Diversity-Technik

Grundprinzip und Bedeutung

Die Diversity-Technik ist ein Verfahren der Nachrichtentechnik, bei dem Daten parallel redundant, also mehrfach über verschiedene Übertragungswege, übertragen werden. Ziel ist es, die Verfügbarkeit eines Übertragungssystems zu erhöhen und es weniger anfällig für Ausfälle zu machen.

Dazu werden stochastisch unabhängige Kanäle verwendet. Das bedeutet, dass die Störungen der Kanäle weitgehend unabhängig voneinander auftreten. Daher ist die Wahrscheinlichkeit gering, dass alle Kanäle gleichzeitig fehleranfällig sind. Wenn ein Übertragungsweg gestört ist, kann ein anderes Signal ausgewählt oder mit weiteren empfangenen Signalen kombiniert werden.

Grundlegende Betriebsarten

In der Funkübertragungstechnik werden drei Betriebsarten unterschieden: Zeitdiversität, Raumdiversität und Frequenzdiversität. Sie unterscheiden sich darin, wodurch die redundanten Übertragungswege voneinander getrennt werden:

• Bei der Zeitdiversität wird dieselbe Information zeitlich versetzt mehrfach gesendet.
• Bei der Raumdiversität werden mehrere räumlich getrennte Sende-Empfangs-Wege verwendet.
• Bei der Frequenzdiversität wird dasselbe Signal gleichzeitig auf verschiedenen Trägerfrequenzen übertragen.

Alle drei Verfahren sollen verhindern, dass eine einzelne zeitliche Schwankung, räumlich begrenzte Störung oder Beeinträchtigung eines Frequenzbereichs zum Verlust der Information führt.

Zeitlich versetzte Übertragung

Bei der Zeitdiversität werden die Informationen der Nutzdaten mehrmals zeitlich versetzt über denselben Funkkanal gesendet. Nutzdaten sind die Informationen, die eigentlich übertragen werden sollen.

Das Verfahren gleicht zeitabhängige Schwankungen der Signalstärke aus. Ist das Signal bei einem Sendezeitpunkt schwach oder gestört, kann eine zu einem anderen Zeitpunkt gesendete Kopie besser empfangen werden.

Räumlich getrennte Übertragungswege

Bei der Raumdiversität werden zwei oder mehr Sende-Empfangs-Wege betrieben. Meistens wird dies mit räumlich getrennten Antennen verwirklicht, die parallel arbeiten.

Weil die Antennen an verschiedenen Orten stehen, können sie unterschiedliche Empfangsbedingungen haben. Die Empfangsvorrichtung wählt je nach Verfahren das stärkste empfangene Signal aus oder kombiniert die Bandpasslage der empfangenen Funksignale. Dadurch kann die Information auch dann nutzbar bleiben, wenn einer der räumlichen Wege beeinträchtigt ist.

Übertragung auf mehreren Frequenzen

Bei der Frequenzdiversität wird dasselbe Signal gleichzeitig über zwei oder mehrere unterschiedliche Trägerfrequenzen übertragen. Eine Trägerfrequenz ist die Frequenz, mit deren Hilfe das Nutzsignal übertragen wird.

Wenn eine Störung oder eine vollständige Signalauslöschung auftritt, wird erwartet, dass nicht alle verwendeten Frequenzbereiche betroffen sind. Für diese parallele Übertragung werden zwei oder mehr Sender und Empfänger gleichzeitig betrieben. Entsprechend belegt das Verfahren zwei oder mehr Frequenzbänder.

Zusammenführen und Auswählen der Signale

Ein Combiner ist ein wichtiges Empfangselement diversitärer Übertragungssysteme. Er führt die redundant empfangenen Signale wieder zusammen oder wählt das bessere Signal für die weitere Verarbeitung aus.

Die Combiner-Technologien werden in der englischsprachigen Fachliteratur traditionell nach Brennan klassifiziert:

• Maximal-Ratio Combiner
• Equal-Gain Combiner
• Scanning/Switching Combiner
• Selection Combiner

Für längere, parallel redundant übertragene Signalsequenzen wie Datenpakete wurde 2012 das Prinzip des Timing Combining definiert. Ein Timing Combiner arbeitet grundsätzlich ähnlich wie ein Selection Combiner: Er leitet das erste vollständig empfangene Datenpaket sofort zur Verarbeitung weiter. Später über die redundanten Pfade eintreffende Kopien desselben Pakets werden verworfen.

Damit gewinnt jeweils der schnellste Kanal. Die Übertragung wird dadurch wesentlich schneller, besonders bei drahtloser Übertragung und bei Weitverkehrsdatenübertragung. Außerdem tritt weniger Paketverlust auf.