Der Wandel von TDM zu IP

Bei der Übertragungstechnik im öffentlichen Telefonnetz – sprich auf den Strecken zwischen den Netzknoten – vollzog sich Ende der Achtzigerjahre ein Wandel von der analogen zur digitalen Technik. Dies brachte viele Vorteile, da die Signale weniger störanfällig und dadurch leichter zu reproduzieren und aufzufrischen waren. Zudem wurden dadurch die Signale bei Übertragungsfehlern leichter korrigierbar. Diese Technik wurde als „Time Division Multiplexing“-Technik bezeichnet, auch kurz TDM genannt.

Bei der Vermittlungstechnik und den Endgeräten vollzog sich der Wandel weniger schnell, so dass sie noch eine Zeit lang elektromechanisch und analog blieben. Erst mit Beginn des Integrated Service Digital Network, kurz ISDN genannt, konnten auch die letzten Domänen bundesweit digitalisiert werden.

Bei dem heutigen Voice over IP, kurz VoIP, telefoniert man heute ausschließlich digital. Das heißt, es wird nur eine Folge von Einsen und Nullen gesendet. Das Ganze wird auch als Bitstrom bezeichnet. Eine besondere Bedeutung kommt dabei den Codecs in den Endgeräten zu. Heutzutage wandelt jedes VoIP-Telefon die analoge Sprache am Hörer mit Hilfe von A/D-Wandlung und Quantisierung in einen digitalen Bitstrom um. Dieser Bitstrom wird anschließend je nach Codec eventuell noch komprimiert und abschließend in Pakete gepackt und über das IP-Netz übertragen. Bei ISDN erfolgt auch noch eine so genannte PCM-Kodierung ohne Komprimierung mit einer Netto-Bitrate von etwa 64 kbit/s.

Dieser Codec ist stets der Maßstab und Ausgangspunkt für Voice over IP. Wenn es nicht genügend Bandbreite gibt, können auch andere Codecs eingesetzt werden. Diese können die entsprechende Bandbreite heute bereits auf bis zu 5,3 kbit/s netto reduzieren. Dies geschieht natürlich nicht ohne Qualitätsverlust. Genau wie bei der Digitalisierung von Sprache für die Fernsprechübertragung arbeiten die Codecs nach dem Prinzip Sampling, Quantisierung und Kodierung. Dies führt zu optimaler Sprachqualität, welche es ermöglicht, die analogen Sprachsignale über die digitalen Systeme zu übertragen.

Ziel ist dabei, möglichst viel Bandbreite in einem paketvermittelten Netz zu sparen. Deshalb werden die meisten Sprachdateien zusätzlich komprimiert. Grundsätzlich gilt: Je höher die Bitrate eines Codecs, desto besser ist die Tonqualität, je niedriger die Bitrate, desto schlechter ist die Tonqualität und es wird ein höherer Bedarf an Rechenleistung benötigt. Die Codecs befinden sich dabei immer in den Endgeräten oder in Gateways an den Übergängen zwischen dem IP- und dem Telefonnetz. Die meisten der verfügbaren Codecs wurden von der International Telecommunications Union spezifiziert und standardisiert. Hierbei gibt es den so genannten Standard Codec G.711. Er wird eingesetzt zur Digitalisierung von analogen Audiosignalen, ohne dabei eine Komprimierung vorzunehmen. Es gibt verschiedene Codecs, die für Multimedia-Übertragung im IP-Netzwerk geeignet sind.

G.711 bietet dabei bis heute die beste Sprachqualität, denn dieser Codec kommt ohne rechenintensive Kompression aus und braucht deshalb relativ viel Bandbreite. Werden die Sprachdaten mit einem anderen Codec komprimiert, dann wird beim Qualitätsvergleich stets G.711 herangezogen. Codecs zur Sprachdigitalisierung müssen einige Bedingungen erfüllen, da aufgrund der Struktur des Internets bei der Übertragung und beim Versenden der einzelnen Pakete Verluste und Laufzeitunterschiede entstehen und ausgeglichen werden müssen. Ziel ist es dabei, eine möglichst hohe Qualität trotz Paketverlusten und Laufzeitschwankungen zu erreichen.