RDS (radio)

Spectre d'une émission de radiodiffusion FM avant modulation, avec stéréophonie et RDS.

Spectre en RDS2 (pas d'audio) avant modulation (pas d'audio, uniquement données RDS).

Dans le système RDS de base (tel que spécifié dans les années 1980), les données numériques modulent une sous-porteuse à 57 kHz. Il s'agit du troisième harmonique du signal pilote à 19 kHz présent dans les émissions en stéréo en bande FM. À l'époque de la conception du RDS, la sous-porteuse à 57 kHz était déjà utilisée par le système ARI ; le RDS a donc été conçu pour pouvoir être utilisé en même temps qu'ARI (les deux signaux ne se perturbent pas). L'édition 2018 de la norme offre la possibilité d'augmenter le débit de transmission en utilisant trois sous-porteuses supplémentaires à 66,5 kHz, 71,25 kHz et 76 kHz (système « RDS2 »). La modulation et le codage utilisés sur ces sous-porteuses supplémentaires sont les mêmes que sur la sous-porteuse « principale » à 57 kHz.

Les données binaires sont mises en forme par un filtre. Le signal résultant vient moduler la sous-porteuse par modulation d'amplitude à porteuse supprimée (MAPS). Cela revient à réaliser une modulation par changement de phase binaire (BPSK).

La sous-porteuse est injectée en tant que nouvelle composante du signal multiplexe de l'émission radio. Elle figure dans la bande passante de l'émetteur et du récepteur, mais elle est complètement extérieure aux signaux audio, et donc n'introduit aucune perturbation audible.

Le débit binaire choisi pour le RDS est de 1 187,5 bits par seconde. Ce débit a été choisi car il s'agit du quotient par 48 de la fréquence de la porteuse à 57 kHz : une seule horloge peut donc être utilisée pour la génération de la porteuse et l'échantillonnage des données, aussi bien sur l'émetteur que sur le récepteur.

Avant modulation, les données binaires subissent un codage différentiel de façon que le signal ne soit pas sensible aux inversions.

Structure générale d'un groupe RDS.

Du fait du mode de transmission (broadcast sans voie de retour), il est particulièrement important que les données RDS soient accompagnées d'information de synchronisation, de détection d'erreurs et de correction d'erreurs. À cette fin, 10 bits redondants sont transmis après chaque mot de 16 bits d'informations utiles. Les données de synchronisation et de détection/correction d'erreur représentent donc 38,5 % des données transmises.

Les données RDS sont structurées en groupes de 104 bits. Un groupe contient 4 blocs de 26 bits chacun (un mot d'information de 16 bits, 10 bits redondants). Au sein d'un groupe, on désigne les blocs par 1, 2, 3 et 4.

Le code utilisé pour la détection et la correction des erreurs[Kopitz 5] est un code cyclique dont le polynôme générateur est :

${\displaystyle g(x)=x^{10}+x^{8}+x^{7}+x^{5}+x^{4}+x^{3}+1}$.

Avant émission, on ajoute[N 1] aux blocs (sur 26 bits), et plus précisément aux 10 bits de contrôle, un mot de position (offset word) propre au bloc dont il s'agit au sein du groupe (mot A pour le groupe 1, B pour le groupe 2, C ou C' pour le groupe 3, D pour le groupe 4). Ce mot permet au récepteur de se synchroniser sur le flux de données binaires, non seulement au niveau bloc, mais surtout au niveau groupe. Du point de vue du récepteur, les mots de position sont considérés comme une erreur due au canal. Leurs valeurs ont été choisies de façon à éviter de les confondre avec des salves d'erreurs de 5 bits ou moins.

À la réception, pour se synchroniser le récepteur calcule en permanence le syndrome des derniers 26 bits reçus. Lorsqu'il se trouve en fin de bloc, et en l'absence d'erreur, il devrait trouver un syndrome nul si le mot de décalage n'avait été ajouté. En réalité, il trouve un syndrome caractéristique du bloc (A, B, C, C' ou D), et qui peut se déduire du mot de décalage correspondant. En reconnaissant ce syndrome caractéristique, le récepteur acquiert en même temps la synchronisation bloc et la synchronisation groupe. Après synchronisation, le récepteur peut utiliser le code pour rejeter les blocs erronés, et/ou éventuellement corriger des erreurs.

Par exemple, pour le bloc 1, le mot de décalage (appelé A) est 0011111100 et le syndrome caractéristique correspondant est 0101111111.

Du fait du débit binaire de 1 187,5 bit/s, il est diffusé environ 11,4 groupes par seconde.

Il existe 32 types de groupes, numérotés 0A, 0B, 1A, 1B, ..., 15B. Quel que soit le type de groupe, il existe donc un identificateur de type de groupe à un emplacement fixe, sur 5 bits. La lettre (A ou B) est appelée version du groupe. On peut donc considérer qu'il existe 16 types de groupes, chacun disponible en version A ou B.

Les groupes sont conçus pour transmettre le plus souvent possible les informations les plus cruciales. Ainsi, l'indicateur TP (programme susceptible de diffuser des annonces routières), PI (identification de la station) et PTY (identification du type de programmes) sont-ils inclus dans chaque type de groupe possible. Ainsi, un récepteur qui reçoit un bloc d'offset A sait qu'il s'agit du bloc n°1 d'un groupe, et sait qu'il contient le code PI, indépendamment du reste du groupe (qui, éventuellement, peut ne pas avoir été reçu correctement, sans pour autant perturber la réception du code PI). Ces informations transmises dans tous les groupes sont celles qui permettent la recherche de programmes : recherche d'un programme donné grâce au code PI, recherche d'un programme diffusant des informations routières grâce à l'indicateur TP, et recherche d'un type de programme grâce au PTY.

Détail des informations communes à tous les groupes. Les zones hachurées correspondent aux champs dépendant du type de groupe.

Le code PI étant jugé particulièrement important, les groupes en version B le portent deux fois : une fois dans le bloc 1, comme dans tous les groupes, mais également une fois dans le bloc 3. En diffusant des groupes de type B, il est donc possible de doubler la fréquence d'émission du code PI, au détriment bien sûr de la bande passante allouée aux autres informations. L'idée à la base des groupes en version B était d'améliorer la réception du code PI même si les groupes étaient reçus incomplètement (bloc 1 manquant par exemple). Cependant, dans le schéma général, il est nécessaire de recevoir correctement le bloc 2 afin de déterminer le type de groupe, et donc d'interpréter les blocs suivants. C'est afin de s'affranchir de la nécessité d'une réception correcte du bloc 2 pour l'interprétation d'un code PI en bloc 3 qu'ont été introduits les deux offsets possibles pour le bloc 3 (C et C'). L'offset C est utilisé pour les groupes en version A, l'offset C' pour les groupes en version B. Ainsi, si un récepteur reçoit un bloc d'offset C', alors il est sûr, comme lorsqu'il reçoit un bloc d'offset A, qu'il contient le code PI, indépendamment du contenu du reste du groupe. En général, pour un numéro donné, les groupes A et B portent le même type d'information, des détails supplémentaires étant disponibles dans la version A. Cependant, les groupes en version B sont extrêmement peu utilisés en pratique. Seul le 14B est fréquent, cependant pas en raison de la double diffusion du code PI, mais parce qu'il diffuse une information non disponible dans le 14A.

Afin d'illustrer la constitution des groupes RDS, nous pouvons analyser le groupe de type 0A, le plus fréquent car il porte les informations de base du RDS (fréquences alternatives, nom de la station, indicateur d'informations routières TA). La constitution des autres groupes obéit aux mêmes principes.

Détail du groupe de type 0A, le plus fréquent.

Après la partie fixe commune à tous les groupes, on trouve :

• un bit TA (Traffic Announcement), positionné à 1 lorsqu'une annonce routière est en cours de diffusion.
• un bit MS (Music/Speech) : 0 lors d'un programme parlé, 1 lors de la diffusion de musique.
• deux champs de 8 bits dans le bloc 3, pouvant coder chacun une fréquence alternative, selon une table de codage spécifiée dans la norme.
• deux champs de 8 bits dans le bloc 4, codant deux caractères du nom de la station (Program Service, PS), parmi huit. Le nom de la station est donc transmis en quatre fois, grâce à quatre segments de deux caractères, transmis successivement. Le numéro du segment, appelé adresse, est codé sur 2 bits à la fin du bloc 2 (champ noté @ sur le schéma). Les caractères sont codés sur 8 bits, dans une version étendue du code ASCII adaptée aux langues européennes.
• un bit DI (Decoder Identification) portant des informations complémentaires telles que l'indication d'une diffusion en mono ou stéréo, ou le caractère statique ou dynamique du PTY. Le bit DI code une information d'un bit parmi quatre, dont le numéro est codé par le champ d'adresse.

La séquence de diffusion des différents groupes possibles est laissée à discrétion du diffuseur. Cependant, il est recommandé de transmettre plus souvent les groupes les plus importants, à savoir ceux qui contiennent les informations de base. Par exemple, la norme recommande de diffuser au moins quatre groupes 0A par seconde.

Les types de groupes les plus fréquents sont :

• 0A : informations de base (nom de la station, et fréquences alternatives) ;
• 2A : radiotexte ;
• 4A : signaux d'horloge ;
• 14A, 14B : enhanced other networks.

Les données RDS sont générées par un codeur RDS. Les premiers codeurs ont été réalisés en interne par les diffuseurs, puis un marché s'est développé. À partir de 1994, un standard de communication avec les codeurs RDS a été développé par le RDS Forum : UECP, pour Universal Encoder Communication Protocol. Ce protocole permet de contrôler de manière unifiée différents codeurs RDS issus de fabricants différents. La dernière version d'UECP date de février 2010[12].

Le RDS est très largement implanté en Europe de l'Ouest, depuis la fin des années 1980. Les fonctionnalités statiques (nom de la station, fréquences alternatives) ont été déployées en premier, mais l'utilisation dynamique se développe (EON depuis la seconde moitié des années 1990, radiotexte sur certaines stations, PS dynamique non standard, utilisé de fait ou en cours d'expérimentation en France en 2009).

La radiomessagerie a été utilisée dans les années 1990, notamment en France, mais elle a cédé la place à la téléphonie GSM.

Historiquement, la bande FM en Europe de l'Est était la bande I (65–74 MHz). Dans les années 1990, l'utilisation de la bande II a commencé à se développer en parallèle. Théoriquement, il aurait été possible d'utiliser le RDS en bande I, mais le mécanisme des fréquences alternatives n'était pas prévu pour référencer des fréquences dans cette bande. Dans le but d'encourager la transition généralisée des stations vers la bande II, le RDS Forum a décidé de ne pas développer de codage des fréquences en bande I. Le RDS n'existe donc qu'en bande II en Europe de l'Est, mais n'est pas aussi répandu qu'en Europe de l'Ouest. Actuellement, peu de stations subsistent en bande I.

Le standard RBDS est quasi-compatible avec le système européen. Il est conçu pour être utilisé aux États-Unis, mais aussi au Mexique et au Canada. Du point de vue de l'utilisateur, quelques différences se situent dans la signification des codes PTY et dans l'interprétation du code PI en vue du basculement de fréquences. Un poste américain se comportera bien en Europe, et vice versa, avec toutefois quelques effets de bord possibles liés au basculement de fréquences.

Le déploiement a été beaucoup plus timide qu'en Europe. Ainsi en 1997, seules 15 % des stations des États-Unis utilisaient le RDS.

Bien que le standard RDS soit européen, sa version européenne est largement utilisée dans le monde. À partir de la version de 1998 de la norme, des codes pays (ECC, extended country codes) sont prévus pour tous les pays du monde.

Cependant, le Japon n'utilise pas le RDS. En effet, le pays utilise une autre bande de fréquence pour la radiodiffusion FM (76-90 MHz), qui n'est pas aussi répandue que dans le reste du monde. De plus, le pays a adopté le standard DARC, redondant avec le RDS[Kopitz 6].

Plusieurs pays européens ont développé un service de radiomessagerie par RDS.

En novembre 1987, l'opérateur Télédiffusion de France (TDF), possesseur (entre autres) des émetteurs du réseau Radio France lance un système de radiomessagerie par RDS, nommé Operator[13]. Les messages sont transmis sur les ondes du réseau Radio France. Ceci garantit une très bonne couverture sur l'ensemble du territoire, sans installation d'émetteur supplémentaire. Au départ, le service proposait l'acheminement de messages numériques à 10 chiffres, via les émetteurs de France Inter. Les messages pouvaient être transmis par téléphone (composition directe ou prise par des opérateurs) ou par Minitel. Ils étaient acheminés par le réseau X.25 Transpac jusqu'à la tête de réseau TDF, qui les diffusait aux codeurs RDS des émetteurs FM via la voie de données DIDON du réseau de TF1[13]. Par la suite, d'autres stations de Radio France ont participé à la diffusion du service, qui s'est ouvert aux messages alphanumériques. Operator comptait 7 500 abonnés fin décembre 1988[14], 33 000 fin 1990[15]. Operator a été repris en 1998 par France Télécom Mobiles, sous le nom Alphapage-RDS. En 2001, il a été revendu à e*Message France, qui l'a exploité jusqu'au début 2011.

En Allemagne, le service Omniport a été en service de février 1994 à la fin 1997. Il était exploité par DeTex[16], une filiale de Deutsche Telekom et TDF[17].

En Irlande, le réseau public RTÉ a mis en place un service de radiomessagerie sur RTÉ Radio 1 et RTÉ 2fm au début des années 1990[18].

En Norvège, un service de radiomessagerie a été déployé sur le réseau national PTT en 1990. Le service a été mis sur le marché au printemps 1991[18].

En Suède, il existait un service de radiomessagerie par RDS qui comptait 75 000 abonnés en 1987[19].

En Inde, un service de radiomessagerie a été mis en place sur le réseau de All India Radio[20].

Plus récemment, aux États-Unis, le service Alert FM réutilise le protocole de radiomessagerie par RDS pour transmettre des alertes (par exemple, en cas d'événements météorologiques extrêmes)[21]. Le système a initialement été déployé de 2005 à 2010 au Mississippi[22]. En 2018, il est opérationnel dans 14 États et transmis par 250 stations.

En mars 1997, Europe Grolier, filiale de ce qui deviendra Lagardère Active, lance Skipper, un accessoire destiné aux automobilistes qui indique la position des ralentissements à Paris. Skipper se présente sous la forme d'un pare-soleil sur lequel figure une carte de Paris et de sa banlieue[23] - [24] - [25] - [26]. L'état du trafic en 300 points stratégiques est figuré par des LED. Les informations sur le trafic sont recueillies via l'analyse des positions GPS des Taxis bleus[27] et transmises aux usagers dans les données RDS d'Europe 1, Europe 2 et RFM[28].

En Île-de-France, la société Xatel a lancé en 1998 un panneau d'information trafic (PIT), destiné aux lieux recevant du public, qui affiche l'état actuel du trafic routier[29]. Les données transitent par RDS sur la fréquence d'Europe 1[30].

Jusqu'en 2004, à Strasbourg, les arrêts de bus de la Compagnie des transports strasbourgeois (CTS) affichaient les temps d'attente des bus, lesquels étaient transmis en RDS sur la fréquence de Nostalgie Strasbourg (105,3 MHz) via un canal ODA. De même, les panneaux indicateurs des parkings de la ville recevaient les informations portant sur les places disponibles via RDS-ODA[Kopitz 7].

Les systèmes de GPS différentiel visent à fournir aux récepteurs GPS des informations de correction des signaux issus des satellites, qui leur permettent d'accroître la précision du positionnement. Une voie de diffusion de ces informations est donc nécessaire, et utiliser le RDS est une solution possible. Ainsi, le système RASANT (Radio Aided Satellite Navigation Technique) est en service en Allemagne depuis 1998, via un canal ODA. En Suède, le service EPOS a débuté en 1994[Kopitz 8].

Dans les années 1990, Raidió Teilifís Éireann (radio irlandaise) a utilisé le canal de données in-house pour diffuser la « liste noire » des numéros de cartes bancaires perdues ou volées[31].

• Dietmar Kopitz, Bev Marks, RDS: The Radio Data System. Artech House Publishers, 1999. (ISBN 0-89006-744-9)

• Autres références :

• FMNET : service disponible sur le territoire français, qui assure la surveillance de la bonne diffusion des données RDS pour le compte des opérateurs de diffusion et éditeurs de programmes.

• Le forum et le consortium officiel du système RDS
• Liste des codes d'identification (PI) des radios françaises
• Texte du brevet international de la fonction AF
• Un dossier technique complet sur le RDS
• Le principe d'un décodeur de trames numériques RDS