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Das Modem ist ein Gerät, mit dem Informationssignale über eine Verbindung transportiert werden können. Heutzutage handelt es sich meist um digitale Informationen, die über ein analoges Telefonleitung, eine andere (lange) Kabelverbindung oder drahtlos. Normalerweise handelt es sich um a Datenverbindung zwischen Computers. Modems sind auch in anderen Bereichen im Einsatz, z Funkverkehr, wo ein Modem die über eine drahtlose Verbindung zu übertragenden Informationen aufbereitet.
Das Wort Modem ist eine Kontraktion von modulator und demModulator. Sowohl 'de' als auch 'het' Modem werden im Niederländischen verwendet, aber nach der Etymologie ist es ein männliches Wort. Obwohl das Modem über mehr Funktionen als Demodulieren und Modulieren verfügt, hat die Box ihren Namen als Modem beibehalten.
Modemfunktion
Ziel
Werden die digitalen Informationen als elektrische Impulse direkt auf eine Kommunikationsstrecke gelegt, so scheint es, dass diese Impulse auf der Empfangsseite nicht mehr erkannt werden können. Dies hat eine Reihe von Ursachen, wie zum Beispiel elektrische Verzerrung des Signals, (Gruppen-) Laufzeitunterschiede und die Frequenzverschiebung. Aus diesem Grund muss das digitale Signal in einer bestimmten Weise umgewandelt werden, damit diese Signale auf der Empfangsseite als solche erkannt werden können und das Sendesignal die Eigenschaften oder Grenzen des Übertragungsmediums erfüllt. Diese Umwandlung ist der Zweck des Modems.
Operation
Binär Daten werden von einem Modem in Signaltöne in einer oder mehreren Frequenzen umgewandelt, über eine Verbindung gesendet und von einem anderen Modem wieder in Binärdaten umgewandelt. Der Begriff Piepsen gilt wirklich nur für altmodische Modems, bei denen keine Trägerwelle angewendet, aber jedes Informationsbit hatte seinen eigenen Ton. Dieser Ton wurde ein- oder ausgeschaltet, wenn ein Bit eins oder null war. Der Nachteil des Fehlens einer Trägerwelle bestand darin, dass aufgrund des großen Anteils an elektronischen Bauteilen (spülen) und andererseits Eigenschaften des Telefonanschlusses bei bestimmten Tonkombinationen entstanden neue unerwünschte Töne (Intermodulation). Diese neuen unerwünschten Töne wurden vom empfangenden Modem als Nullen und Einsen betrachtet. Als Reaktion darauf wurde eine Trägerwelle verwendet. Eine Trägerwelle kann als ein ununterbrochener Ton betrachtet werden, von dem eine oder mehrere Eigenschaften wie Tonhöhe (Frequenz) oder Stärke (Amplitude) geändert werden. Bei modernen ADSL-Anschlüssen ist die Frequenz so hoch, dass das Signal nicht mehr zu hören ist.
Normalerweise gibt es eine Grundfrequenz, die Trägerwelle, die ähnlich wie Radio- oder Fernsehübertragung moduliert wird. Diese Modulation der Trägerwelle kann fortsetzen Amplitudenmodulation, Frequenzmodulation, Phasenmodulation oder eine Kombination dieser Modulationstechniken. Die Vorteile der Verwendung einer Trägerwelle bestehen darin, dass die immer vorhandene Trägerwelle als Referenz verwendet werden kann und die Eigenschaften bei ihrer Erzeugung (der Erzeugung dieser Trägerwelle) bekannt sind. Bei einer Frequenzverschiebung (bei Verwendung von Funkverbindungen für die Telefonie) könnte sich beispielsweise die Frequenz der Trägerwelle ändern, aber die Phase oder Frequenzänderung (die Modulation) bleibt gleich. Oder die Form des Signals selbst kann beeinflusst werden, aber die von der Modulation getragene Form bleibt gleich.
Das Vorstehende gilt sowohl für elektrische Signale (z. B. Kupferdraht) als auch für optische Signale (Glasfaseroptik).
Basistechnologie: Phasenmodulation
Phasenmodulation wird am häufigsten bei Modems verwendet. EIN Sinus ist nach 360 Grad abgeschlossen. Vorübergehend wird beispielsweise die Trägerfrequenz um 45 Grad oder 90 Grad oder 135 Grad oder 180 Grad früher oder später gesteuert. Auf diese Weise lassen sich acht verschiedene Sinuspositionen unterscheiden. Dadurch können drei Bits gleichzeitig codiert werden. Drei Bits haben acht (Phasen-)Möglichkeiten. Die Dauer des Phasenwechsels kann dann dreimal so langsam sein, als wenn alle Bits nacheinander (in Reihe) gesendet werden. Dies ist auch deshalb notwendig, weil die normalen Sprachverbindungen in der Telefonie in der Frequenz von 300 Hz bis 3400 Hz begrenzt sind.
Bei einer Trägerwelle von 1900 Hz darf die Modulation beispielsweise nicht mehr als etwa 1500 Hz betragen und das entspricht 3000b/s als Maximum in der modular (zwei Bits passen nacheinander in einen Sinus). Da nun immer drei Bits gleichzeitig gesendet werden, kann dies als seriell codierte Informationsbits 9000 b/s entsprechen. Indem immer mehr unterschiedliche Phasen genommen werden, kann auf diese Weise die Bitrate (Bits pro Sekunde) erhöht werden. Das Ende ist in Sicht, wenn die verschiedenen Phasen aufgrund der Unsicherheit im Signal, die durch die Signal-Rausch-Verhältnis. Bei einem bestimmten Kanal (zB einer Telefonleitung) ist die maximale Größe des Signals begrenzt und auch die minimale Größe des Rauschens ist begrenzt. Zusammen bestimmen diese beiden den Dynamikbereich des Kanals, was zu einem größtmöglichen Signal-Rausch-Verhältnis führt.
Auf diese Weise bestimmen alle diese Eigenschaften des Kanals die maximale Kapazität der Telefonverbindung, zurückgerechnet auf die Geschwindigkeit der digitalen Daten in b/s. Wenn wir im Folgenden von der maximalen Kapazität einer (Telefon-)Sprachleitung sprechen, ist damit die übertragene Informationsmenge pro Sekunde gemeint und nicht die Bandbreite der (Telefon-)Sprachleitung selbst.
Geschwindigkeit und Entwicklung von Modems
Die ersten Modems waren nach heutigen Maßstäben sehr langsam: Die ersten Consumer-Modems konnten 110 oder 300b/s und wurden über a . akustisch an den Computer angekoppelt Telefonhörer auf einem Anhang mit a Lautsprecher und ein Mikrofon liegen. Dies war zunächst notwendig, da Telefone von der Telefongesellschaft gemietet wurden und keine galvanische Verbindung zu ihnen hergestellt werden durfte. Bald könnte die Telefonleitung direkt mit dem Computer verbunden werden. Innerhalb von etwas mehr als einem Jahrzehnt erreichten Telefonmodem-Geschwindigkeiten 1200, 2400, 2800, 9600 b/s und 14,4, 28,8, 33,6 und 56 kb/s, was die maximale Kapazität einer normalen (Telefon-) Sprechleitung ungefähr erreicht .
1959 brachte die Firma Bell das erste Modem für amerikanische Unternehmen auf den Markt. Es wurde für Dell-Computer verwendet, lief auf dem SAGE-Betriebssystem und hieß Data-Phone. Über eine normale Telefonleitung konnte es mit 2000 Baud kommunizieren, über eine gemietete Telefonleitung erreichte dieses Modem 2400 Baud.
Mit ISDN etwas höhere Geschwindigkeiten wurden möglich, 64 kbit/s oder bei gleichzeitiger Nutzung der beiden Kanäle des ISDN-Anschlusses 128 kbit/s.
Mit ISDN war es erstmals auch möglich, immer online zu sein. Denn bei ISDN war keine Einwahl mehr nötig und bei einem üblichen ISDN-Abo bezahlt man nicht mehr die Gesprächsminuten, wie es bei einem DFÜ-Modem üblich war. Das übliche Einwählen war nicht mehr nötig. Der ISDN-Adapter selbst musste jedes Mal eine Verbindung aufbauen, aber das war in wenigen Sekunden erledigt.
Bei ISDN kann man jedoch nicht von einem Modem sprechen, denn bei ISDN sind die Informationen direkt Basisbandübertragung wird auf das Kabel gelegt; das Signal wird nicht moduliert. Aus diesem Grund hat ISDN keine Modem sprich über einen ISDN-Adapter.
Breitbandmodems
Mit der Ankunft von Kabel-Internet und ADSL kam ein großer Sprung: Datenübertragung mit Hunderten von Kilobytes (nicht Bits) pro Sekunde wurde möglich. Dies ermöglichte die Übertragung von Audio in guter Qualität in Echtzeit und Video in mäßiger Qualität. Obwohl es sich bei ADSL um ein digitales Verfahren handelt, werden die Signale wie bei einem normalen Modem moduliert über die Kupferleitung gesendet, und man kann wieder mit Recht von einem Modem sprechen.
Dabei ist zu beachten, dass sich die Telefonie-Infrastruktur aus einer Vielzahl unterschiedlicher Verbindungen zusammensetzt, die charakteristischerweise völlig unterschiedlich sind. Die Kupferverbindung vom Hausanschluss zu einem Umspannwerk wird bei sehr langen alten Verbindungen manchmal mit Spulen (Pupinspulen) versehen. Nach langer Distanz sorgten sie für eine Verstärkung von hohen Tönen, die sonst bei so großer Entfernung nicht hörbar waren. Dann gibt es Verbindungen zwischen einer Unterstation zu einer Haupttelefonzentrale. Es gibt Glasfaserkabel sowie Funk- und Satellitenanschlüsse.
Ein "normales" Modem wie oben beschrieben kann all diese unterschiedlichen Verbindungen nutzen. Es ist optimiert für die "normale" altmodische Sprachverbindung, die durch all diese Systeme läuft. Eine ADSL-Karte nutzt jedoch nur den allerersten Teil der altmodischen Infrastruktur: ein paar Kupferdrähte im Kabel, das vom Haus zum Umspannwerk führt, und dann nur, wenn das Kupferkabel nicht zu lang ist. Das Kabel muss auch noch in gutem Zustand sein und auf jeden Fall ohne Welpenspülung, weil es einige "Tongruppen" des Signals schneller passieren lässt als andere "Tongruppen" (Gruppenverzögerungsunterschiede siehe Gruppengeschwindigkeit). Als Ergebnis ändert sich die Form der Hüllkurve, das Modulieren.
Fortschrittliche "normale" Modems versuchen, diese Unterschiede auszugleichen und schalten automatisch auf höhere oder niedrigere Verzögerungen bestimmter Frequenzbänder um, abhängig von den Zeitunterschieden beim Eintreffen, um die Gesamtzeitverzögerung aller Frequenzanteile des gesamten Signals zu korrigieren. Dies ist jedoch bei den für ADSL geforderten sehr hohen Geschwindigkeiten überhaupt nicht mehr möglich. Je höher die Geschwindigkeit der Informationen, desto kürzer sind die zu verwendenden Kabel.
Bemerkungen
In diesem Zusammenhang ist es wichtig zu verstehen, dass Bitrate (b/s) und Baud sind zwei verschiedene Konzepte. Sie werden jedoch oft synonym verwendet. Baud ist die Anzahl der Signalwechsel pro Sekunde, während b/s ist die Anzahl der Bits pro Sekunde. Diese können gleich sein, sind aber in der Regel unterschiedlich (insbesondere bei höheren Geschwindigkeiten).
Siehe auch
Quellen, Anmerkungen und/oder Verweise
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