RDS das Radio-Daten-System

Fast alle UKW-Sender strahlen inzwischen unhörbar digitale Zusatzinformationen zum Rundfunkprogramm aus.

Wie funktioniert das ?

Das Frequenzspektrum, dass ein UKW-Sender übertragen kann, ist deutlich breiter, als das, das der Mensch mit seinen Ohren hören kann. In diesen unhörbaren Frequenzen kann man zusätzliche Dinge verstecken. Es wurde festgelegt, das das hörbare Spektrum bis 15 kHz gehen soll, das heist, im Spektrum zwischen etwas über 0 und 15 kHz findet man ein Mono-Signal (Links+Rechts). Damit hat der UKW-Hörfunk Ende der 40er Jahren mal angefangen.

Stereophonie

In den 60er Jahren wurde die Stereophonie eingeführt. Dazu hat man den Unterschied zwischen den beiden Kanälen (Links-Recht) mit einem Hilfsträger von 38 kHz multipliziert. Dabei entsteht ein Spektrum von 38+-15kHz also von 23 bis 53 kHz. Dieses ist unhörbar und wird einfach mit dem Mono-Signal übertragen.

Ein Monoradio empfängt weiterhin nur den Bereich bis 15kHz, ein Stereoradio demoduliert das Differenzsignal und rechnet:

• Links  = ((Links+Rechts) + (Links-Rechts)) /2
  

• Rechts = ((Links+Rechts) - (Links-Rechts)) /2
  

und hat so die beiden Kanäle wieder getrennt.

Zur Demodulation des Differenzsignals bräuchte man eigentlich einen 38kHz-Träger. Der ist aber unterdrückt. Ersatzweise wird ein 19kHz Pilotton gesendet. Da über und unter 19kHz je 4kHz 'Ruhe' ist, lässt sich dieses Signal leichter ausfiltern. Es wird dann im Demodulator zu 38kHz verdoppelt.

ARI

Das Auto-Radio-Informationssystem wurde in den 70er Jahren eingeführt um Sender, die Verkehrsmeldungen übertragen zu kennzeichnen. Dazu wurde dem Spektrum ein Hilfsträger mit 57 kHz hinzugefügt. Dieser wird mit sechs verschiedenen niedrigen Frequenzen amplitudenmoduliert, welche die Senderbereiche A-F kennzeichnen. Während einer Verkehrsdurchsage wird eine weitere Frequenz überlagert.
ARI wurde 2007 in Deutschland abgeschaltet.
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RDS

Ende der 80er Jahre wurde das Radio Daten System RDS eingeführt. Hierbei wird wie bei ARI ein 57kHz Hilfsträger benutzt, der jedoch mit einer höheren Datenrate phasenmoduliert wird. Dadurch kommen sich ARI und RDS nicht in die Quere.
RDS überträgt 1187,5 Bit pro Sekunde (57 kHz / 48). Der Datenstrom unterteilt sich in Datenworte zu je 26 Bit, von denen 16 Bit Nutzdaten und 10 Bit Prüfbits sind. Dadurch bleibt eine Nettodatenrate von 730 Bit pro Sekunde übrig. Durch die hohe Anzahl von Prüfbits können jedoch viele Übertragungsfehler erkannt und korrigiert werden.
Jeweils vier Datenworte ergeben zusammen eine RDS-Gruppe. Eine Gruppe ist die kleinste nutzbare Einheit.
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Was wird nun mit RDS übertragen ?

Alle Dienste haben einen Kurznamen:

• PS Programm Service Name, sicherlich der bekannteste Dienst, nämlich nicht weiter als der Sendername. Dieses ist das einzige, was Autoradios anzeigen, aber auch mancher High-End Tuner nutzt nicht mehr von RDS. Der Sendername besteht aus 8 Zeichen und sollte sich eigentlich nicht ändern. Manche Sender wechseln ihren 'Sendernamen' allerdings alle paar Sekunden und zeigen somit einen fortlaufenden Text an.
• RT Radiotext, zwei Texte mit je 64 Zeichen können übertragen werden. Hier kann man programmbegleitende Infos, wie Musiktitel und Interpret, den Namen des Moderators, den Wetterbericht oder auch Werbung unterbringen. Der Radiotext wird meist als Laufschrift angezeigt. Autoradios haben diese Möglichkeit im Allgemeinen nicht, um den Fahrer nicht abzulenken.
• CT Die aktuelle Uhrzeit und das Datum. Auflösung eine Minute, wird deshalb normalerweise genau zu jeder vollen Minute übertragen.
• AF eine Liste mit alternativen Frequenzen. Dient vor allem im Autoradio dazu immer den stärksten Sender eines Programms zu empfangen. Das Radio kann sich anhand dieser Liste einen besseren Sender suchen, wenn man aus dem Empfangsbereich herausfährt.
• PTY Programm Typ. Der Sender kennzeichnet das Programmformat mit einer von 32 Kennungen, z.B. Klassik, Pop, Nachrichten ... Der PT kann auch dem laufenden Programm angepasst werden. So sendet SWR3 während den Nachrichten die Kennung News, sonst lautet sie Pop.
• PI Der PI-Code ist ein 16-Bit Wort, das in jeder RDS-Gruppe im ersten Wort steht. Er kennzeichnet eindeutig den Sender und beschreibt zusätzlich das Herkunftsland und die regionale Ausdehnung des Programms.
• TP/TA kennzeichnet ein Verkehrsprogramm und Verkehrsdurchsagen.
• EON Enhanced Other Networks, liefert Informationen über andere Programme einer Senderkette.
• TMC Traffic Message Channel, überträgt codierte Verkehrsmeldungen.

RDS dekodieren mit PIC

Ist ja heute in fast jedem Radio eingebaut, das hier vorgestellte Projekt ist auch schon aus dem letzten Jahrtausend. Aber wenn man mal wissen will wie es funktioniert, oder ein älteres Radio nachrüsten will, baut man's am besten selbst. Wurde übrigens im März '96 schon mal in Elektor veröffentlicht (war der 6. Platz im internationalen Schaltungswettbewerb). Dort gab's auch eine von Elektor entwickelte Platine, mit leicht modifizierter Schaltung. Die hier vorgestellte Software ist etwas weiterentwickelt und läuft auf meinem Prototyp sowie auf der Elektor Platine.
Angezeigt wird :

• PS der Sendername
• CT die Uhrzeit
• ob das Programm Verkehrsmeldungen überträgt und ob gerade eine gesendet wird
• RT der Radiotext als Laufschrift.

über eine serielle Schnittstelle werden die RDS Rohdaten ausgegeben, immer 8 Byte mit einer Gruppe, dazwischen ein $ff zur Synchronisation.
1200 Bit/Sekunde, der Pegel ist invertiert, damit man einen PC direkt anschliessen kann.

Die Schaltung ist sehr minimalistisch, sie besteht im wesentlichen aus dem RDS-Demodulator TDA7330A (offenbar veraltet, ST kennt ihn nicht mehr, Datenblatt muss man googeln), einem PIC16F84(A), programmiert mit diesem Hexfile und einem LC-Display mit zwei Zeilen zu je 16 Zeichen.
Für PIC16F628(A) gibt es jetzt auch ein HEX-File.

Alternativ geht auch der TDA7331 (Kondensator an Pin 3 weglassen) oder der BU1920F von Rohm, der ist aber auch ausgestorben.
Hält man sich nicht an das Layout, kann man auch den SAA6579 oder den TDA7479 als Demodulator verwenden, sicherlich gibt es noch ein paar andere.
Nur die beiden Leitungen RDDA und RDCL müssen vorhanden sein. Über RDDA kommen die seriellen Daten mit 1187,5 Bit/sec auf RDCL der dazugehörige Takt, mehr baucht der Prozessor nicht zum dekodieren.
Auf Anfrage gibts den Quelltext, wer will kann das Programm mit zusätzlichen Funktionen versehen.

Vorschlag:

• anderes Display (Grafik?) um mehr dazustellen
• Ansteuerung eines Frequenzsynthesizers, um ein komplettes Radio zu bauen,
  eventuell mit AF und/oder EON
• TMC Traffic Message Channel (benötigt große Datenmengen, wohl kaum mit PIC machbar)
• RASANT, das ist Differential GPS
• Dekodierung sonstiger Dienste

Der Quelltext kann leicht an einen anderen PIC mit mehr Programm und mehr Datenspeicher angepasst werden.