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MODEMs

Ein Modem (von MOdulator/DEModulator) dient der Übertragung digitaler Information über ein analoges Telefonnetz. Man kann einzelne der aufgezählten Verfahren zur Modulation benutzen oder Kombinationen dieser Verfahren einsetzen. In einfachen Modems mit Übertragungsleistungen bis zu 1200 Bit/sec oder 2400 Bit/sec werden für die 0-Werte oder 1-Werte einfach unterschiedliche Frequenzen übertragen. Hört man solche Leitungen ab, so kann man diese beiden charakteristischen Frequenzen häufig deutlich unterschieden.

Höherwertige Modems arbeiten nach anderen Verfahren. Zum einen verwenden sie unterschiedliche Trägerfrequenzen; diesen werden jeweils unterschiedliche Amplitudensignale aufmoduliert (zwischen 4 und 8 Werten); zum anderen moduliert man diese mittels Phasenmodulation (zwei oder vier Werte), so daß man je Trägerwelle bis zu 32 verschiedene Werte erhält. Mit diesen Verfahren lassen sich Modems bauen, die bis zu 19.200 Bit/s übertragen können.

Höherwertige Modems testen die Leitung, sowohl bei Verbindungsaufbau als auch während der Verbindung. Sollten sich einzelne Trägerfrequenzen als zu fehleranfällig herausstellen, so schalten die Modems automatisch auf niedrigere Übertragungsraten um. Manche können danach wieder auf höhere Übertragungsraten gehen, wenn sich die Qualität der Leitung während des Betriebs verbessert (was durchaus geschehen kann).

Nach dem Shannonschen Kanalkapazitätssatz lässt sich über eine Leitung die folgende maximale Informationsrate in Bit je Sekunde übertragen:

MaxBitrate.gif (1700 Byte)

Hierbei ist S die Energie des Signals und N die Energie einer Störquelle, wobei von einer mittleren Energie auszugehen ist. Die Energie einer elektrischen Welle ist proportional dem Quadrat ihrer Amplitude. Verhalten sich also Amplitude von Signal und Störquelle im Mittel wie 30:1, so liegt das Verhältnis S/N bei 1.000. Also ist der Logarithmus dieser Zahl zur Basis 2 etwa 10.

Hieraus folgt, dass eine Telefonleitung mit einer maximalen Bandbreite von 3 kHz maximal 30 kBit/sec übertragen kann. Genauere Untersuchungen schränken diesen Wert auf ca. 23 kBit/sec ein. Damit liegen wir mit den oben genannten 19,2 kBit/sec in der Nähe der maximal möglichen Übertragungsrate. Höhere Übertragungsraten können somit durch elektrotechnische Vorrichtungen auf einer klassischen analogen Telefonleitung nicht erreicht werden; man kann jedoch durch eine geeignete Kodierung u.U. höhere Übertragungsraten erreichen, z.B. indem Sender und Empfänger für bestimmte häufig wiederkehrende Zeichenwerte einen abkürzenden Code vereinbaren.

Hierzu gibt es verschiedene Normen. Die CCITT hat den Standard V.42bis herausgebracht; gegenwärtig befindet sich ein Standard V.fast in Arbeit, der noch bessere Ergebnisse erzielen soll. Insbesondere die Firma Microcom hat die sogenannten MNP-Protokolle entworfen (Microcom Networking Protocol), die mittlerweile als Industriestandard gelten. Sie sind in verschiedene Leistungsklassen eingeteilt, wobei eine höhere Klasse die Leistungen der niederen Klasse mit einschließt.

Die verschiedenen Leistungsklassen unterscheiden sich in der Art der Kommunikation (z.B. Halb- oder Vollduplex, synchron, asynchron, byte- oder paketorientiert usw.), sowie in der Art der Fehlererkennung und -behandlung. Ein weiterer Aspekt ist die Datenkompression: Durch geeignete Kodierung der Information kann die übertragbare Datenmenge gesteigert werden. Dieses ist jedoch nur möglich, wenn die Daten ausreichend viel Redundanz besitzen, d.h. z.B. bereits komprimierte Daten lassen sich meist nicht mehr weiter verringern, so dass in solchen Fällen wegen des unvermeidbaren Protokolloverheads besser ganz auf die Datenkompression verzichtet wird.

Dem Modembetrieb über die analoge Telefonleitung wächst vor allem mit der ISDN-Technik ein starker Konkurrent. Während die Modempreise viele Jahre lang relativ hoch gewesen waren, sinken sie jetzt stark, wobei gleichzeitig die Leistung steigt. Da ISDN-Anschlüsse noch immer deutlich teurer als normale Telefonanschlüsse sind, mag für eine absehbare Zeit das Modem noch konkurrenzfähig sein. Es bleibt abzuwarten, ob sich das demnächst ändert.