Analoge Modulationsverfahren
Die bisher besprochenen Verfahren taugen wegen Dämpfung und Rauschen zumindest bei elektromagnetischer Übertragung eher wenig für Langstrecken.
Man verwendet deshalb bei Modemübertragung eine analoge Technik, bei der eine sinusförmige Trägerfrequenz, ein sogenannter Carrier, zwischen 1000 und 2000 Hz entsprechend den zu übertragenden Informationen moduliert wird.
Moduliert werden können:
Die Amplitude,
die Frequenz und
die Phase der Schwingung
Dem entsprechend spricht man auch von Amplitudenmodulation, Frequenzmodulation und Phasenmodulation.
Bei der Amplitudenmodulation werden zwei verschiedene Spannungspegel benutzt, um 0 und 1 darzustellen. Bei der Frequenzmodulation (manchmal auch Frequenzumtastung (englisch Frequency Shift Keying) ) werden 2 (oder 4 oder 8 oder 16 oder ...) verschiedene Töne benutzt um einzelne Bits oder Gruppen von Bits zu übertragen. Bei der Phasenmodulation wird die Trägerwelle systematisch in gleichen Intervallen um einen bestimmten Winkel (z.B. π/4, π/2, 3π/4, ....) versetzt.
Ein Gerät das auf diese Art einen Bitstrom in einen analogen Signalstrom verwandelt, beziehungsweise die Analogsignale wieder in einen Bitstrom nennt man einen Modulator/Demodulator, oder für die Sprechfaulen ein Modem.
Auf der Senderseite wird also die zu übertragende Bitfolge in Analogsignale gewandelt und auf die Leitung geschickt. Auf der Empfängerseite tastet ein anderes Modem das eingehende Analogsignal in regelmäßigen Abständen ab und wandelt das Gepiepse wieder in einem Bitstrom. Man nennt die Anzahl der so erhaltenen Samples pro Sekunde übrigens Baud.
Bis hierher wäre alles recht einfach und schön, gäbe es nicht das sogenannte Nyquist-Theorem, das besagt, das man selbst auf einem idealen Übertragungskanal (was eine Telefonleitung nicht ist) mit einer Bandbreite von n Hertz mit nicht mehr als 2n Baud übertragen kann. (Ich bitte das hier zu akzeptieren weil ich keine Lust habe mich in den Beweis einzulesen.)
Da die Deutsche Telekom auf ihren Leitungen nur ein Frequenzband von 3000 Hz garantiert, und damit nur maximal 6000 Baud möglich wären, muss man sich also Methoden ausdenken um möglichst viele Bit pro Baud zu übertragen.
Kombinierte Modulationsverfahren
Die meisten modernen Modems verwenden dazu kombinierte Modulationstechniken, also zum Beispiel Phasenversatz um jeweils 90 Grad mit je zwei Amplitudenpegeln pro Phasenverschiebung. Das ergibt 8 gültige Kombinationen und damit 3 Bit pro Baud. Auf diese Art lassen sich immerhin 9600 Bits/s auf einer 2400 Baud-Leitung übertragen. Man nennt dieses Verfahren Quadratur-Amplituden-Modulation
Dieses Konstellationsmuster wird zum Beispiel beim ITU-Standard V32 verwendet. Die nächste Stufe nach 9600 bps ist V32bis mit 14400 bps und 6 Bit pro Baud, der z.B. bei Faxmodems verwendet wird. Das zugehörige Muster hat 64 gültige Konstellationspunkte. Danach kommt V34mit 28800 bps und 128 Konstellationspunkten.
Natürlich steigt mit der Anzahl der Bit pro Baud auch die Fehleranfälligkeit der Verbindung. Eine Berechnung der Kanalkapazität eines normalen 3000-Hz Kanals nach dem Shannon-Theorem ergibt eine Kapazität von 30.000 - 35.000 Bits/s, aber natürlich lassen sich über die in Deutschland verwendeten Telefonkabel weit größere Bandbreiten nutzen.