ถ้าไม่นับการใช้รหัสมอร์สแล้ว การสื่อสารด้วยวิทยุจะต้องมีการผสม "ข่าวสาร" เข้าไปกับคลื่นพาหะ ข่าวสารที่ว่านี้ที่เห็นได้ชัดเจนก็คือ "เสียงพูด" และการผสมก็เรียกว่าการ modulate นั่นเอง เมื่อคลื่นเดินทางไปถึงเครื่องรับ ก็จะถูก "ถอด" เพื่อเอาข่าวสารนั้นออกมาที่เราเรียกว่าการ demodulateในการผสมข่าวสารเข้าไปกับคลื่น จะทำให้ลักษณะคุณสมบัติของคลื่นเปลี่ยนไป โดยข่าวสารไม่ว่าจะเป็นภาพหรือเสียงจะถูก "พา" โดยอยู่ที่ความถี่แถบข้าง (Sidebands) ลองดูวิดีโอนี้ที่ผมทำขึ้นเพื่ออธิบายความถี่แถบข้างของการผสมคลื่นแบบต่างๆ ที่เราใช้กันบ่อยๆ ครับ
CW, AM และ FM
ภาพที่ 1 การผสมคลื่นแบบ AM (ซ้าย)
และการผสมคลื่นแบบ FM (ขวา)
เมื่อเทียบกับแกนเวลา (time-domain)
ภาพที่ 2 ผลของการผสมคลื่นแบบ
ต่างๆ เมื่อมองในแกนความถี่
บนสุด: คลื่นพาหะ ยังไม่ผสม
ภาพที่สองจากบน: ข้อมูลเช่นเสียงพูด
ที่จะนำเข้าไปผสมกับคลื่นพาหะ
ภาพก่อนล่างสุด: การผสมแบบ AM
ภาพล่างสุด: การผสมแบบ FM
การส่งข่าวสารด้วย Continuous Wave (CW) จะไม่มีการผสมข่าวสารลงไป ข่าวที่จะส่งได้ก็คือการเปิด-ปิดคลื่น ตัวอย่างก็คือการใช้รหัสมอร์สนั่นเอง
การผสมคลื่นแบบ AM นั้นเรียบง่าย แต่มีข้อเสียคือ คุณภาพเสียงสู้ FM ไม่ได้เพราะการผสมแบบ AM ใช้ “ขนาด” ของคลื่นที่ขึ้นๆ ลงๆ เป็นตัว “ขนถ่าย” information (คือ เสียง ที่ผสมลงไป) ถ้ามีสัญญาณรบกวน ฟ้าแลบ ฟ้าร้อง มันจะ “ขี่” ไปกับคลื่นที่ขึ้นๆ ลงๆ ที่ว่าด้วย ทำให้สัญญาณ “สกปรก” และไม่สามารถกำจัดออกไปได้ (อย่างน้อยก็ด้วยวิธีทาง อนาลอก ไม่พูดถึง Digital Signal Processing นะครับ)
ในขณะที่ FM นั้น ข่าวสารจะอยู่ใน “ความถี่ที่เปลี่ยนไปมา” ทำให้สัญญาณรบกวนจากธรรมชาติต่างๆ เช่น ฟ้าร้อง ฟ้าแลบ ฟ้าผ่า หรือแม้แต่สัญญาณที่มนุษย์สร้างขึ้นเช่นการรบกวนจากการทำงานของเครื่องใช้ไฟฟ้า แม้ว่าจะขี่ไปกับสัญญาณคลื่นวิทยุแต่ก็ไม่สามารถทำให้ ”ความถี่” เปลี่ยนแปลงไปได้ (ทำได้อย่างมากก็คือทำให้ขนาดเปลี่ยนไปบ้าง รูปคลื่นเพี้ยนไปบ้าง แต่ความถี่เปลี่ยนไม่ได้) เราจึงสามารถกำจัดออกได้ง่ายกว่า คุณภาพเสียงจาก FM จึงดีกว่า แต่ก็ กินกำลังมากกว่า และ Sideband กว้าง เกะกะ ทำให้มีจำนวนช่องได้น้อย
ถ้าดูในคลิป จะเห็นว่า Sidebands ของการผสมคลื่นแบบ FM จะออกมาซับซ้อนกว่า AM (กินกำลังมากกว่าการผสมคลื่นแบบ AM ในข้อมูลการสื่อสารที่เท่ากัน เพราะต้องแบ่งกำลังไปให้กับ Sideband ที่มากตัวกว่า ใช่ไหมล่ะครับ) และ SSB (ซึ่งโดยพื้นฐานแล้วเป็น AM อย่างหนึ่ง) ทีนี้ Sideband ที่ซับซ้อนของ FM และมีหลายความถี่ที่ว่า จะอยู่ตรงความถี่ไหนบ้าง และมีขนาดเท่าไรบ้าง ก็จะเป็นไปตาม Bessel Function ตามภาพด้านล่างนี้
ภาพที่ 3 Bessel Function
กำลังที่ใช้
กำลังที่ว่านี้คือ กำลังไฟฟ้า ที่เครื่องส่งจะต้องแบ่งปันเพื่อส่งข่าวสารออกอากาศไป ถ้าดูตามภาพด้านขวามือของภาพที่ 2 จะเห็นว่ามีขีดเล็กๆ ในแนวตั้งที่เรียกว่า Sidebands ต่างๆ การที่เครื่องส่งวิทยุส่งแต่ละเส้นของ sidebands นั้น ล้วนต้องใช้กำลังไฟฟ้าทั้งสิ้น ดังนั้นถ้าสมมติว่าเครื่องส่งมีกำลัง 100 วัตต์ แล้วไม่มี sideband คือมีคลื่นพาหะ (Carrier) เพียง 1 เส้นเช่นในแบบ CW (หรือ Continuous Wave ขวาบนสุดในภาพที่ 2) มันก็จะใช้กำลังทั้งหมดไปอยู่ในคลื่นพาหะ แต่ถ้าเราผสมคลื่นแบบ AM ก็จะมีคลื่นพาหะกับ sideband อีกสองด้าน กำลังจำนวน 100 วัตต์ก็ต้องถูกแบ่งออกไปเป็นสามส่วน ยิ่งเป็นการผสมคลื่นแบบ FM (รูปล่างสุดของภาพที่ 2) จะมี sideband แตกออกไปทั้งสองข้างเป็นจำนวนมาก ทำให้กำลังของเครื่องส่งถูกแบ่งไปเป็นส่วนย่อยๆ มาก
Single Sideband (SSB)
ทีนี้ คนเรามีความโลภ.. (เอ๊ะ ไม่ดี เรียกว่าพัฒนาดีกว่าครับ) อยากให้ใช้กำลังให้คุ้มค่าที่สุด ก็ในเมื่อ AM กินกำลัง น้อยกว่า FM แต่เอาน่ะ มันพอส่งข้อควมเสียงได้ เราก็ต้องการให้กินน้อยลงไปอีก วิศวกรก็บอกว่าแล้วทำไมต้องมี sideband สองด้านที่เหมือนกันด้วย ทั้งที่มันก็เหมือนกัน (เป็น กระจกเงากัน) ก็เลย “ตัดมันออก” ซะข้างหนึ่ง กลายเป็น Single Sideband (แต่ยังมี คลื่นพาหะ หรือ Carrier อยู่นะ) วิศวกรอีกพวกหนึ่งก็บอกว่า อ้าวแล้วไอ้คลื่นพาหะจะเอาไว้ทำไม ในเมื่อก็รู้อยู่แล้วว่ามันมีความถี่เท่าไร เดี๋ยวไปสร้างเอาใหม่ก็ได้ในภาครับวิทยุ เขาก็เลยตัด Carier ออก ไม่ต้องส่งออกอากาศ เลยกลายเป็น Single Sideband Suppress Carrier (SSBSC ซึ่งเป็นชื่อที่ถูกต้อง เป็นชื่อเต็มๆ) พอเรียกไป เรียกมา เลยเหลือ SSB ที่เราได้ยินกันนี่ล่ะครับ
สรุป
- ในการ demodulate แบบ SSB(SC) นั้น คล้ายกับว่าภาครับจะต้องสร้างคลื่นพาห์เทียมๆ ขึ้นมาใช้งานด้วยทำให้ ตอนที่เราส่ง CW มา แล้วรับด้วย SSB มันจึงมีเสียงบีทออกมาได้ไงครับ (ในขณะที่หากรับด้วย AM หรือ FM จะไม่มีเสียง)
- การส่งแบบ CW ประหยัดพลังงานและ bandwidth ที่สุด เพราะไม่ต้องมี sideband ที่วุ่นวาย
- SSB(SC) หรือที่เราเรียกว่า SSB แบบ USB/LSB ใช้พลังงานเปลืองขึ้นอีกหน่อย แต่ก็สามารถผสมเสียงลงไปได้ โดยมี sideband กว้างประมาณ 3KHz
- AM (มี Carrier, Double Sideband) หรือพวกวิทยุ AM บันเทิง (Broadcast) ทั่วไป เปลืองพลังงานขึ้นอีก แต่คุณภาพเสียงดีขึ้น
- ที่เปลืองพลังงานมากที่สุดและใช้ bandwidth เปลืองที่สุดก็คือการผสมคลื่นแบบ FM นั่นเองซึ่งจะมีความกว้างของ sideband อยู่ได้ตั้งแต่ 12.5KHz หรือ 25KHz แล้วแต่ว่าเป็นแบบกว้างหรือแคบ
QRU 73 de HS0DJU / KG5BEJ (จิตรยุทธ จุณณะภาต)
