การรวมสัญญาณแบบไดเวอร์ซิตี้ (Diversity Combining) เทคนิคเพิ่มคุณภาพสัญญาณ

การรวมสัญญาณแบบไดเวอร์ซิตี้ (Diversity Combining) คือเทคนิคที่ใช้ในการรวมสัญญาณหลายสัญญาณที่ได้รับจากอุปกรณ์รับสัญญาณแบบไดเวอร์ซิตี้ เพื่อสร้างเป็นสัญญาณเดียวที่มีคุณภาพดีขึ้น ช่วยลดผลกระทบจากการจางหายของสัญญาณ (Fading) และเพิ่มความเสถียรในการสื่อสาร

เทคนิคการรวมสัญญาณแบบต่างๆ

เทคนิคการรวมสัญญาณแบบไดเวอร์ซิตี้สามารถแบ่งออกได้เป็นหลายรูปแบบตามวิธีการประมวลผลสัญญาณ ดังนี้:

• การรวมสัญญาณแบบอัตราขยายเท่ากัน (Equal-gain combining): เป็นการนำสัญญาณที่ได้รับทั้งหมดมาบวกกันโดยตรงแบบสอดคล้อง (Coherently)
• การรวมสัญญาณแบบอัตราส่วนสูงสุด (Maximal-ratio combining - MRC): มักใช้ในระบบสายอากาศแบบเฟสอะเรย์ (Phased-array systems) ขนาดใหญ่ โดยจะมีการถ่วงน้ำหนักสัญญาณที่ได้รับตามค่า SNR (Signal-to-Noise Ratio) ของแต่ละสัญญาณก่อนจะนำมารวมกัน ทำให้ได้ค่า SNR รวมเป็นผลรวมของ SNR จากทุกช่องทาง

  

  

• การรวมสัญญาณแบบสลับ (Switched combining): หรือเรียกว่า "Scanning Combining" โดยตัวรับจะสลับไปใช้สัญญาณอื่นเมื่อสัญญาณที่เลือกอยู่ในปัจจุบันมีระดับลดลงต่ำกว่าเกณฑ์ที่กำหนดไว้
• การรวมสัญญาณแบบเลือกสรร (Selection combining): จากสัญญาณที่ได้รับทั้งหมด N สัญญาณ ระบบจะเลือกสัญญาณที่แรงที่สุดเพียงสัญญาณเดียว ซึ่งมีประสิทธิภาพมากกว่าการรวมแบบสลับ

  

  

ในบางกรณี อาจมีการใช้เทคนิคการรวมสัญญาณมากกว่าหนึ่งวิธีร่วมกัน เช่น ในการถ่ายภาพแบบ Lucky Imaging ซึ่งจะใช้การรวมแบบเลือกสรรเพื่อเลือกภาพที่ดีที่สุด 10% แรก จากนั้นจึงใช้การรวมแบบอัตราขยายเท่ากันเพื่อรวมภาพเหล่านั้นเข้าด้วยกัน

การรวมสัญญาณตามเวลา (Timing Combining)

สำหรับการส่งสัญญาณที่มีลำดับยาว เช่น แพ็กเก็ตของ Ethernet ในระบบส่งสัญญาณไร้สายแบบขนานที่ซ้ำซ้อน จะใช้เทคนิค Timing Combining โดยข้อมูลจะถูกส่งออกไปพร้อมกันผ่านหลายเส้นทาง เมื่อถึงฝั่งรับ แพ็กเก็ตที่มาถึงเป็นอันดับแรกจะถูกเลือกและนำไปประมวลผลทันที ส่วนสำเนาของแพ็กเก็ตที่ตามมาภายหลังจะถูกทิ้งไป วิธีนี้ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานได้อย่างมากเนื่องจากลดระยะเวลาในการรอคอย

ตัวอย่างการใช้งานในวิทยุสื่อสารสองทาง (Two-way Radio)

ในระบบวิทยุสื่อสารเคลื่อนที่ภาคพื้นดิน ซึ่งวิทยุที่ติดตั้งในรถหรือวิทยุแบบมือถือสื่อสารกับสถานีฐานผ่านความถี่เดียว จะใช้ Space Diversity โดยการติดตั้งตัวรับสัญญาณหลายตัวในตำแหน่งที่ต่างกัน

ระบบการลงคะแนน (Voting System)

ตัวรับสัญญาณทั้งหมดจะเชื่อมต่อกับอุปกรณ์ที่เรียกว่า Voting Comparator หรือ Voter ซึ่งจะทำหน้าที่ประเมินสัญญาณที่ได้รับทั้งหมดและเลือกสัญญาณที่ใช้งานได้ดีที่สุด หากเป็นระบบ Repeater สัญญาณที่ถูกเลือกจะถูกส่งต่อออกไป แต่หากเป็นระบบ Simplex สัญญาณจะถูกส่งไปยังลำโพงที่คอนโซลของสถานีฐาน

ในระบบ FM แบบอนาล็อก Voter สามารถสลับสัญญาณได้รวดเร็วมาก (ในระดับเศษเสี้ยวของวินาที) ทำให้ผู้ฟังได้รับเสียงที่ต่อเนื่องและชัดเจนตราบเท่าที่มีตัวรับสัญญาณเพียงตัวเดียวที่ได้รับสัญญาณที่ฟังออก

การประเมินสัญญาณและการลดสัญญาณรบกวน

Voter รุ่นใหม่จะเปรียบเทียบค่า SNR ที่ตัว Voter เอง เพื่อให้คำนึงถึงสัญญาณรบกวนที่เกิดขึ้นตลอดเส้นทาง รวมถึงคุณภาพของสายโทรศัพท์ที่เชื่อมต่อระหว่างสถานีรับและตัว Voter

การใช้ Diversity Combining ในลักษณะนี้ช่วยลดจุดบกพร่องเพียงจุดเดียว (Single-point failure) เพราะหากตัวรับสัญญาณตัวใดตัวหนึ่งเสียหรือถูกรบกวนโดยสัญญาณท้องถิ่น ระบบโดยรวมจะยังคงทำงานได้เนื่องจากมีตัวรับสัญญาณตัวอื่นคอยสนับสนุน