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Die Sprachqualität stellt bei der Internet-Telefonie eine Herausforderung dar. Erfahrene Anbieter von Voice-over-IP-Telefonie (VoIP) setzen eine Vielzahl von Verfahren ein, um störungsfreie Telefonie zu gewährleisten.
Die Qualität in diesen Netzen der erfahrenen Anbieter ist hoch. Es bleibt aber auch festzustellen, dass es Anbieter gibt, die auf dem Markt Internet-Telefonie anbieten, die leider im doppelten Wortsinne „billig“ ist. Während eine „holprige Verbindung“ für Privatkunden gerade noch hinnehmbar sein mag, kann sie für Geschäftskunden „katastrophal“ werden: Lästiges Knacken und Rauschen durch schlechte Telefonverbindungen können effiziente Kommunikation erheblich erschweren oder im schlimmsten Falle gar verhindern. Daher sollten Firmen beim Wechsel auf eine Internet-Telefonlösung strikt darauf achten, dass ihr Anbieter eine hohe VoIP-Sprachqualität garantieren kann.
Die Übertragung von Sprache verlangt einen kontinuierlichen Datenstrom, damit es nicht zu Aussetzern, Verzögerungen oder Halleffekten kommt. Dies steht bei der Übertragung über das Internet im direkten Gegensatz zum Internet-Protokoll, welches eine Zerlegung des Datenstroms in einzelne Datenpakete und die Übertragung dieser Pakete über beliebige und vor allem unterschiedliche Wege vorsieht. Klassische Telefonie geht von einer einzigen Verbindung aus, über die die gesamte Übermittlung der Sprache stattfindet. Internet-Telefonie basiert hingegen – Voice over Internet Protocoll (VoIP) auf einer Vielzahl von Übertragungswegen, wobei bei jedem einzelnen Datenpaket separat festgelegt wird, welchen Weg es nimmt. Das kann dazu führen, dass Datenpakete sich überholen, verloren gehen oder in sehr unterschiedlicher Qualität ankommen. Diese Effekte, die beim Aufbau einer Webseite oder bei der Übermittlung einer E-Mail kaum auffallen, können sich bei der Sprachübertragung verheerend auswirken. Die möglichen Folgen: Aussetzer, Verzögerungen und Schwankungen.
VoIP ist so gut wie ISDN, aber das Netz…
In den Pioniertagen von VoIP war man froh, wenn überhaupt eine Stimme zu hören war, vergleichbar mit den Anfangsjahren im Mobilfunk. Seit der Marktverbreitung der Internet-Telefonie muss sie sich indes den Vergleich mit der klassischen ISDN-Qualität gefallen lassen – und die Sprachqualität von ISDN war und ist unbestritten sehr hoch. Um keine Missverständnisse aufkommen zu lassen: Vom technologischen Standpunkt aus betrachtet bietet VoIP dieselbe hohe Sprachqualität wie ISDN, aber die Leistung von VoIP kann nur so gut sein, wie das Übertragungsnetz es erlaubt. Das gilt sowohl für die Internetanbindung, als auch natürlich für das firmeneigene Netzwerk. Genau diese Netzqualität war in den VoIP-Anfangsjahren nicht gewährleistet – und sie ist auch heute noch leider nicht bei allen VoIP-Anbietern gegeben.
Aber die guten kommerziellen VoIP-Anbieter haben heutzutage eine Vielzahl von Verfahren zur Qualitätssicherung bei der Internet-Telefonie entwickelt und zum Einsatz gebracht. Moderne VoIP-Systeme zeigen sich weitgehend robust, selbst gegenüber höheren Verlustraten bei Sprachdatenpaketen und arbeiten mit ausgefeilten Mechanismen zur Fehlerverschleierung, so dass Störungen nicht deutlich werden und man mit guter Sprachqualität telefonieren kann.
Wie groß die Unterschiede auf Anbieterseite sind, zeigt ein aktueller Test des renommierten Fachmagazins connect, das einen Vergleich von insgesamt acht Anbietern virtueller Telefonanlagen durchgeführt hat. Die beiden vorderen Plätze in Sachen Sprachqualität belegen dabei toplink und die Deutsche Telekom.
Mindestanforderungen für VoIP
Bei VoIP kommt es darauf an, größtmögliche Sorgfalt auf die Einhaltung grundlegender Anforderungen an die Struktur, die Dimensionierung und den Betrieb von IP-Netzen zu legen. Dies gilt nicht nur für die Internet-Telefonie, sondern für jedwede Art von Echtzeitanwendungen. Die fehlerfreie Übermittlung von Echtzeitkommunikation wie z.B. Sprache stellt für jedes IP-Netzwerk im Vergleich zu klassischem Datenverkehr eine erhebliche Herausforderung dar. VoIP reagiert sensibel auf Fehler im Übertragungsnetz, was sich insbesondere durch negative Auswirkungen auf die Sprachqualität äußert. Dabei wird Sprachqualität als die subjektive Wahrnehmung von Sprachinformationen definiert. Die objektiven Parameter, die die Sprachqualität beeinflussen, sind die Paketlaufzeiten (Delay), die Varianz dieser Laufzeiten (Jitter) und der Paketverlust (Packet Loss) bei der Übertragung. Jedes VoIP-Paket wird im Grunde im Wettlauf mit anderen IP-Paketen transportiert. An vielen Stellen im Netz sind Puffer vorhanden, deren Umfang von der jeweiligen Netzbelastung abhängt. Dies bedeutet, dass die Paketdurchlaufzeit von Paket zu Paket schwankt. Ist ein Paket zu lange unterwegs, erreicht es den Empfänger für das Telefonat zu spät oder geht verloren, daneben können Pakete durch Bitfehler oder überfüllte Puffer verloren gehen.
Fehlerkompensation ist unerlässlich
In der Realität gibt es eine dauerhaft völlig fehlerfreie IP-Datenübertragung nicht. Dies ist in den Netzwerken und in den jeweiligen Standards auch nicht vorgesehen. Das Internet Protocoll zeichnet sich gerade dadurch aus, dass es Netzstörungen antizipiert und sich in einem fehlerbehafteten Netz die jeweils besten verfügbaren Wege sucht. Dieses Konzept führt dazu, dass es durch Belastungen im Netz immer wieder zu langen Paketlaufzeiten, hohem Jitter und hohen Verlustraten kommt. Selbst in leistungsfähigen Netzen ist gelegentlich ein Paketverlust von 3 bis 5 Prozent festzustellen. Die Laufzeiten variieren ebenfalls sehr stark, oftmals wird eine Paketlaufzeit von bis zu 150 ms als eine gute Übertragung eingeordnet. Kurzzeitig können diese Werte deutlich überschritten werden. Nur: Wenn 5 Prozent des Telefonats gar nicht und die restlichen 95 Prozent äußerst schleppend übermittelt werden, macht das Gespräch natürlich keinen Spaß mehr.
Zum Ausgleich von Paketverlusten werden Verfahren zur Fehlerkompensation wie beispielsweise die Sendewiederholung eingesetzt. Indes stellen Echtzeitanwendungen wie Telefonie auch die Fehlerkompensation vor erhebliche Herausforderungen. Häufig besteht bei Korrekturen nicht genügend Zeit für ein erneutes Senden, oder bei bestimmten Verfahren führt ein Wechsel auf mehrfaches Versenden zu einer Selbstverstärkung der Netzbelastung.
Ein anderes häufig verwendetes Verfahren ist die Fehlerverschleierung. Dabei wird – vereinfacht dargestellt – ein Datenpaket, das unterwegs verloren geht, auf der Seite des Empfängers durch ein Ersatzsignal ersetzt. Dieses Ersatzsignal kann auf verschiedene Arten erzeugt werden. Besonders beliebt ist die Geräuscheinblendung. Der Begriff mag eigenartig klingen, aber in der Praxis funktioniert das Verfahren recht gut, weil das Gehirn des Hörers die fehlenden Informationen fortlaufend selbst zu ersetzen versucht. Diese Methodik wird häufig auch in den Mobilfunknetzen eingesetzt. Der Effekt ist deutlich besser als eine klar erkennbare Unterbrechung. Ebenfalls ein gängiges Verfahren ist die Paketwiederholung beim Empfänger. Das fehlende Paket wird durch das letzte, noch richtig empfangene Paket ersetzt. Optional kann das Signal noch mit einer Hüllkurve gedämpft werden, die es ein- oder ausblendet. In manchen Fällen wird auch noch das bereits empfangene, nachfolgende Paket nach dem fehlenden Paket zur Signalermittlung verwendet. Der Empfänger versucht zwischen dem letzten und dem übernächsten Paket mit Zwischenwerten zu interpolieren. Hierzu muss das Paket nach dem fehlenden Paket frühzeitig bereits empfangen werden, oder ein großer Jitterpuffer sorgt beim Empfänger für eine Paketverzögerung. Der Effekt für den Hörer ist oftmals verblüffend gut.
Ausreichend Bandbreite wird benötigt
Wichtig ist letztlich, dass im Netzwerk immer ausreichend Bandbreite für die Telefonie zur Verfügung stehen muss. Hierbei helfen beispielsweise die Reservierung einer Mindestbandbreite für VoIP sowie Priorisierungsfunktionen in den Switches wie Class of Service, Port- und Dienste-Priorisierung. Entsprechend der Kennzeichnung der Sprachpakete greifen dann Quality-of-Service-Mechanismen in den Switches, um der Sprachübertragung Vorrang vor weniger zeitkritischen Daten wie zum Beispiel E-Mails zu gewähren.
Ein erfahrener VoIP-Anbieter hat seine Netzinfrastruktur optimiert und setzt alle Verfahren ein, um eine hohe Sprachqualität zu garantieren.
Jens Weller ist Geschäftsführer der toplink GmbH sowie im Vorstand des DVTM Deutscher Verband für Telekommunikation und Medien. Er gilt als Pionier der Internet-Telefonie in Deutschland.
