DE102010022011A1

DE102010022011A1 - Erweiterte Datenübertragung auf FM (UKW) mit Nutzung des RDS Protokolls

Info

Publication number: DE102010022011A1
Application number: DE201010022011
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-05-27
Filing date: 2010-05-27
Publication date: 2011-12-01
Anticipated expiration: 2030-05-28
Also published as: WO2012003820A1; DE102010022011B4

Abstract

Technisches Problem der Erfindung bzw. technische Aufgabe und Zielsetzung. RDS auf FM ist in der Übertragungskapazität gebunden an sein Trägerfrequenz. Der Teiler ist 1/48. Somit sind nur 57 kHz/48 = 1.187,5 bps brutto Kapazität möglich. Dies ist für aktuellen Anwendungen nicht mehr ausreichend. Lösung des Problems bzw. der technische Aufgabe. Es werden mehrere RDS-Träger aus den Datenstrom generiert. Die zusätzlich generierten Träger werden in der Frequenzbereich auf die freien Frequenzen der FM-Multiplex zwischen 60- und 100 kHz verschoben. Dies erfolgt ohne Änderung der Kodierung oder Inhalt. Im Empfänger werden die Zusatzträger ausgefiltert und vor die Dekodierung wieder auf 57 kHz konvertiert, und als RDS Datenstrom dekodiert. Die Daten der Original-RDS und der Zusatzträger können somit RDS-Gruppenweise gemultiplext ausgegeben werden. Nur die, in der primären RDS Datenstrom vorhandenen PI-Code hat Gültigkeit. Diese überschreibt die korrespondierende Datenbereiche der Zusatzdaten. Somit kann man auf die Übertragung von Block-1 der RDS-Gruppe in der Zusatzträgern verzichten, dadurch die Kapazität erhöhen. Anwendungsgebiete Rundfunk und Telematik. Übertragung von Verkehrsinformationen (TMC), Radiotexte oder andere beliebige Informationen aller Art.

Description

Stand der Technik:
RDS auf FM ist eine bewährtes Übertragungsprotokoll für Daten. Entwickelt wurde es von EBU in Genf ab 1984. Eingesetzt wird es weltweit kommerziell seit 1988. (Bild 1)
Beschreibungen unter:

– „DIN EN 62106:2002-10, Spezifikation des Radio-Daten-Systems (RDS)”.
– ”EIA/NAB National Radio Systems Committee: United States REDS Standard, January 8,1993 – Specification of the radio broadcast data system (RBDS)”
– ”Newly upgraded RDS specification proposed to IEC as IEC 62106, Edition 2, RDS FORUM R08/008 7 2009-02-06”
– ”RDS Forum Technical Specification SPB 490, UECP Version 7.04, November 2009”

Übertragungsverfahren für die RDS Daten nach aktuellem Stand der Technik
Die Datenbits werden mit einer Datenrate von 1.187,5 Bit pro Sekunde übertragen. Als Modulationsverfahren wird ein digitales Zweiseitenbandverfahren eingesetzt, wobei als Träger der um 90° gedrehte ehemalige ARI Pilotton von 57 kHz verwendet wird. Durch die 90°-Phasendrehung waren das ARI-Signal und das RDS-Signal unabhängig voneinander zu empfangen, da diese beiden Signale orthogonal zueinander stehen. Zusätzlich wird der Träger unterdrückt. Träger und Übertragungsrate stehen in der Beziehung: Trägerfrequenz (57 kHz)/48. ARI ist inzwischen eingestellt, an der Modulation des RDS Signals wurde nichts geändert.
Das Problem:
Geringe Übertragungskapazität.
Für RDS wurden im Laufe der letzten 25 Jahre viele Anwendungen entwickelt. Nur relativ wenig können parallel laufen bzw. einige wie TMC stossen schon seit längerem an die Kapazitätsgrenzen.
Die 1.187,5 bps brutto Kapazität sind unveränderbar da die Trägerfrequenz und die Datenrate zueinander in fixen bezug stehen. (57 kHz/48).
Um mehr Übertragungskapazität auf FM-Subcarrier zu erhalten wurden mehrere neue Modulationsferfahren und Protokolle entwickelt (SWIFT Eureka 1197 project, ISBN: 0-7803-3002-1)
Ebenso wurde versucht UKW mittels DAB, DMB, DAB+, DRM oder FMeXtra zu ersetzen. Es wurden nur sehr wenig davon praktisch eingesetzt, und auch diese differieren von Ort zu Ort. Ein neuer Weltstandard wie FM und RDS kamen nicht mehr zustande.
Die weltweite große Verbreitung von FM-RDS Empfängern und deren einheitlicher Standard erschwert auch die Änderung derselben. Somit muss eine Erhöhung der Übertragungskapazität ohne Änderung an den Grundfunktionen erfolgen und trotzdem nach aussen – aus Sicht der Sender und Empfänger – voll kompatibel erfolgen.
Die Lösung des Problems:
Allokierung von Übertragungskapazität:
Die RDS Daten sind zwar fest an ihre Trägerfrequenz gebunden, dieser kann jedoch im Frequenzbereich zwischen 60 und 100 kHz verschoben werden. Diese Trägerfrequenzen werden hier im weiteren eRDS-Träger genannt zur Unterscheidung zur regulären 57 kHz RDS Trägerfrequenz. (Bild 2) Durch Generierung von weiteren Trägern und deren Verschiebung auf die freien Frequenzbereiche im Multiplex, können weitere RDS-Inhalte in den Multiplex integriert werden. Auf der Empfängerseite wird diese Verschiebung rückgängig gemacht und Daten auf den Träger können mittels RDS-Dekoder (mit 57 kHz Filter) dekodiert werden. Zum einfacheren Auffinden von Zusatzträgern im Empfänger, werden Frequenzen anhand des Pilottons definiert, wobei ¼ (einviertel) der Pilottonfrequenz als Basis dient. Somit können die erforderliche Frequenzen und Zwischenfrequenzen aus den bereits im Sender und Empfänger vorhandenen Frequenzen und mit den richtigen Phasen erzeugt werden. Der Pilotton hat 19 kHz, ¼ davon entspricht 4,75 kHz. Damit sind die möglichen Positionen die 14 bis 20-fachen der ¼ Pilottonfrequenz. Es sind also in diesen Fall 7 Möglichkeiten wovon mehrere aber nicht alle gleichzeitig nutzbar sind. In Sonderfällen, bei entsprechender Signalisierung für die Empfänger, ist auch eine freie Frequenzwahl theoretisch möglich. Dies kann notwendig sein wenn der Frequenzbereich teilweise belegt ist.
Somit ergeben sich mit dem 57 kHz Original zusammen in der Regel ein Übertragungslimit von brutto 5.937,5 bit/s. Der Sender kann bestimmen wieviel dieser davon tatsächlich nutzt, da jeder einzelner eRDS-Träger zu- oder abgeschaltet werden kann. Der Sender kann z. B. mittels RDS-ODA (3A Gruppen) oder durch andere Methoden, den Empfängerseitigen Applikationen mitteilen von welchen Trägerfrequenzen die Daten dekodiert werden können. Damit werden im Empfänger nur dann Ressourcen belegt und Energie verbraucht wenn eine Applikation die Zusatzdaten nutzt. Ansonsten braucht der obere Frequenzbereich nicht dekodiert zu werden. Das spart Batteriekapazität für mobile Empfänger.
Synchronisierung der Datenströme:
Sofern die eRDS Träger mit unterschiedlichen Encodern erzeugt werden, ist es möglich, dass die PI-Codes in den Blöcken „A” und „C”, sowie die Statusbits aus der Block „B” unterschiede ausweisen. Die Empfangslogik korrigiert es so, dass die entsprechenden Werte aus dem Original 57 kHz Träger genommen und eingesetzt werden.
Der Empfänger ist auch in der Lage bei eRDS Zusatzträgern die fehlende „A” Block mit dem PI-Code aus dem 57 kHz Träger zu ergänzen. Diese Korrekturfunktion ermöglicht senderseitig die Datenkompression um 25% indem der „A” Block für die eRDS-Zusatzträger gar nicht gesendet wird.
Somit ergeben sich zwei Sendearten:

– Typ 1: Kompatibilitätsmode – Standard 4-Block RDS
– Typ 2: Kompressionsmode. – verkürzte 3 Block RDS – ohne PI-Code

Empfänger können beide Methoden durch ihre Fehlerkorrektur beherrschen. Netto bekommt man dadurch bei 4 eRDS-Zusatzträger die 5-fache RDS Kapazität.
Da auf dem Original RDS-Träger die freien ODA Datendienste in der Regel nur etwa 50% der Kapazität belegen können, ist dies eine Verzehnfachung der verfügbaren Kapazität.
Hardware:

– Die Sender müssen lediglich mit einem Frequenzverschieber ihren RDS Encoder verbinden. Eventuell einem erweiterten Encoder beschaffen um die Kompressionsmethode (3 Gruppen RDS, ohne PI an den Zusatzträger) nutzen zu können.
– Die Empfänger müssen nur minimal erweitert werden durch die zusätzliche Dekoderlogik. Entweder wird der ZF mit dem MPX ausgeführt und weiter verarbeitet, oder in künftigen Chips pinkompatibel zu den vorhandenen umgesetzt.

Es sind Pinkompatible Dekoder-Chips möglich, also die Aufrüstung bestehender Schaltungen preiswert. Die Sender müssen lediglich den FM-Hub anpassen, wenn sie Zusatzinformationen zur Zwischenfrequenz mischen.
Kompatibilität:
Der RDS-Standard und das UECP-Protokoll braucht nicht geändert, sondern nur erweitert werden. Somit ist volle Kompatibilität gewährleistet.
Normalerweise ergibt die Übertragung einen einzigen Datenstrom, gebildet aus RDS Gruppen, für die Anwender völlig transparent, lediglich der Datenrate (bit/s) ändert sich. Für Sonderanwendungen ist es vorstellbar, dass die eRDS-Träger einzeln oder in Gruppen zusammengefasst separate Datenströme ergeben,
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN EN 62106:2002-10, Spezifikation des Radio-Daten-Systems (RDS) [0002]
EIA/NAB National Radio Systems Committee: United States REDS Standard, January 8,1993 – Specification of the radio broadcast data system (RBDS) [0002]
Newly upgraded RDS specification proposed to IEC as IEC 62106, Edition 2, RDS FORUM R08/008 7 2009-02-06 [0002]
RDS Forum Technical Specification SPB 490, UECP Version 7.04, November 2009 [0002]
SWIFT Eureka 1197 project, ISBN: 0-7803-3002-1 [0006]

Claims

Das Übertragungsverfahren des erweiterten Radio Daten System ist dadurch gekennzeichnet dass mehrere, einzeln mit 57 kHz RDS modulierte Träger senderseitig auf die freien Frequenzen (60–100 kHz) in dem FM Frequenzmultiplex verschoben und eingefügt werden, auf der Empfängerseite die aufmodulierten Informationen einzeln oder parallel demoduliert und als ein RDS-Datenstrom ausgegeben werden, wobei der Original RDS Datenstrom einzeln oder als Teil des Datenmultiplex erhalten bleibt.
Das Übertragungsverfahren des erweiterten Radio Daten System nach Anspruch 1 ist dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl und die Frequenzen der erweiterten RDS Träger im Rahmen der FM-Standard zwischen 60 und 100 kHz in der FM-Multiplex nach Bedarf generierbar sind.
Das Übertragungsverfahren des erweiterten Radio Daten System nach Anspruch 1 ist dadurch gekennzeichnet, dass der Fehlerkorrektur-Mechanismus im Empfänger, sofern vorhanden, das weglassen des PI-Codes für die erweiterten Träger zulässt und im Echtzeit durch Informationen aus dem original RDS Datenstrom korrigiert, dadurch eine höhere Nutzdaten-Kapazität für die erweiterte RDS Seitenbänder erreicht.