RDS信號的調制與解調探析

章蓉蓉

（福建省廣播電視傳輸發射中心105臺，福建 泉州 362000）

1 調頻立體聲廣播中的RDS信號

調頻立體聲廣播是采用立體聲技術的無線廣播，主要通過設備使聲音從兩個相對的位置到達人耳，以產生立體聲感。我國立體聲廣播的頻段是87.5～108 MHz。從基帶信號的頻譜上看，30 Hz至15 kHz為主信道頻譜區間，傳輸的是左、右兩聲道的和信號（L+R）；23 kHz至53 kHz為副信道頻譜區間，傳輸的是左、右兩聲道的差信號（L-R）；而57 kHz±1.1 875 kHz的頻譜區間加載了RDS信號，作為廣播系統的功能上的擴展，并不干擾原來的立體聲廣播，按照歐洲廣播聯盟（European Broadcasting Union，EBU）規定的傳輸格式，在其上主要傳送收音機輔助調諧用的數字信息[1]。另外，其中還應包括19 kHz的導頻信號，這也是一個重要的信號，也需要在接收端精準恢復。

2 RDS信號的產生與調制

上面提到的是調頻立體聲廣播的基帶信號，這一信號還將進一步調頻于VHF段的主載波。國際無線電咨詢委員會（International Radio Consultative Committee，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（19 kHz）的三倍并與之鎖相時，所造成的干擾最小[2]。因此，基帶信號中的RDS信號是包含有所需發送的數據信息的載波為57 kHz的抑制載波雙邊帶調幅信號。

RDS信號的產生主要涉及兩個模塊，一個是差分編碼器，另一個是雙相編碼器。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生的數字信號轉換成模擬信號。RDS信號產生的原理如圖1所示。

圖1 RDS信號的產生原理

57 kHz振蕩器產生一個57 kHz的副載波信號，經過一次24分頻和一次2分頻后，得到RDS數據流信息的波特率控制信號，使RDS數據流信息波特率為1.1 875 b·s-1。數據流經過差分編碼器后輸出曼徹斯特碼，其編碼規則如表1所示。

表1 差分曼徹斯特編碼規則

當輸入數據電平為低電平時，輸出保持前一時刻狀態不變；當輸入為高電平時，輸出將翻轉為前一時刻狀態的補碼。曼徹斯特編碼一共有兩種實現方式，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）標準規定，位中間電平從低到高跳變表示“1”，從高到低跳變表示“0”。這樣需要根據應用場景來區分究竟使用何種編碼方式，容易產生歧義。而RDS信號差分編碼器采用的編碼方式叫做差分曼徹斯特編碼，其好處是收發雙方可以根據編碼自帶的時鐘信號來保持同步，無需專門傳遞同步信號的線路，因此成本低；但相比于曼徹斯特編碼來說，其實現技術較復雜。差分曼徹斯特編碼關系可用以下式子描述：Dk=Bk⊕Dk-1，其中Bk為絕對二進制數列，Dk為相對二進制數列。

經過曼徹斯特差分編碼后的信息仍需要進行雙相編碼，即采用相位偏離180度的二相相移鍵控（BPSK），將數字信號轉換成更適合在信道上傳輸的模擬信號。RDS相關規范規定：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變換為負極性脈沖[3]。經過NRZ極性脈沖轉換器后的信號e(t)可表示為

式中：td為RDS信號的變化周期，其值大小為此時產生的信號存在較多的突變，這樣會占用比較大的帶寬，不利于信號的傳輸，因此需要對信號進行濾波整形。濾波整形采用余弦滾降濾波器，其本質上是一個低通濾波器，其滾降因子會對波形的幅度產生一定影響。濾除高頻成分后，在保證信號傳輸的同時，也降低了信號所占用的帶寬。

經過濾波，RDS信號的編碼基本完成，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幅信號。此時的信號就可以稱為RDS基帶信號，其頻帶為57 kHz±2.4 kHz，RDS信號的能量在整個基帶信號中占比約為5%。

3 RDS信號的接收與解調

RDS信號的解調系統如圖2所示。其中，信號輸入端輸入的是RDS基帶信號，該信號是由接收器所接收到的調頻信號經過頻率解調、相應濾波后產生。為了獲得57 kHz副載波信號，需要從基帶信號中獲取19 kHz導頻信號后，利用倍頻電路產生[4]。必須注意的是，這里的57 kHz副載波信號是與原調制端的57 kHz副載波同頻同相的。獲得57 kHz副載波信號后，通過對其進行48倍分頻，即可得到RDS時鐘信號。這個時鐘信號將用于RDS信號的解碼。同時，57 kHz的副載波信號通過同步解調器對RDS基帶信號進同步解調，此時獲得的信號帶寬為2.4 kHz。加入一個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。

為了更清晰地了解雙相譯碼器，將圖2中的雙相譯碼器簡化，形成如圖3所示的簡圖。由圖3可知，雙相譯碼器主要執行波形相位調整和積分這兩個操作，其具體的控制過程可簡述如下。

圖2 RDS信號的解調系統框圖

圖3 雙相譯碼器示意圖

（1）積分電路的輸入端有一個受控開關，此開關受到RDS時鐘信號的控制，每半個RDS時鐘周期切換一次。在前半個周期中，受控開關打在倒相網絡端，此時信號將進行翻轉；而后半個周期時，受控開關打在正常輸出端。因為RDS信號在編碼時采用的是差分曼徹斯特編碼而后又經過NRZ雙極性脈沖變換，其對應的“1”和“0”的波形，在時域上是關于時間軸對稱的。在受控開關的作用下，輸入到積分電路的信號，其對應的“1”均處在時間軸的下方，而“0”所對應的波形則處在時間軸的上方。總而言之，“0”的波形全為正，“1”的波形全為負。

（2）在積分電路中，同樣存在著一個受RDS時鐘信號控制的開關。此開關的主要作用是清零積分電路，并在每一個RDS周期開始時進行動作。在積分電路的作用下，“0”所對應的波形得到了一個較大的正值，而“1”所對應的波形得到一個較大的負值，經過施密特觸發器進行整形后，就可以得到一個較易識別的信號序列，同時清零開關會在下一組信號到來的時候對積分電路進行清零，從而確保新的積分操作順利進行。

之后的信號輸入到差分譯碼器中，最終解調出RDS信號。其譯碼的規律可以歸納為表2，至此，RDS解調過程結束[5]。

表2 差分曼徹斯特碼解碼規則

4 結 語

本文簡述了RDS信號的調制和解調過程。RDS技術能夠提供強大的綜合性數據服務，可以節省有限的頻率資源，具有兼容性較好、設備投入成本低等特點，能夠為城市的交通安全、廣播的接收質量以及天氣信息的播報提供更多的便利。隨著我國廣播事業的發展，在完善的廣播體系下，RDS技術必將煥發出時代的光芒。