Sprach-Codecs im Mobilfunk

Bei der Übertragung von Sprache im Mobilfunknetz muss das analoge Sprachsignal digitalisiert werden. Bei der Digitalisierung der Sprache arbeiten Codecs nach dem Prinzip Sampling, Quantisierung und Kodierung.
Verantwortlich für die Sprachqualität im Mobilfunknetz sind verschiedene Faktoren. Neben dem Endgerät spielt auch der Sprach-Codec eine Rolle. Um Bandbreite zu sparen wird über den Codec sehr stark komprimiert. Dabei leidet jedoch die Sprachqualität und -verständlichkeit.

Mit einer besseren Sprachqualität steigt auch die Zufriedenheit der Mobilfunkkunden. Wichtig aus Sicht von Mobilfunkanbietern: Zufriedene Kunden sind bereit, länger mobil zu telefonieren. Das bedeutet, die Zahl der "Minutes of Use" (MoU) steigt.

Fullrate-Codec (FR)

Für eine optimale Sprachqualität in digitalen Netzen benötigt man eine Bandbreite von 64 kBit/s. Hier hat sich der Codec G.711 bewährt. Er wird zum Beispiel bei VoIP eingesetzt. In GSM-Netzen ist jedoch nur eine Nettobitrate von 13 kBit/s für die Sprachübertragung verfügbar. Um 64 kBit/s zu reduzieren wird der Fullrate-Codec (FR) bevorzugt verwendet, da er das Sprachsignal stark komprimiert und codiert. Mit diesem Codec ist eine befriedigende Sprachqualität erreichbar. Eine Fehlerkorrektur erhöht den erforderlichen Datendurchsatz auf 23 kBit/s.

Halfrate-Codec (HR)

Der Halfrate-Codec (HR) kommt mit etwas weniger als der halben Datenrate des Fullrate-Codecs aus. Durch die starke Komprimierung steigt allerdings die notwendige Rechenleistung auf eine Mehrfaches an. Und das bei geringerer Sprachqualität. Deshalb wird HR nur in überlasteten GSM-Funkzellen eingesetzt, um den Bandbreitenbedarf zu senken und die Netzkapazität besser auszunutzen. Der HR-Codec bietet eine so schlechte Sprachqualität, dass man sich gerade noch so verständigen kann.

Enhanced-Fullrate-Codec (EFR)

Mit der Einführung der E-Netze (GSM im 1.800-MHz-Band) kam der Enhanced-Fullrate-Codec (EFR) mit einem verbesserten Algorithmus. Man konnte so eine Verbesserung der Sprachqualität bei einem Datendurchsatz von 12,2 kBit/s erreichen.
Die beste Sprachqualität in GSM-Netzen bietet EFR, gefolgt von FR und dann weit abgeschlagen HR.

AMR - Adaptive Multi Rate Codec

Mit UMTS wurde der Adaptive-Multirate-Codec mit maximal 12,2 kBit/s eingeführt. Mit AMR ist es möglich, in Abhängigkeit der Bitfehlerrate die notwendige Datenrate während der Verbindung anzupassen. Dem AMR steht eine variable Bandbreite von 4,75 bis 12,2 kBit/s zur Verfügung. Er ist von der Sprachqualität her mit EFR vergleichbar.

AMR-WB - Adaptive Multi Rate WideBand

AMR-WideBand kommt von Ericsson und wurde durch das 3GPP-Forum spezifiziert. Es ist ein neuer, standardisierter Sprach-Codec für GSM- und UMTS-Netze. Ziel ist es, die Sprachqualität und Sprachverständlichkeit in Mobilfunknetzen zu verbessern. AMR-WB dient in Handys auch für Klingeltöne oder Sprachnotizen.
AMR-WideBand arbeitet mit einer Sampling-Rate von 16 kHz und tastet einen Frequenzbereich von 50 bis 7.000 Hz ab. HiFi-Qualität, wie es gelegentlich behauptet wird, ist damit allerdings nicht möglich. Dafür müsste man mit eine Abtastrate von 44,1 kHz einen Frequenzbereich von 20 Hz bis 20.000 Hz abtasten.
Weiterhin basiert die Technik auf einem hochmodernen Algorithmus für die Sprachkomprimierung. Für die Übertragung stehen 9 variable Bitraten von 6,6 bis 23,85 kBit/s zur Verfügung.
Das Ergebnis ist eine hörbar gesteigerte Sprach- und Klangqualität. Mit AMR-WideBand ist ein Gesprächspartner selbst dann noch deutlich zu verstehen, wenn er flüstert oder sich an einem Ort mit lauten Hintergrundgeräuschen aufhält.
AMR-WideBand bietet auch eine verbesserte Unterstützung von Diensten wie Konferenzschaltungen mit mehreren Teilnehmern.

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