RDS信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)探析

章蓉蓉

（福建省廣播電視傳輸發(fā)射中心105臺(tái)，福建 泉州 362000）

1 調(diào)頻立體聲廣播中的RDS信號(hào)

調(diào)頻立體聲廣播是采用立體聲技術(shù)的無(wú)線廣播，主要通過(guò)設(shè)備使聲音從兩個(gè)相對(duì)的位置到達(dá)人耳，以產(chǎn)生立體聲感。我國(guó)立體聲廣播的頻段是87.5～108 MHz。從基帶信號(hào)的頻譜上看，30 Hz至15 kHz為主信道頻譜區(qū)間，傳輸?shù)氖亲?、右兩聲道的和信?hào)（L+R）；23 kHz至53 kHz為副信道頻譜區(qū)間，傳輸?shù)氖亲蟆⒂覂陕暤赖牟钚盘?hào)（L-R）；而57 kHz±1.1 875 kHz的頻譜區(qū)間加載了RDS信號(hào)，作為廣播系統(tǒng)的功能上的擴(kuò)展，并不干擾原來(lái)的立體聲廣播，按照歐洲廣播聯(lián)盟（European Broadcasting Union，EBU）規(guī)定的傳輸格式，在其上主要傳送收音機(jī)輔助調(diào)諧用的數(shù)字信息[1]。另外，其中還應(yīng)包括19 kHz的導(dǎo)頻信號(hào)，這也是一個(gè)重要的信號(hào)，也需要在接收端精準(zhǔn)恢復(fù)。

2 RDS信號(hào)的產(chǎn)生與調(diào)制

上面提到的是調(diào)頻立體聲廣播的基帶信號(hào)，這一信號(hào)還將進(jìn)一步調(diào)頻于VHF段的主載波。國(guó)際無(wú)線電咨詢委員會(huì)（International Radio Consultative Committee，CCIR）組織的用各種副載波和調(diào)制方式所作的試驗(yàn)表明：在多徑傳輸條件下，中心頻率為導(dǎo)頻信號(hào)頻率（19 kHz）的三倍并與之鎖相時(shí)，所造成的干擾最小[2]。因此，基帶信號(hào)中的RDS信號(hào)是包含有所需發(fā)送的數(shù)據(jù)信息的載波為57 kHz的抑制載波雙邊帶調(diào)幅信號(hào)。

RDS信號(hào)的產(chǎn)生主要涉及兩個(gè)模塊，一個(gè)是差分編碼器，另一個(gè)是雙相編碼器。其中，差分編碼器的主要作用是完成曼徹斯特編碼，而雙相編碼器的作用是將差分編碼器產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)。RDS信號(hào)產(chǎn)生的原理如圖1所示。

圖1 RDS信號(hào)的產(chǎn)生原理

57 kHz振蕩器產(chǎn)生一個(gè)57 kHz的副載波信號(hào)，經(jīng)過(guò)一次24分頻和一次2分頻后，得到RDS數(shù)據(jù)流信息的波特率控制信號(hào)，使RDS數(shù)據(jù)流信息波特率為1.1 875 b·s-1。數(shù)據(jù)流經(jīng)過(guò)差分編碼器后輸出曼徹斯特碼，其編碼規(guī)則如表1所示。

表1 差分曼徹斯特編碼規(guī)則

當(dāng)輸入數(shù)據(jù)電平為低電平時(shí)，輸出保持前一時(shí)刻狀態(tài)不變；當(dāng)輸入為高電平時(shí)，輸出將翻轉(zhuǎn)為前一時(shí)刻狀態(tài)的補(bǔ)碼。曼徹斯特編碼一共有兩種實(shí)現(xiàn)方式，第一種由THOMAS G E，ANDREW S T于1949年提出，位中間電平從低到高跳變表示“0”，從高到低跳變表示“1”；第二種由IEEE 802.4（令牌總線）和低速版的IEEE 802.3（以太網(wǎng)）標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，位中間電平從低到高跳變表示“1”，從高到低跳變表示“0”。這樣需要根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景來(lái)區(qū)分究竟使用何種編碼方式，容易產(chǎn)生歧義。而RDS信號(hào)差分編碼器采用的編碼方式叫做差分曼徹斯特編碼，其好處是收發(fā)雙方可以根據(jù)編碼自帶的時(shí)鐘信號(hào)來(lái)保持同步，無(wú)需專(zhuān)門(mén)傳遞同步信號(hào)的線路，因此成本低；但相比于曼徹斯特編碼來(lái)說(shuō)，其實(shí)現(xiàn)技術(shù)較復(fù)雜。差分曼徹斯特編碼關(guān)系可用以下式子描述：Dk=Bk⊕Dk-1，其中Bk為絕對(duì)二進(jìn)制數(shù)列，Dk為相對(duì)二進(jìn)制數(shù)列。

經(jīng)過(guò)曼徹斯特差分編碼后的信息仍需要進(jìn)行雙相編碼，即采用相位偏離180度的二相相移鍵控（BPSK），將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成更適合在信道上傳輸?shù)哪M信號(hào)。RDS相關(guān)規(guī)范規(guī)定：差分編碼輸出的非歸零碼變換為極性脈沖，碼元1變換為正極性脈沖，碼元0變換為負(fù)極性脈沖[3]。經(jīng)過(guò)NRZ極性脈沖轉(zhuǎn)換器后的信號(hào)e(t)可表示為

式中：td為RDS信號(hào)的變化周期，其值大小為此時(shí)產(chǎn)生的信號(hào)存在較多的突變，這樣會(huì)占用比較大的帶寬，不利于信號(hào)的傳輸，因此需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波整形。濾波整形采用余弦滾降濾波器，其本質(zhì)上是一個(gè)低通濾波器，其滾降因子會(huì)對(duì)波形的幅度產(chǎn)生一定影響。濾除高頻成分后，在保證信號(hào)傳輸?shù)耐瑫r(shí)，也降低了信號(hào)所占用的帶寬。

經(jīng)過(guò)濾波，RDS信號(hào)的編碼基本完成，但還需要將其頻移至57 kHz副載波上，形成抑制副載波雙邊帶調(diào)幅信號(hào)。此時(shí)的信號(hào)就可以稱為RDS基帶信號(hào)，其頻帶為57 kHz±2.4 kHz，RDS信號(hào)的能量在整個(gè)基帶信號(hào)中占比約為5%。

3 RDS信號(hào)的接收與解調(diào)

RDS信號(hào)的解調(diào)系統(tǒng)如圖2所示。其中，信號(hào)輸入端輸入的是RDS基帶信號(hào)，該信號(hào)是由接收器所接收到的調(diào)頻信號(hào)經(jīng)過(guò)頻率解調(diào)、相應(yīng)濾波后產(chǎn)生。為了獲得57 kHz副載波信號(hào)，需要從基帶信號(hào)中獲取19 kHz導(dǎo)頻信號(hào)后，利用倍頻電路產(chǎn)生[4]。必須注意的是，這里的57 kHz副載波信號(hào)是與原調(diào)制端的57 kHz副載波同頻同相的。獲得57 kHz副載波信號(hào)后，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行48倍分頻，即可得到RDS時(shí)鐘信號(hào)。這個(gè)時(shí)鐘信號(hào)將用于RDS信號(hào)的解碼。同時(shí)，57 kHz的副載波信號(hào)通過(guò)同步解調(diào)器對(duì)RDS基帶信號(hào)進(jìn)同步解調(diào)，此時(shí)獲得的信號(hào)帶寬為2.4 kHz。加入一個(gè)2.4 kHz的余弦滾降濾波器，濾除高頻部分后，即可獲得包含有RDS信息的NRZ雙極性脈沖信號(hào)。

為了更清晰地了解雙相譯碼器，將圖2中的雙相譯碼器簡(jiǎn)化，形成如圖3所示的簡(jiǎn)圖。由圖3可知，雙相譯碼器主要執(zhí)行波形相位調(diào)整和積分這兩個(gè)操作，其具體的控制過(guò)程可簡(jiǎn)述如下。

圖2 RDS信號(hào)的解調(diào)系統(tǒng)框圖

圖3 雙相譯碼器示意圖

（1）積分電路的輸入端有一個(gè)受控開(kāi)關(guān)，此開(kāi)關(guān)受到RDS時(shí)鐘信號(hào)的控制，每半個(gè)RDS時(shí)鐘周期切換一次。在前半個(gè)周期中，受控開(kāi)關(guān)打在倒相網(wǎng)絡(luò)端，此時(shí)信號(hào)將進(jìn)行翻轉(zhuǎn)；而后半個(gè)周期時(shí)，受控開(kāi)關(guān)打在正常輸出端。因?yàn)镽DS信號(hào)在編碼時(shí)采用的是差分曼徹斯特編碼而后又經(jīng)過(guò)NRZ雙極性脈沖變換，其對(duì)應(yīng)的“1”和“0”的波形，在時(shí)域上是關(guān)于時(shí)間軸對(duì)稱的。在受控開(kāi)關(guān)的作用下，輸入到積分電路的信號(hào)，其對(duì)應(yīng)的“1”均處在時(shí)間軸的下方，而“0”所對(duì)應(yīng)的波形則處在時(shí)間軸的上方?？偠灾?，“0”的波形全為正，“1”的波形全為負(fù)。

（2）在積分電路中，同樣存在著一個(gè)受RDS時(shí)鐘信號(hào)控制的開(kāi)關(guān)。此開(kāi)關(guān)的主要作用是清零積分電路，并在每一個(gè)RDS周期開(kāi)始時(shí)進(jìn)行動(dòng)作。在積分電路的作用下，“0”所對(duì)應(yīng)的波形得到了一個(gè)較大的正值，而“1”所對(duì)應(yīng)的波形得到一個(gè)較大的負(fù)值，經(jīng)過(guò)施密特觸發(fā)器進(jìn)行整形后，就可以得到一個(gè)較易識(shí)別的信號(hào)序列，同時(shí)清零開(kāi)關(guān)會(huì)在下一組信號(hào)到來(lái)的時(shí)候?qū)Ψe分電路進(jìn)行清零，從而確保新的積分操作順利進(jìn)行。

之后的信號(hào)輸入到差分譯碼器中，最終解調(diào)出RDS信號(hào)。其譯碼的規(guī)律可以歸納為表2，至此，RDS解調(diào)過(guò)程結(jié)束[5]。

表2 差分曼徹斯特碼解碼規(guī)則

4 結(jié) 語(yǔ)

本文簡(jiǎn)述了RDS信號(hào)的調(diào)制和解調(diào)過(guò)程。RDS技術(shù)能夠提供強(qiáng)大的綜合性數(shù)據(jù)服務(wù)，可以節(jié)省有限的頻率資源，具有兼容性較好、設(shè)備投入成本低等特點(diǎn)，能夠?yàn)槌鞘械慕煌ò踩V播的接收質(zhì)量以及天氣信息的播報(bào)提供更多的便利。隨著我國(guó)廣播事業(yè)的發(fā)展，在完善的廣播體系下，RDS技術(shù)必將煥發(fā)出時(shí)代的光芒。