基于调频副载波的应急广播消息传输协议探讨

刘春江，马 艳，李玉环，李晓鸣，杜国柱

（1.国家新闻出版广电总局广播科学研究院，北京 100866；2.国家新闻出版广电总局监管中心，北京 100866）

基于调频副载波的应急广播消息传输协议探讨

刘春江1，马 艳1，李玉环2，李晓鸣1，杜国柱2

（1.国家新闻出版广电总局广播科学研究院，北京 100866；2.国家新闻出版广电总局监管中心，北京 100866）

探讨定义一种基于调频副载波的应急广播消息传输技术机制和协议封装格式，实现对应急广播信令和数据传输控制协议及终端设备编码规则的统一和规范化，解决各设备厂商生产的终端互不兼容导致后期维护困难等方面的问题，促进和加快各地采用调频负载波技术进行应急广播消息播发的应用系统建设和发展速度。

调频副载波；应急广播消息；协议封装格式

基于调频副载波的数据广播系统在智能交通、天气预报及灾害信息预报等行业和领域得到了广泛的应用[1-3]，各地建设的尤其是面向农村地区的公共广播系统很多也采用调频副载波技术，实现远程开关控制和区域地址码及其终端编号的选择匹配等功能，但由于当初进行建设时，缺乏对基于副载波的通信协议和终端设备编号的统一定义和规范，各个设备厂商依据自己内部协议生产的各种相关设备互不兼容，从而导致完成建设的系统在应用过程中运行维护困难重重，甚至造成部分系统由于厂商倒闭或转行停产而无法正常运行使用。

当前各地又逐渐兴起规划和建设面向农村地区的应急广播系统的热潮，很多规划和拟建设的农村应急广播系统打算采用成熟的调频副载波技术，实现应急广播消息控制信令和部分文本内容的传输以及终端设备远程开关控制等功能，为防止各厂商生产的设备互不兼容导致的维护困难的历史重演，有必要对基于调频副载波的应急广播的技术机制和协议封装格式（包括终端编码规则等）进行统一的规范和定义。本文提出一种基于调频副载波的应急广播消息传输协议封装格式，争取解决各厂商生产的设备不规范、不标准、无法实现兼容的问题，为促进和加快各地采用调频负载波技术的应急广播系统建设和发展速度扫清障碍。

1 物理层编解码及调制解调机制

目前世界上采用调频副载波的技术方式主要有：广播数据系统（Radio Data System，RDS）、日本NHK方式、美国SCA方式以及日本数据广播频道（Data Radio Channel，DARC）等[2]几种。其中，中国在1995年引进RDS技术，形成了自己的国家标准（GB/T 15770—1995广播数据系统（RDS）技术规范）[4]，其编码和解码技术也得到国内相关技术人员的深入探索和研究[5-6]，同时由于很多芯片厂商生产的收音机芯片能够直接支持和实现RDS的硬件编解码，从而极大降低了基于RDS的调频副载波终端设备的生产制造成本，使得RDS技术在基于调频副载波的各种系统中获得最大的应用。

因此，本文探讨的应急广播消息传输机制和协议封装格式的物理层编解码和调制解调技术机制基于RDS的相关标准和规范，相关技术细节可参阅《GB/T 15770—1995广播数据系统（RDS）技术规范》文本，在此只对其技术要点加以简单介绍，RDS采用的副载波频率为57 kHz，容差为±6 Hz，在立体声广播时副载波频率锁定于19 kHz导频的第三次谐波上的同相相位上，其相位角的容差在FM射频调制信号输入端为±10°。RDS的物理层数据帧结构如图1所示。

图1 RDS数据帧结构示意图

每个数据帧由4个块组成，每个块由16 bit信息位+10 bit校验位组成，即每个块中的有效数据载荷为2 byte（16 bit）。日常应用中，最常采用的一种数据帧有效数据形式如表1所示。

表1 RDS数据帧有效数据结构表

其中，Block A中通常用作国家识别、区域识别以及节目基准号等，通常是反复循环重复发送传输的，Block B中的标识码通常用于标识节目类型等内容。

2 应急广播数据报格式和封装协议

2.1 相关术语定义

对于文中使用的几个特定术语进行如下定义：

1）应急广播数据报

由1个或多个数据帧组成，表示一条应急广播消息指令或消息内容的数据包。

2）应急广播数据报有效信息数据

应急广播数据报中除报头和帧总数及帧序号之外承载应急广播指令或消息内容的有效载荷，由数据报中每帧数据的最后5 byte构成。

3）数据帧

由RDS技术基层编码调制机制所决定的一个完整的数据单元，其构成如图1所示，由4个数据块（Block）组成，数据帧长度固定为104 bit，其中64 bit为信息位。

4）数据块。

RDS技术中进行编码校验的最小组织单位，由16 bit信息位和10 bit校验位组成。

2.2 应急广播数据报结构

由于采用RDS技术进行数据传输时，其码率大约为1 187.5 bit/s（57 kHz/48），传送字节的效率约为148 byte/s，传送的有效载荷速率小于92 bit/s（148×16/26），效率非常低，因此在定义传输协议时必须考虑到每个字节每个比特的使用效率，为保证应急广播指令的安全可靠和可管可控，应急广播指令和数据文本必须进行安全签名验证，本文中的安全签名验证机制为暂定方案，相关数据长度为上限值，目前正寻求参数更短更合适的方案。

根据应急广播应用需求，对RDS数据帧中的PI码及Block B、BlockC、BlockD的有效数据载荷重新进行定义，应急广播数据报的结构如图2所示。

图2 应急广播数据报结构示意图

应急广播数据报中各字段的格式及其定义说明如表2所示，数据报来源级别定义如表3所示。

表2 数据字段定义一览表

表3 数据报来源级别定义

2.3 应急广播数据封装协议和格式

应急广播数据报传送的有效信息数据分为应急广播指令和应急广播消息内容两种，每种又包含多种类型，无论是何种种类和类型，均连续分布在各个数据帧最后5个字节的有效数据载荷中，数据报尾帧的最后一个字节为CRC16校验和，该校验和是对所有数据帧序号（含）及信息位和尾帧填充字进行循环冗余校验，校验码生成多项式x16+x15+x2+1。

应急广播数据封装格式如图3所示。

图3 应急广播数据报有效信息数据封装格式

各字段数据的定义如表4所示。

表4 应急广播指令语法定义

2.4 应急广播指令和消息内容格式

与应急广播相关的数据主要分为指令和消息内容两大类，其中应急广播指令又包括参数设置、应急广播开关、日常节目播出开关、密钥更新等多种类型，在此仅以参数设置中的设置区域代码、开播/停播以及应急广播消息文本内容为例加以说明。

1）设置区域代码指令格式

该指令的应急广播数据报类型为0x00；应急广播数据报总长度为13 byte，具体定义如图4所示。

图4 应急广播数据报有效信息数据封装格式

设备类型码：1 byte，用于区分设备类型，0x01为终端，其他值保留；

设备物理地址：6 byte，设备唯一识别码，出厂时被设定；

县级代码：3 byte，表示6位BCD码。符合GB/ T2260—2007的国家行政区划代码规范；

镇级代码：1 byte，表示2位BCD码，最多可表示99个乡镇；

村级代码：1 byte，表示2位BCD码，最多可表示99个行政村；

终端编码：1 byte，表示2位BCD码，最多可表示99个终端。

2）应急广播开播/停播指令格式

该指令的应急广播数据报类型为0x01；应急广播数据报总长度为6 byte（不需要切换频点）或9 byte（需切换频点），具体定义如图5所示。

图5 应急广播开播/停播指令格式定义图

相关字段的定义如表5所示。

表5 开播/停播指令语法定义

3）应急广播消息文本内容格式

应急广播数据报类型为0x10；应急广播数据报长度可变，视文本内容长度需要而定，建议不超过512 byte，数据报格式如图6所示。

图6 应急广播消息文本内容格式定义图

消息内容字段和编码字符集字段定义分别见表6和表7。

表6 消息内容类型定义表

表7 编码字符集

3 结束语

调频副载波技术在已经建成和即将建设的面向农村地区进行日常节目和应急广播信息播放的系统中获得广泛应用，由于以往缺乏应急广播指令和数据封装协议以及终端设备编码规则的统一规范和定义，导致各厂家生产的终端设备不能互相兼容，已建成系统运行维护困难重重，本文讨论确定了基于调频副载波的应急广播消息（包括指令和内容）的传输协议封装格式，通过定义参数设置、应急广播开关、日常节目播出开关、密钥更新等多种应急广播指令以及应急广播消息内容的字段封装格式，从而实现了调频副载波技术用于应急广播系统时技术细节的规范和统一，对于指导和促进各地采用调频副载波技术进行应急广播系统建设具有重要的意义。

[1] 上海建立灾害信息调频副载波广播系统[J].生命与灾害，2011（2）：43.

[2] 赵奕阳，张东海.调频副载波技术及其在智能交通系统中的应用[J].低压电器，2008（1）：56-59.

[3]王峰，史杏荣，程小泉，等.基于RDS和SCA技术的气象预警信息发布系统[J].通信技术，2008（10）：196-198.

[4]GB/T 15770—1995，广播数据系统（RDS）技术规范[S].1995.

[5]苏威.RDS技术原理与接收机电路设计[J].山西电子技术，2007（3）：92-94.

[6] 卢云川.RDS编码和解码技术及应用[J].工程勘察，2000（2）：50-52.

国网-中传数字新媒体联合实验室签约并成立

9月2日，中国广播电视网络有限公司与中国传媒大学新媒体研究院就共建数字新媒体联合实验室举行了签约仪式。数字新媒体联合实验室由双方共同组建，委托中国传媒大学新媒体研究院负责具体的组织执行。双方本着“长期合作、优势互补、共促发展”的宗旨，建立长期战略合作，组建联合实验室，定位于有线电视战略、业务、平台，将建设一个在国内具有影响力的综合实验室。实验室成立后，将推进数字新媒体前沿理论的研究，举办峰会论坛，并建设一系列业务创新与实验平台。

Discussion of EBM Transm ission Protocol Based on FM Subcarrier

LIU Chunjiang1,MA Yan1,LI Yuhuan2,LI Xiaoming1,DU Guozhu2
（1.Academy of Broadcasting Science of SARFT,Beijing 100866,China；2.Supervision Center of SARFT,Beijing 100866,China）

The definition of an emergency broadcast message transmission mechanism and protocol encapsulation format based on FM subcarrier are discussed,which realizes the unification and standardization of emergency broadcast signaling and data transmission control protocol and terminal equipment coding rules.It solves the incompatible problems of terminal equipment manufactured by different manufacturers,so as to promote and accelerate construction and development speed of EBM broadcast system that uses FM subcarrier technology.

FM subcarrier；emergency broadcast message（EBM）；protocol encapsulation format

TN943；TN913

A

�� 京

2014-06-15

【本文献信息】刘春江，马艳，李玉环，等.基于调频副载波的应急广播消息传输协议探讨[J].电视技术，2014，38（20）.