RDSRBDS解码器设计及其性能仿真关于RDSRadioDataSystem的毕业论文.docx

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RDSRBDS解码器设计及其性能仿真关于RDSRadioDataSystem的毕业论文

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：

所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：

　　　　　日　期：

指导教师签名：

　　　　　日　　期：

使用授权说明

本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：

　　　　　日　期：

学位论文原创性声明

本人郑重声明：

所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：

日期：

年月日

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权　　　　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：

日期：

年月日

导师签名：

日期：

年月日

注意事项

1.设计（论文）的内容包括：

1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）

2）原创性声明

3）中文摘要（300字左右）、关键词

4）外文摘要、关键词

5）目次页（附件不统一编入）

6）论文主体部分：

引言（或绪论）、正文、结论

7）参考文献

8）致谢

9）附录（对论文支持必要时）

2.论文字数要求：

理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

3.附件包括：

任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。

4.文字、图表要求：

1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写

2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。

图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画

3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印

4）图表应绘制于无格子的页面上

5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档

5.装订顺序

1）设计（论文）

2）附件：

按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订

指导教师评阅书

指导教师评价：

一、撰写（设计）过程

1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神

□优□良□中□及格□不及格

2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度

□优□良□中□及格□不及格

3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力

□优□良□中□及格□不及格

4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性

□优□良□中□及格□不及格

5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

指导教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

评阅教师评阅书

评阅教师评价：

一、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

评阅教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

教研室（或答辩小组）及教学系意见

教研室（或答辩小组）评价：

一、答辩过程

1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况

□优□良□中□及格□不及格

2、对答辩问题的反应、理解、表达情况

□优□良□中□及格□不及格

3、学生答辩过程中的精神状态

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

评定成绩：

□优□良□中□及格□不及格

教研室主任（或答辩小组组长）：

（签名）

年月日

教学系意见：

系主任：

（签名）

年月日

摘要

RDS（RadioDataSystem）是利用广播调频波段（87.0MHz～108.0MHz），将数据加载到每个电台波段的57KHz副载波上，随同音频一起进行广播发射的一种广播数据系统。

RDS系统规定了若干种信息传播类型，包括基准时间、交通信息、电台台标等。

早在上世纪90年代初，在欧洲和拉丁美洲就已经出台了RDS系统标准化方案。

RBDS是美国官方的RDS系统名字，就数据调制解调过程而言，其与欧洲标准RDS没有实质区别看，主要区别是两者解码时所采用的偏置字有所区别。

在欧洲标准中，一帧数据有四个块，按顺序分别是A、B、C（C’）、D块。

在美国标准中，一帧数据除了可能是A、B、C（C’）、D块外，还可能是4个E块。

中国采用欧洲RDS标准。

本文所开发的系统解决方案兼容两种标准，并着重介绍了具体实现的过程。

本课题主要研究的内容是RDS/RBDS系统的一部分，即解码部分。

论文首先简单介绍了国内外RDS/RBDS的研究背景，综述了国内外数据广播技术的发展和现状。

接下来，论文重点介绍了RDS/RBDS编码器的设计原理，硬件实现方式；介绍了解码器的设计原理，硬件实现方式；介绍了解码器系统的同步机制，失锁机制；最后仿真了在高斯信道下解码器的工作性能。

仿真结果表明，

（1）在失锁机制关闭的情况下，译码前的仿真误码率与理论误码率完全吻合；Eb/N0大于7dB以后，实际解码性能与采用理想偏置字进行解码的性能相差无几；译码后要达到1e-2的误码性能，其Eb/N0=6.2dB，译码前要达到同等的误码率理论值为7.4dB，由此可知解码与纠错电路能够获得1.2dB的增益。

（2）利用偏置字和xor信号两种失锁机制下的每64块错误块的平均误块性能。

本文给出了译码后希望达到的误码率所需的失锁门限BBL和临界失锁的帧数numFrame。

译码时，利用偏置字或xor信号来统计每64块中错误块数，当错误块数大于失锁门限时，系统将失锁，重新进入同步搜索。

本文还给出了两种方案下临界失锁帧数numFrame，通过临界失锁帧数numFrame可以获得信号质量不好时不会发生失锁的最短时间，该最短时间=numFrame*4*26/1187.5S。

关键词：

RDS/RBDS，广播数据系统，调频，同步，信道编解码

ABSTRACT

RDS（RadioDataSystem）isapplicableforVHF/FMBroadcastintherangefrom87.5MHzto108.0MHz.Itloadsdataintoeachradiowithin57KHzband,alongwiththebroadcastaudiosignal.TheRDSsystemstandardizesseveraltypesofinformationtransmitted,includingtime,track/artistinfoandstationidentification.RDShasbeenstandardinEuropeandLatinAmericasincetheearly1990s.RBDS（RadioBroadcastDataSystem）istheofficialnameusedfortheU.S.versionofRDS.Intermsofdatademodulationprocess,withtheEuropeanstandard,RDShasnosubstantialdifference,themainisadoptedwhenthedecodingoffsetwords.InEuropeanstandard,aframehasfourblocks,respectivelyisblockA,B,C（C'）,D.InAmericanstandard,exceptaframeisblockA,B,C（C'）,D,alsomaybefourblockE.ChinaadoptstheEuropeanstandardofRDS.Inthispaperthesystemsolutionscompattwokindsofstandards,andemphaticallyintroducestheconcreteimplementationprocess.

ThistopicmainresearchcontentisonepartofRDS/RBDSsystem,thedecodersection.First,backgroundsofresearchofRDS/RBDSbothinandoutofthecountryarepresented.Next,thepapermainlyintroducedtheRDS/RBDSencoder,thedesignprincipleofhardwareimplementation;Decoderisintroduced,thedesignprincipleofhardwareimplementation;Decodersystemsynchronizationmechanismareintroduced,andlossoflockmechanism;finally,simulatingthedecoderworkperformanceunderthegaussianchannel.Theresultsshow:

（1）Inthecaseofclosinglossoflockmechanism,toachievetheberperformanceof1e-2afterdecodingisconsistentwiththeoreticalerrorratecompletely;AfterEb/N0>7dB,theactualdecodingperformanceisalmostthesameasusingidealbiasworddecodingperformance;toachievetheberperformanceof1e-2afterdecoding,theEb/N0=6.2dB,toachievethesameberbeforedecoding,thetheoreticalvalueshouldbe7.4dB,thusthedecodinganderrorcorrectingcircuitobtainsagainof1.2dB.

（2）Theuseofbiasandxorsignal,underthetwolossoflockmechanism,theaverageerrorblocksperformanceofper64errorblocks.ThepapergivesoutthelossoflockthresholdoftheBBLatexpectedbiterrorrateandthecriticallossoflockframesafterdecoding.Usingoffsetwordorxorsignaltostatisticeacherrorblocksper64,whentheerrorblocksisgreaterthanthelossoflockthreshold,thesystemwillbelossoflock,thedecodercomesbacktosearchsynchronization.ThispaperalsogivesacriticallossoflockframesnumFrameundertwokindsofschemes,itdoesn'thappenintheshortesttimethroughthecriticallossoflockframesnumFrameuntilthedecoderislossoflockwhenthesignalisbad,theshortesttime=numFrame*4*26/1187.5S.

Keywords:

RDS/RBDS,RadioDataSystem,FM,Synchronization,Channelcodec

1绪论

1.1RDS/RBDS综述

RDS最初是由英国广播公司播出的一种特殊的无线电广播被称为“无线电广播数据系统（无线数据系统，简称：

RDS）。

”它是在调频副载波广播传输信号，电台名称，节目类型，节目内容及其它信息以数字形式发送。

RDS调谐器可以识别这些数字信号，变成字符显示在显示屏上[1]。

FM立体声广播发送附加信息根据CCIR协议，调制信号的基带，只能使用的频率范围为53KHz～75KHZ。

为了兼容与现有的广播系统中，以提供57kHz的副载波频率，可以为±6KHz的偏差时，RDS信号抑制副载波调幅和要求的载波相位90°±10°，其主要活动是，如下所示：

（1）立体声相关信息：

电台名字、电台频率、正在播放歌名等。

（2）寻呼：

寻呼服务等。

（3）交通信息：

交通信息通告、交通时况等。

（4）差分全球定位系统：

多维定位、连续定位等。

（5）紧急警报系统：

随时播放紧急通报等。

（6）电子小型通讯录：

旅游指南信息、地图等。

……

RDS使收音机自动化、高档化，并且在城市交通管理中发挥了显著作用，仍再扩大其应用领域。

RDS在起源于欧洲，被广泛应用于欧洲和美国，是欧洲汽车电子收音机重要的功能之一[2]。

不过迄今为止，中国国内电台不支持RDS，但到目前为止，中国的国内广播不支持RDS，但国内小部分电台在进行RDS功能实验，在深圳或珠海，可以收到香港的RDS电台，如88.1MHz（雷霆台）、90.1MHz（商台）、93.2MHz（香港一台）、97.3MHz（香港四台）[3]……

1.2无线广播数据系统起源

1984年欧洲广播联盟（EBU）制定了无线数据广播系统（RDS）的欧洲规范，并于1985年9月向国际无线电咨询委员会（CCIR）提交了以RDS作为FM广播中传送识别广播电台节目附加信息的标准方式建议书。

1986年CCIR批准将RDS作为世界统一标准。

自此欧洲各国纷纷开设发RDS的广播业务。

1987年5月CCIR引入国际标准化组织（ISO）的开放系统互连（OSI）的概念，进而制定了RDS的参考模型[4]。

与中波相比，RDS城市交通信息广播的主要特点是利用现有的调频广播资源，通过广播信号里插入数字码实现，只需少量的投资即可建成广播发射端。

它与音频信号是分开的，丝毫不会干扰收音，也不会影响收音机音质。

当收音机检测和解调这些数字码后，便能提供相应的功能[5]。

因为广播原则上是单向的，采用OSI的结构有一定的困难。

尽管如此，在广播领域内OSI参考模型仍旧被广泛接受了。

同时因为电信正向宽带综合业务数字网（B-ISDN）发展，广播正向综合业务广播（ISDB）发展，其间的相互结合是肯定的。

1.3无线广播数据系统现状

继RDS欧洲标准出台之后，美国于1993年出台了美国的无线广播数据系统标准，称之为RBDS（RadioBroadcastDataSystem，缩写：

RBDS）[6]。

就数据调制解调过程而言，二者没有实质区别。

皆可相嵌于调频立体声广播之中。

二者的本质区别在于数据同步过程中所用校验包格式的差别。

声音广播系统的接收设备，属声像电器。

它把天线接收到的高频信号还原为音频信号，加到扬声器上重放出声音。

1906年R.A.费森登在美国马萨诸塞州布兰特岩城的实验室里，作了有史以来的第一次无线电广播。

1920年美国开始调幅广播。

1941年开始调频广播，并在1961年确定了与单声道广播兼容的立体声广播制式。

80年代，又在研究立体声调幅广播[7]。

1916年美国已有矿石收音机出售。

1921年，收音机生产成为美国发展最快的工业部门之一，1922年销售量达10万台[8]。

随后收音机便以极快的速度在全世界普及。

收音机的类别很多。

按接收的广播制式分为调幅收音机、调频收音机、调频调幅收音机：

按所用元器件分为电子管收音机、晶体管收音机、集成电路收音机：

按接收的波段分为中波收音机、中短波收音机、中波超短波收音机、长中短波收音机、全波段收音机：

按体积分为微型收音机、袖珍收音机、卡片式收音机、便携式收音机、台式收音机、落地式收音机：

按使用的电源分为交流收音机、直流收音机、太阳能收音机、交直流两用收音机：

按功能分为汽车收音机、立体声收音机、钟控收音机、电唱收音两用机、收录机和其他多用机等：

按原理分为直放式收音机和超外差式收音机，前者在检波前不改变原来的接收频率，后者不论所选收的电台频率大小，先把它变成一个较固定的中间载频（中频），然后再对它进行放大、检波。

常用的收音机是超外差式收音机，主要有调幅收音机、调频收音机和调频立体声收音机三类[9]。

调频（FrequeneyModulation，缩写：

FM）是一种以载波的瞬时频率变化来表示信息的调制方式。

（与此相对应的调幅方式是透过载波幅度的变化来表示信息，而其频率却保持不变。

）在模拟应用中，载波的频率跟随输入信号的幅度直接成等比例变化。

在数字应用领域，载波的频率则根据数据序列的值作离散跳变，即所谓的频率键控。

调频技术通常运用在甚高频段VHF无线电上的高保真无线电音乐和语音的传送。

普通的（模拟）电视的音频信号也是透过调频方式传递。

窄带形式的调频广播（N-FM）限于商业上的声音通讯和业余无线电领域，广播中使用的调频技术则一般称为宽带调频（W-FM）。

宽带调频（W-FM）和调幅相比，在同样的调制信号作用下，宽带调频需要更宽的带宽。

但是这也使信号具有更强的抗噪声和干扰能力。

调频还具有较强的抗简单信号振幅衰减能力（simplesignalamplitudefadingphenomena）。

因此，调频被选做高频、高保真无线电传输的调制标准[10]。

RDS/RBDS系统可以在传送调频立体声广播节目的同时传送公众性的数据信息，不另外占用有限的频率资源，不增加调频发射机的发射功率，并且在普通调频立体声节目和RDS数据通道之间不发生干扰情况下，不减小普通调频立体声节目的覆盖范围[11]。

更重要的是根据我国的广播政策，“我国调频广播将由中央、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。

在技术规范中应保证95%以上的人口能听好广播，在城市与农村同时有4～5个调频广播节目供选择收听。

”因此，我国的调频广播网覆盖范围非常广，应该充分利用广播电台已经建成调频广播网这一优势，研究开发通过RDS/RBDS发布数据信息的网络，建成既经济又实用的数据信息发布网[12]。

通常的调频立体声广播只占用调频基带的53KHz以下的频带，而53KHz以上的频带还可用于传输其它信息，如图1-1所示。

57KHz±2.4KHz用于数据广播RDS。

按照欧洲广播联盟（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，并可同时传送寻呼机、DGPS和交通诱导等信息，还可在透明通道传送其它信息。

以67KHz、76KHz、92KHz为中心的信道称辅助业务信道（SCA），其上的数据广播并没有统一的规定和格式，研制的广播数据系统可以工作在中心频率57KHz～96KHz、速率1187.5bps（中心频率57KHz）到2kbps（中心频率96KHz），可在一个调频广播信道上开展多套广播数据服务[13]。

来自网上的文件服务器或通过调制解调器和电话线远程接人的信息源数据经播出控制计算机处理后送入RDS编码器，编码器对数据进行双相频移键控调制（DPSK），调制在RDS或SCA信道上，然后与立体声信号一起复合成调频基带信号（如图1-1频谱），再对VHF主载波调频，经发射塔发射出去。

接收机具有自动调谐功能，可搜索信道并锁定在相应的调频台及副载波上，经解码按照控制端给出的授权，接收各自的信息，此信息可由串行RS-232C口输出[14]。

本文仅分析作者开发的RDS编解码器的帧结构、编解码和同步的原理及实