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Modem

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Dieser Artikel behandelt das technische Gerät; zur französischen Partei MoDem siehe Mouvement démocrate.
Vorderseite eines V.90-Modems

Das Modem (aus Modulator und Demodulator gebildetes Portmanteauwort, daher auch manchmal männl. der Modem) ist ein Gerät, um digitale Signale über weite Übertragungswege zwischen zwei digitalen Endgeräten auszutauschen. Vom sendenden Modem wird ein digitales Signal auf eine Trägerfrequenz im Hochfrequenzbereich aufmoduliert, vom empfangenden Modem wird daraus die ursprüngliche Information durch Demodulieren zurückgewonnen. Dabei arbeiten Modems des neueren Standards DSL mit höheren Trägerfrequenzen und größeren Bandbreiten auf der Telefonleitung als die Modelle nach dem älteren „Schmalband“-Standard. Der Begriff Modem war in den 1970er und 1980er Jahren präsenter als später, weil die Benutzung eines Modems damals synonym mit online gehen war, also damit, seinen Computer mit anderen zu vernetzen. Die Netze jener Zeit hießen Mailboxen.[1]

Prinzipbild zur Datenübertragung mittels Modem

Geschichte des Modems in Deutschland

Deutschlandlastige Artikel Dieser Artikel oder Absatz stellt die Situation in Deutschland dar. Hilf mit, die Situation in anderen Staaten zu schildern.

Bei der Deutschen Bundespost wurden Modulationsverfahren schon früh in der Rundfunktechnik und später auch in der Trägerfrequenztechnik eingesetzt (wireless modulation). Der Einsatz in der leitungsgebundenen Kommunikation (wireline modulation) begann in Deutschland 1966 mit der Vorstellung der ersten Modems durch die Deutsche Bundespost.

Postmodem D 200 S (oben) mit Modemadapter MODAP des Herstellers DEC

Diese Geräte hatten ein Blechgehäuse mit den Außenmaßen von etwa 60 cm × 30 cm × 20 cm und waren für die Wandmontage vorgesehen. Sie wurden Übergangsmodem D 1200 S genannt. Die Zahl 1200 stand für die maximale Übertragungsgeschwindigkeit in bit/s, der Buchstabe S für „Serielle Übertragung“ (zur Unterscheidung von Modems mit paralleler Übertragung). Als direkte Nachfolger gab es Modems als Tischgerät mit der Bezeichnung Einheits-Postmodem D 1200 S und Einheits-Postmodem D 200 S. Diese entsprachen den ITU-T-Empfehlungen V.23 (1200 bit/s, Halbduplex-Betrieb, Möglichkeiten eines Hilfskanals und einer synchronen Übertragung durch Einsatz einer Taktbaugruppe) bzw. V.21 (asynchrone Duplex-Übertragung mit 200 oder 300 bit/s). [2]

Bis Mitte der achtziger 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, schneller und auch noch benutzerfreundlicher waren als die Post-Modems, ließ sich das Modem-Monopol nicht mehr aufrechterhalten und wurde aufgehoben.

Die Deutsche Bundespost verlangte außerdem, dass die an ihre Modems angeschlossenen Geräte eine Zulassung des Fernmeldetechnischen Zentralamts besaßen. Da das speziell bei größeren Rechnersystemen nur schwer zu realisieren war, gingen einige Hersteller dazu über, sogenannte Modemadapter zu bauen. Diese Geräte waren bis auf einige Leuchtdioden zum Anzeigen der Modem-Steuersignale praktisch funktionslos, erhielten aber problemlos die Zulassung (siehe Bild rechts mit dem MODAP der Firma DEC unter dem DS 200 S).

Modulationstechniken

  • Telefon: ITU-T-Standards (bis 1992 CCITT)
  • Kabel: Halbduplex (ein Adernpaar), Duplex (zwei Adernpaare)

Modem-Varianten

Wählmodem

Akustikkoppler
Stapel verschiedener Wählleitungsmodems

Datei:Elsa-Microlink-33.6TQV.ogv

Ende der 1980er Jahre gab es die ersten Telefonmodems, eine Weiterentwicklung der Akustikkoppler, üblich waren hier Geschwindigkeiten von 1200 baud. Diese Datenübertragungs-Geschwindigkeit lag höher als bei den meisten Akustikkopplern, die in der Regel nur eine Geschwindigkeit von 300baud hatten. Die Deutsche Bundespost erlaubte jedoch an den deutschen Telefonnetzen nur die Nutzung ihrer eigenen Modems, die entweder monatlich gemietet oder gekauft werden konnten. Da diese Preise deutlich die Preise anderer Modem-Hersteller übertraf, wurden vielfach die Modems der anderen Hersteller illegal am deutschen Telefonnetz betrieben. Genutzt wurden diese illegalen Modems zum großen Teil von Hackern und Crackern, die über die Telefonleitung illegale Mailbox-Systeme betrieben, Informationen über Datex-P austauschten oder Raubkopien verbreiteten und tauschten.

Mitte der 1990er Jahre wurde das Internet für die breite Masse populärer; die Post lockerte ihre Gesetze, sodass nun auch Nicht-Post-Modems ans deutsche Telefonnetz angeschlossen werden dürften.

Ende der 1990er Jahre lag die maximale Datenübertragungs-Geschwindigkeit von Modems bei der V.92 CCITT-Norm (Empf. max. 56000, Senden 48000). Zu dieser Zeit waren externe Modems die Ausnahme; interne Modem-Steckkarten für den PC waren am häufigsten verbreitet, häufig mit integriertem Faxmodem.

Telefonmodem

Telefonmodems für POTS-Anschlüsse 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 Modems wurden von der ITU-T im Jahr 1964 international normiert; es handelte sich um Geräte mit einer Übertragungsgeschwindigkeit von 300bit/s (V.21, duplex) und 1200 bit/s (V.23, halbduplex).

Die ersten Telefonmodems für den Computer-Massenmarkt wurden noch nicht elektrisch ans Telefonnetz angekoppelt, sondern stellten die Verbindung mittels geeigneter Schallwandler – der sogenannten Akustikkoppler – über den Hörer eines vorhandenen Telefons her. Dieser wurde mechanisch am Modem befestigt. Nebengeräusche führten schnell zu Übertragungsfehlern, 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 den Standards für die serielle Datenübertragung auf Leitungen (V.24 bzw. RS-232) kodiert waren, ergab sich in der Praxis eine geringere effektive Datenrate. Diese frühen Modem-Typen mussten für die Zulassung einer Typmusterprüfung der Deutschen Bundespost unterzogen werden, was zu hohen Verkaufspreisen führte.

Die Ungleichung „Datenrate ist kleiner als Baudrate“ wurde erst durch die Realisierung von intelligenteren Modems mit eingebauter Datenkompression aufgehoben. In dieser Zeit wurde durch die Telekommunikationsfirma Hayes auch der heutige De-facto-Standard für Modems, der sogenannte AT-Befehlssatz, 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.

Aufgrund der immer größeren Leistungsfähigkeit der Modemprozessoren gibt es heute weitere Leistungsmerkmale, die aber 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. Darüber hinaus existieren Modems mit integrierten Fax- und E-Mail-Protokollen (POP3/SMTP) sowie SMS-Funktionalität zum autonomen Versand und 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 Wandlertakt der Vermittlung. Die sendende Gegenstelle, z. B. ein Einwahlknoten, muss dafür 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 Modemwählverbindungen 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. Dennoch liest man häufig die falsche Bezeichnung ISDN-Modem für ein ISDN-Anschlussgerät oder eine ISDN-Karte.

Während in der Frühphase vor allem Fernschreiberaufgaben 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 Vermittlungsschicht. Heute dominiert in der Vermittlungsschicht vor allem IP für den Datenaustausch per Telefonmodem.

Faxmodem

Internes Faxmodem (FerrariFax)

Faxmodems beherrschen neben der gewöhnlichen Funktion zur Datenübertragung auch ein Protokoll zur Übertragung von Faxen. Die meisten Faxmodems können Faxe mit 14400 bit/s übertragen. Die Übertragung erfolgt dabei über gewöhnliche Telefonleitungen.

Mit Hilfe eines Faxmodems kann man einen Computer also als Faxgerät verwenden – oft nur zum Senden, aber auch Empfangen ist möglich.

Softmodem/Winmodem

Softmodems sind spezielle Modems, bei denen einige Teile der Hardware-Funktionalität aus Kostengründen in den Gerätetreiber ausgelagert wurden. Oft übernimmt die Soundkarte bzw. die entsprechende Baugruppe der Hauptplatine die eigentlichen Modem-Funktionen; physisch sind nur noch die Kontakte zum Telefonnetz vorhanden. Winmodems sind Softmodems, die insbesondere für Microsoft Windows hergestellt wurden. Sie funktionieren meistens nur mit den zur Zeit ihrer Herstellung aktuellen Windows-Versionen. Auf alternativen Betriebssystemen wie z. B. Linux können sie nicht oder nur mit Schwierigkeiten verwendet werden, da hier meist keine Treiber existieren.

Standleitungsmodem

Standleitungsmodem

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

Während die Bandbreite im analogen Telefonnetz aus technisch-wirtschaftlichen Überlegungen heraus begrenzt ist, erlauben die normalen – teilweise aber zusätzlich geschirmten – Zweidraht-Telefonleitungen in diesem Fall durchaus höhere Bandbreiten.

DSL-Modem

DSL-Modems ermöglichen wesentlich höhere Übertragungsraten. Um das herkömmliche Telefonsignal und das zusätzliche Hochgeschwindigkeitssignal auf derselben Leitung gleichzeitig übertragen zu können, wird das Hochgeschwindigkeitssignal in einen höher gelegenen Frequenzbereich hochmoduliert, ehe beide Signale dann auf dieselbe Leitung gelegt werden. Auf der Empfängerseite werden die Signale durch einen sogenannten Splitter (eine Frequenzweiche) wieder getrennt und das Hochgeschwindigkeitssignal der Demodulierung im dortigen Modem zugeführt.

Gebräuchliche Datenraten bei ADSL reichen bis 25 Mbit/s im Download. Der Upload ist bei ADSL auf einen niedrigeren Wert begrenzt. Die Datenrate unterliegt bei großem Abstand zur Vermittlungsstelle aus technischen Gründen Begrenzungen. In der Vermittlungsstelle wird meistens an ein rein digitales Netzwerk-Backbone angekoppelt.


Kabelmodem

Kabelmodem

Kabelmodems für die Datenübertragung über TV-Kabelnetze sind als eine Art Standleitungsmodem zu sehen. Früher wurde teilweise zusätzlich ein Telefonmodem verwendet, um einen Rückkanal zu ermöglichen. Diese Technik ist heute nicht mehr erforderlich, da Anbieter wie Kabel Deutschland, Kabel BW oder Unitymedia ihr Kabelnetz mittlerweile mit Rückkanal ausbauen. Über TV-Kabelmodems werden heute die gleichen Datenraten wie bei der Datenübertragung mittels DSL-Modems angeboten, Datenraten wie 150 Mbit/s gehen sogar darüber hinaus. Die Kabelnetzbetreiber implementieren meist auch Telefonie über die Kabelmodems.


Stromleitungsmodem

Auch die Modulation von Datensignalen auf Stromleitungen ist möglich. Ein spezieller, aber einfacher Anwendungsfall ist die so genannte 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/s) unter dem Sammelbegriff PLC (PowerLine Communication) unternommen, die aber über die Erprobungsphase nie hinauskamen und im Endeffekt nicht an das Preis-Leistungs-Verhältnis sowie die Übertragungssicherheit der DSL-Technik heranreichen konnten. Auch die durch diese Technik erzeugten HF-Störungen sind nicht unproblematisch. Die Technik nutzt dabei typischerweise zahlreiche einzelne Trägerfrequenzen im Bereich zwischen 500 kHz und 10 MHz zur Modulation und Demodulation der Nutzdaten.

Funkmodem

Funkmodem

Oft sind Funkmodems in anderen Geräten – etwa in Mobiltelefonen – integriert, und der jeweilige Kanal wird mehrfach genutzt (z. B. bei Tonrufsystemen für Sprache und Daten).

Im Funkbereich existieren zahlreiche Anwendungen, mit denen Fernwirk- oder Fernsteuerungsaufgaben per Modulation gelöst werden. Ein Beispiel sind Funkfernsteuerungen im Modellbau.

Das GSM-, das UMTS- und das LTE-Netz benutzen für die Datenübertragung per Funk Modulationsverfahren mit digitaler Modulation, während das Vorgängersystem C-Netz noch analoge Modulation verwendete. Digital ist hierbei das Nutzsignal, das vom Modulator in ein Funksignal umgesetzt wird. Hierdurch wird die Übertragung deutlich unempfindlicher gegen Störungen, da das digitale Nutzsignal im Gegensatz zum kontinuierlichen analogen Signal nur bekannte, diskrete Werte annehmen kann, auf die der Empfänger auch bei (nicht zu starken) Störungen in der Übertragung noch schließen kann.[3]

Die in zunehmendem Maß verbreiteten UMTS-Modems sind ebenfalls Funkmodems.

Satmodem

ipstar-Satellitenmodem

Satmodems oder Satelliten-Modems dienen der Datenübertragung über einen Kommunikationssatelliten. Hierfür wandeln Satelliten-Modems einen Eingangs-Bitstrom in ein Funksignal um und umgekehrt. Es gibt eine breite Palette von Satelliten-Modems, von preiswerten Geräten für den Internetzugang zu Hause bis hin zu kostspieligen multifunktionalen Geräten für den Einsatz in Unternehmen. Dabei werden Geräte, die nur einen Demodulator für das Herunterladen von Daten via Satellit besitzen, auch als Satelliten-Modems bezeichnet. In diesem Fall werden die hochgeladenen Daten durch ein herkömmliches Telefonmodem, DSL-Modem oder ISDN übertragen.


Modem-Bauformen

Ein USB-Modem von Huawei
Verschiedene Bauformen des gleichen Modems

Das typische PC-Modem ist ein externes Gerät in flacher Bauform mit serieller Schnittstelle. Es wird meist per RS-232 oder zunehmend durch USB mit einem Rechner verbunden. Die Stromversorgung erfolgt normalerweise durch ein Steckernetzteil. Zur Statusanzeige befindet sich an der Vorderseite oft eine Zeile mit Leuchtdioden, die den Zustand der Schnittstellenleitungen anzeigen.

Im professionellen Bereich gibt es daneben auch eine Bauform, die den Einbau in 19-Zoll-Gehäuse 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 Steckplatz (i. a. PCI bei stationären PCs, Mini-PCI oder PCMCIA bei Notebooks) oder einen proprietären Sockel. Hier ist meistens noch eine zusätzliche Kapselung oder Schirmung vorhanden, um eine gegenseitige Störung von PC und Telefonleitung zu vermeiden. Die Statusanzeige eines solchen Modems wird meistens durch Computersoftware am Bildschirm des Rechners realisiert.

Hersteller von Modem-Hardware

Siehe auch

 Commons: Modem – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
Wiktionary: Modem – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Weblinks

Quellen

  1. ↑ Die Nachfrage nach dem Wort Modem nimmt auch heute noch weiter ab. Die Suchmaschine Google verzeichnete 2014 nur noch ein Fünftel von Suchanfragen nach „Modem“ als zehn Jahre zuvor. Siehe Google Trends, abgerufen am 26. Mai 2014
  2. ↑ Diapositive für den Unterricht, Stand 1. April 1974, Fernmeldetechnisches Zentralamt, Referat B 34, Diapositiv-Archiv. Reihe 64.01, Datenübertragung, DK 621.391, 11.1966 Beschreibung auf den Dias: DBP, FTZ/FSA Dmst, Urh: FTZ VIIIB/1966
  3. ↑ A. Wittneben: Fachpraktikum Digitale Modulation. (PDF; 2,2 MB) ETH Zürich, 18. Februar 2011, abgerufen am 14. November 2011.
  4. ↑ Modems der Fa. Keymile (PDF; 597 kB)
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