HiFi over 8,33 kHz channel spacing ? Ik dacht het niet. Op veler verzoek heb ik me verdiept in het fenomeen 8,33 kHz. Waarom komt dit op ons af, en wat betekent dit voor de techniek van zenders en ontvangers. We kunnen dit puur vanuit de behoefte voor meer kanalen bekijken, maar veel interessanter is natuurlijk om eens wat dieper te graven, en terug te gaan in de tijd. Waarom zijn we ooit met 25 kHz begonnen. Kortom, laten we eens starten bij het begin.
Lang geleden Lang geleden alweer zijn mensen gaan studeren op wat er gebeurt als je een vonk trekt, zoals dat populair heet. Een voorwerp dat je door bijvoorbeeld wrijving oplaadt, krijgt een elektrisch lading. En als er een ander voorwerp in de buurt is dan kan het zomaar gebeuren, dat die lading overspringt van het ene voorwerp naar het andere. Dat komt omdat elektrische lading “spanning” veroorzaakt tussen die voorwerpen, en de natuur wil dat die spanning zich weer opheft, nl. door de elektrische lading te verplaatsen tussen die voorwerpen. Het verplaatsen van lading door de lucht, of door een koperdraad heet overigens “stroom”. En volgens de natuurwetten, ontstaat er om stroom heen een magnetisch veld. Door de lucht zien we die stroom, namelijk we zien de vonk. Eigenlijk kennen we dit fenomeen allemaal, namelijk “bliksem”.Door koper zien we die stroom niet, maar hij is er wel degelijk. Dat kun je meten door het magnetisch veld te meten.
Wat men ontdekte is dat het trekken van vonken op grote afstand waar te nemen was door de ontladingsenergie op te vangen in antennes, en te meten.
Eigenlijk hebben we het hier over hele primitieve vormen van zenders en ontvangers. Als we elektrische ontladingen steeds herhalen in een bepaald patroon, dan dragen we dus informatie over.
Ontdekking van radiogolven Nu maken we een grote stap. Natuurkundigen (Maxwell, LapLace, Fourier) hebben in de 17e eeuw al de wiskundige basis gelegd voor de beschrijving van elektromagnetische golven, echter het was Heinrich Hertz (komen we zo nog op terug) in de 18e eeuw, die door het experimenteren met “vonken trekken” de radiogolven ontdekte. Volgens de theorie uit de 17e eeuw en de praktijk van Hertz in de 18e eeuw, blijkt dat als je wisselende loodrecht op elkaar staande elektrische en magnetische velden genereert, dat er loodrecht op beide zich energie voortplant.
Heinrich Hertz; de ontdekker van de radiogolven
Dus, als we tussen de uiteinden van een koperen draad een wisselspanning genereren (die een elektrisch veld tot gevolg heeft), dan zal deze een
wisselstroom tussen die uiteinden veroorzaken. En die wisselstroom veroorzaakt weer een wisselmagneetveld. Als we de lengte van die koperdraad af stemmen op de wisselingen van de elektrische en magnetische velden, dan komen deze in resonantie en zal er energie worden afgestraald door die koperen draad. Die energie noemen we radiogolven. Die draad heet antenne. Die golven kunnen we dus op grote afstand weer opvangen in andere antennes. En uiteindelijk kunnen we deze weer meten. De snelheid van de wisselingen van stroom en spanning noemen we “frequentie”, en drukken we uit in “Hertz”, of KHz (1000 Hertz), of MHz (miljoen Hertz), of,…..etc. Frequentiespektrum In principe hebben we dus frequenties van 0 tot oneindig Hertz. We noemen dat het “frequentie spectrum” en van Mosbach hebben we geleerd dat de frequentie band van 117.975 – 137 MHz gereserveerd is voor de mobiele radio communicatie in de luchtvaart (de VHF band). Dus 137 MHz betekent 137 miljoen wisselingen per seconde. Voor normale dagelijkse bezigheden is dit niet te begrijpen, maar de hedendaagse moderne elektronica heeft er geen enkele moeite mee, om deze snelle wisselingen van spanningen en stromen op te wekken. Moduleren Mooi, maar hoe zit dat nu met die kanalen ? Dat zit zo. Als je kijkt naar het spectrum van menselijke spraak, dan zit dat ergens tussen enkele tientallen Hertz, en ongeveer 15 kHz (15.000 Hz). In de praktijk blijkt dat de wat oudere mensen met veel minder moeten doen. Ze horen 10 kHz niet eens meer. Het is zelfs zo, dat we met een spectrum van 4 kHz al een zeer behoorlijke spraakoverdracht kunnen realiseren. Maar daarover straks meer. Laten we eerst die 10 kHz eens beetpakken. Hoe zorgen we er nu voor dat iemand die praat binnen een spectrum van 10 kHz, zijn spraak kan versturen via de VHF band (137 miljoen Hz). Dat kan door het spraak spectrum te moduleren op de frequentie binnen de VHF band. Elektronica kan dat heel makkelijk, door de beide frequenties op te tellen. Je zou dan verwachten, dat het resultaat 137 MHz + 10 kHz is, dus 137.010.000 Hz. De wiskunde (en de praktijk) leert ons
echter dat er nog een tweede frequentie bijkomt, namelijk 137MHz – 10 KHz, dus 136.990.000 Hz. Deze beide frequenties plus de 137 MHz vormen het resultaat van de “ frequentieoptelling”. De 137 MHz wordt de nominale frequentie genoemd, de beide overige frequenties worden de “ zijbanden” genoemd, upper and lower band. We noemen deze vorm van moduleren “Amplitude Modulatie” (AM). Het blijkt dus dat het moduleren van 10 KHz op 137 MHz een signaal produceert van 20 kHz bandbreedte namelijk van 136.990.000 Hz tot 137.010.000 Hz.
Kanalen De huidige kanaalbreedte van de VHF band kanalen is 25 kHz, dus we kunnen concluderen, dat 20 kHz hier netjes binnen blijft. We hebben zelfs naar beide kanten nog 2,5 kHz over voordat we binnen het volgende kanaal gaan zenden, en daarmee dat kanaal storen. Wat er nu in de huidige moderne tranceivers gebeurt, is dat de elektronica ervoor zorgt, dat hoge stemgeluiden (geluiden boven de 10 kHz) simpelweg gefilterd worden, en dus bij modulatie niet over de grens van het kanaal gaan uitzenden en daarmee dit kanaal storen. Dus samengevat, een kanaal met een bandbreedte van 25 kHz heeft een zogenaamde nominale frequentie (in ons voorbeeld 137 MHz) en een spektrum van 136.990.000 tot 137.010.000 Hz wanneer je dat met 10 kHz moduleert. En aan beide kanten van de nominale frequentie nog 2,5 kHz over. In de praktijk bestaat spraak uit een mengelmoes van frequenties, dus het spectrum zal niet alleen uit de 10 kHz component bestaan maar uit alle spraakfrequenties die niet weggefilterd worden, gemoduleerd op de nominale frequentie. Een rekensom leert ons dat er in 1 MHz 40 kanalen zitten en tussen 117.975 en 137 MHz, 19 x 40 kanalen = 760 kanalen. En dat is blijkbaar niet genoeg om alle toepassingen ruimte te geven voor mobiele communicatie in de luchtvaart. Omdat het spectrum buiten de aan de luchtvaart toegewezen VHF band al vergeven is, kun je dus alleen meer kanalen maken, door de bandbreedte te
verkleinen. Er is voor gekozen om tussen de bestaande kanalen twee kanalen toe te voegen. Tussen bv 131.000.000 Hz en 131.025.000 betekent dit 131.008.330 Hz en 131.016.660 Hz. We hebben aan beide kanten van de nominale frequenties echter drie keer minder bandbreedte. In plaats van 25 kHz, hebben we nu nog maar 8.33 kHz. Dat is maar 4.166 kHz naar iedere kant van de nominale frequentie. De persoon achter de mike mag dus maar geluid produceren tot aan 4.166 kHz. Dat zal in de praktijk niet lukken, maar de huidige elektronica helpt en filtert alles erboven gewoon weg. Maar een bandbreedte van 4.166 kHz voor spraak is bepaald geen CD-kwaliteit. Maar gelukkig wel voldoende om de spraak goed verstaanbaar door het smalle kanaal heen te krijgen. Receivers die op 8.33 kHz kanaal scheiding kunnen werken, moeten dus veel techniek in huis hebben, om het modulatie signaal binnen de 4.166 kHz te houden, en uiteindelijk in de ontvanger ook weer het juiste signaal uit het totale spectrum te vissen. Echter de techniek is vandaag de dag niet meer het probleem. Er zijn overigens technieken om de bandbreedte nog verder te verkleinen, door de frequenties aan een kant van de nominale frequentie ook weg te filteren. Het aardige is dat het signaal dan nog steeds verstaanbaar is, echter het lijkt erg op een Donald Duck stem, geknepen, en erg gevoelig voor een nauwkeurige afstemming. Deze techniek wordt “Single side band” of wel SSB genoemd. Je kunt zelfs nog verder gaan door de hele nominale frequentie weg te filteren. Dit levert een nog smaller bandje op. Dit wordt genoemd “Single side, suppressed carrier” . Voor deze modulatie technieken is niet gekozen voor onze tranceivers, omdat het de verstaanbaarheid niet ten goede komt, en er geen carrier is om af te stemmen. Als iemand niet spreekt, is er namelijk geen signaal, dus ook niet om nauwkeurig op af te stemmen. Er zijn tegenwoordig ook technieken om spraak sterk te comprimeren. Je komt dan in het domein van de digitale speech processing. Heel interessant, maar het voert te ver voor ons 8.33 kHz verhaal.
Uitrol 8.33 kHz kanaalscheiding
De organisatie om de hele luchtvaart om te zetten naar het gebruik van al die nieuwe frequenties, is een uiterst complexe operatie, die al enige tijd aan de gang is voor boven de FL 195. Maar de lagere levels komen ook aan de beurt. Een en ander is vastgelegd in Regulation (EU) 1079/2012. Hierin staat dat vanaf 17 november 2013 alle in de handel verkrijgbare VHF transmitters 8.33 kHz kanaalscheiding aan moeten kunnen. En dat dus alle vliegtuigen die vanaf dat moment van de band rollen 8.33 kHz equiped moeten zijn. Verder staat er dat ALLE radio’s vanaf 31 december 2017 moeten voldoen aan de 8.33 kHz eis. Kortom, het zou nu niet meer mogelijk moeten zijn een oude radio te kopen. Als je dat wel doet, dan kun je deze vervolgens over een paar jaar weer vervangen. Dure grap. Overigens, in je vluchtplan maak je kenbaar dat je een 8.33 kHz radio hebt door bij equipment de letter Y in te vullen.
