Modem - Wikipedia

Dieser Artikel behandelt Netzwerkhardware. Für die politische Partei siehe MoDem.

Ein Modem (portmanteau von Modulator-Demodulator) ist ein Hardwaregerät, das Daten zwischen Übertragungsmedien konvertiert, so dass sie von Computer zu Computer (historisch über Telefon) übertragen werden können Leitungen). Ziel ist es, ein Signal zu erzeugen, das einfach übertragen und decodiert werden kann, um die ursprünglichen digitalen Daten wiederzugeben. Modems können mit beliebigen Mitteln zur Übertragung von analogen Signalen von Leuchtdioden an Funk verwendet werden. Ein üblicher Typ eines Modems ist derjenige, der die digitalen Daten eines Computers in ein moduliertes elektrisches Signal zur Übertragung über Telefonleitungen umwandelt und von einem anderen Modem auf der Empfängerseite demoduliert wird, um die digitalen Daten wiederherzustellen.

Modems werden im Allgemeinen nach der maximalen Datenmenge klassifiziert, die sie in einer bestimmten Zeiteinheit senden können, normalerweise in Bits pro Sekunde (Symbol Bit (s) manchmal abgekürzt "bps") oder Bytes pro Sekunde (Symbol B (s) '). Modems können auch nach ihrer in Baud gemessenen Symbolrate klassifiziert werden. Die Baud-Einheit bezeichnet Symbole pro Sekunde oder wie oft das Modem ein neues Signal sendet. Beispielsweise verwendete der ITU-Standard V.21 eine Audio-Frequenzumtastung mit zwei möglichen Frequenzen, die zwei verschiedenen Symbolen (oder einem Bit pro Symbol) entsprechen, um 300 Bits pro Sekunde bei 300 Baud zu übertragen. Im Gegensatz dazu übertrug der ursprüngliche ITU-Standard V.22, der vier verschiedene Symbole (zwei Bits pro Symbol) senden und empfangen konnte, 1200 Bits durch Senden von 600 Symbolen pro Sekunde (600 Baud) unter Verwendung der Phasenumtastung

DFÜ-Modem [ edit ]

Geschichte [ edit ]

Nachrichtendienste in den 1920er Jahren verwendeten Multiplex-Geräte, die den Anforderungen genügten Definition eines Modems. ^[1] Da die Modemfunktion jedoch von der Multiplexfunktion abhängt, sind sie normalerweise nicht in der Historie von Modems enthalten.
Modems entwickelten sich aus der Notwendigkeit heraus, Fernschreiber über gewöhnliche Telefonleitungen zu verbinden, anstatt der teureren Standleitungen, die zuvor für Stromschleifen-basierte Fernschreiber und automatisierte Telegraphen verwendet wurden.

Im Jahr 1941 entwickelten die Allies ein Sprachverschlüsselungssystem namens SIGSALY, das mit einem Vocoder Sprache digitalisierte, die Sprache dann mit einem einmaligen Pad verschlüsselte und die digitalen Daten unter Verwendung der Frequenzumtastung als Töne codierte.

Massenproduzierte Modems in den Vereinigten Staaten begannen 1958 als Teil des SAGE-Luftverteidigungssystems (das Jahr, in dem das Wort Modem zum ersten Mal verwendet wurde ^[2]), Terminals an verschiedenen Luftstützpunkten miteinander verbunden, Radar Standorte und Kommando- und Kontrollzentren für die SAGE-Direktoren in den Vereinigten Staaten und Kanada. SAGE-Modems wurden von Bell Labs von AT & T als konform zu ihrem kürzlich veröffentlichten Bell 101-Datensatzstandard beschrieben. Während sie über dedizierte Telefonleitungen betrieben wurden, unterschieden sich die Geräte an jedem Ende nicht von kommerziellen, akustisch gekoppelten Bell 101, 110-Baud-Modems.

Die 201A und 201B Data-Phones waren synchrone Modems, die eine Phasenumtastung mit zwei Bit pro Baud (PSK) verwenden. Der 201A arbeitete halbduplex mit 2.000 Bit / s über normale Telefonleitungen, während der 201B Vollduplex-2.400-Bit / s-Dienst auf Vierdraht-Standleitungen bereitstellte, wobei die Sende- und Empfangskanäle jeweils auf einem eigenen Satz von zwei Drähten liefen.

Der berühmte Bell 103A-Datensatz wurde ebenfalls von AT & T im Jahr 1962 eingeführt. ^[3][4] Er bot einen Vollduplex-Dienst mit 300 Bit / s über normale Telefonleitungen. Die Frequenzumtastung wurde verwendet, wobei der Anrufurheber bei 1.070 oder 1.270 Hz und das antwortende Modem bei 2.025 oder 2.225 Hz sendeten. Das leicht verfügbare 103A2 hat die Verwendung von Remote-Terminals mit niedriger Geschwindigkeit wie dem Teletype-Modell 33 ASR und KSR sowie dem IBM 2741 erheblich beschleunigt. AT & T senkte die Modemkosten durch die Einführung des ursprünglichen 113D und des 113B / Answer-Only. C-Modems.

Akustische Koppler [ edit ]

Das Novation CAT Akustisch gekoppeltes Modem

Das Bell-System (AT & T) behielt jahrelang ein Monopol auf Nutzung seiner Telefonleitungen und welche Geräte daran angeschlossen werden können. Da die FCC jedoch die wegweisende Carterfone-Entscheidung von 1968 war, kam die FCC zu dem Schluss, dass elektronische Geräte an das Telefonsystem angeschlossen werden können, solange sie einen akustischen Koppler verwenden. Da die meisten Mobiltelefone von Western Electric geliefert wurden und somit ein Standarddesign hatten, waren akustische Koppler relativ einfach zu bauen.
Akustisch gekoppelte Bell 103A-kompatible 300-Bit / s-Modems waren in den 70er Jahren üblich. Zu den bekannten Modellen gehörten die Novation CAT und die Anderson-Jacobson, die letztere aus einem Inhouse-Projekt am Stanford Research Institute (heute SRI International) hervorging. Eine noch günstigere Option war das Pennywhistle-Modem, das aus Teilen von Elektronikschrott und Überbeständen gebaut wurde.

Im Dezember 1972 führte Vadic den VA3400 ein, der für den Vollduplexbetrieb mit 1.200 Bit / s über das Telefonnetz bekannt ist. Wie beim 103A wurden für das Senden und Empfangen unterschiedliche Frequenzbänder verwendet. Im November 1976 führte AT & T das 212A-Modem ein, um mit Vadic zu konkurrieren. Das Design war ähnlich, es wurde jedoch der niedrigere Frequenzsatz für die Übertragung verwendet. Man könnte den 212A auch mit einem 103A-Modem mit 300 Bit / s verwenden. Laut Vadic wurde die 212 aufgrund der geänderten Frequenzzuweisungen absichtlich mit der akustischen Kopplung inkompatibel, wodurch viele potenzielle Modemhersteller ausgeschlossen wurden. Im Jahr 1977 antwortete Vadic mit dem VA3467-Dreifachmodem, einem an die Betreiber von Rechenzentren verkauften, nur mit Antwort ausgestatteten Modem, das den 1.200-Bit / s-Modus von Vadic, den 212A-Modus von AT & T und den 103A-Betrieb unterstützte.

Carterfone und direkte Verbindung [ edit ]

Die Entscheidung von Hush-a-Phone bezog sich nur auf mechanische Verbindungen, aber Carterfone Entscheidung von 1968 führte zur FCC ^{[wer? ]} die eine Regel einführte, die strenge AT & T ^{[die [19456525] - - [19456525] - Tests für entwickelte Elektronisches Koppeln eines Geräts an die Telefonleitungen. Dies öffnete die Tür, um Modems direkt anzuschließen, die direkt an die Telefonleitung angeschlossen sind, anstatt über ein Mobilteil. Die Kosten für das Bestehen der Tests waren jedoch beträchtlich, und akustisch gekoppelte Modems waren bis in die frühen achtziger Jahre üblich.}

Die stark fallenden Preise für Elektronik in den späten 70er Jahren führten zu einer zunehmenden Anzahl von Direct-Connect-Modellen um 1980. Obwohl diese Modems direkt verbunden waren, wurden sie im Allgemeinen wie ihre früheren akustischen Versionen betrieben - Wähl- und andere Telefonsteuerungen Die Vorgänge wurden von Hand mit einem angeschlossenen Mobilteil abgeschlossen. Eine kleine Anzahl von Modems fügte die Fähigkeit hinzu, eingehende Anrufe automatisch zu beantworten oder einen ausgehenden Anruf automatisch an eine einzelne Nummer zu richten, aber selbst diese begrenzten Funktionen waren relativ selten oder auf spezielle Modelle in einer Aufstellung beschränkt. Wenn flexiblere Lösungen benötigt wurden, wurden "Dialer" von Drittanbietern zur Automatisierung von Anrufen verwendet, wobei normalerweise ein separater serieller Anschluss für die Kommunikation mit dem Dialer verwendet wurde, der dann das Modem über eine private elektrische Verbindung steuern würde.

Die Einführung von Mikrocomputersystemen mit internen Erweiterungssteckplätzen machte die ersten durch Software steuerbaren Modems üblich. Steckplatzverbindungen ermöglichten dem Computer vollständigen Zugriff auf den Speicher des Modems oder auf die Ein- / Ausgabe- (E / A-) Kanäle, so dass die Software nicht nur Daten, sondern Befehle an das Modem senden konnte. Dies führte zu einer Reihe populärer Modems für den S-100-Bus und Apple II-Computer, die direkt das Telefon anrufen, eingehende Anrufe entgegennehmen und das Telefon auflegen konnten - die Grundanforderungen eines Bulletin Board-Systems (BBS). Das wegweisende CBBS wurde auf einer S-100-Maschine mit einem internen Hayes-Modem erstellt. Eine Reihe ähnlicher Systeme folgte.

Das Smartmodem und der Aufstieg der BBSs [ edit ]

Das ursprüngliche 300-baud-Modell von Hayes Smartmodem

In späteren Jahren waren USRobotics Courier-Modems häufig bei vielen BBSes üblich hatte eine bessere Kompatibilität mit anderen Modemmarken

Der nächste große Fortschritt bei Modems war das 1981 eingeführte Hayes Smartmodem. Das Smartmodem war ein ansonsten standardmäßiges 103A-300-Bit / s-Direktverbindungsmodem, das jedoch an einen kleinen Mikrocontroller angeschlossen war das beobachtete den Datenstrom auf bestimmte Zeichenfolgen, die Befehle repräsentieren. Dadurch konnten sowohl Daten als auch Befehle über einen einzigen seriellen Port gesendet werden. Der heutige Hayes-Befehlssatz enthielt Anweisungen, unter anderem zum Abheben und Auflegen des Telefons, zum Wählen von Nummern und zum Beantworten von Anrufen. Dies war ähnlich den Befehlen, die von den internen Modems angeboten werden, aber im Gegensatz zu ihnen konnte das Smartmodem an jeden Computer mit einem RS-232-Anschluss angeschlossen werden, der praktisch in jeden Mikrocomputer eingebaut war.

Die Einführung des Smartmodems machte die Kommunikation wesentlich einfacher und einfacher zugänglich. Dies stellte einen wachsenden Markt für andere Anbieter dar, die die Hayes-Patente lizenzierten und hinsichtlich des Preises oder durch Hinzufügen von Merkmalen konkurrierten. In den 1980er Jahren verbesserte eine Reihe neuer Hochgeschwindigkeitsmodems (zuerst 1.200 und dann 2.400 Bit / s) die Reaktionsfähigkeit der Online-Systeme erheblich und machte den Dateitransfer praktisch. Dies führte zu einem schnellen Wachstum der Onlinedienste mit ihren großen Dateibibliotheken, was wiederum mehr Anlass gab, ein Modem zu besitzen. Die schnelle Aktualisierung von Modems führte zu einer ähnlichen rapiden Zunahme der Verwendung von BBS, was durch die Tatsache unterstützt wurde, dass BBS das Modem einfach durch Senden von Zeichenfolgen steuern konnten, anstatt mit einem Gerätetreiber zu sprechen, der für jedes Direktverbindungsmodem unterschiedlich war.

1200 und 2400 Bit / s [ edit ]

Die 300-Bit / s-Modems verwendeten Audio-Frequenzumtastung zum Senden von Daten. In diesem System wird der Strom von Einsen und Nullen in Computerdaten in Töne übersetzt, die einfach über die Telefonleitungen gesendet werden können. Im Bell 103-System sendet das Ursprungsmodem 0s, indem es einen 1.070 Hz-Ton und 1s bei 1.270 Hz abspielt, wobei das antwortende -Modem seine 0s bei 2.025 Hz und 1s bei 2.225 Hz überträgt. Diese Frequenzen wurden sorgfältig ausgewählt. Sie befinden sich in dem Bereich, in dem das Telefonsystem minimal verzerrt wird, und sind keine Harmonischen voneinander.

In Systemen mit 1.200 Bit / s und schneller wurde die Phasenumtastung verwendet. In diesem System werden die beiden Töne für eine beliebige Seite der Verbindung mit ähnlichen Frequenzen wie in den 300-Bit / s-Systemen gesendet, jedoch etwas außer Phase. Sprachbandmodems blieben bis Mitte der achtziger Jahre im Allgemeinen bei 300 und 1.200 Bit / s (V.21 und V.22). In den USA wurde ein V.22bis 2.400-Bit / s-System eingeführt, das konzeptionell dem Bell-Signal von 1.200 Bit / s ähnelt, und in Europa ein etwas anderes. Aufgrund des begrenzten verfügbaren Frequenzbereichs betrug die Symbolrate von 1.200 Bit / s-Modems immer noch nur 600 Baud (Symbole pro Sekunde). Die Bitratenerhöhungen wurden durch Definition von vier oder acht unterschiedlichen Symbolen erreicht, die die Kodierung von zwei oder drei Bits pro Symbol anstelle von nur 1 ermöglichten. Die Verwendung kleinerer Verschiebungen hatte den Nachteil, dass jedes Symbol anfälliger für Störungen ist, jedoch Verbesserungen erzielt wurden Die Qualität der Telefonleitung half dabei, dies auszugleichen. In den späten achtziger Jahren konnten die meisten Modems alle diese Standards unterstützen, und der Betrieb mit 2.400 Bit / s wurde allgemein üblich.

Proprietäre Standards [ edit ]

Viele andere Standards wurden auch für spezielle Zwecke eingeführt, häufig unter Verwendung eines Hochgeschwindigkeitskanals zum Empfangen und eines Niedriggeschwindigkeitskanals zum Senden. Ein typisches Beispiel wurde im französischen Minitel-System verwendet, bei dem die Terminals des Benutzers die meiste Zeit damit verbrachten, Informationen zu erhalten. Das Modem im Minitel-Terminal arbeitete somit mit 1.200 Bit / s für den Empfang und 75 Bit / s für das Senden von Befehlen an die Server.

Drei US-Unternehmen wurden für Hochgeschwindigkeitsversionen desselben Konzepts berühmt. Telebit führte sein Trailblazer Modem ein, das eine große Anzahl von 36-Bit / s-Kanälen zum Senden von Daten mit einer Geschwindigkeit von bis zu 18.432 Bit / s verwendete. Ein einzelner zusätzlicher Kanal in umgekehrter Richtung ermöglichte es den beiden Modems, mitzuteilen, wie viele Daten an jedem Ende der Verbindung warteten, und die Modems konnten die Richtung ändern. Die Trailblazer-Modems unterstützten auch eine Funktion, die es ihnen ermöglichte, das UUCP-Protokoll g zu fälschen, das üblicherweise auf Unix-Systemen zum Senden von E-Mails verwendet wird, und beschleunigt damit die UUCP-Geschwindigkeit enorm. Vorreiter waren daher auf Unix-Systemen äußerst verbreitet und behielten ihre Dominanz in diesem Markt bis in die 1990er Jahre bei.

USRobotics (USR) führte ein ähnliches System ein, das als HST bekannt ist, obwohl dieses nur 9.600 Bit / s lieferte (zumindest in frühen Versionen) und für einen größeren Rückkanal sorgte. Anstatt Spoofing anzubieten, schuf USR stattdessen einen großen Markt unter den FidoNet-Benutzern, indem es seine Modems für BBS-Sysops zu einem viel niedrigeren Preis anbot, was zu Verkäufen an Endbenutzer führte, die eine schnellere Dateiübertragung wünschen. Hayes war gezwungen zu konkurrieren und führte seinen eigenen Standard mit 9.600 Bit / s ein, Express 96 (auch bekannt als Ping-Pong ), der im Allgemeinen dem PEP von Telebit ähnelte. Hayes bot jedoch weder Protokollspoofing noch Sysop-Rabatte an, und seine Hochgeschwindigkeitsmodems blieben selten.

Ein gemeinsames Merkmal dieser Hochgeschwindigkeitsmodems war das Konzept des Fallbacks (19459011) oder der Jagd nach Geschwindigkeit wodurch sie mit weniger fähigen Modems kommunizieren konnten. Während der Anrufeinleitung übertrug das Modem eine Reihe von Signalen und wartete darauf, dass das entfernte Modem antwortete. Sie würden bei hohen Geschwindigkeiten beginnen und allmählich langsamer werden, bis eine Reaktion eintritt. Somit wären zwei USR-Modems in der Lage, eine Verbindung mit 9.600 Bit / s herzustellen, aber wenn ein Benutzer mit einem 2.400 Bit / s-Modem angerufen wird, würde der USR auf die übliche 2.400 Bit / s-Geschwindigkeit zurückfallen. Dies würde auch passieren, wenn ein V.32-Modem und ein HST-Modem angeschlossen sind. Da sie mit 9.600 Bit / s einen anderen Standard verwendeten, fielen sie mit 2.400 Bit / s auf ihren höchsten allgemein unterstützten Standard zurück. Gleiches gilt für V.32bis und 14.400 Bit / s HST-Modem, die bei 2.400 Bit / s noch miteinander kommunizieren können.

Echounterdrückung, 9600 und 14.400 [ edit ]

Die Echounterdrückung war der nächste große Fortschritt in der Modemkonstruktion.

Lokale Telefonleitungen verwenden dieselben Leitungen, um Daten zu senden und zu empfangen, was dazu führt, dass ein kleiner Betrag des abgehenden Signals zurückgeworfen wird. Dies ist nützlich für Leute, die am Telefon sprechen, da sie dem Lautsprecher signalisieren, dass seine Stimme das System durchläuft. Dieses reflektierte Signal verursacht jedoch Probleme für das Modem, das nicht zwischen einem Signal vom entfernten Modem und dem Echo seines eigenen Signals unterscheiden kann. Aus diesem Grund teilen frühere Modems die Signalfrequenzen in "Antwort" und "Ursprung" auf. Das Modem könnte dann alle Signale im Frequenzbereich ignorieren, den es zur Übertragung verwendet hat. Selbst bei Verbesserungen des Telefonsystems, die höhere Geschwindigkeiten ermöglichen, wurde die Aufteilung der verfügbaren Telefonsignalbandbreite für Modems immer noch auf eine halbe Geschwindigkeit begrenzt.

Echokompensation beseitigte dieses Problem. Während des Verbindungsaufbaus und der Verhandlungsphase senden beide Modems eine Reihe eindeutiger Töne und warten darauf, dass sie durch das Telefonsystem zurückkehren. Sie messen die Gesamtverzögerungszeit und richten dann eine lokale Verzögerungsschleife auf dieselbe Zeit ein. Sobald die Verbindung hergestellt ist, senden sie ihre Signale wie üblich in die Telefonleitungen, aber auch in die Verzögerung, die invertiert ist. Das durch das Echo zurückkehrende Signal trifft auf die invertierte Version, die von der Verzögerungsleitung kommt, und hebt das Echo auf. Dadurch konnten beide Modems das gesamte verfügbare Spektrum nutzen und die Geschwindigkeit verdoppeln.

Zusätzliche Verbesserungen wurden über das Codiersystem Quadraturamplitudenmodulation (QAM) eingeführt. Frühere Systeme, die Phasenumtastung (PSK) verwenden, codierten zwei Bits (oder manchmal drei) pro Symbol, indem sie die Phase des Signals relativ zu einem eingestellten Trägerton etwas verzögerten oder vorrückten. QAM verwendete eine Kombination aus Phasenverschiebung und Amplitude, um vier Bits pro Symbol zu codieren. Beim Senden mit 1.200 Baud wurde der V.27ter-Standard mit 4.800 Bit / s erzeugt, während derselbe mit einer Basisrate von 2.400 Baud die V.32 mit 9.600 Bit / s lieferte. Die Trägerfrequenz betrug in beiden Systemen 1.650 Hz. Die meisten Ingenieure betrachteten diese Rate über viele Jahre als die Grenze der Datenkommunikation über Telefonnetzwerke.

Die Einführung dieser schnelleren Systeme führte in den 80er Jahren auch zum digitalen Faxgerät. Digitale Faxe sind einfach ein Bildformat, das über ein Hochgeschwindigkeitsmodem (üblicherweise 14,4 kbit / s) gesendet wird. Auf dem Host-Computer ausgeführte Software kann jedes Bild in ein Faxformat konvertieren, das dann über das Modem gesendet werden kann. Diese Software war zu einer Zeit ein Add-On, ist aber seitdem weitgehend universell.

Durchbrechen der 9,6-kbit / s-Barriere [ edit ]

Das erste 9.600-Bit / s-Modem wurde 1968 entwickelt und für mehr als 20.000 Dollar verkauft, hatte jedoch hohe Fehlerraten. ^[5]

Im Jahr 1980 wendete Gottfried Ungerboeck vom IBM Zurich Research Laboratory Kanalcodierungsverfahren an, um nach neuen Wegen zu suchen, um die Geschwindigkeit von Modems zu erhöhen. Seine Ergebnisse waren erstaunlich, wurden aber nur an wenige Kollegen weitergegeben. ^[6] 1982 stimmte er der Veröffentlichung eines heute wegweisenden Papiers in der Theorie der Kodierung von Informationen zu. ^{[ Citation need ] [19459025DurchdieAnwendungderParitätsprüfungscodierungaufdieBitsinjedemSymbolunddieAbbildungdercodiertenBitsineinemzweidimensionalenRautenmusterzeigteUngerboeckdassesmöglichistdieGeschwindigkeitmitderselbenFehlerrateumdenFaktorzweizuerhöhenDieneueTechnikwurde Mapping von festgelegten Partitionen genannt, die jetzt als Gittermodulation bekannt ist.}

Fehlerkorrekturcodes, die Codewörter (Bitsätze) so codieren, dass sie weit voneinander entfernt sind, so dass sie im Fehlerfall dem ursprünglichen Wort noch am nächsten sind (und nicht mit einem anderen verwechselt werden können) Man kann davon ausgehen, dass es ähnlich ist wie Kugel- oder Kugelstifte auf einer Oberfläche: Je zwei weitere Bitsequenzen sind voneinander entfernt, desto leichter lassen sich kleinere Fehler korrigieren.

Dave Forney führte das Trellis-Diagramm in einer wegweisenden Publikation aus dem Jahr 1973 ein, in der der Viterbi-Algorithmus populär gemacht wurde. ^[5]
Praktisch alle Modems, die schneller als 9600 Bit / s arbeiten, decodieren mit dem Viterbi-Algorithmus trellismodulierte Daten.

V.32-Modems mit 9600 Bit / s waren teuer und kamen erst Anfang der 1990er Jahre auf den Markt, als V.32bis standardisiert wurde. Die Chipsparte von Rockwell International entwickelte einen neuen Treiberchipsatz, der den Standard integriert und preislich günstig bewertet. Supra, Inc. hat mit Rockwell eine kurzfristige Exklusivitätsvereinbarung vereinbart und darauf basierend das SupraFAXModem 14400 entwickelt. Im Januar 1992 für 399 US-Dollar (oder weniger) eingeführt, war dies die Hälfte des Preises für die langsameren V.32-Modems, die bereits auf dem Markt erhältlich waren. Dies führte zu einem Preiskampf, und bis Ende des Jahres war V.32 tot, war nie wirklich etabliert worden, und V.32bis-Modems waren für 250 US-Dollar erhältlich.

V.32bis war so erfolgreich, dass die älteren Hochgeschwindigkeitsstandards sie nur wenig empfehlen konnten. USR schlug sich mit einer Version von 16.800 Bit / s von HST zurück, während AT & T eine einmalige 19.200 Bit / s-Methode vorstellte, die sie als V.32ter bezeichneten, aber keines der Nicht-Standardmodems gut verkauft wurde.

V.34 / 28,8 kbit / s und 33,6 kbit / s [ edit ]

V.34-Modem in Form einer internen ISA-Karte

Jedes Interesse an diesen Eigentumsverbesserungen wurde während der langen Einführung des Unternehmens zerstört 28.800 Bit / s V.34-Standard. Während des Wartens entschieden sich mehrere Unternehmen für die Veröffentlichung von Hardware und führten Modems ein, die sie als V.FAST bezeichneten. Um die Kompatibilität mit V.34-Modems nach der Ratifizierung des Standards (1994) zu gewährleisten, waren die Hersteller gezwungen, flexiblere Teile zu verwenden, im Allgemeinen einen DSP und einen Mikrocontroller, im Gegensatz zu speziell entwickelten ASIC-Modemchips.

Der ITU-Standard V.34 ist der Höhepunkt der gemeinsamen Bemühungen. Es verwendet die leistungsfähigsten Codierungstechniken einschließlich Kanalcodierung und Formcodierung. Aus nur vier Bits pro Symbol (9,6 kbit / s) verwendeten die neuen Standards das funktionale Äquivalent von 6 bis 10 Bits pro Symbol plus die Erhöhung der Baudraten von 2.400 auf 3.429, um 14,4-, 28,8- und 33,6-kbit / s-Modems zu erstellen . Diese Rate liegt nahe der theoretischen Shannon-Grenze. Wenn berechnet, beträgt die Shannon-Kapazität einer Schmalbandleitung ${\displaystyle \text{Bandbreite}\times \; <!--\; \times \; -->{\log }_{2}19\; <!--\; \; -->(1+P_u/P_n)}$mit ${ displaystyle P_ {u} / P_ {n}}$ der (lineare) Signal-zu-Rausch-Abstand. Schmalband-Telefonleitungen haben eine Bandbreite von 3.000 Hz, also unter Verwendung von $1000 { displaystyle P_ {u} / P_ {n} = 1000}$ (SNR = 30 dB), die Kapazität beträgt ungefähr 30 kbit / s. ^[7]

Unter Verwendung digitaler Leitungen und PCM (V 90/92) [ edit ]

In den späten 1990er Jahren führten Rockwell-Lucent und USRobotics konkurrierende Technologien ein, die auf der digitalen Übertragung in Telefonnetzen basieren. Die Standard-Digitalübertragung in modernen Netzwerken beträgt 64 kbit / s, aber einige Netzwerke verwenden einen Teil der Bandbreite für die Signalisierung von Remotestandorten (z. B. zum Auflegen des Telefons), wodurch die effektive Rate auf 56 kbit / s DS0 begrenzt wird. Diese neue Technologie wurde in die ITU-Standards V.90 übernommen und ist in modernen Computern üblich. Die 56-kbit / s-Rate ist nur von der Zentrale zur Anwenderseite (Downlink) möglich. In den Vereinigten Staaten wird die maximale Ausgangsleistung durch staatliche Vorschriften begrenzt, was zu einer maximalen Datenrate von 53,3 kbit / s führt. Der Uplink (vom Benutzer zur Vermittlungsstelle) verwendet weiterhin die V.34-Technologie mit 33,6 kbit / s. USRobotics begann die Arbeit an der Technologie und nannte ihre X2, weil 56k doppelt so schnell waren wie 28k-Modems. USRobotics hatte einen Anteil von 40 Prozent am Einzelhandelsmodem-Markt und Rockwell International hatte einen Anteil von 80 Prozent am Modem-Chipsatz. Rockwell war besorgt darüber, vom Markt ausgeschlossen zu werden, begann mit der Arbeit an einer 56k-Technologie der Konkurrenz und schloss sich mit Lucent und Motorola an, was als K56Flex oder Flex bezeichnet wurde. Beide Technologien kamen im Februar 1997 auf den Markt; Obwohl in den Produktbewertungen bis Juli Probleme mit K56Flex-Modems aufgetreten waren, funktionierten sie innerhalb von sechs Monaten gleich gut mit den von den örtlichen Verbindungsmerkmalen abhängigen Schwankungen. Der Verkaufspreis der 56K-Modems betrug etwa 200 US-Dollar, verglichen mit 100 US-Dollar für 33K-Modems. Internet-Diensteanbieter (ISPs) benötigten separate Geräte, um die inkompatiblen Technologien zu unterstützen, wobei die Kosten davon abhingen, ob ihre aktuellen Geräte aufgerüstet werden konnten. Etwa die Hälfte aller ISPs bot bis Oktober 1997 56K-Unterstützung an. Die Verkäufe von Verbrauchern waren relativ niedrig, was USRobotics und Rockwell auf widersprüchliche Standards zuschrieben. ^[8]

Die International Telecommunication Union (ITU) kündigte den Entwurf an ein neuer Standard mit 56 kbit / s, V.90, im Februar 1998 mit starker Unterstützung der Industrie. Inkompatibel mit einem der beiden bestehenden Standards war dies eine Mischung aus beiden, die es ermöglichte, beide Modemtypen durch ein Firmware-Upgrade in diesen umzuwandeln. Dieser V.90-Standard wurde im September 1998 verabschiedet und von ISPs und Verbrauchern weit verbreitet. ^{[8] [9]}

Später in V.92 die digitale PCM-Technik wurde angewendet, um die Uploadgeschwindigkeit auf maximal 48 kbit / s zu erhöhen, jedoch auf Kosten der Downloadraten. Eine Upstream-Rate von 48 kbit / s würde den Downstream aufgrund von Echo auf der Telefonleitung auf bis zu 40 kbit / s reduzieren. Um dieses Problem zu vermeiden, bieten V.92-Modems die Option, den digitalen Upstream abzuschalten und stattdessen eine analoge Verbindung mit 33,6 kbit / s zu verwenden, um einen hohen digitalen Downstream von 50 kbit / s oder mehr aufrechtzuerhalten. ^[10] V. 92 fügt auch zwei weitere Funktionen hinzu. Der erste ist die Möglichkeit für Benutzer, die über einen Anruf warten, um ihre DFÜ-Internetverbindung für längere Zeit zu halten, während sie einen Anruf annehmen. Die zweite Funktion ist die Möglichkeit, schnell eine Verbindung zum ISP herzustellen. Dies wird erreicht, indem die analogen und digitalen Eigenschaften der Telefonleitung berücksichtigt werden und diese gespeicherten Informationen beim erneuten Verbinden verwendet werden.

Bei Verwendung der Komprimierung von mehr als 56 kbit / s [ edit ]

Die Standards V.42, V.42bis und V.44 erlauben dem Modem, Daten schneller zu übertragen, als dies bei der Basisrate der Fall wäre implizieren. Beispielsweise kann eine 53,3-kbit / s-Verbindung mit V.44 mit reinem Text bis zu 53,3 × 6 = 320 kbit / s übertragen. Die Komprimierungsrate variiert jedoch aufgrund von Rauschen in der Leitung oder aufgrund der Übertragung bereits komprimierter Dateien (ZIP-Dateien, JPEG-Bilder, MP3-Audio, MPEG-Video). ^[11] An einigen Stellen sendet das Modem komprimierte Dateien mit etwa 50 kbit / s, unkomprimierte Dateien mit 160 kbit / s und reinen Text mit 320 kbit / s oder einen beliebigen Wert dazwischen ^[12]

In solchen Situationen ein kleiner Speicherplatz im Modem, ein Puffer, wird zum Speichern der Daten verwendet, während sie komprimiert und über die Telefonleitung gesendet werden. Um jedoch einen Pufferüberlauf zu verhindern, muss der Computer manchmal aufgefordert werden, den Datenstrom anzuhalten . Dies wird durch Hardware-Flusssteuerung unter Verwendung zusätzlicher Leitungen an der Modem-Computer-Verbindung erreicht. Der Computer wird dann so eingestellt, dass er das Modem mit einer höheren Geschwindigkeit, z. B. 320 kbit / s, versorgt, und das Modem teilt dem Computer mit, wann das Senden von Daten zu beginnen oder zu stoppen ist.

Komprimierung durch den ISP [ edit ]

Als telefonbasierte 56k-Modems an Popularität verloren hatten, begannen einige Internet-Diensteanbieter, wie Netzero / Juno, Netscape und andere, Komprimierung, um den Durchsatz zu erhöhen und die Kundenbasis zu erhalten. Die serverseitige Komprimierung arbeitet wesentlich effizienter als die von Modems durchgeführte On-the-Fly-Komprimierung, da diese Komprimierungsverfahren anwendungsspezifisch sind (JPEG, Text, EXE usw.). Der Website-Text, die Bilder und die ausführbaren Flash-Dateien werden auf ca. 4%, 12% bzw. 30% komprimiert. Der Nachteil dieses Ansatzes ist ein Qualitätsverlust, der dazu führt, dass der Bildinhalt pixeliert und verschmiert wird. ISPs, die diesen Ansatz verwenden, werben oft als "beschleunigte Einwahl".

Diese beschleunigten Downloads sind jetzt in die Webbrowser von Opera und Amazon Silk integriert und verwenden ihre eigene serverseitige Text- und Bildkomprimierung.

Softmodem [ edit ]

Ein PCI-Winmodem / Softmodem (links) neben einem herkömmlichen ISA-Modem (rechts)

A Winmodem ] oder Softmodem ist ein abgespecktes Modem, das Aufgaben ersetzt, die traditionell in Hardware durch Software erledigt werden. In diesem Fall ist das Modem eine einfache Schnittstelle, die als Digital-Analog- und Analog-Digital-Wandler fungiert. Softmodems sind billiger als herkömmliche Modems, da sie weniger Hardwarekomponenten haben. Die Software, die die Modem-Töne erzeugt und interpretiert, die an das Softmodem gesendet werden sollen, benötigt jedoch viele Systemressourcen. Für Online-Spiele kann dies ein echtes Problem sein. Ein weiteres Problem ist die mangelnde plattformübergreifende Kompatibilität, was bedeutet, dass Nicht-Windows-Betriebssysteme (wie Linux) häufig keinen entsprechenden Treiber für den Betrieb des Modems besitzen.

Liste der Einwahlgeschwindigkeiten [ edit ]

Diese Werte sind Maximalwerte und die tatsächlichen Werte können unter bestimmten Bedingungen langsamer sein (z. B. laute Telefonleitungen). [19659128] Eine vollständige Liste finden Sie im Begleitartikel der Gerätebandbreiten . Ein Baud ist ein Symbol pro Sekunde; Jedes Symbol kann ein oder mehrere Datenbits codieren.

Verschiedene Modems aus der australischen Geschichte, von 300-Bit / s-Telefonwählmodems zu DSL- und Kabelmodems.

Popularität [ edit ]

Ein 1994 herausgegebener Software Publishers Association Obwohl 60% der Computer in US-Haushalten über ein Modem verfügten, gingen nur 7% der Haushalte online. ^[19] Eine CEA-Studie aus dem Jahr 2006 ergab, dass der DFÜ-Internetzugang in den USA rückläufig ist. Im Jahr 2000 wurden DFÜ-Internetverbindungen berücksichtigt für 74% aller US-amerikanischen Internetanschlüsse für Privathaushalte. ^{[ Zitat benötigt ]} Das demografische Muster der USA für Einwahlmodembenutzer pro Kopf wurde in Kanada und Australien mehr oder weniger gespiegelt die letzten 20 Jahre.

Die Verwendung von DFÜ-Modems in den USA war bis 2003 auf 60% gesunken und lag 2006 bei 36%. ^{[ Zitat erforderlich ]} Voiceband-Modems waren einmal die meisten Das populäre 56K-Modem verliert an Popularität, da es in den USA populäre Mittel für den Internetzugang sind. Mit dem Aufkommen neuer Zugangsmöglichkeiten zum Internet verliert es jedoch an Popularität. Das Wählmodem wird von Kunden in ländlichen Gegenden, in denen kein DSL-, Kabel-, Satelliten- oder Glasfaserdienst zur Verfügung steht, häufig verwendet, oder sie sind nicht bereit, die Gebühren dieser Unternehmen zu zahlen. ^[20] In ihrem Jahresbericht 2012 AOL hat gezeigt, dass es noch immer Gebühren von Einwahlbenutzern in Höhe von rund 700 Millionen US-Dollar erhebt: etwa drei Millionen Menschen.

Breitband [ edit ]

ADSL-Modems (Asymmetric Digital Subscriber Line), eine neuere Entwicklung, sind nicht auf die Sprachband-Audiofrequenzen des Telefons beschränkt. Ein standardisiertes Twisted-Pair-Telefonkabel kann bei kurzen Entfernungen Signale mit viel höheren Frequenzen als die maximale Frequenz des Kabels übertragen. ADSL-Breitband nutzt diese Fähigkeit. Die Leistung von ADSL nimmt jedoch mit zunehmender Länge des Telefonkabels allmählich ab. Dies beschränkt den ADSL-Breitbanddienst auf Teilnehmer innerhalb einer relativ kurzen Entfernung von der Telefonvermittlung.

Kabelmodems nutzen die ursprünglich zur Übertragung von Fernsehsignalen bestimmte Infrastruktur und sind daher von Anfang an für die Übertragung höherer Frequenzen ausgelegt. Ein einzelnes Kabel kann Radio- und Fernsehsignale gleichzeitig mit dem Breitband-Internetdienst störungsfrei übertragen.
Newer types of broadband modems are also available, including satellite modems and power line modems.

Most consumers did not know about networking and routers when broadband became available. However, many people knew that a modem connected a computer to the Internet over a telephone line. To take advantage of consumers' familiarity with modems, companies called these devices broadband modems rather than using less familiar terms such as adapterinterfacetransceiveror bridge. In fact, broadband modems fit the definition of modem because they use complex waveforms to carry digital data. They use more advanced technology than dial-up modems: typically they can modulate and demodulate hundreds of channels simultaneously or use much wider channels than dial-up modems.

Direct broadcast satellite, WiFi, and mobile phones all use modems to communicate, as do most other wireless services today. Modern telecommunications and data networks also make extensive use of radio modems where long distance data links are required. Such systems are an important part of the PSTN, and are also in common use for high-speed computer network links to outlying areas where fibre is not economical.

Even where a cable is installed, it is often possible to get better performance or make other parts of the system simpler by using radio frequencies and modulation techniques through a cable. Coaxial cable has a very large bandwidth, but signal attenuation becomes a major problem at high data rates if a baseband digital signal is used. By using a modem, a much larger amount of digital data can be transmitted through a single wire. Digital cable television and cable Internet services use radio frequency modems to provide the increasing bandwidth needs of modern households. Using a modem also allows for frequency-division multiple access to be used, making full-duplex digital communication with many users possible using a single wire.

Wireless modems come in a variety of types, bandwidths, and speeds. Wireless modems are often referred to as transparent or smart. They transmit information that is modulated onto a carrier frequency to allow many simultaneous wireless communication links to work simultaneously on different frequencies.

Transparent modems operate in a manner similar to their phone line modem cousins. Typically, they were half duplex, meaning that they could not send and receive data at the same time. Typically, transparent modems are polled in a round robin manner to collect small amounts of data from scattered locations that do not have easy access to wired infrastructure. Transparent modems are most commonly used by utility companies for data collection.

Smart modems come with media access controllers inside, which prevents random data from colliding and resends data that is not correctly received. Smart modems typically require more bandwidth than transparent modems, and typically achieve higher data rates. The IEEE 802.11 standard defines a short range modulation scheme that is used on a large scale throughout the world.

DC Powerline[edit]

DC-BUS powerline modem provide communication over noisy power lines at speeds up to 1.3Mbit/s using ordinary UART, LIN, SPI and CAN protocols.

WiFi and WiMax[edit]

The WiFi and WiMax standards use wireless mobile broadband modems operating at microwave frequencies.

Mobile broadband[edit]

Modems which use a mobile telephone system (GPRS, UMTS, HSPA, EVDO, WiMax, etc.), are known as mobile broadband modems (sometimes also called wireless modems). Wireless modems can be embedded inside a laptop or appliance, or be external to it. External wireless modems are connect cards, USB modems for mobile broadband and cellular routers. A connect card is a PC Card or ExpressCard which slides into a PCMCIA/PC card/ExpressCard slot on a computer. USB wireless modems use a USB port on the laptop instead of a PC card or ExpressCard slot. A USB modem used for mobile broadband Internet is also sometimes referred to as a dongle.^[21] A cellular router may have an external datacard (AirCard) that slides into it. Most cellular routers do allow such datacards or USB modems. Cellular routers may not be modems by definition, but they contain modems or allow modems to be slid into them. The difference between a cellular router and a wireless modem is that a cellular router normally allows multiple people to connect to it (since it can route data or support multi-point to multi-point connections), while a modem is designed for one connection.

Most of GSM wireless modems come with an integrated SIM cardholder (i.e., Huawei E220, Sierra 881, etc.) and some models are also provided with a microSD memory slot and/or jack for additional external antenna such as Huawei E1762 and Sierra Wireless Compass 885.^[22][23] The CDMA (EVDO) versions do not use R-UIM cards, but use Electronic Serial Number (ESN) instead.

The cost of using a wireless modem varies from country to country. Some carriers implement flat rate plans for unlimited data transfers. Some have caps (or maximum limits) on the amount of data that can be transferred per month. Other countries have plans that charge a fixed rate per data transferred—per megabyte or even kilobyte of data downloaded; this tends to add up quickly in today's content-filled world, which is why many people^[who?] are pushing for flat data rates.

The faster data rates of the newest wireless modem technologies (UMTS, HSPA, EVDO, WiMax) are also considered to be broadband wireless modems and compete with other broadband modems below.

Until the end of April 2011, worldwide shipments of USB modems surpassed embedded 3G and 4G modules by 3:1 because USB modems can be easily discarded, but embedded modems could start to gain popularity as tablet sales grow and as the incremental cost of the modems shrinks, so by 2016, the ratio may change to 1:1.^[24]

Like mobile phones, mobile broadband modems can be SIM locked to a particular network provider. Unlocking a modem is achieved the same way as unlocking a phone, by using an 'unlock code'.

Residential gateways[edit]

Some devices referred to as "broadband modems" are residential gateways, integrating the functions of a modem, network address translation (NAT) router, Ethernet switch, WiFi access point, DHCP server, firewall, among others. Some residential gateway offer a so-called "bridged mode", which disables the built-in routing function and makes the device function similarly to a plain modem. This bridged mode is separate from RFC 1483 bridging.

Optical modems[edit]

Modems that are used to connect to a fiber optic network are known as optical network units (ONUs). Fiber optic systems can be upgraded by the use of quadrature amplitude modulation. The modulator and demodulator are separate components rather than a single assembly as with most modems.^[25]

QAM16[edit]

16QAM uses a 16-point constellation to send four bits per symbol. Speeds are usually on the order of 200 or 400 gigabits per second.^[26][27]

QAM64[edit]

64QAM uses a 64-point constellation to send six bits per symbol. Although suppliers have announced components, announcements of installation are rare.^[28][29] Speeds of 65 terabits per second have been observed.^[30]

Home networking[edit]

Although the name modem is seldom used in this case, modems are also used for high-speed home networking applications, especially those using existing home wiring. One example is the G.hn standard, developed by ITU-T, which provides a high-speed (up to 1 Gbit/s) local area network using existing home wiring (power lines, phone lines and coaxial cables). G.hn devices use orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM) to modulate a digital signal for transmission over the wire.

The phrase "null modem" was used to describe attaching a specially wired cable between the serial ports of two personal computers. Basically, the transmit output of one computer was wired to the receive input of the other; this was true for both computers. The same software used with modems (such as Procomm or Minicom) could be used with the null modem connection.

Voice modem[edit]

Voice modems are regular modems that are capable of recording or playing audio over the telephone line. They are used for telephony applications. See voice modem command set for more details on voice modems. This type of modem can be used as an FXO card for private branch exchange (PBX) systems (compare V.92).

See also[edit]

References[edit]

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25. ^ Michel, Stephanie (September 19, 2013). "Which optical modulation scheme best fits my application?". LIGHTWAVE. Archived from the original on November 9, 2016.
    


26. ^ Michael Kassner (February 10, 2015). "Researchers double throughput of long-distance fiber optics". TechRepublic. Archived from the original on November 9, 2016.
    


27. ^ Bengt-Erik Olsson; Anders Djupsjöbacka; Jonas Mårtensson; Arne Alping (6 Dec 2011). "112 Gbit/s RF-assisted dual carrier DP-16-QAM transmitter using optical phase modulator" (PDF). Optics Express. Optical Society of America. doi:10.1364/oe.19.00b784.^{[permanent dead link]}
    


28. ^ Stephen Hardy (March 17, 2016). "ClariPhy targets 400G with new 16-nm DSP silicon". LIGHTWAVE. Archived from the original on November 9, 2016.
    


29. ^ "ClariPhy Shatters Fiber and System Capacity Barriers with Industry's First 16nm Coherent Optical Networking Platform". optics.org. 17 Mar 2016.
    


30. ^ "Nokia Bell Labs achieve 65 Terabit-per-second transmission record for transoceanic cable systems". Noika. 12 October 2016.
    

External links[edit]

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