Viele Telefongespräche werden über IP-basierte Kommunikationssyste wie WLAN, Hyperlan oder Wimax vermittelt. Diese Arbeit beschreibt Algorithmen, die die Effizienz der Sprachübertragung erhöhen. Wir verfolgen dabei das Ziel, die vom Menschen wahrgenommene Qualität zu optimieren, aber zugleich Normierungen bestehender und zukünftiger Kommunikationssysteme einzuhalten. Wir stellen einen verifizierten Algorithmus vor, der die wahrgenomme Qualität von Internet Telefongesprächen bewertet. Mit unserem Ansatz leiten wir darüber hinaus wichtige Designentscheidungen für Transport- und Vermittlungsschichtprotokolle analytisch her. Wenn hochgradig komprimierte Sprachdaten über das Internet übertragen werden, kann der Verlust eines Paketes sehr unterschiedliche Auswirkungen haben. Dies hängt unter anderem von dem Inhalt und Kontext des Sprachpakets ab. Wir definieren die Paketwichtigkeit als die Verschlechterung der Sprachqualität nach Verlust eines Sprachpakets. Wir entwickelten Verfahren, welche die Paketwichtigkeiten offline und in Echtzeit quantitativ bestimmen. Wendet man Paketwichtigkeiten an, zeigt sich, dass nur ein Bruchteil aller Sprachpakete übertragen werden muss, wenn zumindest Sprachverständlichkeit gewährleistet werden soll. Wird das Konzept der Paketwichtigkeiten bei drahtlosen Internet-Telefonsystemen angewendet, läßt sich der Energieverbrauch der Funktelefone signifikant reduzieren, da weniger Pakete übertragen werden müssen. Schlussendlich zeigen wir, dass die Entfernung zwischen zwei Wi-Fi Geräten einfach und genau gemessen werden kann, indem man die Laufzeiten der Pakete bestimmt. Unser Verfahren stellte sich den bisher verwendeten Feldstärkemessungen als überlegen heraus. Zusammenfassend kann man sagen, dass diese Arbeit neue Algorithmen und relevante Innovationen enthält, deren Einfluss auf Forschungen und Produktentwicklung sich in den nächsten Jahren erst voll zeigen wird.
Many telephony calls are carried over IP-based technologies, which include wireless systems such as WLAN, Hyperlan or Wimax. This thesis contains algorithms which reduce the overhead of IP-based speech communication. The aim is to increase the human perceived call quality while recognising communication standards defining Internet telephony and wireless systems. We present and verify an instrumental approach on how to assess the perceptual quality of voice transmissions in IP-based communication networks. Using our approach we derivate by analysis design guidelines for application and data-link protocols. If highly compressed, packetized speech is transported over packet networks, losses of individual packets impair the perceptual quality of the received stream by different degrees, depending on the content and context of the lost packets. We introduce the idea of the Importance of Individual Packets, which is defined by impact of packet loss on speech quality. We present real-time and off-line algorithms to measure the importance. Using the concept of importance of packets we show that only a fraction of all speech packets need to be transmitted if speech intelligibility is to be maintained. If this concept is applied for Internet telephony over wireless links, significant transmission energy savings on wireless phones can be achieved, because fewer packets need to be transmitted. Last, we proved that the distance between two WLAN nodes can be determined by packet round trip time measurements. This approach outperforms the previously used signal strength indications. Overall, this thesis contains relevant innovations and proposes novel algorithms that will have a substantial impact on research and future product development.
