RDS信号的调制与解调探析

章蓉蓉

（福建省广播电视传输发射中心105台，福建 泉州 362000）

1 调频立体声广播中的RDS信号

调频立体声广播是采用立体声技术的无线广播，主要通过设备使声音从两个相对的位置到达人耳，以产生立体声感。我国立体声广播的频段是87.5～108 MHz。从基带信号的频谱上看，30 Hz至15 kHz为主信道频谱区间，传输的是左、右两声道的和信号（L+R）；23 kHz至53 kHz为副信道频谱区间，传输的是左、右两声道的差信号（L-R）；而57 kHz±1.1 875 kHz的频谱区间加载了RDS信号，作为广播系统的功能上的扩展，并不干扰原来的立体声广播，按照欧洲广播联盟（European Broadcasting Union，EBU）规定的传输格式，在其上主要传送收音机辅助调谐用的数字信息[1]。另外，其中还应包括19 kHz的导频信号，这也是一个重要的信号，也需要在接收端精准恢复。

2 RDS信号的产生与调制

上面提到的是调频立体声广播的基带信号，这一信号还将进一步调频于VHF段的主载波。国际无线电咨询委员会（International Radio Consultative Committee，CCIR）组织的用各种副载波和调制方式所作的试验表明：在多径传输条件下，中心频率为导频信号频率（19 kHz）的三倍并与之锁相时，所造成的干扰最小[2]。因此，基带信号中的RDS信号是包含有所需发送的数据信息的载波为57 kHz的抑制载波双边带调幅信号。

RDS信号的产生主要涉及两个模块，一个是差分编码器，另一个是双相编码器。其中，差分编码器的主要作用是完成曼彻斯特编码，而双相编码器的作用是将差分编码器产生的数字信号转换成模拟信号。RDS信号产生的原理如图1所示。

图1 RDS信号的产生原理

57 kHz振荡器产生一个57 kHz的副载波信号，经过一次24分频和一次2分频后，得到RDS数据流信息的波特率控制信号，使RDS数据流信息波特率为1.1 875 b·s-1。数据流经过差分编码器后输出曼彻斯特码，其编码规则如表1所示。

表1 差分曼彻斯特编码规则

当输入数据电平为低电平时，输出保持前一时刻状态不变；当输入为高电平时，输出将翻转为前一时刻状态的补码。曼彻斯特编码一共有两种实现方式，第一种由THOMAS G E，ANDREW S T于1949年提出，位中间电平从低到高跳变表示“0”，从高到低跳变表示“1”；第二种由IEEE 802.4（令牌总线）和低速版的IEEE 802.3（以太网）标准规定，位中间电平从低到高跳变表示“1”，从高到低跳变表示“0”。这样需要根据应用场景来区分究竟使用何种编码方式，容易产生歧义。而RDS信号差分编码器采用的编码方式叫做差分曼彻斯特编码，其好处是收发双方可以根据编码自带的时钟信号来保持同步，无需专门传递同步信号的线路，因此成本低；但相比于曼彻斯特编码来说，其实现技术较复杂。差分曼彻斯特编码关系可用以下式子描述：Dk=Bk⊕Dk-1，其中Bk为绝对二进制数列，Dk为相对二进制数列。

经过曼彻斯特差分编码后的信息仍需要进行双相编码，即采用相位偏离180度的二相相移键控（BPSK），将数字信号转换成更适合在信道上传输的模拟信号。RDS相关规范规定：差分编码输出的非归零码变换为极性脉冲，码元1变换为正极性脉冲，码元0变换为负极性脉冲[3]。经过NRZ极性脉冲转换器后的信号e(t)可表示为

式中：td为RDS信号的变化周期，其值大小为此时产生的信号存在较多的突变，这样会占用比较大的带宽，不利于信号的传输，因此需要对信号进行滤波整形。滤波整形采用余弦滚降滤波器，其本质上是一个低通滤波器，其滚降因子会对波形的幅度产生一定影响。滤除高频成分后，在保证信号传输的同时，也降低了信号所占用的带宽。

经过滤波，RDS信号的编码基本完成，但还需要将其频移至57 kHz副载波上，形成抑制副载波双边带调幅信号。此时的信号就可以称为RDS基带信号，其频带为57 kHz±2.4 kHz，RDS信号的能量在整个基带信号中占比约为5%。

3 RDS信号的接收与解调

RDS信号的解调系统如图2所示。其中，信号输入端输入的是RDS基带信号，该信号是由接收器所接收到的调频信号经过频率解调、相应滤波后产生。为了获得57 kHz副载波信号，需要从基带信号中获取19 kHz导频信号后，利用倍频电路产生[4]。必须注意的是，这里的57 kHz副载波信号是与原调制端的57 kHz副载波同频同相的。获得57 kHz副载波信号后，通过对其进行48倍分频，即可得到RDS时钟信号。这个时钟信号将用于RDS信号的解码。同时，57 kHz的副载波信号通过同步解调器对RDS基带信号进同步解调，此时获得的信号带宽为2.4 kHz。加入一个2.4 kHz的余弦滚降滤波器，滤除高频部分后，即可获得包含有RDS信息的NRZ双极性脉冲信号。

为了更清晰地了解双相译码器，将图2中的双相译码器简化，形成如图3所示的简图。由图3可知，双相译码器主要执行波形相位调整和积分这两个操作，其具体的控制过程可简述如下。

图2 RDS信号的解调系统框图

图3 双相译码器示意图

（1）积分电路的输入端有一个受控开关，此开关受到RDS时钟信号的控制，每半个RDS时钟周期切换一次。在前半个周期中，受控开关打在倒相网络端，此时信号将进行翻转；而后半个周期时，受控开关打在正常输出端。因为RDS信号在编码时采用的是差分曼彻斯特编码而后又经过NRZ双极性脉冲变换，其对应的“1”和“0”的波形，在时域上是关于时间轴对称的。在受控开关的作用下，输入到积分电路的信号，其对应的“1”均处在时间轴的下方，而“0”所对应的波形则处在时间轴的上方。总而言之，“0”的波形全为正，“1”的波形全为负。

（2）在积分电路中，同样存在着一个受RDS时钟信号控制的开关。此开关的主要作用是清零积分电路，并在每一个RDS周期开始时进行动作。在积分电路的作用下，“0”所对应的波形得到了一个较大的正值，而“1”所对应的波形得到一个较大的负值，经过施密特触发器进行整形后，就可以得到一个较易识别的信号序列，同时清零开关会在下一组信号到来的时候对积分电路进行清零，从而确保新的积分操作顺利进行。

之后的信号输入到差分译码器中，最终解调出RDS信号。其译码的规律可以归纳为表2，至此，RDS解调过程结束[5]。

表2 差分曼彻斯特码解码规则

4 结 语

本文简述了RDS信号的调制和解调过程。RDS技术能够提供强大的综合性数据服务，可以节省有限的频率资源，具有兼容性较好、设备投入成本低等特点，能够为城市的交通安全、广播的接收质量以及天气信息的播报提供更多的便利。随着我国广播事业的发展，在完善的广播体系下，RDS技术必将焕发出时代的光芒。