摘? 要： 闡述了利用調(diào)頻立體聲基帶傳送數(shù)據(jù)的技術(shù)原理,介紹了信息發(fā)送/接收系統(tǒng)的配置及實(shí)現(xiàn)方法,重點(diǎn)介紹了最新研制成功的、在系統(tǒng)中起關(guān)鍵作用的FM-RE602編碼器和RDS信息接收卡。
關(guān)鍵詞： 調(diào)頻立體聲? 廣播數(shù)據(jù)系統(tǒng)(RDS) 副載波? 同步
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在調(diào)頻立體聲廣播中傳送廣播數(shù)據(jù),是對(duì)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(yàn)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(diǎn)。該項(xiàng)技術(shù)的成功應(yīng)用,是對(duì)廣播頻率資源的再利用,為正在到來的信息社會(huì)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(gè)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(yàn)表明：在多徑傳輸條件下,中心頻率為導(dǎo)頻信號(hào)頻率(19kHz)的三倍并與之鎖相時(shí),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(duì)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(hào)一起構(gòu)成基帶調(diào)制信號(hào),再對(duì)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(hào)頻譜如圖1所示。
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在圖1中,RDS數(shù)據(jù)信號(hào)占用了57±2.4kHz的基帶頻率,它不會(huì)干擾立體聲廣播,也不會(huì)降低其質(zhì)量,同時(shí),它也不會(huì)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(hào)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(gè)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(gè)信息比特,10個(gè)校驗(yàn)比特。校驗(yàn)比特用作錯(cuò)誤識(shí)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。
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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(xiàng)式：
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相應(yīng)地生成矩陣G。發(fā)射端通過一個(gè)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(gè)塊特有的偏置字(10個(gè)比特)模二加,便產(chǎn)生一個(gè)26比特的數(shù)據(jù)系列。
接收端RDS解碼器獲得RDS時(shí)鐘信號(hào)和RDS數(shù)據(jù)信號(hào)。接收到的無差錯(cuò)的比特系列與校驗(yàn)矩陣H相乘,便得到偏置字所對(duì)應(yīng)的伴隨式(校驗(yàn)字),從而建立起數(shù)據(jù)流的塊同步和組同步。實(shí)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(jì)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(shí)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(jì)算機(jī)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(hào)編碼器,它接收主機(jī)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(hào)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(jī)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(tái)計(jì)算機(jī)和FM-602編碼器即可達(dá)到目的。
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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(jià)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(jī)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。
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該波形作為調(diào)制信號(hào),送往一個(gè)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(hào)(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(jié)存儲(chǔ)器中,并通過D/A變換器輸出對(duì)應(yīng)波形。FM-RE602編碼器硬件框圖如圖6所示。單片機(jī)MCU選用80C31,其串行通訊口經(jīng)MAX232芯片驅(qū)動(dòng)后,通過9針插頭三線(Tx,Rx,GND)方式接到主機(jī)。
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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(jì)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(hào),另一路為D/A輸出信號(hào),相乘得到抑制載波的信號(hào)。因?yàn)槭欠讲ㄕ{(diào)制,所以此信號(hào)包含許多諧波頻率成分。為得到純凈信號(hào),需經(jīng)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(hào)經(jīng)測(cè)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(tái)信號(hào)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(gè)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(jī)相似,包括高頻放大、混頻、中放等?；祛l信號(hào)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(hào)并輸出時(shí)鐘和數(shù)據(jù)。輸出的時(shí)鐘信號(hào)作為同步信號(hào)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)。
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????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(hào),但還需通過軟件方法找到同步字、糾錯(cuò)、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。
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利用調(diào)頻立體聲基帶信號(hào)傳送數(shù)據(jù)信息,只需在各地現(xiàn)有調(diào)頻臺(tái)的基礎(chǔ)上,在發(fā)射端增加一臺(tái)FM-RE602編碼器即可對(duì)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(diǎn)。經(jīng)在武漢、哈爾濱等地進(jìn)行的試驗(yàn)表明：系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定,數(shù)據(jù)傳輸可靠,對(duì)主信道信號(hào)沒有產(chǎn)生干擾,完全達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。毫無疑問,該項(xiàng)技術(shù)的成功應(yīng)用,提供了一種新的信息傳輸手段,勢(shì)必對(duì)國民經(jīng)濟(jì)、社會(huì)生活產(chǎn)生深刻影響。
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參考文獻(xiàn)
1 廣播電影電視總局科技信息研究所. 數(shù)據(jù)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(xué)出版社,1990
3 李 華.MCS51系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù).北京:北京航空航天出版社,1993