Введение

Стандарт протокола связи в FM-радиовещании Radio Data System (RDS) — это стандарт протокола связи для внедрения небольшого объема цифровой информации в обычные FM-радиовещания. RDS стандартизирует несколько типов передаваемой информации, включая время, идентификацию станции и информацию о программе. Стандарт был разработан в рамках проекта Европейского вещательного союза (EBU), но впоследствии стал международным стандартом Международной электротехнической комиссии (IEC). Radio Broadcast Data System (RBDS) — официальное название, используемое для американской версии RDS. Эти два стандарта незначительно отличаются, и приемники могут работать с любой системой, с небольшими неточностями в отображаемых данных. Обе версии передают данные со скоростью 1187 бит в секунду (около 1,2 кбит/с) на поднесущей частотой 57 кГц, что соответствует ровно 48 циклам поднесущей на каждый бит данных. Поднесущая RBDS/RDS настроена на третью гармонику стереопилотного сигнала FM частотой 19 кГц, чтобы минимизировать помехи и интермодуляцию между сигналом данных, стереопилотом и стереодифференциальным сигналом DSB SC частотой 38 кГц. (Стереодифференциальный сигнал простирается до 38 кГц + 15 кГц = 53 кГц, оставляя 4 кГц для нижней боковой полосы сигнала RDS). Данные передаются с кодом коррекции ошибок, но приемники могут использовать его только для обнаружения ошибок без их исправления. RDS определяет множество функций, включая способы "упаковки" частных (внутренних) или других неопределенных функций в неиспользуемые группы программ.

Разработка

RDS был вдохновлен разработкой системы Autofahrer Rundfunk Informationssystem (ARI) в Германии Институтом радиотехники (IRT) и компанией Blaupunkt. ARI использовал 57 кГц поднесущую для индикации наличия информации о дорожном движении в FM-вещании. Технический комитет EBU инициировал проект на своем заседании в Париже в 1974 году с целью разработки технологии, аналогичной ARI, но более гибкой и обеспечивающей автоматическую перестройку приемника в случае, если одна и та же радиопрограмма передавалась вещательной сетью на нескольких различных частотах. Система модуляции была основана на системе, используемой в шведской системе пейджинга, а кодирование базовой полосы было новой разработкой, в основном осуществленной Британской вещательной корпорацией (BBC) и IRT. EBU опубликовал первую спецификацию RDS в 1984 году. Впоследствии в стандарт были добавлены улучшения функциональности альтернативных частот, и он был опубликован как стандарт Европейского комитета по электротехнической стандартизации (CENELEC) в 1990 году.

Поддержка RDS

Что касается реализации, большинство автомобильных стереосистем будут поддерживать как минимум AF, EON, REG, PS и TA/TP. Более дорогие стереосистемы предложат TMC, RT и/или PTY, возможно, с функцией приоритетного отображения "NEWS". Домашние системы, особенно hi-fi ресиверы, в основном будут поддерживать функции PS, RT и PTY. Благодаря более доступным и компактным решениям, растет число реализаций RDS в портативных аудио- и навигационных устройствах.

Совместимость RDS

Поднесущая RDS на 57 кГц занимает ±2 кГц композитного спектра, что теоретически обеспечивает ее положение выше верхней частоты среза стереоподнесущей на 53 кГц. Однако частота среза 53 кГц полностью зависит от характеристик 15 кГц низкочастотных фильтров, используемых перед стереокодером. В старом оборудовании эти фильтры были рассчитаны главным образом на защиту пилотного сигнала 19 кГц и иногда не обеспечивали достаточной защиты поднесущей RDS при значительном объеме стереоинформации. В таких ситуациях устройства стереорасширения в сочетании с агрессивной обработкой звука могли сделать поднесущую RDS невоспринимаемой. Композитные ограничители сигнала также могут ухудшить качество поднесущей RDS из-за гармоник, возникающих при ограничении. Более современные композитные ограничители включают фильтрацию для защиты поднесущей RDS. Поднесущая RDS обычно использует отклонение несущей 2–4 кГц. Следовательно, доступное для программного материала отклонение уменьшается на эту величину, при условии, что не превышен обычный предел отклонения 75 кГц.

Канал данных (физический уровень)

Физический уровень стандарта описывает, как битовый поток извлекается из радиосигнала. Аппаратное обеспечение RDS сначала демодулирует несущую RDS частотой 57 кГц для извлечения дифференциально-манчестерского кодированного сигнала, который содержит как тактовую частоту битов, так и дифференциально кодированный битовый поток. Это позволяет декодеру RDS быть устойчивым к инверсии фазы входного сигнала.

Кодирование базовой полосы (слой связи данных)

На уровне канального уровня 26 последовательных битов формируют "блок", состоящий из 16 битов данных и 10 битов коррекции ошибок. Четыре блока составляют 104-битную "группу". Биты коррекции ошибок также кодируют "смещение" или номер блока в группе из четырех блоков. Коррекция ошибок выполняется с использованием 10-битной циклической проверки избыточности с полиномом (предварительная и пост-инверсия не используются, так как они не требуются при поле данных фиксированного размера). CRC также суммируется с одним из пяти слов "смещения", идентифицирующих блок: A, B, C, C′ или D. Четыре последовательных блока (ABCD или ABC′D) образуют "группу" из 104 бит (64 бита данных + 40 битов проверки). Передается чуть более 11,4 групп в секунду. Между блоками нет промежутков. Приемник синхронизируется с группами и блоками, проверяя CRC для каждого 26-битного блока, пока не будет достигнута синхронизация. После синхронизации (когда слово смещения предсказуемо), код способен исправлять до 5 последовательных битовых ошибок. Эта базовая модуляция и структура блоков были первоначально разработаны для протокола "мобильного поиска" MBS (radiomessagerie), с той разницей, что MBS (или североамериканский эквивалент MMBS "модифицированный MBS") не использует слово смещения. Чтобы обеспечить взаимодействие этих двух систем (и позволить FM-радиостанциям передавать данные RBDS, сохраняя при этом свои контракты на пейджеры), стандарт RBDS определяет шестое слово смещения, равное нулю – E. Группы из четырех блоков E могут смешиваться с группами RBDS и игнорироваться приемниками RBDS. (Аналогично, слова смещения RBDS выбираются таким образом, чтобы восприниматься приемниками MBS как неисправимые ошибки.) Данные в каждом блоке (и группе) передаются, начиная со старшего значащего бита, и, следовательно, нумеруются от бита 15 (передается первым) до бита 0 (передается последним). Наиболее часто передаваемой информацией является 16-битный код "идентификации программы", идентифицирующий передающую радиостанцию. Блоки A и C′ всегда содержат код PI; смещение C используется, когда третий блок содержит другую информацию.

Тип группы

Это краткий список полных типов групп. Каждый тип группы может иметь доступную вторичную версию.

Тип группы | Значение бита | Сообщение версии A | Сообщение версии B
------- | -------- | -------- | --------
00000 | | Только базовая информация о настройке и переключении |
10001 | | Номер программы и код медленной маркировки | Номер программы
20010 | | Радиотекст |
30011 | | Идентификация приложения для приложений открытых данных | Приложения открытых данных
40100 | | Время и дата | Приложения открытых данных
и т.д. | и т.д. | |

Программа движения

Это можно рассматривать как дополнительный бит типа программы, указывающий на то, что станция вещает регулярные сообщения о дорожной обстановке. Включение этого бита в каждую группу позволяет приемнику быстро находить станции, транслирующие сообщения о дорожном движении. Другой бит, объявление о дорожной обстановке (TA), передается в блоках типов 0A, 0B и 15B, чтобы сигнализировать о том, что сообщение находится в эфире. Часто бывает, что передатчики, ведущие одинаковое вещание, транслируют периодические местные сообщения о дорожной обстановке, адаптированные для каждого конкретного передатчика. Бит объявления о дорожной обстановке сообщает приемнику, что идет вещание, специфичное для данного передатчика, и ему следует избегать переключения частоты во время его трансляции. (В блоке типа 14B существует другая форма бита объявления о дорожной обстановке, указывающая на наличие объявления о дорожной обстановке на другой частоте, чтобы радиоприемники могли автоматически переключаться на нее.)

Примеры сообщений RDS

Это не исчерпывающие примеры, охватывающие лишь простые сообщения, такие как название станции, текст радиопередачи и дата/время.

Пример использования RDS

На следующих изображениях показано, как RDS может использоваться на FM-радиостанции. Первые три изображения демонстрируют дисплей портативного радио Sony XDR S1 DAB/FM/MW/LW. Второе и третье изображения были сделаны, когда радио было настроено на радиостанцию Trent FM в Ноттингеме.

Чипсеты декодера RDS

Такие компании, как ST Microelectronics, Silicon Labs в Остине, штат Техас, и NXP Semiconductors (ранее Philips), предлагают однокристальные решения, используемые в этих устройствах.