摘? 要： 闡述了利用調頻立體聲基帶傳送數據的技術原理,介紹了信息發送/接收系統的配置及實現方法,重點介紹了最新研制成功的、在系統中起關鍵作用的FM-RE602編碼器和RDS信息接收卡。
關鍵詞： 調頻立體聲? 廣播數據系統(RDS) 副載波? 同步
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在調頻立體聲廣播中傳送廣播數據,是對FM聲音廣播多工應用的重大發展。近年來,數據廣播在國際上發展非常迅速,并制定了相應的技術規范。如歐廣聯頒布的廣播數據系統(RDS)規范和美國的無線電廣播數據系統(RBDS)規范。在我國,數據廣播還在探索試驗階段。本系統采用RDS技術,結合自己研制的編碼器和接收裝置,利用各地現有調頻廣播富余頻帶傳送數據信息,具有覆蓋面積大、投資少、見效快的顯著特點。該項技術的成功應用,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的信息傳播媒體。
1 數據廣播原理
1.1技術原理
所謂RDS技術是利用調頻多工技術,在調頻廣播的富余頻帶內增設一個副載波信道,用以傳送數據信息。
根據國際無咨委(CCIR)組織的用各種副載波和調制方式所作的試驗表明：在多徑傳輸條件下,中心頻率為導頻信號頻率(19kHz)的三倍并與之鎖相時,所造成的干擾最小。因此,可以將所需發送的數據信息對57kHz的副載波進行抑制副載波的雙邊帶調幅,然后與立體聲復合信號一起構成基帶調制信號,再對VHF主載波調頻。帶有RDS信道的調頻立體聲廣播基帶調制信號頻譜如圖1所示。
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在圖1中,RDS數據信號占用了57±2.4kHz的基帶頻率,它不會干擾立體聲廣播,也不會降低其質量,同時,它也不會受到廣播節目的干擾。
1.2信息發送格式
按照RDS標準,廣播數據信號的發送采用數據塊連續重復的數據結構。最大的數據單元為一組,每個碼組由4塊組成,分別設為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、修正和數據同步。數據流的傳輸速率為1187.5bit/s。RDS數據格式如圖2所示。
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1.3 信源編碼及解碼
本系統所用編碼是一種最佳的糾正突發誤碼的縮短循環碼,其生成多項式：
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相應地生成矩陣G。發射端通過一個16信息比特m(x)與16×26的G矩陣相乘,所得結果再與每個塊特有的偏置字(10個比特)模二加,便產生一個26比特的數據系列。
接收端RDS解碼器獲得RDS時鐘信號和RDS數據信號。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的伴隨式(校驗字),從而建立起數據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據塊是A、B、C、D中的哪一塊,即實現了同步。
2 信息發射系統及編碼器
2.1發射系統框圖
計算機用來編輯將要發送的各種數據信息,如廣告、路況信息等,由控制管理程序通過RS232串行口發送到FM-RE602編碼器。FM-RE602是RDS信號編碼器,它接收主機發來的數據信息,并產生符合RDS規范的數據鏈,該數據流經過波形變換后,同57kHz的副載波信號進行抑制副載波的雙邊帶調幅,最后送到VHF/FM發射機上去。
從圖3可以看出,利用調頻立體聲廣播發送數據信息只需在原有基礎上增加一臺計算機和FM-602編碼器即可達到目的。
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2.2 FM-RE602編碼器
RDS編碼器是發射系統的重要部件,目前國內尚無此類產品,而國外RDS編碼器電路復雜、價格昂貴。為此,研制開發了符合RDS規范的FM-RE602編碼器。
編碼器從主機接收的數據信息是二進制的數據系列。由于矩形脈沖的頻譜很寬,在數據傳輸過程中為了節省頻帶,需要將二進制數據系列中的1和0分別變換成圖4所示的固定波形。
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該波形作為調制信號,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。
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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,FM-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字節存儲器中,并通過D/A變換器輸出對應波形。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MAX232芯片驅動后,通過9針插頭三線(Tx,Rx,GND)方式接到主機。
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圖6中,中斷的頻率為1187.5Hz,接到80C31的外部中斷0,CPU計數到26,就發送出一塊數據。其控制程序根據數據塊中的0和1的狀態從EPROM中取出相應的波形數據,經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,需經過帶通濾波,濾波器選用MAX275四階帶通濾波器,其f0=57kHz,Bf=4.8kHz, Q=f0/Bf=11.875。該信號經測試,完全符合RDS規范要求。
3 數據信息接收裝置
數據接收裝置即為分布在無線廣播電臺信號覆蓋范圍內的各種信息終端,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射端發送的各種信息。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。接收卡工作在調頻頻段內的某一特定頻率,因此前端部分與普通調頻收音機相似,包括高頻放大、混頻、中放等。混頻信號放大后,經過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據。輸出的時鐘信號作為同步信號接到MCU的外部中斷輸入口,由中斷服務程序通過P1.0口讀取數據。
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????通過硬件電路雖然能恢復出發射端送來的二進制系列的數據信號,但還需通過軟件方法找到同步字、糾錯、除去冗余位,將有效的數據信息通過串行口發送到信息顯示裝置,其軟件流程如圖8所示。
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利用調頻立體聲基帶信號傳送數據信息,只需在各地現有調頻臺的基礎上,在發射端增加一臺FM-RE602編碼器即可對在無線電波覆蓋范圍內的信息接收裝置進行信息傳輸,具有覆蓋面廣、投資少、見效快的特點。經在武漢、哈爾濱等地進行的試驗表明：系統運行穩定,數據傳輸可靠,對主信道信號沒有產生干擾,完全達到了設計要求。毫無疑問,該項技術的成功應用,提供了一種新的信息傳輸手段,勢必對國民經濟、社會生活產生深刻影響。
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參考文獻
1 廣播電影電視總局科技信息研究所. 數據廣播文集,1993,4
2 張鳴瑞,鄒世開.編碼理論.北京:北京航空航天大學出版社,1990
3 李 華.MCS51系列單片機實用接口技術.北京:北京航空航天出版社,1993