1209Hz 1336Hz 1477Hz 1633Hz 697Hz 1 2 3 A 770Hz 4 5 6 B 852Hz 7 8 9 C 941Hz * 0 # D

Het systeem werd al vroeger toegepast door de operatoren in de telefooncentrales om een nummer door te schakelen. Het bleek een heel betrouwbaar systeem, en het werd daarom ook voorzien in de telefoontoestellen zelf, in plaats van het pulskiezen dat tot nu toe van toepassing was.

De gebruikte frekwenties zijn zo gekozen dat ze geen veelvoud van elkaar zijn (zodat de harmonischen geen geldige frekwentie zou zijn), maar de frekwenties mochten ook niet overeenkomen met de reeds gebruikte frekwenties die intern gebruikt werden door telefooncentrales.

Het systeem voorziet in 16 toetsen, waarbij de kodes A, B, C en D niet voorzien worden op een telefoontoestel. Ze werden wel gebruikt op het telefoonnetwerk van het leger om de prioriteit van de communicatie te definiëren.

Het voordeel van dit systeem is dat het een in-band signaling is. De kodes kunnen dus getransporteerd worden over het volledig netwerk, wat niet het geval is bij pulskiezen.

Het systeem is zo ingeburgerd geraakt dat er verschillende diensten deze tonen gebruiken (bedrijfcentrales met spraakberichten "druk 1 voor..."), zelfs nu dat de vaste telefoonlijn nauwelijks nog gebruikt wordt. De gsm kan die kodes ook genereren (zij op een indirecte manier, de gedrukte toets wordt doorgestuurd als een "event"), terwijl het toonkiezen niet meer gebruikt wordt in het gsm netwerk.

De enige oplossing, als je binnen de wet wou blijven, was een accoustische modem gebruiken. Het was een toestel waarop je de hoorn van de telefoo plaatste, nadat je het nummer van de correspondent gedraaid had.

De RS-232 seriële verbinding die tussen terminal en modem gebruikt wordt, wordt hier meer in detail besproken. Deze verbinding wordt tegenwoordig nog gebruikt waar slechts relatief eenvoudige boodschappen doorgestuurd moeten worden (microcontrollers en LCD schermen, PLC,...).

De baudrate was 300. Er waren een paar fabrikanten, maar de gebruikte frekwenties waren niet compatibel. Er was nog geen standardisatie en men had dezelfde modem nodig aan beide kanten van de lijn.

Baudrate: aantal signaalwisselingen per seconde, niet te verwarren met bitrate: aantal bits per seconde verstuurd. Bij de eerste protocollen zoals FSK was 1 baud = 1 bits/seconde, maar later is men meer bits in één signaalwisseling gaan plaatsen, zodat de dataoverdracht sneller gebeurde, zonder dat de beschikbare bandbreedte overschreden werd.

Amplitudemodulatie alléén is nooit praktisch gebruikt geweest, omdat de storingen op de lijn (die toen veel frekwenter waren) beter onderdrukt konden worden door frekwentiemodulatie. Het werd pas later gebruikt, samen met kwadratuurmodulatie. Bij ADSL (snelle internet) is er maar één analoge verbinding, namelijk tussen de gebruiker en de dichtsbijzijnde telefooncentrale, waar een omzetter het signaal overzet op een glasvezelkabel.

In het roze de draaggolf met vaste frekwentie en amplitude. Bij het moduleren ontstaan er faseverschuivingen, bij 45° (bitcombinatie 00) loopt de gemoduleerde draaggolf 45° vòòr op de vaste draaggolf. De referentie draaggolg moet opgewekt worden in de ontvanger om demodulatie mogelijk te maken.

Later werd het mogelijk gecertifieerde modens op het telefoonnetwerk aan te sluiten, maar de procedure was zo complex dat slechts een beperkt aantal fabrikanten modems op de markt bracht.

Het was dus niet meer nodig manueel een nummer te kiezen (of een aparte dialer te gebruiken die een extra RS232 poort nodig had), de software kon automatisch de modem een nummer laten kiezen, de verbinding tot stand brengen en achteraf de lijn vrijgeven.

Tot nu toe gebruikten de modems verschillende frekwentiebanden in het zenden en het ontvangen zodat echo geen rol speelt. Maar dit heeft als nadeel dat slechts de helft van de beschikbare bandbreedte gebruikt kan worden. Modernere modems analyseren de lijneigenschappen, waarbij oa. de echo gemeten wordt (amplitude en delay). Als de modem dan begint te zenden, wordt het signaal op de lijn gezet, maar ook in een delay line geplaatst. Het echo dat ontvangen wordt, wordt afgetrokken van het signaal dat uit de delay line komt, en beide signalen heffen elkaar op.

Quadrature Amplitude Modulation 16-QAM
Voorbeelden: 1111 wordt gekodeerd met een lage amplitude (0.3V) en een fase van 45° 0000 wordt gekodeerd met een hoge amplitude (1.0V) en een fase van 225° Bepaalde combinaties hebben geen fase van 45, 135, 225 of 315°. Dit is gedaan om een zo groot mogelijke afstand tussen de punten te bereiken, en dus een zo goed mogelijke signaal-ruisafstand.
Foutspectrum
Fout veroorzaakt door amplitudeverschillen (rood) en faseverschillen (blauw). Zolang de storing niet te sterk is, kan het symbool nog gelezen worden. In de praktijk zal men een fout hebben op zowel de amplitude als de fase en is het datapunt een min of meer ronde wolk geworden. Hoe meer punten men voorzien (hoe meer bits per baud en dus een hoger debiet), hoe beter de lijnkwaliteit moet zijn om de punten te onderscheiden.

Quadrature Amplitude Modulation werd ook gebruikt bij analoge toepassingen: het kleursignaal bij televisie (PAL en NTSC) heeft de kleurintensiteit als amplitude en de kleurtint als fase. QAM werd ook gebruikt bij stereo uitzendingen op de middengolf.

Door de modulatietechnieken verder te optimaliseren kon men tot 33kb/s gaan, het theoretisch maximum dat haalbaar was op een normale telefoonlijn. Men gebruikt hier verschillende faseverschillen en amplitudes: ieder punt op het diagram vertegenwoordigd een mogelijke bitcombinatie. De punten worden zo ver mogelijk van elkaar geplaatst om fouten bij het decoderen te beperken. Er waren verschillende "rasters" met verschillende vormen, maar de limiet van 33kb/s kon niet verbroken worden.

Maar de telefoonlijn heeft een bandbreedte die hoger ligt dan de vastgelegde bandbreedte van 3000Hz. Deze bandbreedte is vastgelegd om lange afstand communicatie mogelijk te maken tussen verschillende telefooncentrales, waarbij de verschillende telefoongesprekken over één enkele lijn gemultiplext worden. Bij het multiplexen is de bandbreedte effektief beperkt zodat er meer gesprekken gevoerd kunnen worden over één fysieke lijn.

Maar de communicatie binnen een telefoonzone kan gerust gebeuren met een hogere bandbreedte. We hebben trouwens de komst van ISDN, waarbij een datakanaal 64kb/s kan vervoeren. Bij analoge modems is de maximale snelheid beperkt tot 56k. Deze snelheid was lange tijd een vaste grens, zoals de snelheiden van 300 (accoustisch), 1200/2400 (PSK) en 9600 (QAM) ook vaste grenzen waren die een aantal jaren gehandhaafd werden. De snelheid van 56k kon enkel gehaald worden bij lokale verbindingen.

ADSL werkt onafhankelijk van de telefonie (zonder de lijn op te nemen zoals bij een gewoon telefoongesprek). Er moeten splitters gebruikt worden zodat de hoogfrekwente signalen niet doordringen in analoge toestellen (telefoon en fax). De kwaliteit van de verbinding hangt eigenlijk ook af van de kwaliteit van de splitsing, die zo vroeg mogelijk moet gebeuren (ideaal van zodra de telefoonlijn in huis komt).

Downloadsnelheden van 10Mbits zijn haalbaar, wat een verhoging van de snelheid met een faktor 200 is ten opzichte van dial up (in optimale omstandigheden). Hetzelfde bestand dat 10 minuten nodig had om binnengehaald te worden, kon nu gedownload worden in 3 seconden.

ADSL is asymmetrisch met een lagere uploadsnelheid, maar dat is niet belangrijk, omdat het internet vooral gebruikt werd om zaken binnen te halen (download). De asymmetrie is technisch onvermijdelijk: er is meer ruis en overspraak aanwezig in de telefooncentrale, waar alle kabels samenkomen. Door een lagere bandbreedte te voorzien voor de uplink kan men de storingen (die eerder in de contrale aanwezig zijn) beter onderdrukken. De downlink wordt natuurlijk ook gestoord, maar het signaal afkomstig van de centrale modem is hier sterker en onderdrukt de aanwezige storingen. Zo maakt men eigenlijk een deugd van een beperking.

Hetzelfde assymetrisch karakter komt voor bij internet via de kabel. De kabel was oorspronkelijk enkel voorzien voor televisie (éénrichtingsverkeer), maar door het vervangen van alle lijnversterkers kon men de kabel in twee richtingen laten werken. Zo konden de providers extra services aanbieden (tegen betaling, uiteraard) zoals delayed viewing ("net gemist"), pay per view enz.

De mogelijkheden van een modem worden op een volgende pagina besproken:
Bulletin boads systems, Fidonet en internet