Modem

Ein Modem (aus Modulator und Demodulator gebildete Abkürzung) 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.

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.

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)

Die ersten Modems in Deutschland wurden spätestens ab 1966 von der Deutschen Bundespost eingesetzt. Diese Geräte hatten ein Blechgehäuse mit den Außenmaßen von etwa 60 x 30 x 20 cm und waren für Wandmontage vorgesehen. Sie wurden Übergangsmodem D 1200 S genannt. Die Bezeichnung 1200 stand für die maximale Übertragungsgeschwindigkeit in Bit/s; das 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. der V.21 (asynchrone Duplex-Übertragung mit 200 oder 300 Bit/s).

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.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 gibt 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.

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 also als Faxgerät verwenden – oft nur zum Senden, aber auch das Empfangen ist möglich.

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 oder nur mit Schwierigkeiten verwendet werden, da keine Treiber hierfür existieren.

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