無線データシステム

ラジオ データ システム( RDS )は、従来のFM ラジオ放送に少量のデジタル情報を埋め込むための通信プロトコル標準です。RDS は、時間、局識別、プログラム情報 など、送信される数種類の情報を標準化します。

この規格は欧州放送連合（EBU）のプロジェクトとして始まりましたが、その後国際電気標準会議（IEC）の国際規格となりました。ラジオ放送データシステム（RBDS）は、RDSの米国版の正式名称です。^[1] 2つの規格はわずかに異なるだけで、受信機はどちらのシステムでも動作し、表示されるデータにわずかな矛盾が生じるだけです。

どちらのバージョンも、57 kHz のサブキャリアで 1,187.5ビット/秒(約 1.2 kbit/s ) でデータを伝送するため、データ ビットごとにサブキャリアのサイクルが正確に 48 個あります。RBDS/RDS サブキャリアは、データ信号、ステレオ パイロット、および 38 kHz DSB-SCステレオ差分信号間の干渉と相互変調を最小限に抑えるために、19 kHz FM ステレオパイロット トーンの3 次高調波に設定されました。(ステレオ差分信号は 38 kHz + 15 kHz = 53 kHz まで拡張され、4 kHz が RDS 信号の下側サイドバンド用に残ります。)  

データはエラー訂正コードとともに送信されますが、受信側はエラー訂正コードを修正せずにエラー検出のみに使用することを選択できます。RDS は、プライベート (社内) 機能やその他の未定義機能を未使用のプログラム グループに「パッケージ化」する方法など、多くの機能を定義します。

RDS はアナログ放送局でのみ使用されます。HDラジオに相当するのはプログラム関連データ(PAD)です。

RDSは、ドイツの放送技術研究所（IRT）とラジオメーカーのブラウプンクトによる自動車放送情報システム（ARI）の開発に触発されました。^[2] ARIは、FMラジオ放送で交通情報の存在を示すために57kHzのサブキャリアを使用しました。^[3]

EBU技術委員会は1974年のパリ会議でARIと同様の目的を持つ技術を開発するプロジェクトを立ち上げたが、これはより柔軟性があり、放送ネットワークが同じラジオ番組を複数の異なる周波数で送信する場合に受信機の自動再調整を可能にするものであった。変調システムはスウェーデンのページングシステムで使用されているものに基づいており、ベースバンドコーディングは主に英国放送協会（BBC）とIRTによって開発された新しい設計であった。EBUは1984年に最初のRDS仕様を発行した。^[2]

EBU の 3 つの放送パートナーのうち、BBC は RDS 技術の応用を最も熱心に追求し、RDS 機能をサポートする「BBC 認定ラジオ」の製造業者からの入札を募ろうとしていたと伝えられている。しかし、メーカーから関心が得られなかったため、BBC は Kinneir Dufort のデザイナーにこれらの機能を紹介するプロトタイプの製作を依頼した。1989 年に発表されたこのプロトタイプには、天気図などの画像を表示できる液晶ディスプレイと、「ラジオをバーコードからプログラムできるライトペン」が組み込まれており、これらのバーコードは番組情報をエンコードしており、取り外し可能なモジュールをサポートしていた。カセット プレーヤー モジュールとプリンター モジュールが開発された。RDS がテレビと競合する可能性のある画面ベースの機能の開発には消極的だったが、天気図や広告などの情報を印刷できるという有用性は、ラジオとテレビの両メーカーにとって潜在的に興味深いものと考えられていた。^[4]

代替周波数機能の強化が規格に追加され、その後1990年に欧州電気標準化委員会（CENELEC）規格として発行されました^。[2]

1992年、米国国立無線システム委員会は、ラジオ放送データシステムと呼ばれるRDS規格の北米版を発行しました。CENELEC規格は、1992年にトラフィックメッセージチャネルの追加で更新され、1998年にはオープンデータアプリケーション^[2]で更新され、2000年にRDSはIEC規格62106として世界中で発行されました。^[5]

RDS フォーラム (ジュネーブ/スイス) は、グリオン/モントルーでの年次会議 (2015 年 6 月 8 ～ 9 日) で、新しい標準 RDS2 を導入することを決定しました。この標準は、NRSC RBDS 小委員会の米国の同僚との緊密な協力のもとで作成され、世界中の FM 放送とデータ サービスに統一されたプラットフォームを提供する予定です。

主な特徴

• 64 MHz から 108 MHz までの周波数をシームレスにサポート (AF、EON )
• 新しい文字コード: UTF-8 (古いEBU文字セット^[6]は古い0A/2Aグループの互換モードのために残っています)。
• 新しい ODA 処理では、「B」グループが「A」グループの信号グループとして割り当てられます。
• 長い PS 名、UTF-8 文字セットで最大 32 バイト。(インド語、中国語、アラビア語など)
• RadioText (eRT) 長さ 128 バイト、UTF-8 文字セット。
• 容量が 1 秒あたり 11.4 から 57 の「A」グループに増加しました。(単一変調型複数サブキャリア (SMMS) テクノロジを使用した場合の純容量は 2,109 ビット/秒)
• グラフィカルラジオテキスト – HTML/CSS テンプレートをサポート (スマートフォン、カーラジオ、コンピューター/タブレット用)
• 受信者が IP または SMS 機能を備えている場合、gRT 経由のリターン チャネルをサポートします。
• 放送局のグラフィック ロゴ – 最大 4 キロバイトの画像 (JPEG、PNG、または GIF)
• ハイブリッドラジオ機能（一部はラジオフランスの開発に基づく）

RDS データには通常、次の情報フィールドが含まれます。

AF（代替周波数リスト）

これにより、受信機に周波数のリストが提供され、最初の信号が弱くなりすぎた場合 (たとえば、範囲外に移動した場合)、受信機は同じ放送局を提供する別の周波数に再チューニングできます。切り替えを実行する前に、ラジオは一致する PI コードをチェックして、AF が同じ放送局であることを確認します。これはカーステレオ システムでよく使用され、ヘッドユニットは移動中に、オプションで同じ地域コードを使用して、より強い信号に自動的にチューニングできます (そのため、全国放送局の場合、ユーザーは元のラジオ番組を聴き続けることができます)。

CT (時計の時刻と日付)

受信機の時計または車のメイン時計を同期できます。送信の変動により、CT の精度はUTCの 100 ミリ秒以内に限られます。放送局が RDS エンコーダー内の時計を定期的に同期する方法がない場合、CT は通常送信されません。

EON（拡張他ネットワーク情報）

受信しているネットワークや局にリンクされている他のネットワークや局について受信機に通知し、交通 番組が放送されているため特定の瞬間にネットワークの特定の局の TA フラグがオンになるなど、動的に変化するデータについて通知し、ラジオが自動的に一時的にその局にチューニングできるようにします。

PI (プログラム識別)

これは、局を識別する一意の 4 文字の 16 進コードです。国内のすべての局は、正しい国別プレフィックス文字を含む一意の 3 文字コードを使用する必要があります。米国では、PI は局のコールサインに公式を適用して決定されるか、NRSCによってFM トランスレータにランダムに割り当てられます (FM トランスレータのコールサインは長いため、公式と互換性がありません)。^[8] PI コードは最も重要な RDS パラメーターであり、RDS データ構造内で最も頻繁に送信されます。米国以外での使用を目的とした RDS 標準では、すべての国の国コードを定義しているため、国境を接する場所では同じコードが使用されることはありません。これにより、異なる国間で PI コードを調整する必要がなくなります。同じコードを伝送する送信は、受信機によって同じものとみなされ、受信を改善するために代替周波数として切り替えることができます (代替周波数として明示的にリストされていない場合でも)。PI コードは汎用的にリンクできます。PI コードは、1 番目、3 番目、4 番目のニブルが同じである場合に汎用的にリンクされます。ジェネリック リンクは、通常、何らかの形で関連している異なる地域のラジオ局によって行われます。受信機 (特に車載用) には、「地域」と呼ばれる設定があり、これを有効にすると、ラジオはジェネリック リンクされた別の局に切り替えることができます。PI コードは通常静的です (つまり、変化しません)。ただし、英国では、2 番目のニブルが変化する (ジェネリックに好まれるコードに) 動的 PI コードを使用するネットワークもあります。たとえば、国営放送局の Classic FM はこれを採用しています。この目的は、各送信機が異なるコマーシャル セットを流すコマーシャル ブレーク中にラジオが再チューニングされるのを防ぐことです。

PS（番組サービス名）

これは、コール レターまたは局 ID 名を表す 8 文字の静的表示です。ほとんどの RDS 対応受信機はこの情報を表示し、局が受信機のプリセットに保存されている場合は、そのプリセットに関連付けられた PI コード、周波数、その他の詳細とともにこの情報をキャッシュします。一部の国では、局は PS を使用して他の情報を動的に送信します。これは一部の国では禁止されており、RDS システム内での本来の使用法ではありません。

PTY（プログラムタイプ）

最大 31 種類の定義済み番組タイプ (例: ヨーロッパの場合: PTY1 ニュース、PTY6 ドラマ、PTY11 ロック ミュージック) をコード化することで、ユーザーはジャンル別に類似の番組を見つけることができます。PTY31 は、自然災害やその他の大きな災害が発生した場合の緊急アナウンス用に予約されています。

REG（地域）

これは主に、国営放送局が一部の送信機で地域限定の番組を放送している国で使用されます。この機能により、ユーザーはセットを現在の地域に「固定」したり、他の地域に移動したときにラジオを他の地域限定の番組に合わせることができます。詳細については、以下のプログラム識別コードの説明を参照してください。

RT（ラジオテキスト）

この機能により、ラジオ局は、静的なメッセージ（局のスローガンなど）または番組と同期したメッセージ（現在再生中の曲のタイトルやアーティストなど）の 64 文字（まれに 32 文字）の自由形式のテキスト メッセージを送信できます。

RT+（ラジオテキストプラス）

オリジナルの RT を拡張したもので、アーティスト、タイトル、その他のメタデータを受信者に送信できます。

TA、TP（交通アナウンス、交通プログラム）

受信機は、多くの場合、このフラグに特別な注意を払うように設定できます (利用可能な場合は EON リンクを利用して)。たとえば、CD を一時停止したり、交通情報を受信できるように再調整したりできます。TP フラグは、ユーザーが定期的に交通情報を放送する放送局のみを見つけられるようにするために使用されます。一方、TA フラグは、実際の交通情報の放送中であることを知らせるために使用されます。ラジオ ユニットは、交通情報の放送中に CD/MP3 を一時停止したり (ラジオが聞こえるように)、音量を上げたりするなどの他のアクションを実行する場合があります。

TMC (交通メッセージチャンネル)

デジタルでエンコードされた交通情報。すべての RDS 機器がこれをサポートしているわけではありませんが、多くの場合、自動車ナビゲーション システムで利用できます。多くの国では暗号化された交通データのみが放送されるため、交通データを使用するには、サブスクリプション サービスに結び付けられた適切なデコーダーが必要です。サブスクリプションは多くの場合、自動車メーカーが支払うため、ユーザーにはわかりません。

米国NRSC FMトランスレータアナウンス

全米無線システム委員会は、米国の FM トランスレータ向けに独自のラジオ データ システム プログラム識別コードを導入しました。RDS サブキャリアによって送信されるメタデータの 1 つに PI コードがあり、受信機はこれを使用して FM 局が放送しているオーディオ プログラムを一意に識別します。米国では、PI コードは歴史的にラジオ局のコール サインから派生しており、FM トランスレータと組み合わせて使用​​すると複雑になることがあります。FM トランスレータ専用の新しいアルゴリズムが作成され、各 FM トランスレータに固有の PI コードが割り当てられます。このアルゴリズムは、Web ベースのツールと、米国のすべての FM トランスレータの既知の PI コードのリストを使用して実装されています。[1]

実装に関しては、ほとんどのカーステレオは少なくとも AF、EON、REG、PS、TA/TP をサポートします。

• より高価なカーステレオでは、TMC、RT、および/またはPTYが提供され、おそらく「ニュース」オーバーライドも提供されます。
• ホーム システム、特に Hi-Fi レシーバーは、主に PS、RT、PTY などの機能をサポートします。

低価格で設置面積の小さいソリューションのおかげで、ポータブル オーディオやナビゲーション デバイスでの RDS 実装が増えています。

57 kHz の RDS サブキャリアは、複合スペクトルの ±2 kHz を占め、理論上は 53 kHz のステレオ サブキャリアの上限カットオフより上になります。ただし、53 kHz のカットオフは、ステレオ エンコーダーの前に使用される 15 kHz ローパス フィルターのパフォーマンスに完全に依存します。古い機器では、これらのフィルターは 19 kHz パイロットを保護するためだけに設計されており、大量のステレオ情報が存在する場合、RDS サブキャリアを十分に保護できないことがありました。この状況では、ステレオ拡張デバイスと積極的なオーディオ処理を組み合わせると、RDS サブキャリアが受信できなくなる可能性があります。

複合クリッピング システムでは、クリッピングによって生成される高調波により、RDS サブキャリアの品質が低下することもあります。最新の複合クリッパーには、RDS サブキャリアを保護するためのフィルタリング機能が含まれています。

RDS サブキャリアは通常、2～4 kHz のキャリア偏移を使用します。したがって、通常の 75 kHz 偏移制限を超えないと仮定すると、プログラム マテリアルに使用できる偏移はこの量だけ減少します。

次の表に、RDS および RBDS (北米) プログラム タイプ (PTY) コードとその意味を示します。

PTYコードは何度か拡張された。最初のRDS規格では0～15と31のみが定義されていた。後に米国で実施されたRBDS規格では、コード0、1、31に同じ意味を割り当てたが、元のRDS計画の残りの部分と一致させようとはせず、コード2～22と30の独自のリストを作成し、^[11] RDSリストにはなかったトップ40、宗教、カントリー、ジャズ、R&Bなど（米国では）商業的に重要なラジオ形式を含めた。これには、情報、スポーツ、ロックの不一致なコードも含まれていた。後のRBDS規格ではタイプ23（大学）と29（天気）が追加され、RDSタイプコードリストは現在のサイズにまで拡大し、^[12] RDBSリストからいくつかのタイプ（ジャズやカントリーなど）をインポートした。 RDBSタイプ24～26は2011年4月に追加されました。^{[10] [1] : 27}コードの不一致は主に、北米に携帯無線機を持ち込む人や北米から持ち出す人 にとって問題となります。

EN 50067:1998 ^[13]で規定されているRDS規格は、OSIモデルに従ってこれらのセクションに分割されています。（これは単方向ブロードキャスト規格であるため、ネットワーク層とトランスポート層は除外されています。）

1. データチャネル（物理層）
2. ベースバンドコーディング（データリンク層）
3. メッセージ形式（セッションおよびプレゼンテーション層）

標準の物理層では、無線信号からビットストリームを取得する方法を説明しています。RDS ハードウェアは、まず 57 kHz RDS サブキャリア信号を復調して、ビット クロックと差分エンコードされたビットストリームの両方を含む差分マンチェスター エンコード信号を抽出します。これにより、RDS デコーダは入力の位相反転を許容できます。

データ リンク層では、連続する 26 ビットが「ブロック」を形成します。これは、16 のデータ ビットとそれに続く 10 のエラー訂正ビットで構成されます。4 つのブロックが 104 ビットの「グループ」を構成します。エラー訂正ビットは、4 ブロック グループ内の「オフセット」またはブロック番号もエンコードします。

エラー訂正は、多項式x ¹⁰ +x ⁸ +x ⁷ +x ⁵ +x ⁴ +x ³ +1による 10 ビット巡回冗長検査を使用して行われます。^{[13] : 13} (プリセットもポスト反転も使用されません。固定サイズのデータ​​ フィールドでは必要ないためです)。CRC は、ブロックを識別する 5 つの「オフセット」ワード (A、B、C、C′、または D) のいずれかと合計されます。連続する 4 つのブロック (ABCD または ABC′D) は、104 ビット (64 データ ビット + 40 チェック ビット) の「グループ」を構成します。1 秒あたり 11.4 グループをわずかに超える数が送信されます。

ブロック間にギャップはありません。受信機は、同期が達成されるまで、26ビットごとにCRCをチェックしてグループとブロックに同期します。同期が確立すると（オフセットワードが予測可能）、コードは最大5ビットのバーストエラーを訂正できます。^{[13] ：60}

この基本的な変調およびブロック構造は、もともと MBS (無線ページング)  [fr]「モバイル検索」プロトコル用に開発されたものですが、MBS (または北米の同等の MMBS「修正 MBS」) ではオフセット ワードを使用しないという違いがあります。2 つのシステムを相互運用できるように (また、FM ラジオ局がページャ契約を維持しながら RBDS データを送信できるように)、RBDS 標準では 6 番目のすべてゼロのオフセット ワード E を定義しています。4 つの E ブロックのグループは RBDS グループと混在し、RBDS 受信機によって無視される場合があります (同様に、RBS オフセット ワードは MBS 受信機に訂正不可能なエラーとして表示されるように選択されます)。

各ブロック (およびグループ) 内のデータは、最上位ビットから最初に送信されるため、ビット 15 (最初に送信) からビット 0 (最後に送信) まで番号が付けられます。

最も頻繁に送信される情報は、送信元のラジオ局を識別する 16 ビットの「プログラム識別」コードです。ブロック A と C′ には常に PI コードが含まれます。オフセット C は、3 番目のブロックに他のコードが含まれている場合に使用されます。

ブロック 1 には常に 16 ビットのプログラム識別子が含まれます。ブロック 2 の最初の 11 ビット (ビット 15 ～ 5) もすべてのグループで同じです。

ブロック 2 の最初の 4 ビット (ビット 15 ～ 11) は「グループ タイプ コード」で、残りのデータの解釈を記述します。各グループ タイプには「A」と「B」の 2 種類があり、5 番目の「B」ビット (ビット 10) で区別されます。B=0 の場合、グループは 0A ～ 15A で、5+16+16 = 37 ビットのデータが含まれます。B=1 の場合、ブロック 2 には PI コードが含まれ (オフセット ワード C′ でエンコードされます)、グループは 0B ～ 15B のいずれかで、21 ビットのデータが含まれます。

ブロック 1 とブロック 2 には、高速で応答性の高い識別のために、両方のグループ バージョンに常に存在する構造があります。各グループの最初のブロックは、常にプログラム識別コードになります。2 番目のブロックの最初の 4 ビットは、アプリケーション/グループ タイプ専用です。

ブロック2ビットの意味

• GTYPE: グループタイプ
• B0: B0=0 の場合、メッセージ グループ タイプ A、それ以外の場合はタイプ B
• TP: 交通プログラム。このチャンネルには定期的な交通レポートが含まれていることを示します。
• PTY: プログラム タイプ (§ プログラム タイプを参照)
• ????: 残りのビットはグループタイプに依存します

ブロック 3 はプログラム識別コードの繰り返しに使用されます。

これにより、国、放送エリア、番組参照番号に基づいて、ラジオ番組の種類をすばやく識別できます。国コードは標準で指定されていますが、ビット 11 からビット 0 は各国の地方自治体によって指定されています。

国コードは再利用されますが、FM放送範囲を超えて地理的に離れた地域でのみ使用されます。たとえば、国コードFはフランス、ノルウェー、ベラルーシ、エジプトに割り当てられています。^{[13] : 71}隣国が同じ国コードを持つことは決してないため、PIコードを隣国と調整する必要はありません。

これは完全なグループタイプの短いリストです。各グループタイプには、セカンダリバージョンが利用できる場合があります。

これは追加のプログラム タイプ ビットと見なすことができ、放送局が定期的に交通レポートを放送していることを示します。これをすべてのグループに含めることで、受信機は交通レポートを含む放送局をすばやく検索できます。

もう 1 つのビットであるトラフィック アナウンスメント (TA) は、ブロック タイプ 0A、0B、および 15B で送信され、このようなレポートが進行中であることを示します。通常は同時放送を行う送信機では、個々の送信機に合わせてカスタマイズされた定期的なローカル トラフィック レポートが送信されるのが一般的です。トラフィック アナウンスメント ビットは、受信機に送信機固有のブロードキャストが進行中であることを通知し、進行中は周波数の切り替えを避ける必要があります。

(ブロック タイプ 14B には、異なる形式の交通アナウンス ビットがあり、これは異なる周波数で交通アナウンスが存在することを示し、無線受信機が自動的に切り替えられるようにします。)

これらは、放送局名、ラジオテキスト、日付/時刻などの単純なメッセージのみを網羅した非包括的な例です。

前のフィールドについてはすでに上で説明したように、以下のドット ポイントはアプリケーション固有のフィールドのみを示しています。

• TA : 交通案内
• M/S : 音楽/スピーチ

ステーション名とデコーダー識別コードは 4 つのグループに渡って順次送信され、オフセットはビット C1 と C0 によって定義されます。

前のフィールドについてはすでに上で説明したように、以下のドット ポイントはアプリケーション固有のフィールドのみを示しています。

• A/B: テキスト A/B フラグは、画面のクリアが要求されているかどうかを検出するために使用されます。
• C3～C0: テキストセグメントのオフセット値

ステーション名とデコーダー識別コードは 4 つのグループに渡って順次送信され、オフセットはビット C1 と C0 によって定義されます。

グループタイプ 4A を使用する場合は、EN 50067 に従って 1 分ごとに送信する必要があります。

クロック時間グループは、分エッジがクロック時間グループの終了から ±0.1 秒以内に発生するように挿入されます。

時間と日付は次のようにパックされます:

注: ローカル時間オフセットは、-15.5h から +15.5h の範囲内の30 分単位の倍数で表されます。これは符号付き大きさの形式で表され、最上位ビットは「ローカル オフセットサイン」ビット(LOS) で、0 = + (グリニッジの東)、1 = - です。

次の画像は、FM ラジオ局で RDS を使用する方法を示しています。最初の 3 つの画像は、Sony XDR-S1 DAB/FM/MW/LW ポータブル ラジオのディスプレイを示しています。2 番目と 3 番目の画像は、ラジオをノッティンガムのラジオ局Trent FMにチューニングしたときに撮影されたものです。

ST Microelectronics、テキサス州オースティンのSkyworks Solutions、NXP Semiconductors (旧Philips )などの企業は、これらのデバイスに搭載されるシングルチップ ソリューションを提供しています。

高レベル RDS API

• 高度なマルチメディア補足資料(JSR-234) (Java プログラミング言語)
• OpenMAX AL (Cプログラミング言語)

関連技術

• ALERT FM – RBDS緊急通知システム
• HEARO – 廃止されたRBDS緊急通知システム
• データ無線チャネル(DARC)
• ダイレクトバンド
• プログラムおよびシステム情報プロトコル
• UECP –プロトコル（ユニバーサルエンコーダ通信プロトコル）^[14]
• RDS OF THINGS –スマート シティアプリケーションでの RDS の使用。

関連トピック

• デジタルラジオ
• エラー訂正
• FM放送
• インターネットラジオデバイス
• モデム
• ラジオ受信機
• テレテキスト– アナログテレビチャンネル経由の ≈6.5 kbit/s のデータ伝送

• ヨーロッパFM放送ディレクトリ、ヨーロッパFMハンドブック2002-2003、第13版、2002年7月1日、B5判、ISBN 951-98733-1-7 [2] 
• ディートマー・コピッツ、ベヴ・マークス、RDS：ラジオデータシステム（モバイル通信ライブラリ）、ISBN 0-89006-744-9 [3] 
• MSB VMAレポート、[4]
• http://www.interactive-radio-system.com/docs/EN50067_RDS_Standard.pdf
• SBL ワークグループ「Zasatzinformationen im Hörfunk」（1987 年）。ピーター・ファーストティンジャー（編）。 RDS: Radio-Daten-System – Zusatzinformationen im UKW-Hörrundfunk – Ein neuer Dienst der ARD (PDF) (ドイツ語)。Institut für Rundfunktechnik (IRT)。2021 年 4 月 30 日のオリジナルからアーカイブ(PDF) 。2021 年4 月 30 日に取得。（31ページ）

• FARWAY IRFC、テレビおよびラジオ伝送、ラジオデータシステムエンコーダ
• RDS 標準の仕様は、RDS フォーラムから入手できます。
• 「NRSC-4 米国国家無線システム委員会 RBDS 標準 - 無線放送データ システム (RBDS) の仕様」
• RDSフォーラムは、ラジオデータシステム放送技術のユーザーの専門家協会です。
  • RDS: 「ラジオ データ システム」、「放送局向け RDS ガイド」
  • チューニング補助として機能するRDS機能
• xRDS「RDSデータ伝送容量の拡張」
  • 「RDS フォーラム ミーティング 2011 での xRDS プレゼンテーション」
• RDSList.com
• GR-RDS on Github – GNU Radio ベースのオープンソース RDS 受信機および送信機実装
• RDS TMCプログラムと回路のデコード
• FM 放送とテレビ放送の音声サブキャリア – クリフトン ラボラトリーズ