WCDMA Interleaving – Funktionsweise und Bedeutung
WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) ist eine zentrale Mobilfunktechnologie der dritten Generation (3G), die unter anderem in UMTS-Netzen verwendet wird. Einer der essenziellen Prozesse zur Sicherstellung einer zuverlässigen Datenübertragung in WCDMA-Systemen ist das Interleaving. Interleaving ist ein Verfahren zur Fehlerkorrekturvorbereitung, das die Widerstandsfähigkeit der Daten gegen Burst-Fehler (zeitlich konzentrierte Fehler) verbessert. In einem drahtlosen Übertragungskanal treten häufig Störungen auf – durch Fading, Interferenzen oder plötzliche Signalverluste – die mehrere aufeinanderfolgende Bits beeinträchtigen können. Hier kommt Interleaving ins Spiel.
Grundprinzip des Interleaving in WCDMA
Das Ziel von Interleaving ist es, aufeinanderfolgende Datenbits oder Symbole so umzustrukturieren, dass sie bei der Übertragung nicht mehr benachbart im Signalstrom erscheinen. Dadurch werden Fehler, die geballt auftreten, über ein größeres Datenfeld verteilt. Nach der Empfangsseite erfolgt dann ein Deinterleaving, um die ursprüngliche Datenreihenfolge wiederherzustellen.
In WCDMA gibt es verschiedene Interleaving-Stufen, die sowohl im Uplink (vom Endgerät zur Basisstation) als auch im Downlink (von der Basisstation zum Endgerät) angewendet werden.
Typen des Interleaving in WCDMA
- Bit-Interleaving: Auf Bit-Ebene – erfolgt nach der Kanalcodierung, insbesondere bei der Convolutional- oder Turbo-Codierung.
- Symbol-Interleaving: Auf Modulationsebene – um benachbarte Symbole innerhalb des modulierten Signals zu streuen.
- Radio Frame Interleaving: Verteilt codierte Bits über mehrere Radio Frames, um längere zeitliche Störungen zu kompensieren.
Bit-Interleaving nach der Codierung
Nach der Fehlerkorrekturcodierung (z. B. mit Turbo Codes für höhere Datenraten) werden die Bits in eine Interleaving-Matrix eingefügt. Diese Matrix wird zeilenweise gefüllt und spaltenweise ausgelesen (oder umgekehrt), um die Reihenfolge der Bits zu ändern. Damit wird verhindert, dass ein kompletter Fehlerblock durch einen zusammenhängenden Störimpuls entsteht.
Frame-Interleaving und Time Interleaving
Im WCDMA-System ist das sogenannte Radio Frame Interleaving besonders wichtig. Ein typischer Radio Frame dauert 10 ms und wird in 15 Slot-Zeiteinheiten unterteilt. Interleaving kann Daten aus mehreren Radio Frames so verteilen, dass selbst längere Störphasen keine vollständige Datenzerstörung verursachen.
Ein einfaches Beispiel:
- Ein Datenstrom wird in mehrere Gruppen unterteilt.
- Diese Gruppen werden über verschiedene Zeitschlitze in mehreren Radio Frames verteilt.
- Falls es zu einem Fehler in einem Frame kommt, ist nur ein Teil der Daten jeder Gruppe betroffen.
Nach dem Empfang rekonstruiert das Deinterleaving-System den ursprünglichen Datenstrom. Durch die Kombination mit FEC (Forward Error Correction) kann das System beschädigte Bits leichter korrigieren.
Technische Umsetzung – Beispieltabellen
| Parameter | Typischer Wert in WCDMA |
|---|---|
| Radio Frame Dauer | 10 ms |
| Anzahl Slots pro Frame | 15 |
| Bit-Interleaver Tiefe | Variabel je nach Datenrate und Kodierung |
| Frame-Interleaver Tiefe | Mehrere Frames (z. B. 2–8 Frames) |
Vorteile des Interleaving in WCDMA
- Reduktion der Auswirkung von Burst-Fehlern: Fehler werden auf mehrere Datenpakete verteilt und können besser korrigiert werden.
- Verbesserung der Sprach- und Datenqualität: Weniger Paketverluste und verbesserte Decoder-Leistung.
- Effizientere Nutzung der Fehlerkorrekturverfahren: Besonders in Verbindung mit Turbo- oder FEC-Codes.
Beziehung zu anderen Verfahren
Interleaving ist eng mit anderen Techniken im WCDMA-System verbunden:
- Turbo-Codierung: Nutzt Interleaving als festen Bestandteil der Codierung.
- Spreading und Scrambling: Arbeiten nach dem Interleaving, um die Daten über das Spektrum zu verteilen.
- Modulation (z. B. QPSK): Symbol-Interleaving sorgt für robuste Modulation.
Interleaving ist ein zentraler Bestandteil der Datenverarbeitung in WCDMA-Netzen und trägt entscheidend zur Stabilität und Qualität der drahtlosen Kommunikation bei. Durch die gezielte Verteilung von Datenbits über Zeit und Symbolfolgen kann das System mit typischen Störungen wie Fading, Interferenzen und Paketverlusten besser umgehen. Interleaving in Verbindung mit Codierung, Spreading und Modulation macht WCDMA zu einem robusten System für mobile Sprach- und Datendienste.