Modem

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Modem creatix front.jpg-Modems]] Ein Modem (zusammengesetztes Wort aus Modulator/Demodulator) dient dazu, digitale Daten in für eine vorhandene analoge Leitung geeignete Signale umzuwandeln und auf der anderen Seite wieder in digitale Daten zurückzuwandeln. Die dafür verwendete Modulation ist auf die analoge Leitung abgestimmt.

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Mit einem Modem werden digitale Daten durch Modulation eines analogen Signals über analoge Kommunikationsnetze (Telefonnetz, Kabel-TV), Standleitungen und per Funk übertragen. Am anderen Endpunkt der Kommunikation werden die digitalen Daten durch Demodulation aus dem analogen Signal wieder zurückgewonnen.

Geschichte des Modems

Modulationsverfahren wurden seit langem in der Rundfunktechnik und später in der Trägerfrequenztechnik der ehemaligen Deutschen Bundespost eingesetzt (wireless modulation). Inzwischen werden sie auch sehr stark in der leitergebundenen Kommunikation verwendet (wireline modulation)

Bis Mitte der 80er Jahre war es in Deutschland wie in vielen anderen Ländern nicht erlaubt, andere als posteigene Modems an die Telefonleitung anzuschließen. Das Modem zählte als Netzabschluss, der wie die Leitung auch zum Telefonnetz und damit zum Hoheitsbereich der staatlichen Deutschen Bundespost gehörte. Als trotzdem zunehmend private Modems benutzt wurden, weil diese erheblich billiger und außerdem noch schneller waren als die Post-Modems, ließ sich das Modem-Monopol nicht mehr aufrechterhalten und wurde aufgehoben.

Modulationstechniken

Telefon: ITU-T- (bis 1992 CCITT-) Standards, Datenraten
Kabel: 2x Simplex (ab 2 Adernpaare), Halbduplex, (Voll-)Duplex (benötigen nur 1 Adernpaar)

Modem-Varianten

Telefonmodems

Telefonmodems sind an die Besonderheiten des Telefonnetzes angepasst. Für die Übertragung steht allein das Frequenzband von 300 Hz bis 3400 Hz zur Verfügung. Anschlüsse an einer digitalen Vermittlungsstelle erweitern dieses Band auf 0 bis 4000 Hz. Die ersten Telefonmodems für den Computer-Massenmarkt enthielten noch keine Bauteile der Telefontechnik und keine Telefonbuchse, sondern koppelten Schall in das Telefonnetz. Deshalb musste also ein Akustikkoppler mechanisch an einem Telefon-Handapparat befestigt werden, um eine Modem-Verbindung herzustellen. Damit konnten Nebengeräusche schnell zu Übertragungsfehlern führen, weshalb die Schalen der Akustikkoppler oft in Kissen eingehüllt wurden. Dabei wurde mit 110 baud, später 300 baud mit dem Modulationsverfahren FSK übertragen. Da die zu übertragenden Daten typischerweise gemäß dem Standard der seriellen Datenübertragung auf Leitungen V.24 bzw. RS232 kodiert waren, ergab sich in der Praxis eine geringere effektive Datenrate. Diese frühen Modem-Typen mussten von der Deutschen Bundespost, die sie einer Typmusterprüfung unterzog, für die Anschaltung eine Zulassung erhalten.

Die Ungleichung Datenrate ist kleiner als Baudrate wurde erst durch die Realisierung von intelligenteren Modems mit eingebauter Datenkompression aufgehoben. In dieser Zeit wurde auch durch die Telekommunikationsfirma Hayes der heutige De-Facto-Standard für Modems, der sogenannte AT-Befehlssatz in ihre Modems implementiert, der später von zahlreichen Herstellern übernommen und erweitert wurde. Leistungsfähigere Modulationsverfahren wie PSK und QAM, sowie eine intelligente Messung und Aushandlung der für die Leitung und die Gegenstelle maximal möglichen Baudrate nach dem Verbindungsaufbau steigerten die erreichbare Übertragungsgeschwindigkeit weiter.

Da die Prozessoren von Modems immer leistungsfähiger geworden sind, gibt es heute weitere Leistungsmerkmale die den Grundrahmen des Modem-Konzepts sprengen. Zu nennen sind insbesondere die Fax-Funktion (Faxmodem) und die Anrufbeantworter-Funktion (Voice-Modem). Es gibt sogar Modelle, die das computergestützte Telefonieren erlauben. Die Unterstützung schlägt sich durch zusätzliche Befehle im Rahmen des AT-Befehlssatzes nieder. Es gibts mittlerweile sogar Modems mit integrierten Fax und E-Mail Protokollen (POP3/SMTP) sowie Short Message Service(SMS)-Funktionalität zum autonomen Versand/Empfang von Nachrichten.

Im analogen Telefonnetz, in dem die Übertragungsbandbreite auf 3,1 kHz begrenzt ist, ist nach dem Shannon-Theorem die maximale Datenübertragungsrate bei üblicher Leitungsqualität auf 30 bis 40 kbit/s begrenzt. Eine Download-Datenrate von 56 kbit/s (V.90, V.92) ist im Telefonnetz nur bei einem Analoganschluss möglich, der an eine digitale Vermittlungsstelle gekoppelt ist. Dabei synchronisiert sich das Modem mit dem Wandler-Takt der Vermittlung. Die sendende Gegenstelle, z. B. ein Einwahlknoten, muss hierzu jedoch voll digital sein. Die Upload-Geschwindigkeit bleibt jedoch weiterhin analog begrenzt.

Modemverbindungen per Telefonnetz werden auch oft als Dial-Up-Verbindung bezeichnet, da vor der Herstellung der Datenverbindung ein Wählvorgang notwendig ist. Beispiele für Modem-Wählverbindungen sind z. B. BTX, Datex-P oder die analoge Einwahl ins Internet über einen Internet-Provider. Die Einwahl per ISDN unterscheidet sich davon insofern, als dort alles digital abläuft, also nicht mehr moduliert wird und somit auch kein Modem mehr beteiligt ist.

Während in der Frühphase vor allem Fernschreiber-Aufgaben an Modems delegiert wurden, kam es später zur Entwicklung der Mailboxszene, die mit Protokollen, wie Kermit oder Z-Modem arbeitete. Daneben fand sich im kommerziellen Bereich X.25 als Daten-Vermittlungsschicht. In heutiger Zeit dominiert vor allem TCP/IP als Vermittlungs- und Sicherungsschicht für den Datenaustausch per Telefonmodem.

Faxmodems

Ein Faxmodem ist ein Modem, das neben seiner gewöhnlichen Funktion zur Datenübertragung auch ein Protokoll zur Übertragung von Faxen beherrscht. Die meisten Faxmodems können Faxe mit 14400 bps (Bits pro Sekunde) übertragen. Die Übertragung erfolgt dabei über gewöhnliche Telefonleitungen.

Mit Hilfe eines Faxmodems kann man einen Computer (meistens ein Personal Computer oder auch ein Macintosh) also als Faxgerät verwenden – oft nur zum Senden, aber auch das Empfangen ist möglich.

Softmodems/Winmodems

Softmodems sind spezielle Modems, bei denen einige Teile der Hardware-Funktionalität in den Gerätetreiber ausgelagert worden sind. Meistens werden aus Kostengründen Hardwarebestandteile weggelassen, und die dadurch entstehende Lücke muss durch Software geschlossen werden. Winmodems sind Softmodems, die im Besonderen für Microsoft Windows hergestellt worden sind. Meistens kann das betreffende Gerät auf alternativen Betriebssystemen, wie zum Beispiel Linux, nicht verwendet werden, da keine Treiber hierfür existieren.

Standleitungsmodems

Kabelmodems

Im Gegensatz zu den Telefonmodems bieten Standleitungsmodems eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung. Sie sind also fest mit immer derselben Gegenstelle verbunden; ein Wählvorgang vor der Verbindungsaufnahme entfällt somit.
Standleitungen werden meistens von Banken und Großunternehmen genutzt.
Die hierzu vergleichbaren, kostengünstigeren Lösungen für den Heimbereich sind meistens nur quasi-Standleitungen, da der Anbieter meistens eine Zwangstrennung der hergestellten Verbindung im Tageszyklus vorsieht.

Während die Bandbreite im analogen Telefonnetz aus technisch wirtschaftlichen Überlegungen heraus begrenzt ist, erlauben die normalen (teilweise geschirmten) Zweidraht-Telefonleitungen durchaus höhere Bandbreiten.

xDSL-Modems

Mit der geeigneten Gegenstelle sind so wesentlich höhere Übertragungsraten möglich. Dieses wird bei DSL in den Varianten ADSL und SDSL umgesetzt. Das Endgerät beim Nutzer ist weiterhin ein Modem, wenn auch mit erheblich größerer Bandbreite. Um die analoge und digitale Telefonie auf derselben Leitung gleichzeitig übertragen zu können, wird die Leitung durch einen sogenannten Splitter in zwei verschiedenen Frequenzbereichen genutzt. Gebräuchliche Datenraten bei ADSL reichen bis 6 MBit/s im Download. Der Upload ist beim ADSL auf einen niedrigeren Wert begrenzt. Die Datenrate kann jedoch bei großem Abstand zur Vermittlungsstelle aus technischen Gründen Begrenzungen unterliegen. An der Vermittlungsstelle wird meistens an einen rein digitalen Netzwerk-Backbone angekoppelt.

Für Details siehe: DSL-Modem

Kabelnetz-Modems (über Kabel-TV-Netze)

Im weitesten Sinne sind auch die in Deutschland noch selten anzutreffenden Kabel-TV-Modems als eine Art der Standleitungsmodems zu werten, wobei teilweise zudem reguläre Telefonmodems verwendet werden, um einen Rückkanal zu ermöglichen, wenn das vorliegende Kabel-TV-Netz keine bidirektionale Übertragung erlaubt.

Funkmodems

Modems zur Datenübertragung per Funk unterscheiden sich zwar nicht prinzipiell von ihren Leitungs-Vettern, sind jedoch als Einzelobjekt wesentlich seltener anzutreffen. Meistens sind Funkmodems in anderen Geräten integriert, und der jeweilige Kanal wird mehrfach genutzt für Sprache und Daten, z. B. bei Tonrufsystemen.

Insbesondere im Funk-Bereich finden sich zahlreiche Anwendungen mit denen Fernwirk- oder Fernsteuerungsaufgaben per Modulation gelöst werden, unter anderem bei Funkfernsteuerungen im Modellbau. Es handelt sich hier in der Mehrzahl der Fälle nicht um die Übertragung von Datenströmen, sondern vielmehr um die Übertragung von in Echtzeit produzierten Einzelinformationen.

Datenübertragung per Funk findet sich z. B. im Richtfunk, aber auch im Packet Radio Netz der Funkamateure oder auch im CB-Funk. Auch das GSM-Netz benutzt ebenso wie UMTS Modulation, wobei hier oftmals von digitaler Modulation gesprochen wird, um von der analogen Modulation im Vorgängersystem, dem C-Netz zu unterschieden. Der Unterschied bewegt sich hierbei in der Beschaffenheit des Eingangssignals in den Modulator, bevor dieses in ein Funk-Signal umgesetzt wird, während der Funk-Kanal der ganz normalen Wellen-Physik gehorcht.

Stromleitungsmodems

Auch die Modulation von Datensignalen auf Stromleitungen ist möglich. Der weit verbreitetste Anwendungsfall ist die sogenannten Rundsteuertechnik der Energieversorgungsunternehmen, mit denen z. B. die Umschaltung der Stromzähler zwischen Tag- und Nachtstrom bewerkstelligt wird.

In jüngerer Vergangenheit wurden auch Vermarktungsversuche für Hochgeschwindigkeitsmodems (meistens bis etwa 1 MBit) unter dem Sammelbegriff PLC unternommen, die aber über die Erprobungsphase nie hinauskamen und im Endeffekt nie an das Preis/Leistungsverältnis (höherer Aufwand bei niedrigerer Leistung) sowie die Übertragunsssicherheit der DSL-Technik heranreichen konnte. Die Technik nutzt dabei typischerweise zahlreiche einzelne Trägerfrequenzen im Bereich zwischen 500 kHz und 10 MHz zur Modulation und Demodulation der Nutzdaten.

Modem-Bauformen

Modem-Varianten.jpg Das typische PC-Modem ist ein externes, serielles Gerät, das in flacher Bauform daherkommt. Es wird meistens per RS232, mittlerweile auch oft per USB, funktionsmäßig mit einen Rechner verbunden, durch ein Steckernetzteil versorgt und hat in manchen Fällen einen Netzschalter. Zur Statusanzeige befindet sich an der Vorderseite oft eine Zeile mit Leuchtdioden, die den Zustand der Schnittstellenleitungen anzeigen.

Im professionellen Bereich gibt es außer Tischgeräten manchmal auch eine Bauform, die den Einbau in 19-Zoll-Gehäusen erlaubt. Im industriellen Bereich hat sich für Modems ein Gehäuse für die DIN-Hutschienenmontage im Schaltschrank etabliert.

Eine alternative Bauform für Modems ist die Steckkartenform für einen standardisierten PC-Steckplatz oder einen proprietären Sockel. Hier ist meistens noch eine zusätzliche Kapselung oder Schirmung vorhanden, um die Störstrahlung des PC-Inneren von der Aussenwelt und die Störungen der Telefonleitung vom PC-Inneren zu trennen. Die Statusanzeige eines solchen Modems wird meistens durch Computersoftware am Bildschirm des Rechners realisiert. Blitzschlag.jpg Modems können auch in die Hauptplatine eines Rechners intergriert werden. Dieses ist jedoch nur begrenzt empfehlenswert, da es je nach Region durchaus möglich und nicht unwahrscheinlich ist, dass ein Modem durch Überspannungen auf der Telefonleitung beschädigt wird und somit der gesamte Rechner schadhaft wäre und ersetzt werden müsste. Modulare Systeme erlauben dagegen eine wesentlich differenziertere und kostengünstigere Fehlerbehandlung.

Hersteller von Modem-Hardware

modems.jpg Folgende Hersteller und Marken haben bzw. haben früher Modems oder Komponenten dazu produziert:

AVM GmbH
Motorola
Conexant (ehemals Rockwell), liefert insbesondere OEM-Chipsätze
Hayes, setzte den AT-Standard
US Robotics/3Com mit der Marke Courier
ZyXEL
Diamond Multimedia mit der Marke Supra und Modellen wie Supra Express
miro
IBM
Baycom, Hersteller von Amateurfunk-Modems
devolo (früher ELSA, 1988 erstes postzugelassene Modem in Deutschland)
Sprint
Bausch datacom GmbH, 1990 Hersteller der ersten Niedrigpreis-Modems für die Firma Vobis
INSYS, Hersteller von industriellen Modems
Telebit, deren „Trailblazer“ hatte ein ähnliches Modulationsverfahren wie heute DSL

Siehe auch

Weblinks

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