Hace varias décadas, la única información que mostraban la mayoría de las radios de los automóviles era la frecuencia de la estación que estaba sintonizando, posiblemente el volumen del estéreo y quizás la configuración del ecualizador, el balance y el atenuador. Es eso; estabas a merced de tus DJ locales y de cualquier habilidad de identificación musical que pudieras reunir para estar al tanto de las nuevas pistas. Sin embargo, a principios del nuevo milenio ocurrió algo inusual: las radios de los automóviles comenzaron a mostrar títulos de canciones. Entonces, ¿cómo sabes qué canción se reproduce en tu estación de FM local? Si posee algo de esta época, es en gran parte gracias a una tecnología llamada Radio Data System (RDS) o sistema de transmisión de datos por radio (RBDS) En América.
Antes de profundizar en RDS, hablemos de la radio FM. Dejemos que Lewin entre en esto:
Cómo funciona FM
[Lewin Day/Editor’s note: Let’s first learn about how FM radio works to broadcast stereo audio, and then we can learn how radio stations sneak in an additional data stream along with that. FM stands for Frequency Modulation, which basically means that FM radio works by taking a standard signal called a carrier signal, and modifying it with the audio signal you want to play (specifically the audio signal modifies the carrier’s frequency), and then sending that modified carrier signal to a receiver that decodes it to get the audio signal back.
The following diagram from Michel Bakni is a nice visual description of frequency modulation in its simplest form. We have a “data signal”—i.e. some audio; let’s say, your favorite Elton John song—in the form of a sine wave, and we have the “carrier signal” which is our FM radio signal. As the amplitude of the Elton John audio signal rises, the carrier’s (the red wave) frequency is modulated higher; as the amplitude of the data signal decreases, the carrier signal’s frequency is modulated lower. The result is shown in green on the right; this varying-frequency carrier is broadcast to be picked up by receivers. In the radio receiver, the frequency changes in the carrier are detected and processed back into the amplitude variations corresponding to the original audio. They’re then fed to the speaker where we hear them as sound.
Here’s a video showing how a carrier signal (which looks steady like the red one above) changes when merged with an audio signal, thereby creating a frequency modulated audio signal (the green one above) that has the audio data embedded in it (meaning that audio can then be “decoded” out by the FM receiver and played over a speaker):
Por supuesto, este es sólo el caso más sencillo. Las estaciones de radio FM normalmente transmiten en estéreo con dos canales de audio separados, entonces, ¿cómo funciona esto? Bueno, es realmente complicado, pero le prometí a David que escribiría una buena explicación, así que allá vamos.
En la estación de radio, el canal de audio izquierdo y el canal de audio derecho se suman para crear una señal de audio mono combinada, con frecuencias de 30 Hz a 15 kHz. Este es el signo (L+R). También se crea una señal de diferencia restando el canal de audio derecho del canal de audio izquierdo, al que llamamos (LR). La señal (LR) está modulada en amplitud en una portadora de 38 KHz. Básicamente, lo que esto significa es que la señal de 38 KHz se vuelve “más fuerte” o “más silenciosa” según el “volumen” (o amplitud) de la señal (LR). La portadora de 38 KHz en sí está «suprimida», pero a nuestro entender, no necesitamos preocuparnos por este detalle. También hay un tono piloto, que es sólo una onda sinusoidal de 19 KHz. Todas estas señales se suman y se modulan en frecuencia en una señal de radio de varios megahercios, como 92,7 MHz para Fresh FM o 101,5 MHz para mi antigua estación, Radio Adelaide.
(Por cierto, cuando hablamos de “sumar” o “sumar” señales, es lo mismo. Es donde se toma la amplitud de cada señal en un momento dado y simplemente se suman).
En el extremo del receptor, un sencillo receptor FM mono capta la señal y la demodula. Todo el contenido por encima de 15 KHz simplemente se filtra y la señal (L+R) se reproduce en un solo altavoz. Esta es la razón por la que las estaciones de FM estéreo son compatibles con receptores mono.
Los receptores estéreo, sin embargo, funcionan de manera diferente. Por supuesto, todavía demodulan la señal de FM y eliminan la señal de audio base (L+R), pero no ignoran el contenido de frecuencia más alta de la señal. En cambio, pueden captar el tono piloto de 19 KHz de la señal, lo que indica que la señal es en realidad estéreo. La señal de 19 KHz se duplica internamente para generar una señal portadora de 38 KHz. Esto se mezcla con la señal demodulada y se utiliza para recuperar la señal de audio (LR) en el tiempo – o “en fase” – con la señal de audio (L+R). Al agregar las señales de audio (L+R) y (LR), se obtiene una señal 2L, que se envía al altavoz izquierdo. Mientras tanto, restar la señal (LR) de la señal (L+R) crea una señal 2R que se envía al altavoz derecho.
Bien, entremos en el RDS que le permite a tu radio conocer la música.
Bien, entonces el audio está ordenado, pero ¿cómo se envían los datos RDS? Bueno, se agrega un tono adicional de 57 KHz junto con las señales (L+R), tono piloto y (LR), antes de que la combinación de los cuatro se module en frecuencia y se envíe como ondas de radio desde el transmisor. Esta señal de 57 KHz se modula en amplitud con los datos en un esquema que va más allá del alcance de nuestra discusión aquí. En cualquier caso, se eligió la señal de 57 KHz para ubicarse de manera segura por encima de la señal de diferencia de 38 KHz, que tiene un contenido de “banda lateral” que se extiende +/- 15 KHz. Con el sistema de codificación utilizado en RDS, es capaz de transmitir datos a 1187,5 bits por segundo, o poco menos de 1,2 kBit/segundo. Si alguna vez usó un módem de 56 kBit/s en los años 90, sabrá que 1,2 kBit/s no es nada rápido. Sin embargo, para enviar un pequeño texto con títulos de canciones o información de emisoras, es más que suficiente.
¿Decodificar subportadoras de FM con SDR#?
porusted/proft0x enRTLSDR
En el espectrograma anterior publicado en Reddit, podemos ver un desglose de una señal estéreo de FM que ha sido demodulada/”decodificada”. De 0 a 15 KHz, vemos audio (L+R). A 19 KHz, vemos un pico en el tono piloto. Con un pico de 38 KHz, vemos el centro de la señal (LR) que se propaga aproximadamente 15 KHz a cada lado. Y, centrada en los 57 KHz, vemos la señal RDS.
Así que hemos establecido que es posible enviar bastantes datos con nuestra señal de radio FM gracias a la magia del RDS. Pero, ¿qué información real envía RDS? Bueno, cada transmisión RDS generalmente comienza con un número hexadecimal de cuatro caracteres que identifica la estación de radio, que luego el receptor puede comparar con una lista de códigos de identificación de estaciones recibidas. Si la estación de radio que se escucha es regional, el receptor puede encontrar otra señal con ese identificador de estación y cambiar a ella tan pronto como la señal sintonizada originalmente se debilite con la distancia.
Además, los datos RDS incluyen más información sobre el estilo de programación de una estación. ¿Alguna vez ha visto un botón marcado «PTY» en una unidad principal y se ha preguntado qué hace? Significa «TIPO de programa». (Pero la música también puede ser una fiesta). Seleccionar PTY le permite ordenar las estaciones de radio por género. Curiosamente, existe muy poca superposición entre los tipos de programas RDS globales y los tipos de programas RBDS estadounidenses. Aunque los códigos PTY cero, uno y 31 son compartidos, los demás son todos diferentes según la Comité Nacional de Sistemas de Radio. Probablemente porque formatos como Top 40 y R&B no eran una gran preocupación en Europa en el momento de la primera implementación de RDS.
Diablos, cuando RDS se implementó por primera vez en Europa, los números de las categorías 16 a 30 estaban en blanco, como se puede ver en la tabla anterior. Obviamente, esto se ha corregido desde entonces, pero como puede ver, los tipos de programas europeos nunca se alinearon completamente con los tipos de programas estadounidenses.
Pasemos de lo de PTY.
Después de revisar todos los bloques de datos PTY importantes, llegamos a los bloques de datos 2B, 3A y 4A en la tabla anterior (PTY está en el bloque PT4). Ahora, 2B señala en qué consisten los bloques 3 y 4, y esto puede ser hasta 32 bits de texto. A menos que esté tocando su DJ local, diga: “Me acosté con alguien en Fall Out Boy y todo lo que obtuve fue una estúpida canción escrita sobre mí.”, esto debería ser suficiente para muchos títulos de canciones y artistas a la vez. De lo contrario, la cadena de texto se puede alternar para mostrar toda la información apropiada de la canción, proporcionando un efecto de desplazamiento ordenado. Las radios más antiguas con pantallas LCD de múltiples segmentos a menudo alternan el texto, ya que están limitados a una longitud de caracteres particularmente corta.
Verá, esperar recibir títulos de canciones y artistas como texto no siempre funciona. Algunas estaciones independientes pequeñas y con problemas de liquidez simplemente no han adoptado la tecnología RDS, y algunas estaciones de radio simplemente no se molestan en alternar su texto RDS, mostrando sólo el nombre de la estación de radio y el distintivo de llamada. Luego está el problema de que las cosas no se traducen entre continentes porque el RDS global es suficientemente diferente del RBDS de EE. UU. en su implementación. Es posible que los datos RBDS mostrados a través de un receptor RDS no parezcan correctos. como se dijo en un periódico de la Unión Europea de Radiodifusión:
Sin embargo, si se requieren cambios urgentes en el software existente, lo primero que se debe hacer sería agregar el reconocimiento de palabras E compensadas y, si se implementa PTY adicionalmente, se deberá usar la nueva tabla de códigos PTY de EE. UU.
Oh, sí, durante varios años el RBDS tuvo varios tipos de programas que simplemente no existían en Europa, y esto de la “palabra E compensada” tiene que ver con la multiplexación con el sistema de búsqueda móvil modificado, que hoy en día es básicamente irrelevante. Sin embargo, estas son cuestiones irrelevantes si se tiene en cuenta cómo RDS reduce la posibilidad de que se pierda el nombre de una nueva canción.
Hoy en día, existe una segunda forma en que su automóvil puede saber qué canción se está reproduciendo en la radio: puede deberse a que la transmisión no es una señal FM analógica. Bienvenido a HD Radio, una forma de transmitir señales de radio digitales y analógicas en el mismo ancho de banda al mismo tiempo. Multiplexación FTW! ¿Lo que esto significa? Si su receptor es puramente analógico, recibirá una señal tradicional de FM o AM. Si tiene un receptor capaz de recibir HD Radio, obtendrá un flujo de señal de audio digital que fluye a hasta 128 kBit/s en algunas implementaciones de FM. Ah, y las emisoras no están limitadas a un solo canal HD para cada estación. De acuerdo a radio de alta definición:
Digamos que su estación de radio local favorita está en 96.9FM. Con tecnología HD Radio, esta misma emisora se encuentra transmitiendo en sonido digital en 96.9 HD1. Además, puedes acceder a todo el contenido nuevo en hasta tres estaciones adicionales: 96.9 HD2, HD3 y HD4.
Además de transmisiones simultáneas y canales HD adicionales, HD Radio permite a los receptores capturar muchos más datos, incluidas pequeñas imágenes enviadas en ondas de radio a través de la función “Artist Experience” de HD Radio. Cuando digo diminuto, me refiero a microscópico en comparación con las tendencias actuales como Xperi, la empresa propietaria de HD Radio, dice «Las imágenes tienen nominalmente una resolución de 200 x 200 píxeles y un tamaño de archivo máximo de 24 kilobytes». Aún así, qué salto adelante.
Por supuesto, la radio terrestre ha ido pasando de moda desde que surgió el conglomerado y todas las emisoras empezaron a clasificarse en géneros específicos. Durante décadas, los consumidores dispuestos a pagar un poco más han optado por iPods o suscripciones de radio satelital. Sin embargo, el iPod enlatado de Apple y esas estaciones de radio satelital de costa a costa, pero que suenan un poco cutres, que sólo funcionan por suscripción, están cayendo rápidamente en desgracia debido al aumento de la transmisión por secuencias y los planes de datos baratos. Sí, soy una de esas personas que hacen streaming y, aunque sigo comprando medios físicos cuando puedo, la conveniencia y selección de las estaciones de radio por Internet no tienen comparación.
Recuerde, si está enviando transmisión de audio a través de Bluetooth a la unidad principal de un automóvil, aún necesitará encontrar una manera de obtener información de seguimiento. Ahí es donde nota de gracia entra, la misma marca de tecnología de identificación de pistas utilizada en iTunes y WinAmp. Está integrado en todo tipo de automóviles, desde Toyota hasta BMW, se utiliza para todo, desde radio hasta streaming, y probablemente seguirá siendo clave a medida que algunos fabricantes abandonen la duplicación de teléfonos. Más sobre Gracenotes en un próximo artículo, porque sé que estás entusiasmado.
(Créditos fotográficos: DoulosBen – Trabajo propioCC BY-SA 4.0, Nissan, Jaguar, UER, Xperi, Gracenote)
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