RDS – ESTADO DA ARTE E PERSPECTIVAS PARA O BRASIL
ALEXANDRE A. GUIMARÃES1, ANTONIO GARCÊS1, EDUARDO A. RODRIGUES ALVES E GILBERTO GANDELMAN2 2 GENERAL MOTORS DO BRASIL LTDA.
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VDO DO BRASIL LTDA.
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1) Resumo
O sistema de Dados por Rádio (RDS) consiste em recepção via FM de dados através da modulação FM/VHF com informações digitais.
Esta tecnologia embora bastante difundida na Europa no setor Automotivo, ainda está incipiente no Brasil. O presente trabalho tem como objetivo analisar o sistema RDS na área automotiva no que diz respeito a receptor, transmissor, regulamentação e serviços. Será descrita a arquitetura do receptor (rádio) para incorporar as funções RDS, bem como do sinal RDS. O conceito de transmissão e serviços disponíveis serão abordados a seguir, onde é apresentada uma experiência prática para atuação remota de um veículo. Finalizando o presente trabalho, será abordado o tema de regulamentação do RDS e em que estágio nos encontramos no Brasil.
2) Introdução
O sistema de transmissão/recepção de dados por RDS, visa a difusão de informações para a grande massa que utilizam de receptores de FM domésticos ou nos automotivos. As informações transmitidas por RDS abrangem uma ampla gama que vai desde propaganda comercial de contratantes das emissoras de FM à utilidade pública, alertas e informações gerais. Além das informações que o usuário dos receptores de FM podem ter acesso, espontaneamente e sem custo, o sinal de RDS pode alterar a configuração do rádio conforme a configuração ou classificação que o usuário programou no seu receptor para ser alertado. Para tanto o receptor deve possuir a capacidade de receber e processar os dados em RDS.
O RDS (Radio Data System), é fundamentado na transmissão de informações e programas nas faixas de FM e VHF, na faixa de 87.e e 108.0MHz. O objetivo do RDS é aumentar a funcionalidade do receptor de rádio e torná-lo mais amigável pela transmissão de identificadores de programação e programas de serviço, que podem de certa forma automatizar a sintonia do receptor em função da necessidade do usuário.
3) Receptor RDS
3.1) Arquitetura do sinal RDS
As emissoras de FM/VHF estereofônicas que transmitem sinais de RDS, além de transmitirem o sinal composto de FM (MPX), modulam a terceira harmônica do sinal piloto, 57KHz +-6Hz, com a informação RDS a ser transmitida. Esta terceira harmônica é suprimida no processo de modulação. Em transmissões monofônicas a banda de dados se dará em 57+-6Hz.
A freqüência de clock básica do RDS é obtida dividindo-se a sub-harmônica do sinal piloto por 48, onde chegamos ao baud-rate de 1187.5 bits/s +- 0.125 bits/s.
AUDIO PILOTO SUBPORTADORA DE DADOS 19KHz 57KHz BANDA BASE 38KHz MPX
3.2) ARQUITETURA DE UM RECEPTOR RDS GENÉRICO
A arquitetura de hardware de um receptor RDS consiste em uma configuração multi-estágios para que se torne possível a recepção, demodulação e decodificação do sinal RDS, conforme a norma Européia.
3.2.1) RECEPTOR DE RÁDIO:
O receptor do rádio, no caso um rádio AM e FM dotado de RDS, recebe os sinais de AM e FM, captados pela sua antena. Internamente a este receptor são separados, conforme a seleção do usuário as portadoras de AM e FM. Vamos assumir a configuração do receptor para a recepção de FM, pois é nesta portadora que está embutido o sinal RDS. 3.2.2) CIRCUITOS DECODIFICADORES DE ÁUDIO:
Nesta configuração genérica, vamos assumir que o receptor disponibilize para o restante do hardware do rádio, apenas o sinal de FM composto (MPX + RDS).
A parte do hardware responsável pelo áudio , demodula e decodifica o sinal composto (MPX) e o submete posteriormente a um controle ativo de áudio (volume e equalizações) e amplificadores de potência, através dos quais convertem a energia elétrica em ondas sonoras na faixa de áudio humana.
3.2.3) CIRCUITOS DECODIFICADORES DE RDS:
Nos rádios dotados de RDS, um outro estágio compartilha em paralelo o mesmo sinal composto de FM, sem causar qualquer influência nos estágios de áudio. Este estágio é chamado de Decodificador RDS, contendo os seguintes módulos:
Mixer:
Num estágio inicial, ele reconstitue a portadora de 57KHz, suprimida propositalmente na transmissão pela emissora de FM, através da convolução do sinal MPX com um oscilador local de 57KHz (processo conhecido como “Mixagem”).
Filtro Passa-Baixas:
Reconstituída a portadora, as bandas laterais aos 57KHz, e uma banda na parte mais inferior ao espectro de freqüências de áudio aparece também neste processo, e é esta banda de freqüência (1187.5 Hz) que contém a informação de RDS e deve ser isolada para a extração da informação do RDS. Submete-se então este sinal a um filtro passa-baixas com corte superior em 2.4KHz, isolando-se a parte que interessa do espectro reconstituído. SUBPORTADORA DE DADOS RDS 57KHz BANDA BASE 1187.5Hz
Decodificador bi-fásico e Slicer:
O sinal de baixa freqüência isolado é então submetido a um estágio denominado de Decodificador Bi-fásico, comparando ( e comutando) dois sinais:
• sinal de RDS filtrado (informação na freqüência de 1187.5Hz) e
• uma amostra dos 57KHz do oscilador local, dividida digitalmente por 48 (que é igual a também 1187.5Hz)
Este estágio resolve o problema da portadora recuperada estar fora de fase com a portadora original, e também submete o sinal que podemos dizer, deformado mas muito semelhante à informação digital de RDS transmitida a um circuito chamado “Slicer”, que finalmente deixa o sinal quadrado, pronto para posterior tratamento digital.
Decodificador Diferencial:
O sinal digital, recuperado pelo Decodificador Bi-fásico, ainda se encontra digitalmente codificado, portanto é submetido a um Decodificador Diferencial, que enfim recupera a informação RDS que pode ser finalmente tratada pelo hardware do rádio.
Esta codificação não é feita com fins criptográficos mas sim para visar um estreitamento da banda de transmissão de dados, pois através desta codificação digital temos um menor número de bordas de descida e subida que sujam o espectro de freqüência. A norma ARI estipula todas as limitações que devem ser cumpridas para a transmissão de dados no espectro de freqüência FM.
3.2.4) CIRCUITOS DE EXIBIÇÃO DA INFORMAÇÃO RDS:
DEMODULADOR ESTÉREO E DE ÊNFASE SINAL MPX-FM PROCESSADORES DE ÁUDIO E AMPLIFICADOR RECEPTOR AM-FM RDS DIREITO ESQUERDO FPB 2.4KHz DIVISOR DE FREQ. (1187.5Hz) SINCRONISMO OSCILADOR 57KHz FPF 57KHz RECUPERAÇÃO DA PORTADORA MIXER DECODIFICADOR BI-FÁSICO
Este sinal digital do RDS, na verdade um protocolo serial, é enviado ao processador do rádio, que programado para reconhecer este protocolo RDS, converte as informações em um outro protocolo especifico de cada fabricante de rádio, usado para exibir a informação contida no sinal digital RDS no display do rádio na forma de caracteres.
DECODIFICADOR DIFERENCIAL INFORMAÇÃO RDS RECUPERADA ACIONADOR DO DISPLAY DO RÁDIO PROCESSADOR DO RÁDIO
DISPLAY
3.3) ESTRUTURA DA CODIFICAÇÃO DA BANDA DE DADOS
O pacote de informação RDS é constituído de elementos chamados “GRUPOS”.
GRUPO 1 GRUPO 2 GRUPO 3 GRUPO 4
EMISSORA FM
Cada GRUPO é constituído de elementos chamados “BLOCOS” de 26 bits cada um, sendo 16 destes destinados ao dado a ser transmitido, e os outros 10 bits são destinados à validação da integridade do BLOCO de dados e off-set ou indexação do dado em questão. A transmissão é totalmente síncrona e repetitiva, não existindo espaço entre os BLOCOS ou GRUPOS de dados.
GRUPO 1 GRUPO 2 GRUPO 3 GRUPO 4
1 GRUPO = 104 bits
26 bits 26 bits 26 bits 26 bits
BLOCO 1 BLOCO 2 BLOCO 3 BLOCO 4
4) Transmissão RDS – Serviços
Entendidas em linhas gerais as funções e características de um receptor RDS, podemos então relacionar as várias funcionalidades disponíveis no sistema. As informações podem ser enviadas via RDS chegando ao usuário na forma de textos, avisos sonoros e dados. Neste último, dados utilizados pelo veículo na execução de determinadas operações.
O protocolo RDS é constituído por 16 grupos de funções. Eles foram divididos de acordo com as suas aplicações e prioridades, existindo os grupos básicos, transmitidos sem interrupção, e os especiais, cujos parâmetros só são transmitidos caso a função esteja sendo utilizada.
Existem duas classificações possíveis às funções disponíveis no RDS: Características Primárias e Características Secundárias. As Primárias são transmitidas juntamente com os grupos básicos do RDS, enquanto as secundárias são transmitidas com os grupos especiais (quando os mesmos estiverem habilitados).
4.1) Funções/Serviços disponíveis:
PI (Identificação da Emissora): Código que identifica cada emissora de FM. Para o RDS, a
freqüência da emissora não é tão importante quanto o seu código PI. Cada emissora possui um código diferente, no geral formado por uma (1) letra seguida de três (3) números. Este código é totalmente transparente ao ouvinte do rádio. Para o Brasil, os códigos são: 3xxx, Bxxx, Cxxx, e Dxxx, onde “xxx” varia de 000 à 999.
PS (Nome da Emissora): Função que possibilita mostrar o nome da emissora de FM no display
do rádio. Estando esta função programada na emissora, sempre que sintonizarmos o rádio nela, teremos mostrado o seu nome (da emissora) ao invés da sua freqüência.
AF (Freqüência Alternativa): Esta função permite que o auto-rádio troque automaticamente a
emissora sintonizada quando a mesma apresentar baixo nível de sinal e uma outra apresentar um bom nível. Para que isto ocorra, as emissoras devem ter programado o mesmo código PI (Identificação de Emissora). Não importa se as freqüências são diferentes. O que importa é este parâmetro ser igual nas duas emissoras. Esta função é interessante, uma vez que nos permite viajar centenas de quilômetros sem ter que trocar de estação. Basta sintonizar uma emissora que possua afiliadas nas cidades ou regiões vizinhas, que o auto-rádio monitorará os sinais de ambas (PIs iguais !!!). A partir do momento que a relação dos níveis dos sinais se inverter (a segunda mostrar maior intensidade do que a primeira), o sintonizador do rádio é direcionado para a segunda freqüência.
9 90022MMHHzz 9 95577MMHHzz 1 1001199MMHHzz 8 89988MMHHzz B123 B123 B123 B123
TA (Aviso de Tráfego): Um aviso sonoro pode ser enviado através desta função. Se o rádio
estiver reproduzindo CD, Fita Cassete ou uma programação normal de FM, esta reprodução é interrompida e o anúncio é dado aos ocupantes do veículo. Mesmo estando o rádio desligado, o processador interpreta o sinal TA, liga o rádio, reproduz a notícia e o desliga em seguida. Através desta função, o motorista poderá decidir qual caminho tomar para desviar do acidente anunciado pelo TA.
ACIDENTE CET ou Sala de Central de Distribuição de Informação Emissora e FM d XYZ 2 2 1 1 3 3 Radio #1 Radio #1 Radio #2 Radio #2 ... ... Radio XYZ Radio XYZ 4 4 5 5 Controle da Polícia
TP (Programa de Tráfego): Função que identifica se a emissora possui ou não os serviços do
ACIDENTE
CET ou Sala de Controle da Polícia Central de Distribu ão iç
de Informação Parada Clássica Emissora e FM Instrumental d XYZ 1 1 2 2 16 17 3 19 3 Radio #1 Radio #1 21 Radio #2 Radio #2 23 ... .. Descr. . Radio XYZ Radio XYZ Tempo Cotação 4 Infantil 4 5 5 Religião RDS - TMC RDS - TMC Viagem
PTY (Tipo de Programa): Função que designa qual tipo de programa de rádio o usuário
gostaria de ouvir em determinado momento. Existe no rádio um menu com 32 opções de tipos de programas diferentes. Selecionando uma das opções e executando uma busca no sintonizador, o rádio procurará por todas as emissoras que estiverem transmitindo aquele tipo de programa. Este dado é transmitido juntamente com a programação e é entendido pelo rádio.
Nr 00 01 02 03 04 05 06 07 Samba Nr 24 25 26 27 28 29 30 Descr. Nenhum Notícias Entrevistas Governo Esportes Educação Novela Cultura 31 Descr. Jazz Country MPB Antigua Gospel Repórter Teste Nr 08 09 10 11 12 13 14 15 Alarme Descr. Ciências Diversos Música POP Rock Mús. Leve Nr 18 20 22 Debates UP
TMC (Canal de Mensagens de Tráfego): Função que possibilita a visualização no display do
rádio das informações referentes a determinados corredores de trânsito. Existe armazenada na memória do Rádio uma lista dos principais corredores de trânsito da cidade, assim como as possíveis ocorrências (enchente, congestionamento, passeata e assim por diante). Selecionado um corredor pelo usuário (espécie de filtro), o rádio passa a trabalhar com dois dados recebidos via RDS; um correspondente ao corredor e outro correspondente à ocorrência. Através destas informações o motorista poderá orientar seu caminho da melhor forma. O TMC pode ser também combinado a sistemas de navegação, possibilitando reprogramação automática do percurso escolhido pelo motorista, no caso de alguma ocorrência.
PTYN (Nome do Tipo de Programa): Função que mostra no display do rádio qual o nome do
programa que está sendo transmitido.
CT (Hora e Data): Mostra no display do rádio a hora e a data corrente. Dependendo do tipo de
auto-rádio existente no veículo, esta função CT poderá corrigir o horário do mesmo (mudança de horário de verão por exemplo).
RT (Radio Texto): Função que possibilita a transmissão dinâmica de até 64 caracteres tipo
DGPS (GPS Diferencial): Transmite em tempo real o erro de posicionamento inserido no sinal
transmitido pelos satélites do sistema GPS. Como a emissora está posicionada em local geográfico conhecido e é capaz de receber os sinais dos satélites GPS (através de receptores especiais), fica fácil o cálculo do erro inserido. Este erro pode então ser enviado via RDS a um veículo que o utilizará como auxílio aos cálculos requeridos por sistemas de navegação em geral.
EON (Enhanced Other Network): Função que permite a troca de parâmetros em tempo real
entre emissoras de uma mesma rede. Valores de PI, PS, PTY e TA podem ser alterados em cascata em todas as emissoras da rede, alinhando-as automaticamente em caso de qualquer necessidade.
ODA (Aplicação de Dados Aberta): Existem vários grupos genéricos disponíveis no RDS,
capazes de trabalhar com aplicações específicas. Comando de outdoors via RDS, alarmes residenciais, sistemas de controle de carroceria de veículos entre outros, podem ser desenvolvidos e implementados através de um grupo ODA no RDS. Uma aplicação interessante desta função é a atuação remota do motorista em seu veículo por meio de um telefonema à uma central.
4.2) Atuação Remota em Veículos via RDS – Uma Experiência Prática:
Imagine o seu veículo parado no estacionamento de um grande shopping. Após andar alguns minutos você percebe que não consegue encontrá-lo tão facilmente. Não seria interessante se você pudesse ligar para uma central, informar seu nome e uma senha e pedir para que a operadora acione as setas e a buzina do seu veículo para auxiliá-lo na busca ? Poderíamos imaginar ainda mais; o sistema destravando as portas do seu carro e abrindo os vidros para ventilar o seu interior enquanto você se aproxima. Estas operações são possíveis através da função ODA do RDS. Um pequeno módulo eletrônico, programado com um ID único, contendo um receptor de RDS e alguns relés poderia ser instalado no veículo e operar qualquer função do mesmo apenas recebendo comandos à distância enviados pela central. A figura abaixo ilustra a arquitetura do sistema.
ILUMINAÇÃO USM Trava PWM CDL e ATWS Receptor de RDS ECM Trava Trava Trava Trava R Raaddiioo##11 R Raaddiioo##22 . ..... R RaaddiiooXXYYZZ 4 4 1 1 R RÁÁDDIIOO XXYYZZ 3 3
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Call Center 2 2 Call CenterEsta função foi simulada durante algumas semanas na região da Grande São Paulo e no Campo de Provas da General Motors (Indaiatuba – SP) no final de 2000. Apesar de não estarmos utilizando um software de criação de comandos para a transmissão, ideal à aplicação, verificamos um razoável comportamento do sistema na maior parte das áreas geográficas experimentadas. Verificamos que o comando remoto ao veículo via RDS é possível, dependendo em grande parte do sistema de criação dos comandos a serem transmitidos e especialmente do módulo instalado no veículo – especialmente seu algoritmo de recepção e o tipo e localização da antena no veículo. Em relação à potência da emissora, não foram verificadas grandes diferenças no comportamento do sistema em quaisquer das emissoras utilizadas em São Paulo. Uma emissora trabalhava com potência aproximada de 15Kwatts enquanto que a outra trabalhava com cerca de 25Kwatts.
5) Regulamentação
O RDS é utilizado na Europa há cerca de 15 anos e nos Estados Unidos há aproximadamente 10 anos. Nestas regiões, visando regulamentar a transmissão do RDS, foram criados padrões que determinam como deve ser utilizado o sistema. Na Europa temos a CENELEC 50067, enquanto que nos EUA temos o padrão de regulamentação do RBDS (Radio Broadcasting Data System).
No Brasil, apesar do protocolo estar sendo utilizado por algumas emissoras de rádio em São Paulo, Rio de Janeiro e Belo Horizonte (entre outras), especialmente para a função PS, não existe uma regulamentação oficial. Pensando nisso é que uma Comissão Nacional foi criada em Abril de 2000, reunindo representantes das Montadoras de Veículos, fabricantes de auto-rádios, módulos eletrônicos automotivos, receptores e transmissores de RDS, a ABERT (Associação Brasileira das Emissoras de Rádio e TV) e a ANATEL (Agência Nacional de Telecomunicações). Com o auxílio da AEA (Associação Brasileira de Engenharia Automotiva), diversas reuniões foram feitas e, baseando-se na norma européia CENELEC 50067, uma proposta de regulamentação foi criada, sendo consideradas as peculiaridades do ambiente brasileiro.
Esta proposta está finalizada e deverá ser submetida à ANATEL em meados de Maio de 2001. Regulamentando a utilização do protocolo, teremos certeza de que um padrão comum estará sendo seguido por todos os segmentos envolvidos e que reflexos negativos não serão induzidos no cliente final.
Algumas colocações devem ser feitas sobre o porquê padronizar / regulamentar o RDS no Brasil:
• RDS já foi testado e está trabalhando na Europa e EUA há mais de 15 anos. • Praticamente todos os fabricantes de auto-rádios possuem receptores com RDS. • A utilização de moduladores de RDS está aumentando junto às emissoras de FM. • A má utilização do RDS pode causar problemas em equipamentos eletrônicos de
veículos equipados com receptores RDS.
• Oportunidade para melhorar a interatividade e a utilização amigável do sistema de entretenimento e informação do veículo pelo usuário.
• Aproveitar a grande quantidade de informação de trânsito disponível, especialmente através de órgãos como a CET.
• Uma boa oportunidade de negócios aos diversos segmentos da indústria e do comércio e especialmente aos ouvintes !!!
6) Conclusão
Como pôde ser visto, o RDS tem sido utilizado há mais de 15 anos na Europa e EUA, tendo iniciado a sua aplicação no Brasil há pouco tempo.
Foram explicadas as funções principais do sistema, assim como uma proposta de aplicação automotiva remota que, apesar de não ter funcionado de forma completa e perfeita, foi válida para identificarmos pontos a melhorar.
Com relação à norma brasileira, foi colocado que os trabalhos técnicos estão finalizados e que a proposta de regulamentação será encaminhada à ANATEL em meados de Maio.
