利用調頻立體聲基帶傳送數據信息的原理及實(shí)現
[日期：2008-8-7 17:06:00] 作者：未知 來(lái)源：
作者：北京航空航天大學(xué)必系聲發(fā)射研究室（100083）李 華 鄭 明 范 雄 廣播電影電視總局信息網(wǎng)絡(luò )中心（
100031）李 晴 來(lái)源：《電子技術(shù)應用》
摘要：闡述了利用調頻立體聲基帶傳送數據的技術(shù)原理，介紹了信息發(fā)送/接收系統的配置及實(shí)現方法，重點(diǎn)介紹了最新研制成功的、在系統中起關(guān)鍵作用的FM-RE602編碼器和RDS信息接收卡。 關(guān)鍵詞：調頻立體聲 廣播數據系統（RDS） 副載波 同步 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(fā)展。近年來(lái)，數據廣播在國際上發(fā)展非常迅速，并制定了相應的技術(shù)規范。如歐廣聯(lián)頒布的廣播數據系統（RDS）規范和美國的無(wú)線(xiàn)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(shù)，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(jiàn)效快的顯著(zhù)特點(diǎn)。該項技術(shù)的成功應用，是對廣播頻率資源的再利用，為正到來(lái)的信息社會(huì )提供一種先進(jìn)的信息傳播媒體。 1 數據廣播原理 1.1 技術(shù)原理 所謂RDS技術(shù)是利用調頻多工技術(shù)，在調頻廣播的富余頻帶內增個(gè)副載波信道，用以傳送數據信息。 根據國際無(wú)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(shí)，所造成的干擾最小。因此，可以將所需發(fā)送的數據信息對57kHz的副載波進(jìn)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。 在圖1中，RDS數據信號占用了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 )受到廣播節目的干擾。 1.2 信息發(fā)送格式 按照RDS標準，廣播數據信號的發(fā)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(gè)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(gè)信息比特，10個(gè)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。 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(fā)誤碼的縮短循環(huán)碼，其生成多項式： g(x)=x10+x8+x7+x5+x4+x3+1 相應地生成矩陣G。發(fā)射端通過(guò)一個(gè)16信息比特m(x)與16×26的G矩陣相乘，所得結果再與每個(gè)塊特有的偏置字（10個(gè)比特）模二加，便產(chǎn)生一個(gè)26比特的數據系數。 接收端RDS***獲得RDS時(shí)鐘信號和RDS數據信號。接收到的無(wú)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(shí)際上，把偏置字加到每一聲里，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(méi)有別的誤碼，在收到的信息里就能通過(guò)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(shí)現了同步。 2 信息發(fā)射系統及編碼器 2.1 發(fā)射系統框圖 計算機用來(lái)編輯將要發(fā)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(guò)RS232串行口發(fā)送到FM-RE602編碼器。FM-RE602是RDS信號編碼器，它接收主機發(fā)來(lái)的數據信息，并產(chǎn)生符合RDS規范的數據鏈，該數據流經(jīng)過(guò)波形變換后，同57kHz的副載波信號進(jìn)行抑制副載波的雙邊帶調幅，最后送到VHF/FM發(fā)射機上去。 從圖3可以看出，利用調頻立體聲廣播發(fā)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。 2.2 FM-RE602編碼器 RDS編碼器是發(fā)射系統的重要部件，目前國內尚無(wú)此類(lèi)產(chǎn)品，而國外RDS編碼器電路復雜，價(jià)格昂貴。為此，研制開(kāi)發(fā)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(jìn)制的數據系列。由于矩形脈沖的頻譜很寬，在數據傳輸過(guò)程中為了節省頻帶，需要將二進(jìn)制數據系列中的1和0分別變換成圖4所示的固定波形。 該波形作為調制信號，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（DPSK），其頻譜分布如圖5所示。 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(guò)D/A變換器輸出對應波形。FMRE602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(jīng)
MAX232芯片驅動(dòng)后，通過(guò)9針插頭三線(xiàn)（Tx,Rx,GND）方式接到主機。 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(fā)送到一塊數據。其控制程序根據數據塊中的0和1的狀態(tài)從EPROM中取出相應的波形數據，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，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。為得到了純凈信號，需經(jīng)過(guò)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(wú)線(xiàn)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(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，從而使名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?；祛l信號放大后，經(jīng)過(guò)57kHz帶通濾波器，送到RDS解碼芯片。RDS解碼芯片選用SAA65579T，它直接采樣輸入信號并輸出時(shí)鐘和數據。輸出的時(shí)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(wù)程序通過(guò)P1.0口讀取數據。 通過(guò)硬件電路雖然能恢復出發(fā)射端送來(lái)的二進(jìn)制系列的數據信號，但還需通過(guò)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(guò)串行口發(fā)送到信息顯示裝置，其軟件流程如圖8所示。 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(fā)射端增加一臺FMRE602編碼器即可對無(wú)綞電波覆蓋范圍內的信息接收裝置進(jìn)行信息傳輸，具有覆蓋面廣、投資少、見(jiàn)效快的特點(diǎn)。經(jīng)在武漢、哈爾濱等進(jìn)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(méi)有產(chǎn)生干擾，完全達到了設計要求。毫無(wú)疑問(wèn)，該項技術(shù)的成功應用，提供了一種新的信息傳輸手段，勢必對國民經(jīng)濟、社會(huì )生活產(chǎn)生深刻影響。
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