（电路与系统专业论文）调频多工数据广播系统的设计与实现.pdf

j e宝窒适 厶堂亟 堂僮途塞一立i _ j 王雌 中文摘要 摘要：广播数据系统( r a d i od a t as y s t e m s ，本文简称r d s ) 的发展始于2 0 年f i 订欧 洲广播联盟( e u r o p e a nb r o a d c a s tu n i o n ，e b u ) ，它是利用调频广播的空闲频谱来实 现拓展业务的一种新技术。开发者旨在缓解电台的调谐过程，尤其是当广播的数 量日益增长，使用替代频率来避免干扰，将很难保证调谐到某一种电台。使用r d s 不仅可以克服这个问题，还可以传送声音信息，还可以传送数据信息，来满足人 们对传播媒体的可视化的信息要求。同时，对于利用有限的频谱资源以及为用户 提供更多的数据服务也具有很重要的现实意义。 本论文的二e 要研究对象是广播数据系统( r d s ) 发射端的r d s 编码器的电路 设计，其主要的研究内容如下： 首先，根据r d s 编码器所涉及的技术规范，分别从数据信道的调制特性、数 据信号的基带编码和数据信号的消息格式三个层次分析了r d s 基带信号的波形、 差分编码、校验编码以及数据帧的类型。 其次，以r d s 编码器的原理和技术规范为依据，对r d s 编码器的各个组成电 路进行了设计，电路设计包括电路设计的方案论证、芯片选型及电路的功能实现。 第三，结合r d s 编码器对数据编码和处理的功能特点，基于软件开发集成平 台m p l a bi d e ，对r d s 编码器所涉及到的基带信号处理、校验编码、基带信号 数据帧输出及双向编码软件部分进行了相应的程序设计与实现。 最后，通过软件开发平台m p l a bi d e 和模数混合仿真软件p r o t u e si s i s 的配 合使用，对r d s 编码器的各个部分的电路设计和软件设计进行在线调试和仿真测 试，使r d s 编码器满足电路设计和软件设计的参数要求，实现r d s 编码器的电路 设计和软件设计的功能，使数据信息在通过r d s 编码器后能产生适合于调频发射 机发射的数据信号。 同时，为了便于后续的研究工作，本论文还对接收端r d s 解码器的原理和电 路组成结构进行了分析研究，给出了r d s 解码器的各个组成部分的电路没计方案 及实现相应功能的芯片选取。 关键词：调频多工数据广播系统；r d s 编码器；c r c 软件实现 j 塞童遒厶堂亟堂位途塞坌l 量j 二旦生盟 a bs t r a c t a b s t r a c t ：r a d i od a t as y s t e m sw a sd e v e l o p m e n ts t a r t e d2 0y e a r sa g oi n t h e e u r o d e a nb r o a d c a s tu n i o n ，e b u ，i ti san e wt e c h n o l o g yw h i c ht a k e sa d v a n t a g eo ft h e s p a r ef r e q u e n c ys p e c t r u mr e s o u r c e so f t h ef mr a d i ot oa c h i e v ee x t e n d i n gb u s i n e s s t h e d e v e l o p e r sa i m e dt oe a s et h ep r o c e s s o ft u n i n gi nt oas t a t i o n ，e s p e c i a l l ya st h en u m b e r o fb r o a d c a s t e r sw a si n c r e a s i n ga n du s eo fa l t e r n a t i v ef i e q u e n c i e st oa v o i di n t e r f e r e n c e w o u l dm a k ei td i f f i c u l tt ok e e pt u n e dt oac e r t a i ns t a t i o n t h eu s eo fr d sw o u l d o v e r c o m et h i sp r o b l e ma n dw i l la l s os e n dt h ev o i c em e s s a g ea n da l s ot r a n s m i tt h ed a t a i n f o n n a t i o n ；t h i sf e a t u r ec a nm e e tt h en e e do fi n f o r m a t i o n v i s u a l i z a t i o ni nt h em e d i a a t t h es a m et i m e ，i th a sv e r yi m p o r t a n tp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c ef o rt h eu s eo fl i m i ts p e c t r u m r e s o u r c e st op r o v i d em o r ed a t as e r v i c e sf o ru s e r s i nt h i sp a p e r , t h em a i no b j e c to fs t u d yi st h ec i r c u i td e s i g no fr d se n c o d e ri n r a d i od a t as y s t e mt r a n s m i t t e r t h em a i nr e s e a r c hc o n t e n t sa r ea sf o l l o w s ： f i r s t a c c o r d i n gt ot h et e c h n i c a ls p e c i f i c a t i o nw h i c hr d s e n c o d e ri n v o l v e di n ，w e a n a l y s e dr d sb a s e b a n ds i g n a lw a v e f o r m ，d i f l e r e n t i a le n c o d i n g ，p a r i t yc o d i n g a n d f r a m et v p ew h i c hb a s e do nt h em o d u l a t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fd a t ac h a n n e l ，d a t as i g n a l b a s e b a n de n c o d e ra n dd a t as i g n a lm e s s a g ef o r m a t s e c o n d l y , b a s e do nt h ep r i n c i p l ea n dt e c h n i c a ls p e c i f i c a t i o n so fr d s e n c o d e r , w e d e s i g n e dc i r c u i tf o r t h er d se n c o d e r i n c l u d i n gc i r c u i tp r o g r a mv e r i f i c a t i o n ，c h i p s e l e c t i o na n dt h ef u n c t i o nr e a l i z a t i o no fc i r c u i t t h i r d ，c o m b i n e dw i t hd a t ae n c o d i n ga n dp r o c e s s i n gf e a t u r e so fr d se n c o d e r ，t h e r d se n c o d e ri n v o l v e di ns o f t w a r ep a r tw h i c hi n c l u d e dt h eb a s e b a n ds i g n a lp r o c e s s i n g ， c h e c kc o d i n g ，b a s e b a n ds i g n a ld a t af r a m eo u t p u ta n db i p h a s ec o d i n g ，t h e s ep a r t sh a v e b e e nd e s i g n e da n di m p l e m e n t e do ns o f t w a r ei n t e g r a t e dd e v e l o p m e n tp l a t f o r mm p l a b i d e 。 f i n a l l y , w ed e b u g g e da n ds i m u l a t e dc i r c u i td e s i g na n ds o f t w a r eo ft h er d s e n c o d e rw i t ht h eu s et h em p l a bi d es o f t w a r ed e v e l o p m e n tp l a t f o r ma n d a n a l o g d i g i t a lh y b r i ds i m u l a t i o ns o f t w a r ep r o t u e si s i s ，i no r d e rt om e e tt h ep a r a m e t e r s r e q u i r e do fc i r c u i td e s i g na n ds o f t w a r ed e s i g no fr d se n c o d e ra n dt o a c h i e v er d s e n c o d e rf u n c a t i o nw h i c hm a k ed a t ai n f o r m a t i o nt h r o u g ht h er d se n c o d e rc o u l dh a v e b e i n gat r a n s m i t t i n gd a t as i g n a l sf o rf mt r a n s m i t t e r m e a n w h i l e ，i no r d e rt of a c i l i t a t ef o l l o w u ps t u d y , w ea l s os t u d i e dc i r c u i tt h e o r ya n d 1 v 韭l 互l 垄二丛望：亟堂位途塞旦si 壁! a n a l y s i so fr d sd e c o d e ri nr a d i od a t as y s t e mr e c e i v e ra n dp r o p o s e dt h ec i r c u i td e s i g n o ft h ev a r i o u sc o m p o n e n t sa n dt h ec h i ps e l e c tt oi m p l e m e n tt h ec o r r e s p o n d i n gf u n c t i o n s f o rr d sd e c o d e r k e y w o r d s ：r a d i od a t as y s t e m ；r d se n c o d e r ；c r c v 致谢 本论文的工作是在我的导师路勇教授的悉心指导下完成的。路老师严谨的治 学态度，科学的工作方法，渊博的知识，对学生认真负责的态度，以及在! 学习和 工作中给予我很大的帮助和影响，是我尊敬的老师和不断学习的榜样。同时，在 研究生期间，路老师对我悉心培养，使我的理论和实践水平有了很大的提高。在 论文写作过程中，路老师对我j 慨格要求和悉心指导，并指出论文中的不足，使得 我的论文得以j l l 姘l j 完成。在此，衷心感谢两年多以来路老师对我的关心和指导。 在实验室工作及撰写论文期问，感谢我的同学陈莎莎和马品品同学对我的论 文撰写给予的热情和帮助，感谢张文礼、王鹤天和董威同学对我学习所给予的建 议和帮助，感谢0 9 级电路班的全体同学对我学习和生活上的支在支持和照顾。 在论文完成之际，我还要感谢我的父母。在我的求学过程中，他们一直默默 地提供无私的帮助，无论是经济上还是牛活上，他们都尽最大的努力给予我好的 学习条件，使我能够专心求学。你们的爱，让我成长和茁壮。 最后，感谢在我读研期问所有关心、支持我的老师、同学和朋友们，以及陪 伴我帮助我走到今天的所有人，在此致以衷心的感谢和深深的祝福。 i塞童垣厶堂亟堂位途塞 绪途 1 绪论 在f m 广播中，调频多： 数据广播是利用立体声广。播基带信号传输中的空闲 频带，使其在不影响原来声音广。播的基础上，来传输附加的数据信号，即传输数 据信息兼容附加信道的一种新的广播系统。通过利用附加信道可以实现点对点、 点对面的数据广播，并且广播中原有的语音节f 1 在调频多工数捌广播中是完全不 受影响和干扰【j 。e 扫于它可以节约频率资源，二节省设备投入，充分利用频道资源， 为公众提供多种及时、有效的实用信息服务，如交通诱导、无线寻呼、股票证券 行情等，已经在欧洲、美国和日本得到。泛的应用。 目前世界各国调频多工数据广播发布系统调频副载波设计方式主要有1 2 】： 欧洲广一播联盟( e b u ) 制定的广播数据系统( r a d i od a t as y s t e m ，以下简 称r d s 系统) ； 同本的n h k 方式： 美国的m s a i c 方式； 美国的d b c 方式； ft 本的d a r c 方式。 基于本文所研究的课题是r d s 系统发射端的编码器和接收端的解码器，f 面 主要研究欧洲广播联盟( e b u ) 制定的r d s 系统。 1 1广播数据系统的研究背景 近年来，在世界上出现了一些应用于扩展广播数据服务的数掳 系统厂。播电台。 在欧洲称为r d s ( r a d i od a t as y s t e m ) ，即无线电数据系统或广播数据系统。在美 国称为r b d s ( r a d i ob r o a d c a s td a t as y s t e m ) ，即无线电广播数据。广播数据系统， 是指在进行调频，r 播的同时，利用调频基带的空余频谱，通过调频副信道来传输 声音、数据等各种业务信息，具有投资少、信息覆盖，、泛、节约频谱等特点。它 在现有调频立体声广播信号基带窄闲频谱上增加了一个用来传送b p s k 数字信息 副载波信道，数字信息的速率为l1 8 7 5 b p s 。使得调频广播在播放原有节目的同时， 可以传送一些扩展业务服务的数据信息，并且利用了频率的空闲频潜，节省了频 率资源。由于它是数字广播，与s c a 相比，它具有更多优点，在许多方面获得了 广泛的应用，如进行节目类型识别、节h 业务名称的显示，同时呵以实现便携式 和车载收音机的自动调谐的功能。 j 竖五!銮垣厶堂亟：羔位途塞缝 途 1 2 广播数据系统的发展 1 2 1 广播数据系统在国际的发展及应用 1 9 5 8 年调频辅助通讯业务( s c a ) 最先在美国丌办，其中就包括调频多工数 据广播。 r d s 系统的6 仃期研究工作于1 9 7 4 年丌始，当时西欧一个无线电：d 陧师小组进 行初步策划，希望对有限的无线电频谱资源加以利用，使其能够传送更多的服务 咨询信息。1 9 8 0 年在瑞士的伯尔尼，他们进行了第一次实用性试验。随后在1 9 8 2 年和11 9 8 3 年，他们又分别各进行了一次实用性试验。欧洲广播联盟( e u r o p e a n b r o a d c a s tu n i o n ，简称e b u ) 在1 9 8 4 年，对r d s 技术规范进行了正式的统一规 范，即e b u 3 2 4 4 。r d s 系统为完成其标准化工作历经了1 0 个年头。同年，车载 r d s 接收机的研发：1 二作在美国福特公司丌始，该系统只是增加了一定的数据传输 能力( 1 1 8 7 5 b p s ) 在已有的调频广播信道中，因此还算不上是数字广播系统，但 其确有着深远的影响，在后继的数字，一播系统中被一直沿用，其中包括被定义的 许多的业务类型( 如频率切换、自动调谐、交通信息、紧急报警等业务) 和参数 ( 如节目类型、节目识别等) ，特别是透明数据通道的定义。这是s c a 在初期仅 是模拟多工广播系统中的第一个实际的多工数据广播系统。 1 9 8 5 年，在德国进行了大规模的试运作试验。第一台样机：r d s 接收机，是 在19 8 7 年柏林的举办的i f a ( i n t e r n a t i o n a lf u n k a u s s t e l l u n ga s s o c i a t i o n ) 国际消费 电子商品展展览会上问世的。而全球范围内的第一一部用于车载系统的r d s 接收机 是在瑞典沃尔沃公司上市的。次年，基于车载的r d s 接收机也在根德和菲利浦公 司开始生产 3 。 欧洲电工技术标准委员会( c e n e l c e ) 在1 9 9 0 年，将原有的r d s 技术规范 e b u 3 2 4 4 修改成新的e n 5 0 0 6 7 标准。两年后r d s 的欧洲标准c e n e l e ce n5 0 0 6 7 ： 19 9 2 出版发行。19 9 3 年1 月，基于r d s 兼容的r b d s ( r a d i ob r o a d c a s td a t as y s t e m ， 无线广播数据系统) 标准，美国得到通过并使用，故世界上第一个成形的国际标 准的数据广播系统终于面世，就是我们所说的r d s 广播数据系统。对于没有实施 r d s 的中波电台和调频台该国际标准也予以了考虑，还提供了r d s 功能与全球定 位系统( g p s ) 在一定程度上结合起来。至此，在欧洲r d s 技术得到广泛的应用。 根据自己国家的国情和特点，印度开发了双副载波调制，将r d s 与s c a 的广 播寻呼( r p ) 、广播文本( r t ) 功能结合在一起。1 9 9 3 年5 月，日本利用数据广 播信道系统( d a t a a u d i or a d i oc h a n n e l ，d a r c ) 标准，数据传播率高是其突出优 点，它可以达到1 6 k b s ，而且误码纠错能力较强【2 1 ，既适用于固定接收设备又适 、一_ _ 。、1 蠢：p 一“鬻*，h 。j t 。 j i塞交迫厶堂亟：上堂位途塞绪、逾 用于移动接收设备，是容量传输相对较大的一一科，数据广播，该系统同时还兼容r d s 广播数据系统。 在1 9 9 8 年4 月，c e n e l e c 组织对r d s 的欧洲标准c e n e l e ce n5 0 0 6 7 进 行了重新修订，并出版发行新的r d s 欧洲标准c e n e l e ce n5 0 0 6 7 ：1 9 9 8 版。 自1 9 7 0 年代末和1 9 8 0 年代初r d s 系统经过长期的系统丌发，现在已经遍布 西欧，并在世界其它一些地区的得到应用。r d s 在车载系统中有着重要的优势， 在一个特定的路线行驶时，通过识别位置代码，r d s 可以提供交通信息，并过滤 掉不必要的信息。如今r d s 被应用到大多数调频收音机和几乎所有的车载广播数 据系统。 1 9 8 4 年由欧洲广播联盟( e b u ) 制定的数据j 。播系统的欧洲规范是r d s ( r a d i o d a t a s y s t e m ) 、一播数据系统。r d s 系统使用于v h f f m 广播，利用 8 7 5 m h z 1 0 8 0 m h z 的频率，既可以携带立体声( 导频音信号) 又可以携带点升 到节目 3 】。 r d s 系统的优势是占用频率带宽比较窄，约4 - 2 4 k h z ，而窄的，- ”r l s 宽不会对其 他副载波的使用造成影响和干扰，这样就提高了系统的抗二f 二扰能力。同时，对2 6 b i t 传输单元块来说，块中1 6 b i t 信息字后面有1 0 b i t 的检验偏胃字，这样不仅提高了 检错的能力，还提高了纠错的能力。由于1 9 k h z 立体声导频的三倍频正好是5 7 k h z 副载波频率，故其副载波频率5 7 k h z 易于锁定，便于接收机可靠的接收。r d s 系 统的缺陷主要是码率相对比较低，由于相对较多的码被应用于电台的宣传和自我 服务，故其传输的信息量有限，真正可以用于为扩展业务传输数据的位数太少， 尤其是被用作寻呼业务时，由于码率偏低，可供的用户数比较少，而且其接收与 等待时问又相对较长 4 1 1 5 。 关于r d s 系统的副载波频率、相位、调制、差分编码的的具体介绍和要求将 在第2 章中做详细说明。 1 2 2 广播数据系统在我国的发展现状 我国的r d s 技术起步比较晚，还处在探索和试验阶段，只有在个别地区和单 位建立了一些特殊用途的r d s 电台。但是很多研究人员致力于r d s 编码器和解码 器的研究和实现，已经取得了很大的成就。 我国最早使用r d s 的是广东人民广播电台，用r d s 丌办了广播寻呼业务。石 家庄广播电台和湖北广播电台也已试验成功，使用r d s 进行“交通诱导”，这是 通过r d s 传输的信号来控制车载收音机来实现的。1 9 9 5 年3 月，扬州交通信息诱 导台利用r d s 和s c a 技术，实施了交通业务服务。清华大! 学g p s 研究室在1 9 9 6 e宝 窑 垣 厶堂亟：f =堂位诠塞 绮途 年，成功研制和丌发数据通讯的差分g p s 系统，该系统式利用广。播电台调频f i , o 昌0 载波，同时，差分g p s 系统的研制成表明了我国在利用r d s 技术上已经达到了国 际的先进水平。山西省广播 h 视局自1 9 9 8 年8 月，为了传输股市行情信息利用调 频附加信道技术，为经济效益和社会效益取得了良好的效益。在武汉市公交系统 中应用r d s 接收系统的产品，该产品是基于s a a 6 5 8 8 解码器，r d s 介绍产品与 公父报站器结合，方使了公交系统的信息化服务，同时，节省了为当今信息社会 信息传播通道的费用，它不仅可以为广播节目提供辅助的信息，还可以广泛地为 公众提供紧急事故通报、金融、新闻以及天气预报等公益信息。 1 3 本课题研究的目的及意义 r d s 系统是利用立体声广播基带信号中的空余频谱部分传送数字信号的广播 技术，在r d s 的使用中，出于商业的目的，为了标谚 电台i 4 j i i 乎号通过使f 日较多的 比特，来表示节日的类型。这样，方便听众收听喜爱的电台或节目，如时事、体 育、轻音乐、流行音乐等 3 】。由于欧洲的高速公路已经成网，交通发达，许多国 家的广播节目也已经成网，采用r d s 方式，便于在高速公路或旅途中不问断地收 听同一套( 不同频率) 喜爱的节目。作为一种数字广播技术，数据广播系统( t t d s l 已 经在欧美等国得到了广泛应用。但由于我国的信息化建设等原因，r d s 还没有得 到应用的推广，特别是一些技术问题和业务应用开发，相关人员并没有很好的掌 握，导致我国r d s 的开发和应用远远落后于发达国家。根据我国的广播技术政策， 我国调频一播将由l 卜i 央、省( 自治区、直辖市) 、市和县开办的调频广播节目组成四 级混合覆盖网。在技术规划中应保证全国9 5 以上人口能听好广播，在城市和农 村应能同时有4 5 个调频广播节目供选择收听。可以蜕，我国的调频广播网覆盖范 围广，其潜在的应用价值非常大。因此，研究数据广播的技术和业务开发应用， 有着积极的意义。并且r d s 系统具有好的兼容性，可以利用有限的频率资源，低 成本的设备投入，很适合我国的国情。为了赶上广播技术潮流的发展，实现与国 际接轨，使我国的r d s 技术可以实现国际化，对r d s 技术的研究具有非常重要的 现实意义。 本文的研究目的就是在于结合r d s 系统的原理和技术规范，研究了r d s 系统 的重要组成部分r d s 编码器和解码器，根据自己的研究和设计体会，使广大的技 术工程人员对r d s 系统有一个更加深入和全面的了解，同时关于r d s 系统的研究 工作有一定的研究和参考价值。 1 4 本课题所涉及的关键问题 e塞塞垣厶堂亟堂位险塞 绪途 在r d s 系统的应用中，信道编码过程根据其作用可以分为：负责传输信号误 码校验和检测的信道编解码和负责信号变换和频率搬移的调制解调这两个主要环 节。在r d s 系统的发射端，负责传输信号的误码校验编码和信号编码以及信号变 换和频率搬移的调制；在接收端，负责传输信号的误码检测和信号解码以及信号 变换和频率搬移的解调。 在r d s 系统指标设计中，需要研究的关键问题包括： 副载波频率的确定及形成 信息数据传输率与时钟频率 副载波调制的最火频偏 数据信号的调制方式 1 5 本课题研究的主要内容 本论文通过对r d s 系统的深入研究，基于r d s 系统的研究原理和其组成部分， 结合本章中所确立的目标和所涉及的关键问题，重点研究r d s 系统发射端r d s 编码器的以及接收端r d s 解码器。 r d s 编码器是r d s 系统发射端的重要组成部分，亦是实现r d s 技术和应用 r d s 业务功能的关键所在。r d s 编码器具有对所传输的数据信息进行基带编码、 c r c 校验编码、差分编码、双相编码及副载波调制等功能，使调制到副载波上的 数据信息与立体声广1 播数据信信息一同送入到调频发射机进行发射。 同理，r d s 解码器亦是r d s 系统接收端的重要部分，是实现r d s 业务功能 接收的关键。它具有对接收到的广播信号进行r d s 副载波恢复、基带信号恢复和 r d s 解码等功能，使接收到信息通过显示界面传递给接收者。 根据本课题的主要研究内容，本论文的工作如下： 首先，研究了广播数据系统的基本原理和技术规范，从物理层、数据层以及 会话和表示层着手，研究了r d s 基带信号的传输波形、基带编码结构、差分校 验、r d s 信息的数据帧类型及消息格式等内容。 其次，根据r d s 系统的基本原理和技术要求，研究了r d s 编码器的基本结构， 分两部分对r d s 编码器研究和设计：在p r o t u e si s i s 软件平台上实现r d s 编码器 电路的原理设计和在m p l a b 软件1 i 台上对r d s 编码器的数据编码功能进行软件 设计和实现。 第三，根据r d s 解码器的电路组成，提出了各个部分的电路设计方案。 最后，对本论文所研究的内容进行总结。 二也塞童堑厶堂亟堂位途塞：搔麴塑丕笪! 垦旦曼2 的整奎塑蔓1 2 广播数据系统( r d s ) 的基本知识 2 1广播数据系统的原理 r d s 系统是依托于调频广播系统，利用调频广播的副载波信号进行数据信息 的传递f 6j 。调频辅助通信业务( s c a ) 包括调频多工数据广播，并且调频多工数 据广播足继语音广4 播和电视广播之后的第三种广播形式。调频多工数据广播是利 用原有广播频率的空闲频谱部分，增设了数据信道，从而实现点对点、点对面的 数掘广播方式【5 1 。而r d s 系统是调频多工数据广播设计方式中的。一种，在欧美国 家得到广泛的应用。 在介绍r d s 系统之前，我们先了解一下调频多工数据广播的基本原理。 在测频广播中，采用的是信源具有左声道( l ) 和右声道( r ) 两个声道的立 体卢广播制式。对于单声道音频，是将左右声道信号经过线性叠加后的音频基带 信号，也被称为和信号( l + r ) 。左声道与右声道的信号差值，被称为差信号( l r ) 。 在f m 立体声广播中，通过提供的导频信号( p i l o t ) 来实现的立体声的指示，其导 频信号的频率为1 9 k h z l 3 1 。r d s 信号的副载波信号，即中心频率为5 7 k h z ，带宽 为- t - 2 4 k h z 的信号，是由导频信号经过3 倍调制后得到的。于是，在调频多工数 据广播中，基带信号采用d s b 。s c 将和信号( l + r ) 、2 倍导频信号( 即3 8 k h z ) 调制后的差信号( l r ) 以及r d s 的数据信号实现频分复用，( l + r ) 信号是通过 基带频谱中的0 1 5 k h z 频率通道来传输的，而3 8 k h z 副载波调制的( l r ) 信号 则是通过2 3 - 5 3 k h z 频率通道用来传输的，5 7 k h z _ + 2 4 k h z 频率通道是用来传送 r d s 信号，将这三个不同信号一起送入到调制发射机的调制器中，就z 日1 匕川l r 乡i 成立体 声调频广一播传输的无线信号。其中，在发射端，r d s 信号的5 7 k h z 副载波是要经 过：- 进制相移键控b p s k 调制，最后将所得数据信号要进行幅度调制。 在调频广播的接收端，将音频基带信号和声差带通信号通过使用解调器解调 出，左声道音频信号是l + r 和l r 信号相加而得到的，右声道音频信号则是其相 减得到的，左右声道音频信号经过与发射端相对应的b p s k 解调，得剑r d s 信号。 图2 1 是调频多工数据广播调制信号的频谱图。从图中可以看出，利用调频广 播基带信号频率的频谱空闲部分，不仅可以不干扰和影响原有广播所传送的立体 声信号，还可以传送其他数据信号，这既扩展了立体声调频广播的功能和业务， 还节约了频率的资源，发掘了调频广播的潜力，实现了在有限的频率范围内业务 的扩展。 二此亟童垣厶堂亟堂位途塞 ：搔塑篓丕筮! 堡堕量2 尥基奎型迟 0 f r e q u e n c y ( k h z ) 图2 1 调频多1 ：数据广播调制信号的频谱图 f i g u r e2 1s p e c t r u mo f m o d u l a t i o ns i g n a lo ff m r a d i os y s t e m 2 2数据信道的调制特性( 物理层) 广播数据系统( r d s ) 的目的是利用v h f f m 波段的声音广播，在频率为 8 7 5 1 0 8 0 m h z 范围内，可以携带立体声( 导频信号) 或单声道的的节目，并可以 利用其调频广播的副载波来传送数据信息。 由图2 1 可知，承载r d s 数据信号的副载波与其他信号频率之间的关系。导 频信号频率的三次谐波，也就是5 7 k h z ，是携带r d s 信号的副载波的频率。经过 试验表明，使用5 7 k h z 的副载波对立体声信号的接受干扰是最小的。 2 2 1 信道的技术参数 ( 1 ) 副载波的频率 在调频立体声广播中，导频频率1 9 k h z 的三次谐波，即三倍频后的频率信号 是副载波，频率为5 7 k h z 。由于1 9 k h z 导频信号的频率的容差为土2 h z ，故在立体 声广播中副载波的频率容差为i 6 h z 。在单声道厂一播的副载波的频率为5 7 k h z 土：6 h z ? ( 2 ) 副载波的相位 在立体声广播中，副载波相位被正交锁定到1 9 k h z 导频信号的三次谐波上， 其相位与三次谐波的相位相同，即同相位。在f m 发射机调制输入端，其相位角 的容差为士1 0 。 ( 3 ) 副载波的电平 由于未经过调制的副载波，其f m 主载频的频偏范围为士1 0 k h z 一& 7 5 k h z ，最 ：些塞童适厶堂亟堂位诠塞。：搔麴型丕笪! 壁旦曼2 的基奎叁h 迅 好的折中推荐值为2 0 k h z 。当副载波频偏在不小f1 0 m s 的时问内变化时，解码 器和解调器也应该f 常工作。基于多复合信号，最大允许频偏为士7 5 k h 。 ( 4 ) 时钟频率和数据速率 由于r d s 的基本时钟频率是通过传输的副载波频率除以4 8 得到的，即副载 波频率5 7 k h z 经过4 8 次分频。因此，系统的基本数据速率是1 18 7 5 b i t s 土0 1 2 5 b i t s 。 ( 5 ) 调制方法 副载波是由波形和双相编码信号( t h es h a p e da n db i p h a s ec o d e ds i g n a l ) 抑制载 波调幅形成的。该调制方式是二? 棚相移键控( b p s k ) ，具有9 0 。的相位偏移。 2 2 2 基带信号的差分编码 为了使接收端能够更好的解调出载波信号，解决载波相位模糊的问题，需要 在发射端要对r i ) s 信号进行差分编码。在发射端r d s 数据源使用的差分编码如表 2 1 所示。 表2 。1 筹分编码 t a b l e2 - 1d i f f e r e n t i a le n c o d i n g _ | p r e v i o u so u 硒u t ( t i 1 誓j i 。 n 衙i n o u t ( a tt i )n e wo u t p u t ( a tt n 000 0l1 1o1 1l0 这样，当输入信号电平为低电平“0 ”时，新的输出信号电平与前一时刻所输 出的信号电平一直，即保持电平信号不变：当输入信号为高电平“1 ”时，新的输 出信号电平为时前一时刻输出位的补充，输出信号则1 亏j 订一时刻发送的电平相反。 在接收端，数据要也要按照相对应的规则进行逆过程被解码，其差分解码表 如图2 2 所示。 表2 2 差分解码 t a b l e2 - 2d i f f e r e n t i a ld e c o d i n g 羞lj p r e v i o u so u l c j | ) u t ( t i q )n e wi n d u t ( a tt i )n e wo u t o u t ( a tt i ) 000 011 101 l 10 、 ：止立童适叁堂亟堂位途塞 搔数握丕鱼! 垦旦曼2 的基丕塑丝i 2 2 3基带信号的双相编码 根据数据通信基带传输的基本原理可知，基带信号是代码的种电表示形式， 并不是所有的基带波形都能在数据信道中传输。 l ：o h ，含有丰富直流低频成分的 基带信号就不适合在数据信道中传输，因为它可能会使信号的产生严重畸变。极 性基带信号波形就是典型的例子。一般基带信号基带传输系统都从接收端所接收 到的基带信号中进行定f t q 信号的提取，由于代码的码型是接收定i t 寸信号的依扒， 如果代码出现连续的长时| 白j 出现“0 ”符号，则基带信号可能会长时问地出现0i 乜 位，从而在接收收定时恢复系统中，就很难准确的接收定时信号。对传输用的基 带信号的主要要求有两点：( 1 ) 对各种代码的要求，期望将原始信息符号编制成 适合于传输用的码型；( 2 ) 对所选那行的电波要求，期望电波形适宜于在信道中 传输。自铲一个问题称为传输码型的选择；后一个问题称为选择基带脉冲。这是两 个既有独立性又有相互联系的问题，也是基带传输原理中重要的两个问题3 。 。 在这里，主要讨论第，一个问题，选择基带传输码型。 对于选择传输码型，它的结构将取决于系统工作和实际信道特性的条件。在 相对复杂的一些基带传输系统中，传输码的结构应具有下列主要特性 7 1 1 3 4 ： ( 1 )从相应的基带信号中，可以获取定时信息； ( 2 )相应的基带信号中没有直流成分，只有少量的低频成分； ( 3 )不受信源统计特性的影响，能适应于信源的变化； ( 4 )尽可能的提高传输码型的传输效率； ( 5 ) 具有内在的检错能力。 基于上述考虑，r d s 基带信号的传输码型采用了双相码( b i p h a s e ) ，又称为曼 彻斯特编码( m a n c h e s t e r ) 。它的一个码元周期内有卫i 负两个脉冲，用先升后降的 波形代表逻辑电平“1 ”，用先降后升的波形代表逻辑电平“0 ” 6 1 ，即对每个二：进 制代码分别利用两个具有不同相位的二进制新码去取代的码 8 】。 编码规则之一是 8 】： 0 一0 1( 零相位的一个周期的方波) 1 1 0 ( 霄相位的一个周期的方波) 由于双相码在每个码元间隔的中心都存在电平跳变，因此频谱中存在很强的 定时分量1 8 。此外，出于方波周期内正、负电平各占一半，因而不存在直流分量【8 】。 这些优点对于提取码位同步信号是十分有利的，而且该码编程过程也简单。显然， 上述优点是用频带加倍来换取的【8 】。 b 壶至适厶堂亟堂位途塞 搔麴堡丕笪! 垦旦曼2 的基奎塑蔓1 2 2 4 数据信道频谱的形成 通过对每个源数据位进行双相编码，形成双相码，这样在5 7 k h z 副载波频率 及其附近的数据信号肼n j 山h m h 里旦将被降至最小，这样是为了避免了数据信号在相位锁 相环( p l l ) 的j 立：体声解码器里引起串扰，并能实现j 系统的兼容性。其生成过程 的原理如图2 - 2 所示。在概念上，给每一个源数据位产生一对奇脉冲e ( t ) 。如： 逻辑电平1 产生的脉冲： e ( 1 ) = 一矾一| t i 2 ) q 一1 、) 逻辑电平“o ，产生的脉冲： p ：f ! i + d p 一，( 2 j ( 2 2 ) e l t ) = a 1 ) 七a ( f f f j ) 、 这里t d = l 11 8 7 5 秒，是r d s 基带信号的码冗周期。 这些成对的脉冲，通过一一个滤波器h 。( f ) 整肜，下面给频谱所需限定的带宽： 刖俨b 华，眍专亏 q 。 l 0 二 f 2 - 4 、 l 2 d2 而5 ( 2 5 ) 在发射机和及接收机( 存在最佳噪声性能特性) 之i 、刚，数据频谱整形滤波同 样的被分离开来。理想的情况下，在接收机中的数据滤波应该是与发射机的数据 滤波相同，即以上所给定的。总的数据通道的频谱整形波h 。( f ) 应余弦滚降。图2 - 2 是发射机或接收机数据的整形滤波器的幅度响应。 4 1 1 0 9 6 01 4 4 01 9 2 0 2 4 帅h z f 地q m 也h 刊 图2 。2 发射机或接收机的数据整形滤波器的幅度响应 f i g u r e2 2a m p l i t u d er e s p o n s eo f t h es p e c i f i e dt r a n s m i t t e l o rr e c e i v e rd a t a s h a p i n gf i l t e r 0 8 6 4 2 l 0 0 0 0 盎1日世霉暑lfq童暑毋， 二也宝童适叁堂亟堂熊途塞 ：搔麴塑丕筮! 旦曼2 的蕉上睦越 发射机和接收机的低通滤波器响应，定义如6 ，j 面的方程组，整体的数据通道 频谱整形，如图2 - 3 所示。 0 4 0 。2 0 4 8 0 9 6 0 1 4 4 01 9 2 0 2 4 0 0i t z f r e q 耻n c y 图2 - 3 发射机与接收机的数据滤波器的合成后的幅度响麻 f i g u r e2 - 3a m p l i t u d er e s p o n s eo f t h ec o m b i n e dt r m l s m i t t e ra n d1 e c e i v e rd a t a 。s h a p i n gf i l t e r s 要发射的广播数据信息的双相编码的频谱如图2 4 所示。 蕾 1 逗 钆 7 一2 4 0 0 1 1 0 02 4 002 4 0 1 2 0 0 2 4 0 0h 2 m o d d r l a t i n g - f 沁q 耻越q 图2 4 广播数据信号的双相编码的频谱 f i g u r e2 4s p e c t r u mo fb i p h a s ec o d e dr a d i o d a t as i g n a l s 0 8 6 l b 0 h珂喇高暑阻基口i皇0 二竖基窒迪厶堂亟：! ：兰i 互逾塞 l 缝麴坦丕笪! 壁q 苎2 趁基奎叁h 迟 自个双相码的h , j - f u j 函数( 被发射的双相码) 如图2 - 5 所示。 f a i s y 岫 川 l 0 一、data ， 、 ， 、 ， ， 、 ，、 0 5 、。 i 、 j ， 、 ，、 一d 一产。、 。0、，”、。 丫7 、浮每j 导厂护 4 、， i， 、， 、 ， 、 ， 一o 5 j 1n ， 、， 、一， 图2 - 5 单个舣相码的时间函数 f i g u r e2 - 5t i m e f u n c t i o no fas i n g l eb i - p h a s es y m b o l g e n e i a t e dw h e nt h e i sa l o g i c1 g e n e r a t e dw h e nt h e i sal o g i c0 广播数据源编码器输出端的5 7 k h z 广播数据信号的波形如图2 - 6 所示。 + 2 0 l d h i ：| | 菱 互 2 0 k h z 踟eh i e 矗删s y m b o l o