Definition Was ist Jitter?

Jitter bezeichnet sowohl das Taktzittern bei digitalen Signalen als auch die Laufzeitvarianz von Datenpaketen in einem Netzwerk. Bei zeitkritischen Anwendungen wie Voice over IP kann es durch zu große Laufzeitschwankungen zu Einbußen der Übertragungsqualität kommen.

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Der Begriff Jitter wird in zwei verschiedenen Zusammenhängen verwendet. Zum einen bezeichnet er die Schwankung des Takts (Taktzittern) bei digitalen Signalen, zum anderen versteht man im Netzwerkumfeld unter Jitter die Varianz der Laufzeit von Datenpaketen.

Durch diese Laufzeitschwankungen kann es zu gravierenden Problemen bei der Datenübermittlung kommen. Vor allem zeitkritische Anwendungen wie Voice over IP (VoIP) reagieren sehr empfindlich auf zu große Jitterwerte. Andere zeitunkritische Applikationen wie E-Mail oder der Filetransfer stören sich in der Regel nicht an den im Netzwerk zwangsläufig auftretenden Laufzeitschwankungen.

Mit Hilfe eines so genannten Jitter Buffers lassen sich die Laufzeitschwankungen auf Kosten einer Zunahme des Gesamtdelays reduzieren.

Der Jitter als Schwankung des Takts von Digitalsignalen

Durch den Jitter verschieben sich die einzelnen Impulse von hochfrequenten digitalen Signalen. Unregelmäßigkeiten im Signal wie Abweichungen der Amplitude oder der Phase sind die Folge. Ursache für solches Taktzittern können beispielsweise elektromagnetische Interferenzen, Kabel mit ungeeigneten Impedanzwerten oder eine mangelhafte Synchronisation der Taktuhr (Clock) sein.

Taktschwankungen führen beispielsweise zu Knacken oder Rauschen in Audiosignalen oder zum Flackern der Bildschirmdarstellung. Je höher die Übertragungsfrequenz ist, desto stärker wirkt sich das Taktzittern auf die Übertragungsqualität aus.

Grundsätzlich ist eine Unterscheidung zwischen dem Interfacejitter und dem Samplingjitter möglich. Zu Samplingjitter kann es kommen, wenn der Takt des Digital-/Analogwandlers an den eingehenden Datenstrom gekoppelt ist und dieser bereits mit Taktschwankungen beim Wandler ankommt.

Jitter als Laufzeitschwankung von Datenpaketen

Bei dieser Art des Jitters schwanken die Zeitabstände, mit denen Datenpakete bei einem Empfänger eintreffen. Dadurch kann es vorkommen, dass einzelne Pakete zu spät ankommen, um sie in der jeweiligen Anwendung noch auszugeben. Obwohl das Datenpaket grundsätzlich korrekt übertragen wurde, muss es in diesem Fall verworfen werden.

Folge ist eine erhöhte Paketverlustrate trotz fehlerfreier Übertragungsstrecken. Bei zeitkritischen Anwendungen wie der Voice-over-IP-Telefonie ergeben sich durch die zu großen Laufzeitschwankungen Lücken im ausgegebenen Audiosignal. Im Extremfall ist keine vernünftige Sprachkommunikation mehr möglich.

Die Ursachen für die Laufzeitschwankungen können sehr vielfältig sein. Beispielsweise verursachen Staus in Routern und Switches, Überlastungen von Leitungen und Netzabschnitten oder Änderungen von Routen im Netzwerk diese Schwankungen. Auch das Sendesystem selbst kann für Laufzeitschwankungen verantwortlich sein, wenn es mit anderen Anwendungen zu stark ausgelastet ist, um während des Sendeprozesses die Pakete in der vorgesehenen Zeit auf seinem Interface auszugeben.

Jitter und die Sprachqualität im Voice-over-IP-Umfeld

Neben der absoluten Laufzeit (Delay) und den Paketverlusten (Packet Loss) sind die Laufzeitschwankungen (Jitter) im Voice-over-IP-Umfeld maßgeblich für die erreichbare Sprachqualität verantwortlich. Deshalb sind für die Laufzeiten, Paketverluste und Laufzeitschwankungen bestimmte Grenzwerte einzuhalten.

Um die Schwankungen möglichst gering zu halten, kommt der so genannte Jitter Buffer zum Einsatz. Er speichert den eingehenden Datenverkehr zwischen und gibt die einzelnen Datenpakete ohne beziehungsweise mit minimalen Laufzeitschwankungen wieder aus. Je größer der Jitter Buffer, desto größere Jitterwerte lassen sich ausgleichen, aber desto größer wird auch das Gesamt-Delay der übertragenen Datenpakete. Aus diesem Grund gilt es bei der Dimensionierung des Jitter Buffers einen für die jeweilige Anwendung optimalen Kompromiss zwischen Größe und Delay zu finden.

Hat ein Datenpaket den Jitter Buffer verlassen, kann kein Einfluss mehr auf die Laufzeitschwankung genommen werden. Aus diesem Grund ist der Jitter Buffer möglichst nah am empfangenden System zu platzieren. Oft ist er direkt in die Eingangsschnittstelle des Empfängers integriert.

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