Modem

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
Interne modem (voor inbouw in een computer) voor een analoge telefoonlijn.

De modem is een apparaat waarmee informatiesignalen geschikt gemaakt worden om over een verbinding te worden getransporteerd. Tegenwoordig gaat het meestal om digitale informatie die over een analoge telefoonlijn, een andere (lange) kabelverbinding, of draadloos wordt verstuurd. Meestal betreft het een dataverbinding tussen computers. Ook op andere gebieden zijn modems in gebruik, zoals bij radio-verkeer, waar een modem ervoor zorgt dat de informatie geschikt gemaakt wordt om via een draadloze verbinding te worden overgebracht.

Het woord modem is een samentrekking van modulator en demodulator. Zowel 'de' als 'het' modem wordt in het Nederlands gebruikt. Alhoewel de modem meer functies heeft dan demoduleren en moduleren heeft "het kastje" zijn naam behouden als modem.

Functioneren van een modem[bewerken]

Doel[bewerken]

Indien men de digitale informatie als elektrische impulsen rechtstreeks op een communicatieverbinding zet, dan zal blijken dat aan de ontvangstzijde de impulsen niet meer te herkennen zijn. Dat heeft een aantal oorzaken, zoals elektrische vervorming van het signaal, (groep)looptijdverschillen en de verschuiving van frequentie. Om deze reden moet het digitale signaal omgezet worden op een bepaalde manier zodat die signalen aan de ontvangstzijde als zodanig herkend kunnen worden en waarbij het overdrachtsignaal voldoet aan de karakteristieken of limieten van het overdrachtsmedium. Die omzetting is het doel van de modem.

Werking[bewerken]

Binaire gegevens worden door een modem omgezet in 'pieptoontjes' in een enkele of meerdere frequentiebereiken, verzonden over een verbinding en door een ander modem weer omgezet in binaire gegevens. De term 'pieptoontjes' is eigenlijk alleen van toepassing bij 'ouderwetse' modems waarbij geen draaggolf werd toegepast maar iedere informatiebit een eigen 'toontje' had. Dit toontje werd aan- of uitgezet als een bit één of nul was. Het nadeel van het ontbreken van een draaggolf was, dat door enerzijds grote hoeveelheid elektronische componenten (spoelen) en anderzijds eigenschappen van de telefoonverbinding bij bepaalde combinaties van tonen, nieuwe ongewenste tonen ontstonden (intermodulatie). Deze nieuwe ongewenste tonen werden door het ontvangende modem als nullen en enen beschouwd. In antwoord hierop is men een draaggolf gaan gebruiken. Een draaggolf is te beschouwen als één ononderbroken toon, waarvan één of meer eigenschappen, zoals toonhoogte (frequentie) of sterkte (amplitude), worden veranderd. Bij moderne ADSL-verbindingen is de frequentie zo hoog, dat het signaal niet meer gehoord kan worden.

Meestal is er sprake van één basisfrequentie, de draaggolf, die wordt gemoduleerd op vergelijkbare manier als bij radio- of televisieoverdracht. Dit moduleren van de draaggolf kan door amplitudemodulatie, frequentiemodulatie, fasemodulatie of een combinatie van deze modulatietechnieken. De voordelen van het gebruik van een draaggolf zijn dat de steeds aanwezige draaggolf als referentie gebruikt kan worden en dat de eigenschappen bij het ontstaan (het genereren van die draaggolf) bekend zijn. Zo zou bij frequentieverschuiving (bij gebruik van straalverbindingen voor telefonie) de draaggolf in frequentie kunnen veranderen, maar de fase- of frequentieverandering (het modulaat) daarop zal hetzelfde blijven. Of de vorm van het signaal zelf kan aangetast worden maar de vorm die door de modulatie gedragen wordt blijft gelijk.

Voorgaande geldt zowel voor elektrische signalen (bij bijvoorbeeld koperdraad) als optische signalen (vezeloptica).

Achterliggende techniek: fasemodulatie[bewerken]

Bij modems wordt fasemodulatie het meest toegepast. Een sinus is voltooid na 360 graden. Tijdelijk wordt bijvoorbeeld de draaggolffrequentie 45 graden of 90 graden of 135 graden of 180 graden eerder of later gestuurd. Op die manier zijn er acht verschillende sinusposities te onderscheiden. Hiermee kunnen dan drie bits tegelijk worden gecodeerd. Drie bits hebben acht (fase)mogelijkheden. De tijdsduur van de faseverandering kan dan drie keer zo langzaam zijn als wanneer alle bits na elkaar (in serie) worden verzonden. Dat is ook wel noodzakelijk omdat de normale spraakverbindingen bij de telefonie in frequentie beperkt zijn van 300 Hz tot 3400 Hz.

Bij een draaggolf van bijvoorbeeld 1900 Hz kan de modulatie niet meer zijn dan ongeveer 1500 Hz en dat komt overeen met 3000 b/s als maximum in het modulaat (in één sinus passen twee bits na elkaar). Door nu steeds drie bits tegelijk te zenden kan dit overeenkomen met 9000 b/s als serieel gecodeerde informatiebits. Door steeds meer verschillende fases te nemen kan op die manier de bitrate (bits per seconde) verhoogd worden. Het eind komt in zicht als de verschillende fases niet meer herkend kunnen worden door de onzekerheid in het signaal dat bepaald wordt door de signaal-ruisverhouding. Bij een bepaald kanaal (bijvoorbeeld een telefoonlijn) is de maximale grootte van het signaal beperkt en de minimumgrootte van de ruis ook beperkt. Samen bepalen deze twee het dynamisch bereik van het kanaal de daarmee de grootst mogelijk voorkomende signaal-ruis verhouding.

Op deze wijze zijn al deze eigenschappen van het kanaal bepalend voor de maximale capaciteit van de telefoonverbinding teruggerekend naar de snelheid van de digitale data in b/s. Als hierna wordt gesproken over de maximale capaciteit van een (telefoon)spraaklijn dan wordt dus de overgedragen hoeveelheid informatie per seconde bedoeld en niet de bandbreedte van de (telefoon)spraaklijn zelf.

Snelheid en ontwikkeling van modems[bewerken]

Akoestische modem
US Robotics Sportster 14,400 Faxmodem (1994)

Aanvankelijke modems waren naar de huidige maatstaven erg langzaam: de eerste consumentenmodems konden 110 of 300 b/s aan en werden akoestisch aan de computer gekoppeld door een telefoonhoorn op een hulpstuk met een luidspreker en een microfoon te leggen. Al spoedig kon de telefoonlijn echter direct aan de computer worden gekoppeld. Binnen iets meer dan een decennium ging de snelheid van telefoonmodems naar 1200, 2400, 2800, 9600 b/s en 14,4, 28,8, 33,6 en 56 kb/s, waarmee de maximale capaciteit van een gewone (telefoon)spraaklijn ongeveer is bereikt.

Met ISDN werden wat hogere snelheden mogelijk, 64 kbit/s of bij gebruik van de twee kanalen van de ISDN-verbinding tegelijk 128 kbit/s (tegen dubbel tarief dan weer). Bij ISDN kunnen we echter niet spreken van een modem, omdat bij ISDN de informatie direct met basisbandtransmissie op de kabel gezet wordt; het signaal wordt niet gemoduleerd. Bij ISDN spreken we daarom niet over een modem maar over een ISDN-adapter.

Breedbandmodems[bewerken]

een ADSL-modem

Met de komst van kabelinternet en ADSL kwam een grote sprong: datatransmissie met honderden kilobytes (niet bits) per seconde werd mogelijk. Hiermee werd overdracht van een goede kwaliteit audio in real-time en een matige kwaliteit video mogelijk. Alhoewel ADSL een digitale techniek is, worden de signalen net als bij een gewone modem gemoduleerd over de koperlijn verzonden en kunnen we wederom met recht spreken van een modem.

Hierbij moet worden opgemerkt dat de telefonie-infrastructuur opgebouwd is uit een groot aantal verschillende verbindingen die karakteristiek totaal anders zijn. De koperverbinding van de huisaansluiting naar een ondercentrale is soms bij heel erg lange oude verbindingen voorzien van spoelen (pupinspoelen). Na een lange afstand zorgden die voor een versterking van hoge tonen die anders op zo'n grote afstand niet meer hoorbaar waren. Dan zijn er verbindingen tussen een ondercentrale naar een hoofdtelefooncentrale. Er zijn glasvezelkabel en straal- en satellietverbindingen.

Een "gewone" modem zoals hierboven beschreven kan gebruikmaken van al deze verschillende verbindingen. Hij is geoptimaliseerd voor de "gewone" ouderwetse spraakverbinding die door al deze systemen heen loopt. Echter, een ADSL-kaart maakt alleen gebruik van het allereerste deel van de ouderwetse infrastructuur: een paar koperdraadjes in de kabel die van huis naar de ondercentrale lopen en dan alleen nog als die koperdraad niet te lang is. De kabel moet ook nog in goede conditie zijn en beslist zonder pupinspoelen, omdat die sommige "groepen van tonen" van het signaal sneller doorlaat dan andere "groepen van tonen" (groeplooptijdverschillen zie groepssnelheid). Daardoor zal de vorm van de omhullende, het modulaat, van vorm veranderen.

Geavanceerde "gewone" modems trachten deze verschillen weer te compenseren en schakelen automatisch op hogere of lagere vertragingen van bepaalde frequentiebanden afhankelijk van de tijdsverschillen van aankomst ter compensatie: om de totale tijdsvertraging van alle frequentiedelen van het gehele signaal recht te trekken. Maar bij de gewenste zeer hoge snelheden bij ADSL is dat helemaal niet meer mogelijk. Hoe hoger de snelheid van de informatie, hoe korter de kabels moeten zijn die gebruikt worden.

Opmerkingen[bewerken]

Het is belangrijk in dit verband te begrijpen dat bitrate (b/s) en baud twee verschillende begrippen zijn. Nochtans worden ze vaak foutief door elkaar gebruikt. Baud is het aantal signaalwisselingen per seconde, terwijl b/s het aantal bits per seconde is. Deze kunnen gelijk zijn, maar meestal zijn ze verschillend (zeker bij hogere snelheden).

Bronnen, noten en/of referenties
  • Lampjes voorbeeld hoe een modem aangeeft of er verbinding is, of welke problemen er met die verbinding zijn.