Le radioguidage RDS : 1ère partie Dossier technique réalisé par David Gestalder

Le système de radioguidage RDS a été introduit en France en 1987 par TDF. Il est essentiellement destiné aux automobilistes pour leur faciliter l'écoute des stations de radio en FM pendant qu'ils conduisent. En effet, le RDS ou Radio Data System transmet à l'auditeur des informations codées qui ajoutent des fonctions aux autoradios équipés en conséquence. Sans entrer pour le moment dans les détails, on peut citer l'affichage du nom de la station, le suivi automatique des fréquences et la réception d'informations routières.

Observons la figure 1, le programme audio des stations de radio est modulé en fréquence sur la porteuse de l'émetteur FM qui a une bande passante de 300 kHz. La partie audio stéréophonique est située entre 30 Hz et 15 kHz pour la composante "gauche+droite" suivie d'une sous-porteuse pilote à 19 kHz. La composante "gauche-droite" est insérée sur une sous-porteuse à 38 kHz entre 23 et 53 kHz. Les données numériques du RDS sont insérées sur une sous-porteuse à 57 kHz (de 54,6 à 59,4 kHz).

Fig. 1 : bande passante d'un émetteur radio FM

Le codeur RDS

Toutes les fonctions du système RDS sont numériques, les données (débit d'environ 1,2 kbits/s) sont gérées et traitées en temps réel par un codeur RDS contenant un microprocesseur programmable. Ce codeur numérique est couplé avec le codeur stéréophonique de l'émetteur.

Le microprocesseur assure la gestion du codeur RDS et la programmation des données numériques en fonction des services que le diffuseur souhaite proposer sur l'émetteur. Les données RDS sont classées en deux catégories :
- les paramètres statiques : ce sont tous les codes RDS programmés dans la mémoire du codeur et qui n'évoluent pas ou pratiquement pas. Par exemple l'affichage du nom, le code d'identification de la station (carte d'identité numérique), l'indicateur TP pour les informations routières, etc.
- les paramètres dynamiques : ce sont les codes RDS et les configurations logicielles susceptibles d'évoluer dans le temps. Par exemple la radiomessagerie Alphapage-RDS, le code TA de commutation pour les informations routières, le radioguidage TMC, etc.

Observons la figure 2 : les données externes constituant les paramètres dynamiques sont acheminées au codeur RDS par une liaison spécialisée ou un faisceau hertzien (pour Radio France TDF utilise la voie DIDON d'un réseau de télévision, mais ce procédé va être abandonné avec l’arrivée de la TNT). Le clavier permet de programmer les paramètres statiques, l'afficheur permet de vérifier la programmation. Une voie de télésurveillance assure la télécommande et la maintenance du codeur RDS. Un bus interne achemine les données générées par le processeur vers les codeurs différentiels et biphase. Un modulateur délivre ensuite la sous-porteuse à 57 kHz transportant les services RDS. Une boucle de contrôle permet au codeur RDS de s'autodiagnostiquer. En cas d'incident, une alerte est transmise sur la télésurveillance.

Fig. 2 : synoptique d'un codeur RDS

Transmission des données vers le codeur RDS

Les données destinées à la programmation du codeur RDS et les services dynamiques sont acheminés selon le protocole UECP normalisé par l'UER dans le document technique SPB490 (UECP : Universal Encoder Communication Protocol). La liaison série est conforme à la norme RS232C (approuvée par l'EIA, Electrical Industry Association) avec un débit de 75 bits/s à 115,2 kbits/s. Ce type de liaison est compatible avec les Avis V24 et V28 de l'UIT-T qui réglementent les transmissions de données par modems. Le codeur RDS est doté d'une interface de communication asymétrique DTE (Data Terminating Equipment - connecteur du type SUB-D 9 ou 25). La trame numérique est conforme au modèle de la figure 3.

Fig. 3 : trame numérique UECP

La trame numérique contient les éléments suivants :
- Octet de départ : indication du début de la trame asynchrone ($ FE soit 11111110).
- Adresse : adresse de l'émetteur sur 10 bits et adresse du codeur RDS sur 4 bits.
- Compteur séquentiel : détection des séquences de données répétitives (8 bits).
- Octet MFL : Message Field Length. Indique la longueur en octets des données (8 bits).
- Eléments de données : données numériques sur 256 octets selon le format suivant :
> MEC, Message Element Code (codage des types de messages).
> DSN, Data Set Number (défini un lien particulier avec un message).
> PSN, Program Service Number (message lié à plusieurs services).
> MEL, Message Element data Length (longueur éléments de messages).
> données (services RDS, configuration, téléexploitation, états, ...).
- Correction CRC : détection d'erreurs polynomiale sur 16 bits.
- Octet d'arrêt : indication de la fin de la trame numérique ($ FF soit 11111111).

Lors d'une session de transfert, certains types de groupes RDS sont prioritaires sur la voie. C'est le cas par exemple lorsque le codeur RDS assure la diffusion du service de radiomessagerie Alphapage-RDS : les groupes 1A et 4A sont insérés en premier puisqu'ils constituent la base de temps du système. Le drapeau de commutation TA d'information routière a une priorité secondaire, mais elle devient primaire lorsque l'état du drapeau doit être communiqué vers un autre codeur RDS (service EON-TA sur le groupe 14B). Les tableaux 1 à 8 qui suivent indiquent les codes des principaux types de messages transmis (MEC).
 

Tableau 1 : code MEC, les services RDS

Tableau 2 : code MEC, les données ODA

 

Tableau 3 : code MEC, messages transparents

Tableau 4 : code MEC, radiomessagerie Alphapage-RDS

Tableau 5 : code MEC, horloge et contrôle Tableau 6 : code MEC, ajustements RDS Tableau 7 : code MEC, ajustements ARI

Tableau 8 : code MEC, contrôles et ordres de télécommande

Cette liste de codes MEC est régulièrement mise à jour selon l'évolution technologique du système RDS, je vous invite donc à consulter le document SPB490 de l'UER disponible en téléchargement sur le forum RDS. Le fichier est au format PDF, il faut donc le logiciel gratuit Acrobat Reader.

Le codeur RDS de l'émetteur reçoit les données de manière transparente, c'est-à-dire qu'il ignore le format des informations. L'interface de programmation du codeur définit simplement le format binaire des paramètres. La téléexploitation et la mise à jour de certains paramètres des codeurs RDS situés en France sont effectuées depuis le Nodal TDF de Romainville près de Paris par l'intermédiaire du réseau de transmission DIDON, il sera bientôt remplacé par d’autres types de LS.

Codage des données

Les données RDS sont synchronisées sur une horloge à 1 187,5 Hz (57 000 Hz : 48). Un codeur différentiel code en NRZ (Non Retour à Zéro) les données numériques. Ensuite un codeur biphase convertit le signal NRZ en impulsions et en courbe biphase logique. Le codeur différentiel est une porte logique "ou exclusive" associée à une bascule D pilotée par l'horloge à 1 187,5 Hz comme le montre la figure 4.

Fig. 4 : codeur différentiel

La sortie Q de la bascule D présente l'état logique de l'entrée D à l'instant du front d'horloge appliqué sur l'entrée CK. Selon le type de circuit exploité, cet asservissement se produit à l'instant du front montant ou descendant. C'est la porte logique "ou exclusive" qui permet de travailler en mode différentiel. Ce codage autorise une identification correcte des données même si les signaux sont inversés à l'émetteur, comme le montre l'exemple de la figure 5.

Figure 5 : efficacité du codage différentiel

Le convertisseur "NRZ/impulsions" du codeur biphase est piloté par les fronts de l'horloge à 1 187,5 Hz (cf. fig. 6). La ligne retard, pilotée par l'horloge à 2 375 Hz, retarde le signal de la durée d'un bit (temps td / 2 à 2 375 Hz). Le codeur biphase est destiné d'une part, à supprimer la diaphonie avec les décodeurs stéréo PLL des récepteurs et d'autre part, à assurer la compatibilité avec l'ancien système ARI (équivalent du RDS, mais il sera supprimé en 2005). Les données RDS sont ensuite modulées en amplitude sur la sous-porteuse à 57 kHz puis la sous-porteuse est supprimée (modulation MAPS).

La figure 7 montre la modulation du signal binaire. La courbe verte représente la modulation d'un bit à 1 et la courbe rouge la modulation d'un bit à 0.

Services proposés sur le RDS

Actuellement le système de radioguidage RDS peut offrir aux radiodiffuseurs qui le souhaitent les services suivants :

Service TMC - Traffic Message Channel
Système d'informations routières en temps réel utilisé par les terminaux de navigation du type Carminat embarqués dans les véhicules. Les messages sont diffusés sous forme de "codes de localisation" et de "codes d'événements" conformément aux normes EN12313-1 à 12313-5 du CEN (Comité Européen de Normalisation).

Service ODA - Open Data Application
Il s'agit d'un système de transmission de données quelconques dont le format est libre et qui ne nécessite pas de procédure de normalisation. Une simple formalité d'inscription auprès de l'UER est nécessaire pour attribuer un code d'identification. Les codeurs RDS sont totalement transparents vis-à-vis du système.

Service PI - Program Identification
Permet aux récepteurs RDS d'identifier la station reçue lors d'une recherche de fréquence au moyen du code AF ou EON-AF. A chaque station est attribué une identité PI dont le code est décidé par le CSA.

Service PS - Program Service name
Lorsqu'un récepteur est accordé sur une station RDS, la fréquence affichée est remplacée par le nom de la station sur 8 caractères (par exemple la station de radio Autoroute Info a pour nom AUTOROUT).

Service AF - Alternative Frequency
Toutes les fréquences des émetteurs d'une station sont codées sous forme de liste numérique qu'un récepteur RDS analyse au fur et à mesure qu'il est sous les antennes d'un nouvel émetteur. Le changement d'accord est automatique lorsque l'auditeur se déplace vers un nouvel émetteur.

Service TP - Traffic Program
Lorsqu'il est activé (niveau logique 1), ce drapeau numérique indique aux récepteurs RDS que la station accordée est susceptible de diffuser des informations routières. Quand le drapeau est désactivé (niveau logique 0), il peut indiquer deux états :
- soit la station ne réalise pas d'informations routières.
- soit la station est interrompue par les informations routières d'une autre station (mode EON).
Le code TP n'assure pas la commutation du récepteur lors d'une information routière, il indique simplement à l'auditeur si la station propose ce type d'information.

Service TA - Traffic Announcement
Drapeau numérique qui commute instantanément un récepteur RDS sur les flashs d'informations routières. Si une cassette ou un CD étaient en cours de lecture, ils sont momentanément arrêtés pour que l'auditeur entende l'information routière. A la fin du flash, le récepteur retrouve automatiquement son état initial de fonctionnement.

Service DI - Decoder Identification
Fonction numérique permettant de piloter l'étage audio d'un récepteur RDS pour ajuster le décodage audio selon le type de voie audio reçue (mono, stéréo, ...). En France, cette fonction est peu exploitée compte tenu de la limitation technique des effets sonores en radiodiffusion FM.

Service M/S - Music/Speech
Drapeau numérique modifiant automatiquement le niveau du volume sonore d'un récepteur RDS en fonction du programme diffusé (état logique 1 = programme musical, état logique 0 = programme parlé).

Service PTY - Program TYpe
Fonction permettant d'identifier les types de programmes diffusés par une station RDS. Le nom des programmes s'affiche sur 8 caractères. Très peu de stations proposent ce service, car le développement de la radiodiffusion DAB va permettre d'exploiter cette fonction avec de nouvelles possibilités.

Service PTYN - Program TYpe Name
Ce service permet de compléter le choix du type de programme (PTY) en précisant la nature de celui-ci. Par exemple, pour le type sport on peut préciser de quel sport il s'agit (cyclisme, natation, football, ...).

Service PIN - Program Item Number
Ce code numérique diffuse l'heure et le jour des programmes diffusés. La programmation de l'enregistrement sur les récepteurs RDS de salon est ainsi simplifiée. Actuellement peu de stations proposent cette possibilité et d'autre part le nombre de récepteurs RDS dotés de cette fonction est relativement limité.

Service RT - Radio Text
Cette fonction permet de diffuser des messages quelconques par groupes de 64 caractères. Le récepteur RDS doit être équipé d'un afficheur spécifique. La fonction RT n'est pas exploitée sur les autoradios, car les commissions de sécurité routière en ont interdit l'usage à bord d'un véhicule. Seuls les récepteurs RDS de salon peuvent bénéficier du système de radiotexte (la station de radio FIP en région parisienne diffuse régulièrement du radiotexte défilant).

Service CT - Clock Time
Données numériques transmettant régulièrement l'heure TU (temps universel) et la date julienne avec le décalage du fuseau horaire. Les récepteurs RDS assurent la conversion en heure et date locales sous la forme xx h xx min pour l'heure et xx/xx/xx pour la date (x représente une valeur quelconque de 0 à 9).

Service EON - Enhanced Other Network
Fonction numérique permettant à une station RDS de diffuser les paramètres RDS d'autres stations. Actuellement les codes EON suivants sont utilisés :
EON-PI : diffusion de l'identité PI d'une autre station.
EON-PS : diffusion du nom d'une autre station.
EON-TP : si le drapeau est à 1, il indique que l'autre station est susceptible de diffuser des informations routières commutées.
EON-TA : commute les récepteurs RDS sur la fréquence locale de l'autre station lorsqu'elle diffuse une information routière commutée.
EON-AF : diffusion de la liste des fréquences du réseau hertzien de l'autre station.
EON-PIN : diffusion de l'heure et du jour d'un programme de l'autre station.
EON-PTY : diffusion des types de programmes de l'autre station.
Il faut noter que les services EON-PIN et EON-PTY sont peu exploités en France.

Service RP - Radio Paging
Configuration logicielle pour la diffusion des données numériques du système de radiomessagerie Alphapage-RDS. Le protocole de transmission est identifié par certains bits du groupe 1A. Ce service ne concerne pas les autoradios RDS, mais uniquement les messagers de poche appelés "pagers".

Service TDC - Transparent Data Channel
Voie de transmission permettant au radiodiffuseur de diffuser divers types de données numériques pour des services spécifiques. Cette fonction n'est pas destinée aux auditeurs du réseau hertzien.

Service IH - In House
Transmission de données numériques réservées aux besoins internes du radiodiffuseur (téléaffichage urbain, télésurveillance, contrôles divers, ...).

Service EWS - Emergency Warning System
Il s'agit d'un système de transmission d'urgence destiné à alerter la population en cas d'événements exceptionnels compromettant sa sécurité (tempêtes violentes, cyclone, tremblement de terre, accidents industriels graves, ...). Ce moyen d'alerte exploité exclusivement par les organismes de Sécurité Civile est essentiellement développé dans les zones géographiques à risque (DOM-TOM, régions sismiques).

Configuration du signal RDS

Le signal RDS est constitué d'une trame numérique. Cette trame est une suite synchrone de groupes de 104 bits (un groupe a une durée de 87,6 ms. Le débit de la trame est 11,4 groupes par seconde). Un groupe contient quatre blocs de données de 26 bits chacun (soit 4 x 21,9 ms) dont 16 bits de données et 10 bits de contrôle/décalage.
 

Les 10 bits de contrôle/décalage synchronisent les données et constituent un code de correction d'erreurs capable de détecter les types d'erreurs suivants : - jusqu'à cinq erreurs consécutives. - salve d'erreur de 10 bits consécutifs. - erreurs simples et doubles dans un bloc. - détection de 99,8 % des salves d'erreurs de 11 bits. - détection de 99,9 % des salves d'erreurs de plus de 11 bits.

Fig. 8 : trame RDS

Chaque groupe de la trame numérique RDS est identifié par un code sur 4 bits inséré au début du bloc 2, on dispose donc de 16 types de groupes. Chaque type existe en deux versions dites A et B. Le bit MSB (poids fort) de tous les codes RDS est transmis en premier (le bit MSB est affecté de la puissance de 2 la plus élevée). Chaque fonction RDS est conforme à une procédure de codage binaire établie par l'UER et le CENELEC (Revue Technique 3244-F de l'UER et norme prEN50067 du CENELEC devenue depuis la norme AFNOR NF EN62106).

Conclusion

A travers cette page nous avons étudié la structure générale du système de radioguidage RDS. Dans la deuxième partie, nous analyserons la configuration des 16 types de groupes qui transmettent les données numériques aux autoradios et autres récepteurs FM compatibles RDS.

Source des illustrations

Toutes les illustrations de ce dossier ont été réalisées par David Gestalder.