Waarom de toekomst van draadloos digitaal is

De Pro Audio Group van Shure legt uit hoe de ontwikkeling van digitale draadloze systemen wordt gestuurd en hoe zij van nut kunnen zijn voor de moderne RF-ingenieur.

Laten we eerst even naar de achtergrond kijken. Binnen de professionele audiosector is het algemeen bekend dat het vrije spectrum dat beschikbaar is voor draadloze microfoons en in-ear monitors afneemt. In de jaren na de omschakeling naar digitale TV (DVB-T/Digitenne) hebben we de hoeveelheid spectrum die beschikbaar is voor onze sector aanzienlijk zien krimpen. De eerste frequentieband die verdween was 800MHz (790-862MHz). Deze werd ingenomen voor de volgende generatie mobiele breedband (4G). Vervolgens kondigde Agentschap Telecom/Economische Zaken daarna zijn plan aan om de frequentieband 700MHz de komende jaren vrij te maken. AT/EZ deelde aan de PMSE-gebruikers mee dat de frequentieband 700MHz (694-790MHz) moet worden vrijgemaakt voor mobiel breedband (5G) tegen 2020 (voorlopige planning). In een korte tijdspanne zullen we zo bijna 50% bruikbaar spectrum hebben verloren.

Kortom: het spectrum worden steeds drukker bezet met draadloze technologie naarmate de sectoren smeken om meer bronnen om onze digitale levens te voeden.

Deze toenemende vraag naar draadloos spectrum en de hieruit voortvloeiende congestie heeft de producenten van draadloze apparatuur aanzienlijk onder druk gezet om nieuwe technologieën te ontwikkelen die dezelfde prestatieniveaus kunnen behouden onder steeds uitdagender omstandigheden.

Daar komen de digitale draadloze systemen

Eenvoudig gesteld: de technologie die beschikbaar is om digitale draadloze systemen van professionele kwaliteit te ontwerpen, is nu geëvolueerd tot een niveau waarop we veel meer kanalen kunnen gebruiken in het gereduceerde vrije spectrum. De verbeterde efficiëntie is te danken aan meer voorspelbare afleiding van digitale draadloze signalen in vergelijking met een frequentiegemoduleerd analoog signaal; dit maakt het op zijn beurt mogelijk meer kanalen in dezelfde frequentieruimte te gebruiken. In veel gevallen kunnen digitale systemen in bijna twee keer het aantal kanalen voorzien in hetzelfde stukje spectrum als hun analoge neefjes. Maar tegelijkertijd mogen we niet te simplistisch denken dat een systeem efficiënter is net omdat het digitaal is. Een doorslaggevend criterium bij de bepaling van spectrale efficiëntie is de lineariteit van de zender en de stevigheid van de filters in de ontvanger. Hoe duurder het systeem, hoe beter de prestatie in de meeste gevallen. En tot slot zal een goede RF-coördinatie en -praktijk er ook voor zorgen dat de uitrol van een groot draadloos systeem een succes is.

Met de blijvende inkrimping van het vrije RF-spectrum — en de toenemende vraag naar draadloze microfoons en in-ears — zal de digitale draadloze technologie een doorslaggevende rol spelen in de veiligstelling van de toekomst van draadloze microfoons op grote evenementen. Het spectrumargument is duidelijk, maar hoe zit dat met de audio? Hoe klinken digitale systemen wanneer we ze met hun analoge evenknieën vergelijken?

Analoge versus digitale audio is een van de meest gevoelige onderwerpen in de sector, en hoewel de conclusie meestal subjectief is voor de meeste apparatuur (mengtafels, outboard processing, HiFi, enz.), zijn draadloze systemen in feite lichtjes verschillend. Voor draadloze microfoons is het belangrijkste verschil tussen analoog en digitaal de wijze waarop we de RF-drager moduleren. De meeste analoge draadloze systemen maken gebruik van frequentiemodulatie (FM), en hoewel bewezen is dat dit een erg robuuste en uiterst succesvolle manier is om draadloze audio door te sturen, heeft FM toch een aantal beperkingen. Digitale systemen kunnen bijvoorbeeld werken in veel minder gunstige draaggolf-naar-ruisomgevingen, wat betekent dat we zelfs in slechte RF-omgevingen zuivere audio krijgen.

Om een hoog dynamisch bereik te behouden, maken analoge systemen ook gebruik van een proces genaamd companding — waarbij het audiosignaal in de zender wordt gecomprimeerd om zich aan te passen aan het beperkte dynamische bereik van FM-radio en dan wordt uitgebreid bij de ontvanger. Dit proces is bijna onopspoorbaar in de meeste hoogkwalitatieve analoge systemen, maar kan toch leiden tot hoorbare artefacten — zoals “bonzen” en “ademhaling”. Digitale draadloze systemen zetten analoge audio om naar een digitaal signaal dat de radiodraaggolf moduleert in afzonderlijke stappen (zoals binaire codes – eentjes en nulletjes). Aangezien voor de overdracht van een digitaal audiosignaal geen companding vereist is, kan men audio verkrijgen met een bredere, vlakkere frequentierespons. Met andere woorden: het digitale audiosignaal komt aan bij de ontvanger zonder door de radioverbinding te zijn aangetast.

Spectrale efficiëntie en audiotransparantie zijn de belangrijkste voordelen van digitale draadloze systemen, maar dat is nog niet alles. Digitale draadloze operatoren mogen ook een langere levensduur van de batterij verwachten, alsook een grotere privacy door encryptie — perfect voor informatiegevoelige evenementen zoals bedrijfsvergaderingen.

De basis

Het komt erop neer dat digitale draadloze technologie een punt heeft bereikt waarop we nu gebruik kunnen maken van de vele voordelen om de uitdaging van onze moderne RF-omgeving aan te gaan. Analoge systemen hebben dan wel geen geen inherente signaallatentie, toch is zelfs dit kleine nadeel (minder dan drie milliseconden bij digitale systemen van Shure) niet genoeg om voorbij te gaan aan de grote winsten in spectraalefficiëntie. De situatie zal er namelijk niet op verbeteren. Draadloze communicatie (voornamelijk mobiele communicatie) is in ons dagelijkse leven binnengedrongen en zal zich tegen een snel tempo blijven ontwikkelen. Consumenten zullen steeds grotere hoeveelheden draadloze technologie verwachten — met relatieve plug-and-play-bruikbaarheid — dit alles moet kunnen werken in het beperkte beschikbare spectrum. Spectraal efficiënte digitale draadloze systemen blijven ontwikkelen is een van de belangrijkste manieren waarop we kunnen blijven werken op het niveau dat het publiek verwacht onder steeds uitdagender omstandigheden.

MEER INFORMATIE OVER FREQUENTIES