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2024-08-10T14:05:02Z

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{{lang|en|'''Interleaving Domain Multiple Access'''}}, kurz '''IDMA''', ist eine Methode zur Signal- und Nachrichtenübertragung. Es handelt sich um eine Weiterentwicklung des [[Code Division Multiple Access|CDMA]]-[[Multiplexverfahren|Multiplex-Übertragungsverfahren]]s zur digitalen Signalübertragung.

== Entwicklung ==
=== Übertragung eines Datenstroms ===
Die klassische digitale [[Datenübertragung]] schützt ihre [[Daten]], indem sie sie entsprechend [[Kanalcodierung|kanalcodiert]]. Das Code-Schema wird dem Kanal entsprechend angepasst. Um [[Fehler]] erkennen zu können, werden sogenannte [[Parity-Bit]]s hinzugefügt, die eine Art [[Prüfsumme]] für einen bestimmten Bereich der Daten darstellen. Stimmen Daten und Prüfsumme nicht überein, werden die entsprechenden Daten als fehlerhaft erkannt. Ordnet man mehrere Prüfsummen kreuzweise um einen Datenblock an, so kann man damit einzelne Fehler innerhalb eines Blockes lokalisieren und somit auch eliminieren. Da [[Datenübertragungsstrecke]]n allerdings die Eigenschaft haben, nicht nur einzelne [[Bit]]s zu stören, sondern in aller Regel mehrere Bits nacheinander, werden die Daten so umverteilt, dass eine Störung einer bestimmten Länge den [[Datenstrom]] so stört, dass niemals benachbarte Bereiche innerhalb des [[Datenblock]]s betroffen sind. Somit wird eine Blockstörung in viele Einzelstörungen zerteilt. Das entsprechende Verfahren wird als [[Verwürfelung]] bzw. [[Interleaving]] bezeichnet. Mittels spezieller Verfahren wie z. B. [[Turbo-Code]]s lässt sich Interleaving nicht nur auf Blöcke, sondern auch auf Datenströme anwenden. Mittels eines [[Maximum-Likelihood-Methode|Maximum-likelihood]]-[[Decoder]]s wie z. B. des [[Viterbi]]-Algorithmus kann man dann den Original-Datenstrom wieder rekonstruieren.

=== Übertragung mehrerer Datenströme ===
==== Frequenzmultiplexverfahren ====
Das älteste Verfahren zur Übertragung mehrerer Datenströme ist das [[Frequenzmultiplex]]verfahren (FDM; engl. {{lang|en|''frequency-division multiplex''}}), bei dem die Daten auf mehreren getrennten [[Frequenz]]en übertragen werden. Dieses Verfahren wurde bereits mit [[Analogsignal|analogen]] Daten ([[Telefonfernnetz]]; [[Rundfunknetz]]; [[Sprechfunk]]) genutzt.

==== Zeitmultiplexverfahren ====
Von [[Zeitmultiplex]] (TDM, engl. {{lang|en|''time-division multiplex''}}) spricht man, wenn mehrere [[Absender|Sender]] ihre Daten nacheinander senden und damit ein [[Übertragungstechnik|Übertragungsmedium]] teilen. Dieses Verfahren wird in unserer natürlichen [[Kommunikation]] ständig eingesetzt, wenn zum Beispiel ein [[Teilnehmer (Kommunikationssystem)|Teilnehmer]] einer [[Diskussionsrunde]] spricht, während die anderen zuhören. In der [[Funktechnik]] wurde der Zeitmultiplex dadurch erreicht, dass die Funkgeräte mit einer [[Sendetaste]] versehen waren, die der Sender betätigen musste, um sprechen zu können.

==== Kombinierte Zeit-Frequenzmultiplex-Verfahren ====
Mit Einführung der digitalen [[Mobilfunknetz]]e realisierte man [[Planung|Verfahren]], bei denen sowohl Zeit- als auch Frequenzmultiplex betrieben wird. Um sicherzustellen, dass jede [[Übertragungsstrecke]] innerhalb des Systems jeweils einen [[exklusive]]n Kanal zur Verfügung hat, gibt es eine Kontrollinstanz, die den einzelnen Sendern und [[Empfänger (Information)|Empfängern]] ihre Frequenzen und Zeit[[interval]]le zuteilt, in denen sie senden und empfangen müssen. Nach diesem Verfahren arbeiten die aktuellen [[Global System for Mobile Communications|GSM]]-Netze.

==== Spreizband-Verfahren ====
In der [[militär]]ischen Funktechnik benötigte man [[Modulationsverfahren]], die man vor dem [[Feind]] [[verstecken]] konnte. Hierbei machte man es sich zunutze, dass der [[Rauschen (Physik)|Rauschpegel]] eine [[Funktion (Mathematik)|Funktion]] der [[Bandbreite]] eines Empfängers ist, und suchte nach Möglichkeiten, das Signal schmalbandig zu [[Datenübertragung|übertragen]], es allerdings gleichzeitig über ein breites Band zu streuen. Verwendet man ein schmalbandiges Signal und variiert seine Frequenz dabei ständig mittels eines „Pseudo-Zufallsgenerators“, so kann man, wenn der Empfänger die [[Folge (Mathematik)|Folge]] der Frequenzen kennt, dem Signal folgen. Kennt man die Spreizfolge nicht, so kann man zwar kurzfristig innerhalb eines schmalen Bandes ein Teil des Signals empfangen, allerdings nicht den Rest. Nutzt man einen breitbandigen Empfänger, so werden die schmalbandigen Signale nicht im Rauschen erkannt. Das Signal nach dem [[Spreizband]]-Verfahren bleibt unsichtbar.

==== Code-Division-Multiple Access (CDMA) ====
Bei Verwendung eines Daten-Interleavers stellte sich heraus, dass es möglich war, mehrere Sender mit unterschiedlichen [[Spreizcode]]s im gleichen [[Frequenzband]] zu betreiben, ohne die Datenübertragung zu stören. Zwar senden die einzelnen Sender zeitweise auf der gleichen Frequenz und erzeugen somit Fehlerblöcke. Allerdings ist diese Störung so kurz, dass sie mittels des Interleavings wieder in Einzelfehler zerlegt werden, die wiederum korrigierbar sind. Wird die [[Wahrscheinlichkeit]], dass zwei Sender auf derselben Frequenz senden, zu hoch, steigen die Fehler an und sind somit nicht mehr korrigierbar.

Zur Zeit eingesetzte CDMA-Verfahren:
* [[DSSS|Direct Sequence]]: Die Spreizung erfolgt dadurch, dass das Datensignal mit dem Spreizcode multipliziert wird, welcher eine höhere Datenrate aufweist als die zu übertragenden Daten. Das Datensignal wird auf die Bandbreite der Spreizfolge aufgeweitet. Die einzelnen [[Element (Mathematik)|Elemente]] der Spreizfolge heißen [[Chip (Datenübertragung)|Chip]]. Die Spreizfolge wird wiederum aus einem [[Spreizbaum]] für einzelne Unterkanäle und einer [[Pseudozufall|pseudo-Zufallsfolge]] mit günstigen Eigenschaften ([[Gold-Code]]s) erzeugt. Beispiele für dieses Verfahren sind [[IS-95]], [[UMTS]], [[CDMA2000]], [[Global Positioning System|GPS]] und [[WLAN]].
* [[Frequency Hopping Spread Spectrum]]: Dieses Verfahren wird in aktuellen GSM-Netzen zur Kapazitätssteigerung sowie für die Datenübertragung per [[Bluetooth]] verwendet.
* [[Orthogonales Frequenzmultiplexverfahren|OFDM]] (Orthogonal-Frequency-Division-Multiplex): Bei OFDM werden die Bits eines Datenblocks als Amplitudenkoeffizienten verschiedener Frequenzen aufgefasst. Mittels einer [[IFFT|Inversen Schnellen Fourier-Transformation]] wird ein Zeitsignal erzeugt, welches dann [[Modulation (Technik)|moduliert]] und beispielsweise über eine [[Antennentechnik|Antenne]] abgestrahlt werden kann. Im Empfänger wird das Signal dann einer [[Schnelle Fourier-Transformation]] unterworfen und wieder in einen Datenblock zurück gewandelt. Beispiele für dieses Verfahren sind [[Digital Audio Broadcasting|DAB]], [[DVB-T]] und ebenfalls WLAN.

== Weiterentwicklung zu IDMA ==
In der Vergangenheit wurden CDMA- und TD-FD-Systeme parallel entwickelt. Bei CDMA-Systemen legte man das Hauptaugenmerk auf das Spreizverfahren, während man bei TD-FD-Systemen Wert auf die [[Fehlerkorrektur]]mechanismen legte. IDMA ist die konsequente Zusammenführung beider Entwicklungslinien. Bei CDMA wurden die Daten mittels Interleaving gesichert und danach gespreizt. Bei TD-FD-Systemen wurde das gesamte [[Signal]] mittels Interleaving geschützt. IDMA vollzieht nun den Schritt nach, das komplette Signal mittels Interleaving zu schützen. Das Interleaving wird nun auf die Chip-Ebene ausgeweitet. Somit verringert sich der Einfluss anderer Datenkanäle, da nun auch die Chip-Ebene geschützt ist. Weitere Untersuchungen haben gezeigt, dass es möglich ist, die Pseudo-Zufallsfolgen (Gold-Codes) durch verschiedene Interleavingmuster zu ersetzen. Hieraus resultiert der neue Name {{lang|en|''Interleaving Domain Multiple Access''}}.

== Weblinks ==
* http://www.ee.cityu.edu.hk/~liping/Research/Conference/IDMA3.pdf vom 11. Februar 2008 (PDF-Datei; 143 kB)
* http://eprints.ecs.soton.ac.uk/13914/1/microcoll07.pdf vom 11. Februar 2008 (PDF-Datei; 144 kB)
* http://www.ee.cityu.edu.hk/~liping/Research/Journal/idma2.pdf vom 11. Februar 2008 (PDF-Datei; 179 kB)

[[Kategorie:Digitale Kommunikation]]
[[Kategorie:Multiplextechnik]]
[[Kategorie:Modulation (Technik)]]
[[Kategorie:Digitaltechnik]]

Interleaving Domain Multiple Access - Versionsgeschichte

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