Ứng dụng công nghệ hệ thống dữ liệu vô tuyến RDS trong truyền dẫn dữ liệu số qua hệ thống FM tương tự

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

ĐHBKHN

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi và được sự hướng
dẫn khoa học của TS. Nguyễn Xuân Quyền. Các nội dung nghiên cứu, kết quả trong
đề tài này là trung thực và chưa từng được công bố dưới bất kì hình thức nào trước
đây. Ngoài ra trong đề tài có dùng một số sơ đồ khối của các tác giả khác đều có
trích dẫn và chú thích nguồn gốc.
Nếu phát hiện bất kỳ sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội
dung luận văn của mình.

Hà Nội, ngày 4 tháng 9 năm 2016
Tác giả luận văn

Nguyễn Tiến Thiện

HVTH: NGUYỄN TIẾN THIỆN

1

LỚP KTVT-2014B


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

ĐHBKHN

TÓM TẮT LUẬN VĂN
Công nghệ hệ thống dữ liệu vô tuyến RDS là một chuẩn giao thức truyền

thông cho việc nhúng một lượng nhỏ thông tin trong truyền thanh FM. Công nghệ
này ra đời từ khá lâu nhưng những ứng dụng của nó trong truyền thanh vẫn rất lớn.
Không chỉ có ứng dụng trong giải trí với những bản tin hiển thị được phát kèm
cùng với sóng FM mà các bản tin điều khiển của RDS cũng rất hữu ích trong giao
thông vận tải, giúp các lái xe có được thông tin cần thiết.
Trong khuôn khổ luận văn, em đã thiết kế và phát triển đề tài “Ứng dụng
công nghệ hệ thống dữ liệu vô tuyến RDS trong truyền dẫn dữ liệu số qua hệ
thống phát thanh FM tương tự”.
Cụ thể đồ án gồm 3 Chương:
 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ RDS (Radio Data System) VÀ ỨNG
DỤNG TRONG HỆ THỐNG FM
Giới thiệu về hệ thống FM trên android và giao thức RDS.
 Chương 2: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ

RDS TRONG HỆ

THỐNG THU FM TRÊN HỆ ĐIỀU HÀNH ANDROID
Đưa ra các phân tích hệ thống, các yêu cầu chức năng, xây dựng sơ đồ
khối hệ thống.
 Chương 3: TRIỂN KHAI HỆ THỐNG RDS THỰC TẾ VÀ ĐÁNH
GIÁ KẾT QUẢ
Đưa ra các yêu cầu thực thi hệ thống: các yêu câu về cơ sở hạ tầng,
nền tảng và ngôn ngữ lập trình.

HVTH: NGUYỄN TIẾN THIỆN

2

LỚP KTVT-2014B

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

ĐHBKHN

ABSTRACT
Radio Data System (RDS) is a communications protocol standard for
embedding small amounts of digital information in conventional FM radio
broadcasts. RDS has had since a long time ago, however its application in the
broadcasting system are still very large.
It plays a very important role in entertainment with the display messages are
transmitted, besides, the control messages of RDS is also very useful in
transportation, it helps drivers get the needed information.
In the framework of the thesis, I’ve designed and developed my thesis
"Application of the Radio Data System RDS technology in transmitting digital
data through analog FM broadcasting system ".
The content of our project include:
 Chapter 1: OVERVIEW OF RDS (RADIO DATA SYSTEM) AND
IMPLEMENT IN FM SYSTEM
About FM on android and RDS protocol.
 Chapter 2: ANALYSIS AND DESIGN RDS IN FM BROADCASTING
SYSTEM ON ANDROID OPERATING SYSTEM
Giving the system analysis, the functional requirements, building system
block diagram.
 Chapter 3: DEPLOYING PRACTICAL RDS SYSTEM AND RESULTS
EVALUATION
Giving the deploying system requirements: the requests for infrastructure,
platforms and programming languages.

HVTH: NGUYỄN TIẾN THIỆN

3

LỚP KTVT-2014B


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

ĐHBKHN

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................1
TÓM TẮT LUẬN VĂN.........................................................................................2
ABSTRACT...........................................................................................................3
BẢNG CÁC TỪ VIẾT TẮT .................................................................................6
DANH MỤC HÌNH VẼ.........................................................................................7
LỜI NÓI ĐẦU .......................................................................................................9
CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ RDS VÀ ỨNG DỤNG TRONG HỆ THỐNG
FM ........................................................................................................................10
1.1

GIỚI THIỆU CHƯƠNG ..........................................................................10

1.2

LÝ THUYẾT CHUNG VỀ ĐIỀU TẦN ...................................................10

1.2.1

Lý thuyết chung về điều chế tần số ....................................................10

1.2.2

Tín hiệu điều chế FM.........................................................................11

1.2.3

Phổ của tín hiệu điều tần ....................................................................13

1.3

TỔNG QUAN VỀ RDS (Radio Data System) ..........................................16

1.3.1

Khái niệm và lịch sử phát triển RDS ................................................16

1.3.2 Cấu trúc dữ liệu của RDS....................................................................16
1.3.3 Nguyên lý hoạt động của RDS .............................................................21
1.4

ỨNG DỤNG TRONG HỆ THỐNG FM...................................................21

1.5

KẾT LUẬN CHƯƠNG ...........................................................................22

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ RDS TRONG HỆ THỐNG THU
FM TRÊN ANDROID.........................................................................................24
2.1

GIỚI THIỆU CHƯƠNG .........................................................................24

2.2

SƠ ĐỒ TỔNG QUÁT CỦA HỆ THỐNG ...............................................24

2.2.1

Kiến trúc FM radio trong hệ điều hành Android................................24

2.2.2

Cấu trúc và chức năng của các tầng....................................................25

2.2.3 Cấu trúc của module RDS trong hệ thống. ...........................................29
2.3

XÂY DỰNG SƠ ĐỒ HOẠT ĐỘNG CỦA RDS. .....................................30

2.3.1

Xây dựng biểu đồ hoạt động ..............................................................30

HVTH: NGUYỄN TIẾN THIỆN

4

LỚP KTVT-2014B

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

2.4

ĐHBKHN

MÔ HÌNH HOẠT ĐỘNG .....................................................................33

2.4.1

Xây dựng biểu đồ tuần tự...................................................................33

2.4.2

Xây dựng biểu đồ máy trạng thái .......................................................37

2.5

KẾT LUẬN CHƯƠNG............................................................................37

CHƯƠNG 3: TRIỂN KHAI HỆ THỐNG THU RDS THỰC TẾ VÀ ĐÁNH
GIÁ KẾT QUẢ ....................................................................................................38
3.1

GIỚI THIỆU CHƯƠNG ..........................................................................38

3.2

LỰA CHỌN PHẦN MỀM VÀ NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH......................38

3.2.1 Nền tảng hệ điều hành Android ...........................................................38
3.2.2
3.3

Kiến trúc hệ thống:...................................................................................44

3.3.1

Sơ đồ tổng quan toàn hệ thống. .............................................................44

3.3.2
3.4

Ngôn ngữ lập trình . ...........................................................................42

Sơ đồ chức năng tương tác của phần mềm .........................................46

Thiết kế chi tiết: .......................................................................................47

3.4.1

Mô hình giao tiếp của các tầng trong hệ thống FM.............................47

3.4.2

Lưu đồ giải thuật lấy thông tin RDS thông qua hệ thống FM .............51

3.4.3 Phương thức và cơ chế truyền nhận bản tin RDS giữa các tầng ............51
3.5

ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ ............................................................................58

3.5.1

Kết quả thử nghiệm...........................................................................58

KẾT LUẬN VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN ...............................................62


Các vấn đề đã làm được ........................................................................62



Định hướng trong tương lai ...................................................................62

TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................63

HVTH: NGUYỄN TIẾN THIỆN

5

LỚP KTVT-2014B


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

ĐHBKHN

BẢNG CÁC TỪ VIẾT TẮT

FM: Frequency Modulation (Điều chế tần số)
VHF: Very High Frequency (Mức tần số rất cao)
NF: Network Follow (Luồng dữ liệu mạng)
RDS: Radio Data System (Hệ thống dữ liệu radio)
RBDS: Radio Broadcast Data System (Hệ thống dữ liệu phát thanh radio)
PS: Programme Service (Tên dịch vụ chương trình)
PI: Programne Identification code (Mã nhận dạng chương trình)
DI: Decoder Identification code (Mã nhận dạng chức năng)
PTY: Programme Type Code (Mã kiểu chương trình)
TP: Traffic Program Identification code (Mã nhận dạng chương trình phương tiện)
TA: Traffic Anouncement code (Mã thông báo trạm)
M/S: Music-Speech switch code (Mã chuyển âm nhạc/ tiếng nói)
CRC: Cyclic redundancy check (Mã kiểm tra lỗi)
FM HCI: Frequency Modulation Host controller interface (Giao diện máy chủ điều
khiển)
EBU: European Broadcasting Union (Hiệp hội liên minh phát thanh Châu Âu)
BPSK: Binary Phase Shift Keying (Điều chế pha nhị phân)
PLL: Phased-locked loop (Vòng khóa pha)
MSB: Most significant bit (Bit có trọng số lớn nhất)
VCO: Voltage controlled oscillator (Bộ tạo dao động điều khiển bằng điện áp)
AFC: Automatic Frequency Control (Tự động điều chỉnh tần số sóng mang)
DSP: Digital signal processor (Bộ xử lý tín hiệu âm thanh tích hợp nhiều tính năng)
ADC: Analog to digital converter (Bộ chuyển đổi tương tự ra số)
DAC: Digital to Analog converter (Bộ chuyển đổi số ra tương tự)

HVTH: NGUYỄN TIẾN THIỆN

6

LỚP KTVT-2014B

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

ĐHBKHN

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Điều chế FM ..........................................................................................11
Hình 1.2: Cấu trúc của một group trong RDS [1]..................................................17
Hình 1.3: Định dạng của một group RDS [1] ........................................................18
Hìnn 1.4: Phổ tín hiệu FM và RDS [1] ..................................................................20
Hình 2.1 Kiến trúc của hệ thống FM trong nền tảng hdh Android[6] ....................25
Hình 2.2 Giao tiếp giữa tầng App với tầng dưới. ...................................................26
Hình 2.3. Các khối của tầng MiddleWare .............................................................27
Hình 2.4 Kiến trúc tổng quát của tầng HAL...........................................................28
Hình 2.5 Sơ đồ kiến trúc tổng quan của module RDS ............................................29
Hình 2.6 Sơ đồ turn On/Off phần mềm...................................................................30
Hình 2.7. Sơ đồ quá trình tìm kiếm kênh ................................................................31
Hình 2.8 Sơ đồ Tune của hệ thống ........................................................................32
Hình 2.9 Biểu đồ tự turn on phần mềm ..................................................................33
Hình 2.10 Biểu đồ Turn off phần mềm ..................................................................34
Hình 2.11 Sơ đồ tìm kiếm kênh ..............................................................................35
Hình 2.12 Sơ đồ dò kênh........................................................................................36
Hình 2.13 Sơ đồ máy trạng thái [6] .......................................................................37
Hình 3.1 Kiến trúc của hệ điều hành Android.......................................................40
Hình3.2 Cơ chế Proxy trong AIDL .......................................................................43
Hình 3.3 ADIL trong ứng dụng RDS......................................................................43
Hình 3.4 Cơ chế hoạt động của JNI......................................................................44
Hình 3.5 Góc nhìn tổng quan toàn hệ thống .........................................................45
Hình 3.6 Biều đồ ca sử dụng của phần mềm .........................................................46

Hình 3.7 Mô hình giao tiếp của các module trong hệ thống[8] .............................47
Hình 3.8 Kết nối giữa tầng FM application và FM driver.[8]...............................48
Hình 3.9 Kiến trúc của FM V4L2 [8].....................................................................48
Hình 3.10 Kiến trúc của FM host. [8]...................................................................49
Hình 3.11 FM HCI architecture [8].....................................................................50
Hình 3.12 Lưu đồ thuật toán bản tin hiển thị RDS ................................................51
Hình 3.13 Cấu trúc khung dữ liệu [1]...................................................................51
Hình 3.14 Định dạng bản tin [1] ..........................................................................52
Hình 3.15 Cấu trúc trường PI [1].........................................................................52
Hình 3.16 Cấu trúc trường PS [1] .......................................................................53
Hình 3.17 Cấu trúc trường radio text [1]..............................................................53
Hình 3.18 Sơ đồ cơ chế truyền nhận bản tin RDS .................................................55
Hình 3.19 Luồng gửi nhận bản tin RDS ở tầng kernel ..........................................55
Hình 3.20 Luồng gửi nhận bản tin RDS tại tầng native Framework......................56
Hình 3.21 Gửi nhận bản tin RDS tại tầng native app............................................56
Hình 3.22 Gửi nhận bản tin RDS tại tầng ứng dụng ............................................57
Hình 3.23 Các bước cài đặt phần mềm ..................................................................58
Hình 3.24 Khởi động adb command ......................................................................58
Hình 3.25 Thông báo từ tầng kernel .....................................................................59

HVTH: NGUYỄN TIẾN THIỆN

7

LỚP KTVT-2014B


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

ĐHBKHN

Hình 3.26 Giao diện chính của phần mềm ............................................................60
Hình 3.27 Quá trình tìm kiếm kênh........................................................................60
Hình 3.28 Giao diện hiển thông thông tin RDS .....................................................61
Hình 3.29 Giao diện danh sách kênh yêu thích .....................................................61

HVTH: NGUYỄN TIẾN THIỆN

8

LỚP KTVT-2014B


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

ĐHBKHN

LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, phát thanh dùng sóng mang điều tần FM đóng vai trò quan
trọng trong nhiều lĩnh vực từ đời sống văn hóa, xã hội đến các lĩnh vực khoa
học kĩ thuật, giáo dục, quân sự. Rất nhiều công nghệ ra đời nhằm cải tiến chất
lượng của hệ thống phát thanh FM, một trong số đó là công nghệ hệ thống dữ
liệu vô tuyến RDS. Công nghệ RDS cho phép truyền dữ liệu số tốc độ thấp
qua hệ thống FM truyền thông. Cung cấp cho người dùng nhiều thông tin hữu
ích về tên chương trình phát, nội dung đang phát, tên trạm phát, vv. Việc tích
hợp công nghệ RDS vào phát thanh FM hiện đã được triển khai ở nhiều nước
trên thế giới. Đặc biệt, việc thu sóng phát thanh FM hiện nay đã được tích hợp
phố biến trên các thiết bị di động. Do đó việc phát triển công nghệ RDS trên
nền tảng hệ điều hành android là một ứng dụng tiềm năng và hữu ích.
Trong thời gian vừa qua dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Xuân

Quyền và sự nghiên cứu nghiêm túc, em đã hoàn thành luận văn “ Ứng dụng công
nghệ hệ thống dữ liệu vô tuyến RDS trong truyền dẫn dữ liệu số qua hệ thống
phát thanh FM tương tự ". Ứng dụng cho phép người dùng nghe sóng FM và đọc
được các thông tin hiển thị RDS trên các thiết bị di động.
Với những nỗ lực nghiên cứu, luận văn đã đạt được một số kết quả nhất định.
Mặc dù vậy, do thời gian có hạn nên không thể tránh khỏi một số thiếu. Vì vậy, học
viên rất mong những ý kiến đóng góp của các thầy cô giáo và bạn bè.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy Nguyễn Xuân Quyền tận tình
hướng dẫn trong suốt quá trình thực hiện luận văn.

HVTH: NGUYỄN TIẾN THIỆN

9

LỚP KTVT-2014B


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

ĐHBKHN

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 87.5 MHz tới 108.0 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.

1.2 LÝ THUYẾT CHUNG VỀ ĐIỀU TẦN
1.2.1 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


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.
1.2.2 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


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:

(1.2)

(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


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.
1.2.3 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 <0.25), ta có:
(1.9)


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


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
0.0
0
0.2
5
0.5

1.0

1.5

2.0

2.4
1

J0

J1

J2

J3

J4

J5

J6

J7

J8

J9

J10

J11

J12

J13

J14

1.00

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

0.51 0.56 0.23 0.06 0.01

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

0.22 0.58 0.35 0.13 0.03

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

0.50 0.45 0.22 0.07 0.02 0.01

-

-

-

-

-

-

-

-

0.34 0.49 0.31 0.13 0.04 0.01

-

-

-

-

-

-

-

-

0.98 0.12

0.94 0.24 0.03

0.77 0.44 0.11 0.02

0

2.5 −0.
05
3.0 −0.
26

0.52 0.43 0.20 0.06 0.02

HVTH: NGUYỄN TIẾN THIỆN

14

LỚP KTVT-2014B


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

4.0 −0. −0.
40

07

5.0 −0. −0.
18
5.5
3
6.0

7.0

8.0

8.6
5

0

0.15

34

28

09
10. −0.
25

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

0.25 0.40 0.32 0.19 0.09 0.03 0.01

-

-

-

-

-

0.11 0.36 0.36 0.25 0.13 0.06 0.02

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

0.05 0.36 0.39 0.26 0.13 0.05 0.02

13

−0. −0.

0.17 0.23

0

0.36 0.43 0.28 0.13 0.05 0.02

−0. −0.

0.30 0.00

9.0 −0.

0

33

ĐHBKHN

24

−0. −0.
30

17

0.16 0.35 0.34 0.23 0.13 0.06 0.02

−0. −0. −0.
11

0.27 0.06

0.25 0.14

29

10

−0. −0.
24

23

0.19 0.34 0.32 0.22 0.13 0.06 0.03

0.03 0.26 0.34 0.28 0.18 0.10 0.05 0.02

−0. −0. −0.
18

0.04 0.25 0.06

27

06

0.20 0.33 0.31 0.21 0.12 0.06 0.03 0.01

−0. −0. −0.
22

23

01

-

0.22 0.32 0.29 0.21 0.12 0.06 0.03 0.01

 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


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

ĐHBKHN

1.3

TỔNG QUAN VỀ RDS (Radio Data System)

1.3.1

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 1187.5 bps. 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).
1.3.2 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


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


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.


Các thông tin điều khiển RDS

 Program Identification (PI): Mã PI cho phép máy thu FM phân biệt được
các quốc gia, khu vực trong trường hợp cùng một chương trình được truyền đi và
xác định các chương trình riêng biệt. Nó không hiển thị trực tiếp trên màn hình và
được gán cho mỗi chương trình riêng lẻ, cho phép phân biệt với các chương trình
khác. Mã PI cho phép máy thu tìm kiếm tự động một tần số thay thế cho chương
trình hiện tại trong trường hợp tín hiệu nhận được không tốt.
 Program type code (PTY): Định nghĩa loại chương trình được truyền trong
mỗi group (Ví dụ: tin tức, nhạc Pop, nhạc Jazz…). Bao gồm 5 bit, có thể định nghĩa
được 32 loại chương trình. Máy thu có thể sử dụng PTY để tìm kiếm những loại
chương trình cụ thể.

HVTH: NGUYỄN TIẾN THIỆN

18

LỚP KTVT-2014B

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

ĐHBKHN

 Traffic Program Identification (TP): Dùng để xác định các trạm phát đang
phát các bản tin giao thông không. TP được truyền trong tất cả các group.
 Traffic Announcement Identification (TA): dùng để cho biết một sự kiện
giao thông đang diễn ra. TA có thể sử dụng để máy thu FM tự động chuyển kênh,
thay đổi mức âm lượng. TA được truyền trong group 0a, 0B và 15B.
 Music/Speech Switch (M/S): dùng để xác định chương trình đang phát là
âm nhạc hay giọng nói. Tín hiệu này cho phép máy thu tự động thay đổi mức độ âm
lượng cho phù hợp với âm nhạc hoặc giọng nói. M/S được truyền trong group 0A,
0B và 15B.
 Decoder Identification (DI): dùng để xác định chế độ hoạt động. DI được
truyền trong group 0a, 0b, 15B.
 Alternative Frequencies (AF): tần số thay thế được sử dụng để gửi danh
sách các tần số truyền cùng một chương trình. Máy thu có thể tự động chuyển sang
một tần số thay thế nếu tín hiệu tại tần số hiện tại yếu.
 Program Item Number (PIN): dùng để xác định thời gian phát sóng của
một chương trình cụ thể. Có thể sử dụng thông tin này để lập kế hoạch ghi lại một
chương trình đã lên lịch. PIN được truyền trong group 1A và 1B.


Các thông tin RDS đặc biệt

 Enhanced Other Networks Information (EON):
Thông tin này được sử dụng để cập nhật thông tin các chương trình có thể
nhận được lưu trữ trong máy thu. EON bao gồm các dữ liệu như tần số thay thế, tên
PS, bản tin TP, TA, PTY, PIN… của mỗi chương trình RDS. Chúng được tham
chiếu bởi các mã PI. Bên thu RDS có thể thiết lập một cơ sở dữ liệu của chương

trình giúp cho người sử dụng thuận tiện.
Ví dụ như một trạm phát không cung cấp thông tin giao thông, RDS có thể sử
dụng chương trình giao thông của một trạm khác. Để làm điều này, máy thu tạm
thời chuyển qua một trạm khác trong thời gian có bản tin giao thông.
Các thông tin có thể truyền qua EON:
 EON-PI: xác định các chương trình khác và giàn chương trình liên quan.

HVTH: NGUYỄN TIẾN THIỆN

19

LỚP KTVT-2014B


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

ĐHBKHN

 EON-PS: PS của các chương trình khác có thể truyền qua EON.
 EON-PTY: PTY của các chương trình khác có thể truyền qua EON.
 EON-TP: Cờ TP của các chương trình khác có thể truyền qua EON. Nó cho
phép khả năng xác định các trạm phát sóng cung cấp chương trình giao thông.
 EON-TA: Cờ TA của các chương trình khác có thể truyền qua EON. Nó cho
phép khả năng phát hiện các bản tin giao thông đang diễn ra ở chương trình khác.
Nó có thể sử dụng để tự động chuyển chương trình trong thời gian bản tin diễn ra.
 EON-AF: Danh sách các tần số thay thế của các chương trình EON tham
chiếu cũng có thể được truyền đi.
 EON được truyền trong group 14A và 14B.
 Transparent Data Channel (TDC): bao gồm 32 kênh có thể sử dụng để
truyền bất cứ loại dữ liệu nào. Máy thu RDS có thể sử dụng dữ liệu TDC cho một

ứng dụng bên ngoài như điều khiển một bảng quảng cáo hiển thị dữ liệu liên tiếp.
TDC được truyền trong group 5A và 5B.
 In house applications (IH): có thể được sử dụng bởi nhà cung cấp để truyền
bất cứ loại dữ liệu nào với mục đích nội bộ ví dụ như dùng để chuyển mạch từ xa.
IH được truyền trong group 6A và 6B.
 Emergency Warning System (EWS): Cho phép truyền các bản tin cảnh
báo. Khi nhận được máy thu có thể tự động chuyển sang một đài cảnh báo xác định
trước. EWS được truyền trong group 1A và 9A.

Hìnn 1.4: Phổ tín hiệu FM và RDS [1]

HVTH: NGUYỄN TIẾN THIỆN

20

LỚP KTVT-2014B


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

ĐHBKHN

1.3.3 Nguyên lý hoạt động của RDS
RDS hoạt động bằng cách thêm dữ liệu vào các tín hiệu băng tần cơ sở. Các
tín hiệu băng tần cơ sở bao gồm một số thành phần. Đầu tiên là thành phần audio
mono bao gồm thành phần trái cộng phải (L + R) được truyền đi từ tần số 50Hz đến
15 KHz. Thứ hai là các tín hiệu khác stereo sau khi điều chế biên độ như một cặp
sóng mang bị chặn tại 38KHz. Một tín hiệu 19KHz ( gọi là tần số pilot) cũng được
truyền và điều này cho phép bộ giải điều chế bên thu tạo lại chính xác sóng mang
phụ 38KHz để giải mã các tín hiệu khác stereo. Các tín hiệu khác stereo nằm ở dải

tần cao hơn dải tần nghe được (tai người nghe được trong dải tần từ 20Hz đến
20KHz) và kết quả là nó không ảnh hưởng đến tín hiệu mono bình thường.Thông
tin RDS được truyền trên một sóng mang phụ 57KHz như hình vẽ. Chính vì yếu tố
này lên các nhà phát triển sản phẩm đã dùng công nghệ RDS để truyền liên tục và
đồng thời cùng các bản tin phát thanh mà không ảnh hưởng đến việc phát sóng. Các
sóng mang phụ RDS bị khóa trong các tín hiệu âm dẫn.
Các sóng mang phụ được sử dụng để mang thông tin được điều chế pha để
mang dữ liệu. Kỹ thuật điều chế pha được dùng là điều chế pha cầu phương
(Quadrature Phase Shift Keying - QPSK). Kỹ thuật này cho phép khả năng miễn tạp
âm trong khi vẫn cho phép các dữ liệu được truyền với tốc độ phù hợp. Kết hợp với
việc các sóng mang phụ hoạt động ở một hài của tín hiệu âm dẫn, tín hiệu audio
giảm thiểu được nhiễu can thiệp.
1.4

ỨNG DỤNG TRONG HỆ THỐNG FM
Do các bản tin RDS được truyền trên các sóng mang phụ nên nó sẽ không ảnh

hưởng đến các tín hiệu của sóng FM. Sử dụng một sóng mang phụ 57 KHz, trạm
phát có thể truyền tải dữ liệu kỹ thuật số RDS đến máy thu có sử dụng bộ chỉnh FM
RDS. Với các thông tin hiển thị RDS (PS ,RT ...) khi thưởng thức các bản nhạc trên
sóng FM, các thông tin về trạm phát, tên bài hát cũng có thể được truyền đi để cung
cấp thêm thông tin cho người nghe. Đặc với các tài xế xe ô tô, tính năng này giúp
họ nhận thông tin từ các bản tin giao thông một cách nhanh chóng và kịp thời nhất

HVTH: NGUYỄN TIẾN THIỆN

21

LỚP KTVT-2014B

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

ĐHBKHN

để điều khiển xe an toàn hơn. Các hệ thông thu phát sóng FM có thể hoạt động tối
ưu hơn khi ứng dụng được các bản tin điều khiển của RDS.
Ví dụ bản tin điểu khiển PI (Program Identification), AF (Alternative
Frequencies) cho phép máy thu tìm kiếm tự động một tần số thay thế cho chương
trình hiện tại trong trường hợp tín hiệu nhận được không tốt. Cờ xác nhận chương
trình giao thông (Traffic Program Identification Flag-TP) được sử dụng để xác định
các trạm cung cấp chương trình giao thông. Cờ này được thiết lập nếu các trạm tự
động đặt cờ TA trên thông báo giao thông. TP được sử dụng để tự động tìm các
trạm. Cờ xác nhận chương trình giao thông được truyền trong mọi nhóm. Cờ xác
nhận thông báo giao thông (Traffic Announcement Identification Flag –TA) được
dùng để biểu thị một thông báo giao thông đang được phát. Bộ bắt sóng sử dụng cờ
TA để :
 Tự động chuyển sang bắt sóng FM nếu nguồn âm thanh khác được chọn
(VD, CD, catsette…).
 Tự động tăng âm lượng âm thanh.
Mã chuyển âm nhạc/bài phát biểu (Music/Speech switch – M/S) sử dụng để
xác định chương trình âm nhạc hoặc bài phát biểu được truyền. Thiết bị thu bắt tín
hiệu có hai lựa chọn âm thanh – một là âm nhạc, một là phát biểu. Điều này cho
phép người sử dụng cấu hình các thiết lập theo yêu cầu cá nhân. Mã chuyển âm
nhạc/bài phát biểu được truyền trong nhóm 0A, 0B và 15B.
Trong giới hạn luận văn của mình em sẽ đi sâu vào nghiên cứu về các bản tin
hiển thị RDS và xây dựng phát triển ứng dụng với các bản tin hiển thị này nhằm
hướng đến các nhu cầu giải trí, nâng cao chất lượng cuộc sống của con người.
1.5

KẾT LUẬN CHƯƠNG

Một hệ thống thu phát RDS bất kì nào cũng đều được nghiên cứu và phát triển
dựa trên các cơ sở vật lý và nguyên lý như đã nêu. Mục đích nhắm đảm bảo tính
đồng nhất của giao thức trên toàn cầu theo chuẩn của quốc tế. Dựa trên cơ sở lý

HVTH: NGUYỄN TIẾN THIỆN

22

LỚP KTVT-2014B


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

ĐHBKHN

thuyết về sóng FM và giao thức RDS em sẽ tiếp tục nghiên cứu và trình bày phần
thiết kế chi tiết giao thức RDS trong hệ thống thu phát sóng FM.

HVTH: NGUYỄN TIẾN THIỆN

23

LỚP KTVT-2014B


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

ĐHBKHN

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ RDS TRONG HỆ
THỐNG THU FM TRÊN ANDROID
2.1

GIỚI THIỆU CHƯƠNG
Để bên thu có thể nhận được đầy đủ thông tin văn bản mà bên phát gửi đi việc

đầu tiên phải đảm bảo đồng bộ cấu trúc thông tin giữa hai bên. Chương 2 sẽ phân
tích và đưa ra các sơ đồ khối tổng quát toàn hệ thống thu FM, vị trí và chức năng
của module RDS trong hệ thống và sơ đồ hoạt động của chúng.
2.2

SƠ ĐỒ TỔNG QUÁT CỦA HỆ THỐNG

2.2.1 Kiến trúc FM radio trong hệ điều hành Android
FM radio được phát triển trên hệ điều hành android, do đó các thành phần và
kiến trúc phân tầng cũng dựa trên hệ điều hành này. Android là tổ hợp các phần
mềm cho thiết bị di động bao gồm hệ điều hành, middleware và các ứng dụng cơ
bản. Android SDK (Software Development Kit) cung cấp các công cụ và các giao
diện lập trình cần thiết (API) cho việc phát triển ứng dụng trên nền tảng Android sử
dụng ngôn ngữ Java.
Các tính năng


Application framework: Cho phép tái sử dụng và thay thế các thành phần

của hệ thống.


Dalvik virtual machine: Tối ưu cho các thiết bị mobile.



Integrated browser: Dựa trên phần mềm mã nguồn mở WebKit.



Optimized graphics: Cung cấp các thư viện đồ họa 2D có thể tùy chỉnh hình

ảnh linh hoạt, đồ họa 3G dựa trên OpenGL ES 2.0 (phụ thuộc phần cứng hệ thống).


SQLite: Cơ sở dữ liệu.



Media support: Hỗ trợ các định dạng âm thanh, hình ảnh và video (MPEG4,

H.264, MP3, AAC, AMR, JPG, PNG, GIF)


GSM Telephony: phụ thuộc phần cứng hệ thống.



Bluetooth, EDGE, 3G, WiFi: Phụ thuộc phần cứng hệ thống.



Camera, GPS, la bàn, cảm biến gia tốc: Phụ thuộc phần cứng hệ thống.

HVTH: NGUYỄN TIẾN THIỆN

24

LỚP KTVT-2014B


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP



ĐHBKHN

Môi trường phát triển đa dạng: Bao gồm thiết bị mô phỏng, công cụ gỡ

lỗi, giám sát bộ nhớ, đánh giá hiệu năng, gói phần mềm hộ trợ Eclipse IDE.
Hệ thống FM radio được xây dựng trên nền tảng android nên kiến trúc
phân tầng sẽ dựa trên kiến trúc của hệ điều hành Android.

Hình 2.1 Kiến trúc của hệ thống FM trong nền tảng hdh Android[6]
2.2.2 Cấu trúc và chức năng của các tầng
Từ sơ đồ khối ta có thể thấy rõ vị trí và mối liên kết của các tầng. Cũng như
kiến trúc cơ bản của hệ điều hành android sơ đồ khối của hệ thống RDS sẽ có cấu
trúc và các thành phần như trong Hình 2.1.
Lớp ứng dụng (Application)
Ứng dụng FM RDS App được xây dựng trên nền tảng hệ điều hành Android
5.0.1. Ứng dụng được phát triển bằng ngôn ngữ lập trình Java. Nhiệm vụ trên tầng
Application là xử lý về giao diện và tương tác với người dùng.

Các chức năng chính của ứng dụng:

HVTH: NGUYỄN TIẾN THIỆN

25

LỚP KTVT-2014B