CRC校驗碼計算得到校驗碼Drc再和低10位數(shù)據(jù)做異或運算,如果該運算結(jié)果等于數(shù)據(jù)塊1的同步字偏量A，則表明數(shù)據(jù)塊1的數(shù)據(jù)接收正確完成。Rbuf的高16位數(shù)據(jù)就是數(shù)據(jù)塊1的有效信息代碼。接收流程如圖五所示。
圖五 數(shù)據(jù)塊1接收程序流程圖
3.2數(shù)據(jù)的其它三個數(shù)據(jù)塊的接收
一旦數(shù)據(jù)塊1正確接收并完成同步后，就可以用計數(shù)的方式進行其它三個數(shù)據(jù)塊的接收。每接收26比特的數(shù)據(jù)就做一次CRC校驗和塊同步確認，算法和3.1介紹的一樣。但是偏移量A需要分別換為偏移量B、偏移量C、偏移量D。每次數(shù)據(jù)塊正確接收后就存入相應(yīng)的接受緩沖區(qū)Rbuf，直到數(shù)據(jù)塊4接收完成，為了保證數(shù)據(jù)的正確性，每當校驗結(jié)果出現(xiàn)錯誤，都必須重新回到數(shù)據(jù)塊1的接收階段又從數(shù)據(jù)同步開始。
四、RDS應(yīng)急廣播技術(shù)應(yīng)用
1991年RDS首次在中國推介,至1995年,啟用RDS廣播的中華人民共和國國家標準《廣播數(shù)據(jù)系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》出臺(GB/T15770-1995)由此拉開了我國RDS技術(shù)的應(yīng)用帷幕。在技術(shù)上應(yīng)用項目上都提出了相應(yīng)的解決方案，RDS完全可以跳出交通廣播的局限，成為當代信息社會信息發(fā)布的又一重要渠道。近年來我國已開發(fā)了多種應(yīng)用系統(tǒng)，可以廣泛用于智能交通、農(nóng)業(yè)防災(zāi)減災(zāi)、政府公眾信息發(fā)布、固定和移動載體廣告、新農(nóng)村“村村響”廣播、教育、氣象信息發(fā)布等諸多領(lǐng)域，具有較好的發(fā)展前景。
自然災(zāi)害、氣象預(yù)警信息發(fā)布系統(tǒng)，利用各地已有的調(diào)頻廣播電臺或有線電視系統(tǒng)，加上RDS編碼器后，既可實現(xiàn)無線方式的預(yù)警信息發(fā)布，又可以通過有線電視實現(xiàn)共纜信息發(fā)布，多渠道、多途徑解決快速預(yù)警發(fā)布的難題，在國家或者省一級大型預(yù)警信息發(fā)布系統(tǒng)中，利用RDS的自動信息識別功能，還可以自動尋找預(yù)警信道和預(yù)警信息，在防災(zāi)減災(zāi)和建設(shè)和諧社會過程中都具有十分重要的意義。