CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ RDS VÀ ỨNG DỤNG TRONG HỆ THỐNG FM 1.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG Chuẩn RDS được giới thiệu lần đầu tiên để phục vụ cho việc xử lý tín hiệu cho mã hóa RDS (ở các nước châu Âu), phiên bản RBDS (ở Bắc Mỹ). Hệ thống RDS được ứng dụng trong thu phát sóng FM ở dải tần 87.0 MHz để truyền tải thông tin cho cả chương trình stereo (đa âm) và mono (đơn âm). Chương một sẽ giới thiệu về các cơ sở lý thuyết và nguyên lý về sóng FM và giao thức RDS.2 LÝ THUYẾT CHUNG VỀ ĐIỀU TẦN 1.1 Lý thuyết chung về điều chế tần số Điều chế tần số được áp dụng trong kỹ thuật vô tuyến điện và kỹ thuật xử lý tín hiệu. Người ta truyền thông tin trên một sóng mang cao tần bằng cách thay đổi tần số sóng mang theo tín hiệu cần truyền, trong khi biên độ của sóng mang cao tần không thay đổi [1].
Sóng mang thường có tần số cao hơn so với tần số của tín hiệu mà nó truyền tải. Sóng mang thường dùng để truyền các thông tin xuyên qua không gian như một sóng điện từ (ví dụ như liên lạc bằng sóng vô tuyến) hay cho phép vài sóng mang tần số khác nhau có thể chia sẻ chung một môi trường phát sóng vật lý bằng phương pháp ghép kênh phân chia theo tần số (ví dụ như trong trường hợp của hệ thống truyền hình cáp). FM (Frequency Modulation) là phương pháp điều chế biến đổi tần số của sóng mang cao tần theo biên độ của tín hiệu tin tức. Việc truyền tín hiệu âm thanh qua hệ thống radio FM là phổ biến nhất.
Tuy nhiên, máy phát FM cũng có thể truyền dữ liệu số tốc độ thấp được gọi là hệ thống dữ liệu radio (Radio Data System - RDS) ở châu Âu và hệ thống radio dữ liệu (Radio Broadcast Data System - RBDS). Từ năm 1940 khi bắt đầu phát hiện thấy ưu điểm chống can nhiễu của kỹ thuật điều tần, kỹ thuật mới này được được sử dụng mạnh mẽ. Hiện nay kỹ thuật này được sử dụng rộng rãi trong phát thanh, hệ thống vô tuyến hai chiều, hệ thống ghi HVTH: NGUYỄN TIẾN THIỆN 10 LỚP KTVT-2014B download by : skknchat@gmail.com LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐHBKHN băng từ và hệ thống truyền dẫn video. Trong hệ thống vô tuyến, điều tần với băng thông đủ lớn giúp ích lớn cho việc loại bỏ tạp âm trong khi truyền.2 Tín hiệu điều chế FM Điều chế tần số được áp dụng trong kỹ thuật vô tuyến điện và kỹ thuật xử lý tín hiệu.
Người ta truyền thông tin trên một sóng mang cao tần bằng hai cách. Thay đổi tần số sóng mang theo tín hiệu cần truyền khi biên độ của sóng mang cao tần không thay đổi, đó là kỹ thuật điều chế tần số. Và điều chế biên độ của sóng mang theo tín hiệu cần truyền mà tần số sóng mang vẫn giữ nguyên. Ngoài ra còn nhiều phương pháp điều chế khác, như điều chế pha, điều chế mạch xung, điều chế biên mã, điều chế đơn biên.
[1] Tín hiệu điều chế FM Hình 1.1 Điều chế FM Tín hiệu sóng mang cao tần chưa điều chế là đơn hài, xác định bởi: (1.1) Trong đó: là pha tức thời của dao động cao tần, xác định trạng thái tín hiệu HVTH: NGUYỄN TIẾN THIỆN 11 LỚP KTVT-2014B download by : skknchat@gmail.com LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐHBKHN tại thời điểm t. là tần số sóng mang. là pha ban đầu. Giữa tần số và pha có quan hệ: (1.3) là hệ số Khi đó tín hiệu điều chế FM có dạng: Độ dịch tần số (frequency deviation): là lượng mà tần số sóng mang sai lệch so với tín hiệu sóng mang chưa được điều chế.
Đối với một hệ thống FM, độ dịch tần số cho phép cực đại là độ lệch tần số lớn nhất kể từ tần số trung tâm, nó là một đại lượng quan trọng và được xem như là tốc độ dịch hệ thống fd (rated system deviation). Khi fd được xác lập nó sẽ xác định biên độ của điều chế tần số. Ở hầu hết mọi thời điểm, điện áp điều chế đều nhỏ hơn giá trị cực đại này và khi đó, độ lệch tần số là. Chỉ Số Điều Chế (modulation index) là độ lệch pha đỉnh của tín hiệu FM, ký hiệu là mf.
HVTH: NGUYỄN TIẾN THIỆN 12 LỚP KTVT-2014B download by : skknchat@gmail.com LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐHBKHN Tỉ số độ lệch (deviation ratio): Khi một hệ thống FM được thiết kế, cần phải sử dụng những giá trị cho phép tối đa cho cả độ lệch của sóng mang lẫn tần số tín hiệu điều chế. Do đó, chỉ số điều chế được biết như là độ lệch D: Độ lệch của một hệ thống FM xác định là không đổi, trong khi đó chỉ số điều chế thay đổi không ngừng cùng với sự thay đổi của điện áp và tần số tín hiệu.3 Phổ của tín hiệu điều tần Tín hiệu điều chế và pha ban đầu sóng mang 0 = 0. Tín hiệu FM có dạng như sau: Với: : chỉ số điều chế : độ di tần FM dải hẹp (NBFM: ) Nếu độ di tần nhỏ (mf <0.9) Phổ tín hiệu FM dải hẹp gồm sóng mang và hai biên tương tự AM FM dải rộng (WBFM: wideband FM mf > 0.25) có thể khai triển theo các hệ số của hàm Bessel như sau: HVTH: NGUYỄN TIẾN THIỆN 13 LỚP KTVT-2014B download by : skknchat@gmail.com LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐHBKHN Biên độ của chúng tỷ lệ với hàm Bessel bậc n: Bảng 1.1 Các hệ số của hàm Bessel tương ứng với một số chỉ số điều chế mf mf J0 J1 J2 J3 J4 J5 J6 J7 J8 J9 J 10 J11 J12 J13 J14 0.01 - - - - - - - - 26 HVTH: NGUYỄN TIẾN THIỆN 14 LỚP KTVT-2014B download by : skknchat@gmail.com LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐHBKHN 4.01 0 25 22 23 01 Băng thông của tín hiệu điều chế FM Về lý thuyết độ rộng băng thông cao tần tín hiệu FM vô cùng lớn, tuy nhiên thực tế quy định giới hạn băng thông FM đến thành phần phổ biên. Băng thông này tính theo công thức: BFM 2(f fm) = 2(mf + 1)fm, với fm là tần số tín hiêu điều chế tần thấp băng gốc.
HVTH: NGUYỄN TIẾN THIỆN 15 LỚP KTVT-2014B download by : skknchat@gmail.com LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐHBKHN 1.3 TỔNG QUAN VỀ RDS (Radio Data System) 1.1 Khái niệm và lịch sử phát triển RDS RDS (Radio Data System) là hệ thống truyền dữ liệu qua sóng radio. Đây là một chuẩn giao thức truyền thông cho việc gửi thêm thông tin kỹ thuật số trên các chương trình phát thanh qua sóng FM. RDS chuẩn hóa một số loại thông tin được truyền, bao gồm thời gian, mã trạm và thông tin chương trình. Đài phát thanh có thể sử dụng RDS để gửi đi các bản tin quảng bá ngắn gọn cho người sử dụng hiển thị trên màn hình như thông tin thời tiết, giá cả, tình hình giao thông, thông tin quảng cáo.
Đặc biệt có thể phát thanh chia theo từng khu vực và nội dung phát thanh không bị ảnh hưởng. Sóng FM sử dụng băng tần UHF (tần số từ 87.5 tới 108 Mhz) cho phép phủ sóng trong vòng bán kính từ 80 tới 160 km. Trạm phát sóng FM sử dụng phương pháp đa truy nhập theo tần số (FDMA) để chia sẻ băng tần UHF, một trạm phát FM có thể truyền một hoặc nhiều kênh. [1] RDS sử dụng dải tần trong khoảng 55 KHz tới 59 KHz với phương pháp điều chế theo pha tín hiệu (PSK), cho tốc độ truyền 1187.
Nếu trừ đi các bit sử dụng để phát hiện, sửa lỗi và đồng bộ hóa thì tốc độ truyền thực tế khoảng 731 bps. Giao thức RDS được phát triển bởi Hiệp hội liên minh phát thanh châu Âu (EBU) và được công bố phiên bản đầu tiên vào năm 1984. Từ đó đã trở thành một tiêu chuẩn quốc tế được công nhận bởi tổ chức IEC(International Electrotechnical Commission).2 Cấu trúc dữ liệu của RDS Dữ liệu RDS được định dạng trong các group. Có 16 group được chia làm hai loại A và B.
Mỗi group chứa 104 bit được chia thành 4 block 26 bit. Mỗi block bao gồm 16 bit thông tin và 10 bit để sửa lỗi và đồng bộ (Hình.1) Cấu trúc của một group. Mỗi Group bao gồm bốn Block chứa những thông tin sau (Hình 1.2) Block 1 của mỗi group chứa mã PI (Program Identification). Block 2 chứa những thông tin sau: HVTH: NGUYỄN TIẾN THIỆN 16 LỚP KTVT-2014B download by : skknchat@gmail.com LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐHBKHN Hình 1.2: Cấu trúc của một group trong RDS [1] Group type code dùng để phân biệt ứng dụng của group.
Bao gồm 4 bit A0, A1, A2, A3. Mỗi loại ứng dụng có hai version A và B, version được xác định bằng bit B0 trong Block 2. B0 = 0: PI code chỉ chứa trong Block 1 (version A). B0=1: PI code được chứa trong block 1 và 3 của tất cả các group (version B).
Traffic program (TP): 1 bit Program type code (PTY): 5 bit 5 bit cho những thông tin riêng biệt Mã phát hiện, sửa lỗi và đồng bộ: 10 bit cuối của mỗi block được sử dụng cho để sửa lỗi và đồng bộ. Đồng bộ hóa hoạt động bằng cách sử dụng các dữ liệu được xác định trước. Phát hiện lỗi hoạt động bằng cách sử dụng thuật toán phát hiện tất cả 1 hoặc 2 bit lỗi trong một block và phát hiện tất cả các lỗi trong khoảng dưới 11 bit. [1] Block 3 và 4 chứa những dữ liệu cụ thể Thứ tự truyền của các bit Tất cả các thông tin của words và checkwords có các bit quan trọng nhất (MSB) được truyền đầu tiên.
Do đó các bit cuối cùng truyền đi trong một số nhị phân hoặc địa chỉ có trọng lượng 20. Dữ liệu truyền là hoàn toàn đồng bộ và không có khoảng trống giữa các nhóm hoặc các khối. Từ thông tin và sử dụng của họ được giải thích trong hình (Hình 1.2) định dạng tin nhắn. HVTH: NGUYỄN TIẾN THIỆN 17 LỚP KTVT-2014B download by : skknchat@gmail.com LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐHBKHN Hình 1.3: Định dạng của một group RDS [1] Các thông tin hiển thị RDS [1] Program service name (PS): Tên chương trình chứa tối đa 8 ký tự.
Nó có thể được sử dụng để thông báo cho người dùng tên của trạm phát. PS được truyền trong group 0A. Radio text (RT): Cho phép truyền tối đa 64 ký tự. Ngoài ra RT cho phép truyền các bản tin chuỗi.
RT được truyền trong group 2A và 2B. Clock time and date (CT): Cho phép truyền thông tin thời gian và ngày tháng hiện tại. Các máy thu có thể hiển thị thời gian hoặc đồng bộ lại thời gian nội bộ. CT được truyền trong group 4A.