POCSAG 协议考古 - 协议基本格式

在智能手机普及之前，有一个时代的移动通信是靠 BP 机（Pager/寻呼机）撑起来的。POCSAG 就是那个时代最成功的寻呼协议之一。虽然 BP 机早已淡出大众视野，但 POCSAG 在今天并没有完全消失——一些医院的老式内部呼叫系统、工厂的报警通知、铁路列车接近预警（800MHz 机车电台 LBJ）等场景中，仍然能看到它的身影。

今天让我们翻开这份来自上世纪的技术文档，看看它是如何在极其有限的带宽和功耗约束下，设计出一套完整的一对多消息广播系统的。

什么是 POCSAG

POCSAG 全称是 Post Office Code Standardization Advisory Group（邮政总局编码标准化咨询组），由当时掌管全英电信的英国邮政总局制定。它是一种无线数据传输的协议，用于向"寻呼机"（Pager）单向发送消息。

POCSAG 定义了三种标准数据速率：512 bps、1200 bps、2400 bps。512 bps 的通信距离最远，而 1200 和 2400 bps 允许每秒传的寻呼消息数量更多。

物理层：调制方式

POCSAG 采用 Frequency Shift Keying（FSK，频移键控）调制。FSK 是一种数字调制技术，用载波频率的变化来表示数字信号——不同的频率对应不同的 bit 值，接收端通过检测频率来判断发过来的是 0 还是 1。

具体到 POCSAG：在射频载波上使用 ±4500Hz 的频偏，高频代表数字 0，低频代表数字 1。同一个传输频道上可以混合不同速率的数据块。

CAP Code：寻呼机的"身份证"

CAP Code（Channel Access Protocol code，频道接入协议码）是每台寻呼机独一无二的地址标识，总共 21 位，这意味着一个频道理论上可以分配 2097152 个不同的地址。

这 21 位实际上被拆成了两部分：

拆出 3 个帧位置位的设计非常精巧——它允许寻呼机只在"属于自己"的那几帧时间里打开接收器，其他帧时间直接断电休眠，显著延长电池寿命。后文会详细展开。

POCSAG 的传输格式总览

一次完整的 POCSAG 传输由 前导码 + 若干批次 组成：

每个 Batch（批次）的结构如下：

其中：

• FSC（Frame Synchronization Code）：32 位帧同步码，标记每个 Batch 的开始
• 8 个 Frame（帧）：每个 Frame 固定 2 个 32-bit codeword，一个 Batch 最多承载 16 个地址或消息 codeword

逻辑上可以表示为：

1Batch = FSC(32bit) + [Frame0 + Frame1 + ... + Frame7]
2Frame = Codeword_A(32bit) + Codeword_B(32bit)

所有同步码和 codeword 都是 MSB（最高位）先发送。

前导码（Preamble）

前导码是 576 位交替的 1-0 序列（即 10101010... 重复 576 次）。它的作用有三：

1. 唤醒寻呼机：寻呼机平时处于深度休眠，只周期性地醒来"听"一下频道上有没有前导码
2. 时钟同步：一旦检测到前导码，寻呼机就用它来锁定比特率时钟，确认数据速率（512/1200/2400 bps）
3. 速率标识：前导码的交替频率直接说明了后续数据 Batch 的传输速率

Batch 结构深入

帧同步码（FSC）

FSC 是一段预定义的 32 位二进制序列，用于让寻呼机识别每个 Batch 的起始边界。一旦接收端锁定 FSC，它就能准确知道后续 8 个 Frame 的位置。

Codeword 的类型

每个 Batch 内部有两种核心 codeword 类型：

地址码字（Address Codeword）结构

地址码字共 32 位，各字段划分如下：

功能位（Bit 20-21）用于区分消息的来源或类型，标准约定如下：

这里有一个关键设计：完整的 21 位 CAP Code 是如何从地址码字中还原出来的？

18 位地址（Bit 2-19）+ 3 位帧位置 = 21 位 CAP Code

3 位帧位置来自这个地址码字所在的 Frame 编号（0-7）。这 3 位是 CAP Code 的最低位（LSB），18 位是 CAP Code 的高位（MSB）。所以寻呼机不是在所有 8 个 Frame 里都找自己的地址——它只需要在 CAP Code 的最低 3 位对应的那一帧里醒来听一听。

消息码字（Message Codeword）结构

消息码字同样 32 位，与地址码字共用同一套 BCH 校验框架：

消息码字紧跟在地址码字之后。一条完整的寻呼消息 = 1 个地址码字（位于对应的 Frame 内）+ 0 到 n 个紧随其后的消息码字。消息码字会占用 Batch 中原本属于地址码字的位置。当接收端遇到下一个地址码字或空闲码字时，即表示当前消息结束。长消息可以跨越多个 Batch。

空闲码字（Idle Codeword）

当某个 Frame 里既没有地址码字也没有消息码字需要发送时，就用空闲码字填充。空闲码字是一个固定的保留值： 0x7A89C197 = 01111010100010011100000110010111

消息编码

POCSAG 支持两种消息格式：

• 数字消息：使用 BCD 编码，每 codeword 的 20 位消息区可承载 5 个数字（每数字 4 bit）
• 字母数字消息：使用 7-bit ASCII 编码，字符跨 codeword 边界分割，标准最大 40 字符

数字消息（BCD 编码）

POCSAG 的数字消息使用 BCD（Binary-Coded Decimal） 编码。每个 codeword 的 20 位消息区域可以塞进 5 个 BCD 数字（每数字 4 bit = 20 bit）。

除了 0-9 之外，BCD 编码还定义了 6 个特殊字符：

消息不足 5 个数字时，用空格（0xC）填充。

字母数字消息（7-bit ASCII）

字母数字消息使用 7 位 ASCII 编码。每个 codeword 只有 20 位消息区域，而 3 个 7 位字符 = 21 位，所以编码时字符会在 codeword 之间跨边界分割。具体规则：

• 20 位消息区从 MSB 到 LSB 依次填入字符
• 7 位 ASCII 字符的 LSB 先传输
• 最后一个 codeword 用空字符（Null）、EOT 等不可打印字符填充
• 标准最大长度 40 个字符，扩展模式可到 80 个字符

BCH 纠错编码

POCSAG 使用 BCH(31, 21) 编码，可纠正单 codeword 内 1-2 个 bit 错误。这对单向广播系统至关重要——寻呼机没有上行信道，无法请求重传，只能在接收端自行纠错。BCH 的具体编解码实现将在后续文章单独介绍。