Automatyzacja odbioru w radiofonii UKF-FM
Przekazywanie dodatkowych informacji w postaci cyfrowej, w specjalnym kanale utworzonym na przebiegu podnośnym o częstotliwości 57 kHz, czyli metodą znaną pod nazwą RDS, umożliwia automatyczne dostrojenie odbiornika do wybranej stacji lub wybranego programu. Obejmuje ona także przekazywanie informacji o nadawaniu komunikatów drogowych dla kierowców oraz tworzenie systemów przywoławczych.

Krótka historia
Od wielu lat wprowadza się dodatkowe sygnały do sygnału podstawowego nadawanego przez radio lub telewizję, w taki sposób, że są one niezauważalne dla posiadaczy standardowych odbiorników nie przystosowanych do ich odbioru. Bardzo duża gęstość rozmieszczenia nadajników radiofonicznych UKF-FM w wielu krajach powoduje trudności w dostrajaniu się do wybranego programu, zwłaszcza przez słuchaczy korzystających z odbiorników samochodowych i przenośnych. Powstała więc naturalna potrzeba zastosowania dodatkowych sygnałów do ułatwienia dostrajania odbiornika do wybranej stacji. Rozwój technologii układów elektronicznych o dużej skali integracji umożliwił praktyczną realizację tej potrzeby. W końcu lat siedemdziesiątych wiele krajów (m.in.: Wielka Brytania, Szwecja, Finlandia, Holandia, Francja) przystąpiło do opracowania systemu transmisji sygnałów dodatkowych w zakresie UKF-FM, które dostarczałyby informacji identyfikujących nadajnik i nadawany program oraz umożliwiały przekazywanie krótkich wiadomości prezentowanych na wyświetlaczu wbudowanym w odbiornik. Badania te byty prowadzone pod auspicjami Europejskiej Unii Radiodyfuzyjnej (E B U —European Broadcasting Union).

Określono podstawowe wymagania jakie musi spełniać taki system:
— przesyłanie dodatkowych informacji nie obniża jakości nadawanych programów radiowych i nie koliduje z systemem informacji drogowej dla kierowców ARI
— nie wzrastają zakłócenia sąsiednio kanałowe,
— obszar obsługiwany przez system przekazywania dodatkowych informacji jest nie mniejszy niż obszar odbioru monofonicznego programu radiowego.

Badania systemów zaproponowanych przez różne kraje, prowadzone w warunkach stacjonarnych i w ruchu, wykazały, że najodporniejszym na zakłócenia i najelastyczniejszym jest system szwedzki STA-PI. Przewagę nad innymi zawdzięcza przede wszystkim strukturze opartej na krótkich blokach, która okazała się bardzo elastyczna i jednocześnie odporna na zakłócenia. Pozytywna opinia ekspertów spowodowała przyjęcie tego systemu w październiku 1982 r. jako zalecanego w skali europejskiej do transmisji dodatkowych informacji w radiofonii UKF-FM. Jednocześnie nadano mu nazwę RDS (ang. Radio Data System). Międzynarodowy Doradczy Komitet Radiokomunikacyjny (CCIR), na XV Plenarnym Zgromadzeniu w Dubrowniku w 1986 r., zalecił stosowanie systemu RDS do identyfikacji programów i przekazywania innych informacji w zakresie fal ultrakrótkich.

Struktura informacyjna systemu RDS. Informacje przekazywane w systemie RDS dzieli się na trzy grupy:
— ułatwiające dostrojenie odbiornika,
— służące do przełączania odbiornika,
— dodatkowe i radiotekst.

Zespół informacji ułatwiających dostrojenie odbiornika obejmuje:
— identyfikację programu — Pl (ang. pro-gramme identyfication),
— typ programu — PTY (ang. Programme type),
— identyfikację programów dla kierowców
— T P (ang. traffic programme},
— inne częstotliwości — AF (ang. a/ter-nałive frequencies),
— nazwę programu — PS (ang. programme service).

Informacja Pl umożliwia identyfikację programu oraz odróżnienie krajów i regionów, dla których program jest emitowany (np. w systemie informacji dla kierowców). Nie jest ona przeznaczona do wyświetlania. Informacja PTY określa rodzaj transmitowanej audycji. Można ją wykorzystywać do wyszukiwania stacji nadających audycję tego samego typu (np. jazz). Przewidziano 31 typów audycji. Informacja TP powoduje załączenie sygnalizacji w odbiorniku (np. świecenie diody LED) informującej o tym, że w słuchanym programie są nadawane komunikaty dla kierowców w systemie ARI. Informacja ta może być wykorzystywana do automatycznego dostrojenia się odbiornika samochodowego do stacji nadającej komunikaty dla kierowców. Informacja AF zawiera listę (do 25) częstotliwości znamionowych nadajników emitujących ten sam program w przylegających obszarach. Odbiornik wyposażony w pamięć przechowuję tę listę w celu skrócenia czasu przełączania. Udogodnienie to jest szczególnie użyteczne w przypadku odbiorników samochodowych i przenośnych, zwłaszcza znajdujących się na granicy zasięgu nadajników. Lista częstotliwości alternatywnych umożliwia wybranie nadajnika zapewniającego najlepsze warunki odbioru. Informacja PS zawiera tekst składający się z nie więcej niż 8 znaków alfanumerycznych, który może być przedstawiony na wyświetlaczu w odbiorniku. Informuje o tym, który nadajnik nadaje odbieraną audycję. Długość nazwy jest ograniczona względami ekonomicznymi (obniżenie ceny odbiornika). Na przykład, emisję programu lokalnego z Wrocławia można przedstawić słuchaczowi jako komunikat WRO-IV-L (IV program PR, audycja lokalna z Wrocławia). Informacja ta nie może być używana do automatycznego przeszukiwania.

Przełączanie odbiornika
Do przełączania odbiornika służą informacje o:
— emisji komunikatów drogowych — TA (ang. traffic announcement),
— rodzaju demodulatora — Dl (ang. decoder identyfication),
— rodzaju audycji: muzyczna/słowna — M/S (ang. music/speech),
— kodzie audycji — PIN (ang. programme item number).
Informacja TA umożliwia identyfikację stacji, która w danym momencie nadaje komunikat drogowy. Informacja Dl służy do dopasowania demodulatora odbiornika do odbieranego sygnału (16 rodzajów pracy odbiornika). Informacja M/S umożliwia dobranie głośności oraz barwy dźwięku w zależności od tego, czy nadawana jest audycja muzyczna, czy słowna. Informacja PIN, której kod jest drukowany razem z programem radiowym w gazetach, służy do włączenia lub przestrojenia odbiornika w momencie, gdy wybrana przez słuchacza audycja jest nadawana.

Informacje dodatkowe
W systemie RDS istnieje możliwość przekazywania dodatkowych informacji, takich jak:
— radiotekst — RT (ang. radio-text),
— inne sieci — ON (ang. other networks),
— informacje wewnątrzsystemowe — l H (ang. in-house),
— data i czas — CT (ang. clock time),
— przezroczysty kanał danych — TDC (ang. transparent data channel).

RT umożliwia transmisję 32 znaków w kodzie ASCII, zawierających dowolne informacje o nadawanym programie, prezentowane na wyświetlaczu odbiornika. Informacja o innych sieciach (ON) zawiera listę do 25 częstotliwości dla każdej z co najwyżej 8 innych sieci radiofonicznych. Wybór częstotliwości z listy jest ustalany na podstawie kodu Pl. Informacje wewnątrz-systemowe (l H) służą do zarządzania systemem. Istnieje możliwość wyświetlania aktualnego czasu i daty, wykorzystując w odbiorniku informacje CT. Przezroczysty kanał danych (TOC) umożliwia przesyłanie dowolnych informacji w postaci cyfrowej.

Struktura kodowa
Informacje w systemie RDS są przekazywane w 104 bitowych grupach, składających się z 4 bloków po 26 bitów. Blok jest złożony z 16 bitów informacyjnych (słowo informacyjne) i 10 bitów kontrolnych (słowo kontrolne). Słowo kontrolne, oprócz umożliwienia wykrywania i korekcji błędów transmisji, służy jednocześnie do synchronizacji bloków oraz grup. Do synchronizacji grup wykorzystuje się słowa kontrolne rozmieszczone we wszystkich blokach. Umożliwia to identyfikację w odbiorniku aktualnie odbieranego bloku z grupy. Tak przyjęta struktura kodowa, przy szybkości transmisji 1187,5 b/s, zapewnia przepływność informacyjną 731 b/s. W systemie RDS rozróżnia się 16 grup. Do identyfikacji typu grupy służy pierwszych pięć bitów w drugim bloku grupy (GT —group type}. Pierwsze cztery bity określają numer grupy (O…15), a piąty — wersję transmisji (O — wersja A, 1 — wersja B). Zastosowanie dwóch wersji transmisji ma na celu umożliwienie szybszego dostępu do informacji niezbędnych do przestrajania odbiornika. W przypadku zastosowania wersji B w bloku trzecim, zostanie powtórzony kod Pl, zamiast innych informacji. W tablicy 1 przedstawiono zawartość informacyjną poszczególnych grup.
W każdej grupie pierwszy blok zawiera kod Pl identyfikujący program. Pięć pierwszych bitów drugiego bloku umożliwia identyfikację typu i wersji grupy. Szósty bit w bloku drugim dotyczy kodu TP umożliwiającego stwierdzenie, czy stacja pracuje w systemie informacji dla kierowców ARI. Następne pięć bitów zawiera dane związane z typem transmitowanej audycji (PTY). Pozostałe pięć bitów drugiego bloku są różnie wykorzystywane w zależności od typu grupy. Do chwili obecnej zdefiniowano osiem typów grup. Wszystkie (oprócz grup o numerach 4 i 1 5) są określane w wersji A oraz B. Wersja B każdego typu różni się tym od wersji A, że w trzecim bloku powtórzona jest informacja Pl. Umożliwia to, przesyłając różnorodne informacje, częściej powtarzać kod związany z identyfikacją programu, co przyspiesza przestrajanie i przełączanie odbiornika. W grupie zerowej, oprócz informacji ogólnych przesyłanych w każdej grupie, są transmitowane dane umożliwiające przestrajanie i przełączanie odbiornika.W drugim bloku po kodzie PTY jest przesyłana informacja o tym, czy nadawany jest komunikat dla kierowców w systemie ARI (TA), następnie informacja o rodzaju audycji (muzyka/mowa — M/S). Po niej następuje bit (jeden z czterech) związany z typem dekodera (Dl). Kolejne dwa bity są używane do adresowania informacji. W bloku czwartym są transmitowane dwa znaki nazwy programu (dwa bajty). Bity Ci i Co umożliwiają stwierdzenie, które znaki są transmitowane. Służą one również do określenia, który bit Dl jest transmitowany.

Sposób modulacji
System RDS wykorzystuje do przekazywania dodatkowych informacji sygnał podnośny o częstotliwości 57 kHz. Sygnał ten jest synchronizowany z trzecią harmoniczną sygnału pilota stereo (19 kHz). Sygnał danych koduje się różnicowo, po czym kluczuje on fazę przebiegu sinusoidalnego (PSK) o częstotliwości 1187,5 Hz, uzyskanego przez podział częstotliwości sygnału podnośnego przez 48. Widmo sygnału zmodulowanego ogranicza się do 48 kHz Sygnał po filtracji moduluje amplitudę sygnału podnośnego o częstotliwości 57 kHz z wytłumieniem przebiegu nośnego—modulacja iloczynowa DSB-SC. Utworzony w ten sposób sygnał RDS wymusza dewiację częstotliwości głównego przebiegu nośnego równą 2 kHz lub 1,2 kHz, jeśli nadajnik pracuje jednocześnie w systemie ARI.

RDS — system przywoławczy
System RDS umożliwia łatwe tworzenie systemów przywoławczych Systemy takie utworzono w Szwecji, Stanach Zjednoczonych AP, na Węgrzech. Abonent sieci telefonicznej wybiera numer przypisany systemowi przywoławczemu wykorzystując standardowy telefon Terminal sterujący systemu przywoławczego potwierdza przyjęcie zgłoszenia i wysyła sygnał, który informuje, ze można wybierać numer abonenta przywoływanego Sprawdza się istnienie tego numeru w sieci Jeśli wszystko jest w porządku, to terminal sygnalizuje, ze oczekuje na podanie numeru zwrotnego (pod który ma zadzwonić przywołany abonent) lub informacji, która ma być przekazana przywoływanemu abonentowi Rozmowa przywoławcza jest uznana za zakończoną po uzyskaniu potwierdzenia z terminala. Numer przywoływanego abonenta wraz z informacją (lub wiadomością) jest przekazywany z termmala sterującego do centralnego terminala systemu. Stąd zakodowane cyfrowo informacje przesyła się za pomocą dowolnej sieci transmisji danych, do punktów wejściowych sieci UKF-FM. Jest to grupa dodatkowa, nie zdefiniowana w podstawowej wersji systemu RDS. Wprowadzenie informacji przywoławczych do jedne) stacji UKF-FM powoduje retransmisję tej informacji do wszystkich pozostałych nadajników tak, jak zwykłego programu radiofonicznego Odbiornik pracujący w systemie przywoławczym przeszukuje zakres częstotliwości sieci UKF-FM w celu znalezienia najsilniejszego sygnału zawierającego informację RDS i dostraja się do znalezionej częstotliwości nośnej nadajnika Odbiornik dekoduje wszystkie sygnały zawierające jego własny numer wywoławczy i w miarę potrzeby przeprowadza korekcję błędów Odebranie informacji powoduje emisję sygnału fonicznego i przedstawienie wiadomości lub numeru zwrotnego na wyświetlaczu. Przedstawiony system przywoławczy działa w Szwecji, gdzie sieć UKF-FM praktycznie pokrywa cały obszar kraju W 1986 r. był on wykorzystywany przez około 60 tyś abonentów W Stanach Zjednoczonych jest pierwszym systemem przywoławczym o zasięgu krajowym Został uruchomiony na Zachodnim Wybrzeżu w 1985 r. W przyszłości obejmie od 100 do 150 obszarów wielkomiejskich Koszt wprowadzenia opisanego systemu przywoławczego, przy pełnym pokryciu kraju (o powierzchni około 300 tyś km2) programem UKF-FM, wynosi około 1,3 min dol Utworzenie niezależnego systemu przywoławczego wymagałoby natomiast wybudowania około 200 stacji nadawczych, a koszt takiej inwestycji szacuje się na 8-10 milionów dolarów.

Elastyczność informacyjna systemu
Zaprezentowana struktura systemu RDS, dzięki adresowaniu grup (numeracja grup 0…15), umożliwia łatwe zmiany przekazywanych informacji. Przedstawiono to w tablicy 2. W niektórych systemach struktura adresowa umożliwia zwiększenie (w zależności od potrzeb) ilości przekazywanej informacji określonego typu. Wpływa to na szybkość transmisji innych informacji. W razie potrzeby można wykorzystać pojemność rezerwowa systemu. W prezentowanym systemie wykorzystuje się około 52% pojemności informacyjnej do celów ułatwiających automatyczne strojenie odbiornika. Sygnały przełączające zajmują 6,4% pojemności, radiotekst 9,6%, adresowanie grup 7,8%, a dodatkowe informacje zajmują 24% pojemności systemu.

Wdrażanie systemu RDS
Nad wdrożeniem systemu RDS, zaleconego zarówno przez EBU, jak i CCI R, pracuje się w wielu krajach. Stan zaawansowania i planowany zakres wdrożenia przedstawia się następująco.
Wielka Brytania. BBC*’ wdrożyła system RDS do sieci nadajników UKF-FM w roku 1987. Przedsięwzięcie dotyczyło instalacji koderów sygnałów we wszystkich głównych stacjach nadawczych oraz stworzenie sieci łączy między nimi i programowanym źródłem sygnału w Londynie. Wstępna faza przewiduje wykorzystanie następujących informacji:
— Pl — identyfikacja programu,
— PS — nazwa programu,
— AF — inne częstotliwości,
— ON — dane o innych sieciach,
— CT — czas i data.

Audio-hifi-Video 5/88

Daniel Józef Bem
Jarosław Janiszewski
Ryszard Zieliński

LITERATURA [1] Antonen J.: Getting the Massage on FM Paging.
Communications System Worldwide. ApriI 1986.
pp. 40…41 '2} Bem D.J., Janiszewski J., Zieliński R.: Transmisja
danych w radiofonii (system RDS). Przewodnik po
Audio-Video (w druku)
[3]] Bem D- J., Janiszewski J., Zieliński R.: Emisja informacji dodatkowych w radiofonii UKF-FM. Przegląd
Telekomunikacyjny (w druku) 4] EBU Tech. 3244-E. Specification of the Radio Data
System RDS for UHF/FM Sound Broadcasting, March
1984