モデム

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音響カプラモデムは、オーディオメディアとして電話の受話器を使用し、ユーザーが目的の番号をダイヤルしてから、受話器をモデムに押し込んで接続を完了しました。これらのシステムは通常、毎秒300ビットの速度で動作しました。

変調器-復調器、または単にモデムは、データをデジタル形式から電話やラジオなどのアナログに適した形式に変換するコンピュータハードウェアデバイスですモデムは、1つまたは複数の搬送波信号を変調してデジタル情報をエンコードすることによってデータを送信し、受信機は信号を変調解除して元のデジタル情報を再作成します。目標は、簡単に送信して確実にデコードできる電気信号を生成することです。モデムは、発光ダイオードからラジオまで、アナログ信号を送信するほとんどすべての手段で使用できます。

初期のモデムは、従来の電話システムや専用回線を介した伝送に適した可聴音を使用するデバイスでした。これらは通常、110または300ビット/秒(ビット/秒)で動作し、デバイス間の接続は通常、接続された電話の受話器を使用して手動で行われました。1980年代までに、1200および2400ビット/秒の高速がリリースされ、無線およびその他のシステムで動作するモデムが利用可能になりました。1990年代後半にデバイスの高度化が急速に進むにつれて、電話ベースのモデムは利用可能な帯域幅をすぐに使い果たし、56 kbit / sの究極の標準に達しました。

1990年代後半にインターネットが一般に利用されるようになったため、はるかに高いパフォーマンスが求められ、オーディオベースのシステムからケーブルテレビ回線のまったく新しいエンコーディングや電話回線のサブキャリアの短距離信号に移行しました。特に1990年代後半の携帯電話への移行と、2000年代のスマートフォンの出現により、これまでになく高速な無線ベースのシステムが開発されました。今日、モデムはどこにでもあり、ほとんど目に見えず、ほぼすべてのモバイルコンピューティングデバイスに何らかの形で含まれており、一般に1秒あたり数十または数百メガバイトの速度が可能です。

速度

モデムは、特定の時間単位で送信できるデータの最大量によって分類されることが多く、通常はビット/秒(シンボルビット/秒、「bps」と省略されることもあります)で表されるか、まれにバイト/秒(シンボルB / s)で表されます。 最新のブロードバンドモデムは通常、メガビットで記述されます。

歴史的に、モデムはボーで測定されたシンボルレートによって分類されることがよくありました。ボー単位は、1秒あたりのシンボル数、つまりモデムが1秒あたりに新しい信号を送信する回数を示します。たとえば、ITU V.21規格では、2つの異なるシンボル(またはシンボルごとに1ビット)に対応する2つの可能な周波数のオーディオ周波数シフトキーイングを使用して、300ボーを使用して毎秒300ビットを伝送しました。対照的に、4つの異なるシンボル(シンボルあたり2ビット)を送受信できる元のITU V.22規格は、位相偏移変調を使用して1秒あたり600シンボル(600ボー)を送信することで1,200ビットを送信しました。

多くのモデムは可変レートであるため、電話回線の品質が悪い、または長すぎるなど、理想的とは言えない特性を持つメディアで使用できます。この機能は、モデムが接続フェーズ中または動作中に実際の最大伝送速度を検出できるように、多くの場合適応性があります。

ダイヤルアップ、DSL、ケーブルモデムなど、オーストラリアでかつて使用されていたモデムのコレクション。

全体的な歴史

モデムは、現在のループベースのテレプリンターや自動電信に以前使用されていたより高価な専用回線ではなく、通常の電話回線を介してテレプリンターを接続する必要性から生まれました。モデムの定義を満たす最も初期のデバイスは、1920年代に通信社によって使用されたマルチプレクサである可能性があります。[1]

1941年、連合国はSIGSALYと呼ばれる音声暗号化システムを開発しました。このシステムは、ボコーダーを使用して音声をデジタル化し、ワンタイムパッドで音声を暗号化し、周波数シフトキーイングを使用してデジタルデータをトーンとしてエンコードしました。これもデジタル変調技術であり、初期のモデムになりました。[2]

コンピュータ技術の急速な発展により、コンピュータを長距離で接続する方法が求められるようになった1950年代後半まで、商用モデムはほとんど利用できませんでした。その結果、Bell Companyや他の企業は、使用するコンピュータモデムの数を増やしました。交換電話回線とリース電話回線の両方を介して。

その後の開発では、ケーブルテレビ回線電力線、およびさまざまな無線技術を介して動作するモデム、および電話回線を介して はるかに高速を実現するモデムが製造されます。

ダイヤルアップ

ダイヤルアップモデムは、データ用に設計されていない通常の交換電話回線を介してコンピュータデータを送信します。これは、電話会社が提供する回線でも動作する専用回線モデムとは対照的ですが、データ使用を目的としており、同じシグナリング制約を課していません。

変調されたデータは、通常の音声オーディオ信号の周波数制約に適合している必要があります。音響結合モデムを含む初期のモデムは、通信相手または自動発呼ユニットに依存して、モデムを回線に切り替える前にダイヤルして音声接続を確立していました。最近のデバイスは、電話交換機を介して通話を接続するために必要なアクションを実行できます。たとえば、回線のピックアップ、ダイヤル、電話会社の機器から返送される信号(ダイヤルトーン、呼び出し音、話中音)の理解、着信呼び出し信号の認識、電話に出る。

ダイヤルアップモデムはさまざまな速度と機能で製造されており、その多くは、呼び出している回線をテストし、回線がサポートできる最も高度なシグナリングモードを選択することができます。一般的に、消費者が利用できる最速のダイヤルアップモデムは、56 kbit / sを超えることはなく、両方向でその速度を達成することもありませんでした。

ダイヤルアップモデムは、ダイヤルアップインターネットアクセスのために多くの国の消費者に大量に販売されていたため、かつては広く知られている技術でした。1990年代、米国では何千万人もの人々がインターネットアクセスにダイヤルアップモデムを使用していました。[3]

ダイヤルアップサービスは、その後、ブロードバンドインターネット[4]に大きく取って代わられました。DSL通常モデムを使用しますが、通常の電話回線で動作する可能性がありますが、制約が大幅に緩和された非常に異なるタイプです。

歴史

1950年代

TeleGuideターミナル

米国での電話回線モデムの大量生産は、1958年にSAGE防空システムの一部として開始され、さまざまな空軍基地、レーダーサイト、およびコマンドアンドコントロールセンターの端末を米国中に点在するSAGEディレクターセンターに接続しました。カナダ

その後まもなく1959年に、SAGEモデムのテクノロジーは、110ビット/秒の速度を提供するBell101として商業的に利用可能になりました。ベルはこれと他のいくつかの初期のモデムを「データセット」と呼んだ。

1960年代

一部の初期のモデムは、ベル400スタイルのプッシュホンモデムなど、プッシュホン周波数に基づいていました。[5]

Bell 103A規格は、1962年にAT&Tによって導入されまし。これは、通常の電話回線を介して300ビット/秒で全二重サービスを提供しました。周波数シフトキーイングが使用され、発信者は1,070または1,270  Hzで送信し、応答モデムは2,025または2,225Hzで送信しました。[6]

サードパーティ(非AT&Tモデム)が市場に登場すると、103モデムは最終的にデファクトスタンダードになり、1970年代を通じて、Bell103デファクトスタンダードと互換性のある独立したモデムが一般的になりました。[7]モデルの例には、NovationCATAnderson-Jacobsonが含まれています。低コストのオプションは、すぐに入手できる部品を使用して構築されるように設計されたペニーホイッスルモデムでした。[8]

テレタイプマシンには、Bell103モデムを使用したテレタイプライター交換などのリモートネットワークへのアクセスが許可されました。[9] AT&Tは、低コストのユニット、発信専用の113Dおよび応答専用の113B / Cモデムも製造しました。

1970年代

201A Data-Phoneは、シンボルあたり2ビットの位相偏移変調(PSK)エンコーディングを使用する同期モデムであり、通常の電話回線で2,000ビット/秒の半二重を実現しました。[10]このシステムでは、接続のいずれかの側の2つのトーンが、300ビット/秒のシステムと同様の周波数で送信されますが、位相がわずかにずれています。

1973年の初めに、VadicVA3400を発表しました。これは、通常の電話回線を介して1,200ビット/秒で全二重を実行します。[11]

1976年11月、AT&Tは212Aモデムを発表しました。設計は似ていますが、送信に低い周波数セットを使用しています。VA3400とは互換性がありませんでしたが[12]、300ビット/秒の103Aモデムで動作します。

1977年、VadicはVA3467トリプルモデムで応答しました。これは、Vadicの1,200ビット/秒モード、AT&Tの212Aモード、および103A動作をサポートするコンピュータセンターのオペレーターに販売された応答専用モデムです。[13]

オリジナルの300ボーのHayesSmartmodem

1980年代

モデムの重要な進歩は、1981年に導入されたHayes Smartmodemでした。Smartmodemは、それ以外は標準の103A 300ビット/秒の直接接続モデムでしたが、コンピュータがダイヤルコマンドなどの制御要求を行えるようにするコマンド言語を導入しました。または、データ接続に使用されるのと同じRS-232インターフェイスを介して通話に応答します。[14]このデバイスで使用されるコマンドセットは、デファクトスタンダードであるHayesコマンドセットになり、他の多くのメーカーのデバイスに統合されました。

自動ダイヤルは新しい機能ではありませんでした–個別の自動通話ユニットを介して、およびX.21インターフェイスを使用するモデムを介して利用可能でした[15] –しかし、Smartmodemは、最小限のデバイスでも使用できる単一のデバイスで利用可能にしましたユビキタスRS-232インターフェイスの実装。この機能は、事実上すべてのシステムまたは言語からアクセスできます。[16]

Smartmodemの導入により、通信がはるかに簡単になり、アクセスが容易になりました。これは、ヘイズの特許をライセンスし、価格や機能を追加することで競争した他のベンダーに成長する市場を提供しました。[17]これは最終的に、特許を取得したHayesコマンド言語の使用をめぐる法的措置につながりました。[18]

ダイヤルモデム​​は、1980年代半ばまで、 一般的に300および1,200ビット/秒(最終的にはV.21V.22などの標準になります)のままでした。

1984年に、V.22bisが作成されました。これは、1,200ビット/秒のベル212と概念が類似した2,400ビット/秒のシステムです。このビットレートの向上は、4つまたは8つの異なるシンボルを定義することで実現され、2つまたはシンボルごとに1ビットではなく3ビット。1980年代後半までに、多くのモデムがこのような改善された標準をサポートできるようになり、2,400ビット/秒の動作が一般的になりました。

モデムの速度を上げると、オンラインシステムの応答性が大幅に向上し、ファイル転送が実用的になりました。これにより、大きなファイルライブラリを使用するオンラインサービスが急速に成長し、モデムを所有する理由が増えました。モデムの急速な更新により、BBSの使用も同様に急速に増加しました。

内部拡張スロットを備えたマイクロコンピュータシステムの導入により、小型の内蔵モデムが実用化されました。これにより、掲示板システム(BBS)の基本要件であるソフトウェアから直接ダイヤルアウトし、着信に応答し、完全に電話を切ることができる、 S-100バスおよびAppleIIコンピューター用の一連の人気のあるモデムが生まれました。たとえば 、独創的なCBBSは、Hayes内蔵モデムを搭載したS-100マシンで作成され、多くの同様のシステムがそれに続きました。

この時期にエコーキャンセレーションがモデムの機能となり、両方のモデムが自身の反射信号を無視できるようにすることで、両方のモデムが利用できる帯域幅が改善されました。

直交振幅変調(QAM)エンコーディングによって追加の改善が導入され、位相シフトと振幅の組み合わせにより、シンボルあたりのビット数が4に増加しました。

1,200ボーで送信すると、4,800ビット/秒のV.27ter標準が生成され、2,400ボーで9,600ビット/秒のV.32が生成されました。キャリア周波数は、両方のシステムで1,650Hzでした

これらの高速システムの導入は、1980年代のデジタルファックス機の開発にもつながりました。初期のファックス技術も電話回線で変調信号を使用していましたが、デジタルファックスはコンピュータモデムで使用されている現在標準のデジタルエンコーディングを使用していました。これにより、最終的にコンピュータはファックス画像を送受信できるようになりました。

1990年代

USRobotics Sportster 14,400ファックスモデム(1994)

1990年代初頭、9600ビット/秒で動作するV.32モデムが導入されましたが、高価であり、14,400ビット/秒で動作するV.32bisが標準化されたときに初めて市場に参入し始めました。

Rockwell Internationalのチップ部門は、V.32bis標準を組み込んだ新しいドライバーチップセットを開発し、積極的な価格設定を行いました。Supra、Inc。は、ロックウェルとの短期独占契約を取り決め、それに基づいてSupraFAXModem14400を開発しました。1992年1月に399ドル(またはそれ以下)で導入され、すでに市場に出回っている低速のV.32モデムの半分の価格でした。これは価格競争につながり、年末までにV.32は死に、実際には確立されていませんでした。V.32bisモデムは250ドルで広く入手可能でした。

V.32bisは非常に成功したため、古い高速規格にはほとんど利点がありませんでした。USRobotics(USR)は16,800ビット/秒バージョンのHSTで反撃し、AT&TはV.32terと呼ばれる1回限りの19,200ビット/秒の方法を導入しましたが、非標準モデムはどちらも売れ行きがよくありませんでした。

内部ISAカードとして実装されたV.34モデム
ノートブックPCカードとしてのV.34データ/ファックスモデム
RS-232 シリアルポートを備えた外部V.34モデム

これらの独自の改善に対する消費者の関心は、28,800ビット/秒のV.34標準の長い導入の間に衰えました。待っている間、いくつかの企業はハードウェアをリリースすることを決定し、V.FASTと呼ばれるモデムを導入しました。

標準が承認された後(1994年)にV.34モデムとの互換性を保証するために、メーカーは、目的に合わせて設計されたASICモデムチップではなく、より柔軟なコンポーネント、通常はDSPマイクロコントローラーを使用しました。これにより、承認された後のファームウェアアップデートが標準に準拠できるようになります。

ITU標準V.34は、これらの共同作業の集大成を表しています。チャネルエンコーディングや形状エンコーディングなど、当時利用可能な最も強力なコーディング技術を採用していました。新しい規格では、シンボルあたりわずか4ビット(9.6 kbit / s)から、シンボルあたり6〜10ビットに相当する機能に加えて、ボーレートを2,400から3,429に増やして、14.4、28.8、および33.6 kbit / sモデムを作成しました。 。このレートは、電話回線の理論上のシャノン限界に近いものです。[19]

56 kbit / sテクノロジー

専用回線モデムでは56,000ビット/秒の速度が利用可能でしたが、ダイヤルアップモデムでは1990年代後半まで利用できませんでした。

ISPのダイヤルアップモデムバンク

1990年代後半に、33.6 kbit / sを超える速度を達成するための技術が導入され始めました。いくつかのアプローチが使用されましたが、それらはすべて、電話回線に関する単一の根本的な問題の解決策として始まりました。

テクノロジー企業が33.6kbit / sを超える速度を調査し始めるまでに、電話会社はほぼ完全にオールデジタルネットワークに切り替えていました。電話回線が地方の中央局に到達するとすぐに、ラインカードが加入者からのアナログ信号をデジタル信号に変換し、逆もまた同様です。デジタルでエンコードされた電話回線は、概念的には置き換えられたアナログシステムと同じ帯域幅を提供しますが、デジタル化自体が、確実にエンコードできる波形 のタイプに制約を課しました。

最初の問題は、アナログからデジタルへの変換プロセスが本質的に損失があることでしたが、2番目に、そしてさらに重要なことに、telcosによって使用されるデジタル信号は「線形」ではありませんでした。音声信号に対する人間の耳の非線形応答を優先することを目的とした非線形エンコーディング(μ-lawおよびa-law )。これにより、デジタル化プロセスに耐えられる56 kbit / sのエンコーディングを見つけることが非常に困難になりました。

モデムメーカーは、アナログからデジタルへの変換では高速を維持できないが、デジタルからアナログへの変換では維持できることを発見しました。ISPが電話会社への直接デジタル接続を取得できるため、デジタルモデム (T1やPRIなどのデジタル電話ネットワークインターフェイスに直接接続するモデム)は、で利用可能な帯域幅のすべてのビットを利用する信号を送信できます。システム。その信号は加入者側でアナログに変換し直す必要がありましたが、その変換によって、反対方向と同じように信号が歪むことはありませんでした。

これと同じ理由で、56kはダウンストリーム(ISPからサブスクライバーへ)で56 kbit / sを許可しましたが、アップストリーム(サブスクライバーからISPへ)方向で同じ速度が達成されることはありませんでした。デジタル変換。この問題は決して克服されませんでした。[20]

初期の56kダイヤルアップ製品

最初の56kダイヤルアップオプションは、USRobotics独自の設計であり、56kは28kモデムの2倍の速度(×2)であったため、「X2」と呼ばれていました。

当時、USRoboticsは小売モデム市場の40%のシェアを持っていましたが、Rockwell Internationalはモデムチップセット市場の80%のシェアを持っていました。ロックウェルは、シャットアウトされることを懸念して、ライバルの56kテクノロジーの開発に着手しました。彼らはルーセントモトローラと協力して、「K56Flex」または単に「Flex」と呼ばれるものを開発しました。

どちらの技術も1997年2月頃に市場に登場しました。K56Flexモデムの問題は、7月までの製品レビューで指摘されましたが、6か月以内に、2つのテクノロジは同等に機能し、変動はローカル接続の特性に大きく依存していました。[21]

これらの初期の56Kモデムの小売価格は、標準の33kモデムの100ドルと比較して、約200ドルでした。インターネットサービスプロバイダー(ISP)側でも互換性のある機器が必要でしたが、現在の機器をアップグレードできるかどうかによってコストは異なります。全ISPの約半数が1997年10月までに56kのサポートを提供しました。消費者の売上は比較的低く、USRoboticsとRockwellは矛盾する基準に起因していました。[22]

標準化された56k(V.90 / V.92)

1998年2月、国際電気通信連合(ITU)は、業界の強力なサポートを受けた新しい56 kbit / s標準V.90のドラフトを発表しました。どちらの既存の規格とも互換性がなく、両方の融合でしたが、ファームウェアのアップグレードによって両方のタイプのモデムを使用できるように設計されました。V.90規格は、1998年9月に承認され、ISPや消費者に広く採用されました。[22] [23]

V.92規格は2000年11月にITUによって承認され[ 24]、デジタルPCMテクノロジーを利用して、アップロード速度を最大48 kbit / sに向上させました。

アップロード速度が速いことはトレードオフでした。48 kbit / sのアップストリームレートでは、回線へのエコーの影響により、ダウンストリームが40 kbit / sまで低下します。この問題を回避するために、V.92モデムは、デジタルアップストリームをオフにし、代わりにプレーンな33.6 kbit / sアナログ接続を使用して、50 kbit / s以上の高いデジタルダウンストリームを維持するオプションを提供します。[25]

V.92には、他に2つの機能も追加されています。1つ目は、キャッチホンを使用しているユーザーが、通話に応答している間、ダイヤルアップインターネット接続を長期間保留にする機能です。2つ目の機能は、電話回線のアナログとデジタルの特性を記憶し、この保存された情報を再接続時に使用することで、ISPにすばやく接続できることです。

ダイヤルアップ速度の進化

これらの値は最大値であり、特定の条件(たとえば、ノイズの多い電話回線)では実際の値が遅くなる場合があります。[26]完全なリストについては、デバイス帯域幅の関連記事リストを参照してくださいボーは1秒あたり1つのシンボルです。各シンボルは、1つまたは複数のデータビットをエンコードできます。

繋がり 変調 ビットレート[kbit / s] リリースされた年
110ボーベル 101モデム FSK 0.1 1958年
300ボー(ベル103またはV.21 FSK 0.3 1962年
1200ビット/秒(1200ボー)(ベル202 FSK 1.2 1976年
1200ビット/秒(600ボー)(ベル212AまたはV.22 QPSK 1.2 1980 [27] [28]
2000ビット/秒(1000ボー)(ベル201A) PSK 2.0 1962年
2400ビット/秒(600ボー)(V.22bis QAM 2.4 1984 [27]
2400ビット/秒(1200ボー)(V.26bis PSK 2.4
4800ビット/秒(1600ボー)(V.27ter PSK 4.8 [29]
4800ビット/秒(1600ボー、ベル208B) DPSK 4.8
9600ビット/秒(2400ボー)(V.32 QAM 9.6 1984 [27]
14.4 kbit / s(2400ボー)(V.32bis トレリス 14.4 1991 [27]
19.2 kbit / s(2400ボー)(V.32 "terbo") トレリス 19.2 1993 [27]
28.8 kbit / s(3200ボー)(V.34 トレリス 28.8 1994 [27]
33.6 kbit / s(3429ボー)(V.34 トレリス 33.6 1996 [30]
56 kbit / s(8000/3429ボー)(V.90 デジタル 56.0 / 33.6 1998 [27]
56 kbit / s(8000/8000ボー)(V.92 デジタル 56.0 / 48.0 2000 [27]
ボンディングモデム(2つの56kモデム)(V.92[31] 112.0 / 96.0
ハードウェア圧縮(可変)(V.90 / V.42bis 56.0〜220.0
ハードウェア圧縮(可変)(V.92 / V.44 56.0〜320.0
サーバー側のWeb圧縮(可変)(Netscape ISP 100.0〜1,000.0

圧縮

多くのダイヤルアップモデムは、同じビットレートでより高い実効スループットを達成するため に、データ圧縮の標準を実装しています。V.44は、通常の電話回線で56kを超える速度を実現するため にV.92と組み合わせて使用​​される例です。

電話ベースの56kモデムの人気が失われ始めると、Netzero / Juno、Netscapeなどの一部のインターネットサービスプロバイダーは、見かけのスループットを向上させるために事前圧縮を使用し始めました。このサーバー側の圧縮は、圧縮技術がコンテンツ固有(JPEG、テキスト、EXEなど)であるため、モデム内で実行されるオンザフライ圧縮よりもはるかに効率的に動作できます。Webサイトのテキスト、画像、およびFlashメディアは、通常、それぞれ約4%、12%、および30%に圧縮されます。欠点は、画像がピクセル化されて不鮮明になる非可逆圧縮を使用するため、品質が低下することです。このアプローチを採用しているISPは、「高速ダイヤルアップ」として宣伝することがよくあります。

これらの高速ダウンロードは、独自のサーバー側のテキストと画像の圧縮を使用して、 OperaおよびAmazon SilkWebブラウザーに 統合されています。

添付方法

ダイヤルアップモデムは、音響カプラを使用する方法と直接電気接続を使用する方法の2つの方法で接続できます。

直接接続されたモデム

音響カプラを合法化したHush-a-Phoneの決定は、電話回線への電気的接続ではなく、電話セットへの機械的接続にのみ適用されました。ただし、1968年のCarterfoneの決定により、顧客は、電話ネットワークに干渉しないというベルが定義した厳格な基準に従っている限り、デバイスを電話回線に直接接続することができました。[32]これにより、音響カプラを介さずに電話回線に直接接続される直接接続モデムの独立した(AT&T以外の)製造への扉が開かれました。

CarterfoneはAT&Tにデバイスの接続を許可するよう要求しましたが、AT&Tは、サードパーティのモデムと回線の間に配置された、データアクセスアレンジメントまたはDAAと呼ばれるネットワークを保護するための特別なデバイスの使用を要求することを許可する必要があると首尾よく主張しました。DAAの使用は、1969年から1975年にかけて、新しいFCCパート68規則により、サードパーティのデバイスに同等の回路が含まれていることを条件として、ベルが提供するDAAなしでデバイスの使用が許可されたときに必須でした。[33]

1980年代以降に製造された事実上すべてのモデムは直接接続です。

音響カプラ

NovationCAT音響結合モデム

Bell(AT&T)は、早くも1958年に電話網に直接有線接続で接続するモデムを提供していましたが、当時の規制では、Bell以外のデバイスを電話回線に直接電気的に接続することは許可されていませんでした。ただし、Hush-a-Phoneの判決により、顧客は、その機能に干渉しない限り、任意のデバイスを電話セットに接続することができました。これにより、サードパーティ(ベル以外)のメーカーは、音響カプラを利用したモデムを販売することができました。[32]

音響カプラを使用して、通常の電話の受話器を、受話器にあるものと一致するように配置されたスピーカーとマイクを含むクレードルに配置しました。モデムが使用するトーンは受話器で送受信され、受話器は電話回線に中継しました。[34]

モデムは電気的に接続されていなかったため、ピックアップ、電話を切る、またはダイヤルすることができませんでした。これらはすべて、回線を直接制御する必要がありました。プッシュホンダイヤルは可能でしたが、現時点ではプッシュホンは広く利用できませんでした。その結果、ダイヤルプロセスは、ユーザーが受話器を持ち上げてダイヤルし、次に受話器をカプラーに置くことによって実行されました。このプロセスを加速するために、ユーザーはダイヤラまたは自動通話ユニットを購入できます。

自動発信ユニット/ダイヤラ

初期のモデム–自分で電話をかけたり受けたりすることはできませんでしたが、これらの手順には人間の介入が必要でした。

早くも1964年に、ベルはホストマシンの2番目のシリアルポートに個別に接続する自動発呼ユニットを提供し、回線を開いて番号をダイヤルし、モデムに制御を移す前に遠端が正常に接続されたことを確認するように命令できました。 。[35]その後、サードパーティのモデル(単にダイヤラと呼ばれることもある)や、タイムシェアリングシステムに自動的にサインインする機能などの機能が利用できるようになります。[36]

最終的に、この機能はモデムに組み込まれ、別のデバイスを必要としなくなります。

コントローラベースのモデムとソフトモデム

従来のISAモデム(右側)の隣にあるPCI Winmodemソフトモデム(左側)

1990年代以前は、モデムには、ディスクリート形式のデータをアナログ(変調)信号に変換して元に戻し、ディスクリートロジックと専用チップを組み合わせてダイヤルプロセスを処理するためのすべての電子機器とインテリジェンスが含まれていました。このタイプのモデムは、コントローラベースと呼ばれることもあります。[37]

1993年、DigicomはConnection 96 Plusを発表しました。これは、ディスクリートコンポーネントとカスタムコンポーネントを汎用デジタルシグナルプロセッサに置き換えたモデムで、新しい標準にアップグレードするために再プログラムできます。[38]

その後、USRoboticsは、同様にアップグレード可能なDSPベースの設計であるSportsterWinmodemをリリースしました。[39]

この設計トレンドが広まるにつれ、ソフトモデムWinmodemの両方の用語が、 Windowsベース以外のコンピューティングサークルでは否定的な意味合いを帯びてきました。これは、ドライバーがWindows以外のプラットフォームでは利用できないか、保守不可能なクローズドソースバイナリとしてのみ利用可能であったためです。 Linuxユーザーにとって特に問題です。[40]

1990年代後半に、ソフトウェアベースのモデムが利用可能になりました。これらは本質的にサウンドカードであり、実際、一般的な設計ではAC'97オーディオコーデックを使用しています。AC'97オーディオコーデックは、PCにマルチチャネルオーディオを提供し、モデム信号用に3つのオーディオチャネルを備えています。

このタイプのモデムによって回線上で送受信されるオーディオは、完全にソフトウェアで生成および処理され、多くの場合、デバイスドライバで処理されます。ユーザーの観点からは機能的な違いはほとんどありませんが、この設計では、処理能力の大部分を高価なハードウェアDSPやディスクリートコンポーネント ではなく、安価なソフトウェアに移行することで、モデムのコストを削減します。

両方のタイプのソフトモデムは、内部カードであるか、USBなどの外部バスを介して接続します。ソフトウェアによって生成(送信)または分析(受信)された生のオーディオ信号を伝送するためにホストコンピュータに高帯域幅チャネルを必要とするため、RS-232を利用することはありません。

インターフェイスはRS-232ではないため、デバイスと直接通信するための標準はありません。代わりに、ソフトモデムには、標準のモデムソフトウェア(オペレーティングシステムのダイヤラアプリケーションなど)が通信できる、エミュレートされたRS-232ポートを作成するドライバが付属しています。

音声/ファックスモデム

「音声」および「ファックス」は、音声の録音/再生またはファックスの送受信が可能なダイヤルモデム​​を表すために追加された用語です。一部のモデムは、3つの機能すべてに対応しています。[41]

音声モデム、ヘッドセットを備えたコンピュータを介して直接電話をかけたり受けたりするのと同じくらい簡単で、完全に自動化されたロボコーリングシステムのように複雑なコンピュータテレフォニー統合アプリケーションに使用されます。

ファックスモデムは、コンピュータベースのファックスに使用できます。この場合、ファックスは、紙に印刷する必要のないインバウンドまたはアウトバウンドのファックスなしで送受信されます。これは、ファックスがインターネット経由で行われるefaxとは異なり、場合によっては電話回線がまったく含まれていません。

Modem Over IP(モデムリレー)

ITU-T V.150.1勧告は、PSTNからIPゲートウェイへの相互運用の手順を定義しています。[42]このセットアップの典型的な例では、各ダイヤルアップモデムはモデムリレーゲートウェイに接続します。次に、ゲートウェイはIPネットワーク(インターネットなど)に接続されます。モデムからのアナログ接続はゲートウェイで終端され、信号は復調されます。復調された制御信号は、 State Signaling Events(SSE)として定義されたRTPパケットタイプでIPネットワークを介して転送されます。復調された信号からのデータは、Simple Packet Relay Transportと呼ばれるトランスポートプロトコル(RTPペイロードとも呼ばれる)を介してIPネットワーク経由で送信されます。(SPRT)。SSEとSPRTの両方のパケット形式は、V.150.1勧告(それぞれ付録Cと付録B)で定義されています。パケットを受信するリモートエンドのゲートウェイは、その情報を使用して、そのエンドに接続されているモデムの信号を再変調します。

V.150.1勧告は広く展開されていませんが、「V.150.1ゲートウェイの最小必須要件(MER)」(SCIP-216)と呼ばれる勧告の簡素化バージョンがセキュアテレフォニーアプリケーションで使用されます。[43]

クラウドベースのモデム

従来はハードウェアデバイスでしたが、クラウド環境( Microsoft AzureAWSなど)にデプロイできる完全なソフトウェアベースのモデムが存在します。[44] SIPトランクを介したVoice-over-IP(VoIP)接続を利用して、変調されたオーディオサンプルが生成され、RTPおよび非圧縮オーディオコーデック(G.711μ -lawまたはa-など)を介してIPネットワーク経由で送信されます。法)。

人気

1994年のSoftwarePublishers Associationは、米国の家庭のコンピュータの60%がモデムを持っていたにもかかわらず、7%の家庭だけがオンラインになったことを発見しました。[45] 2006年のCEAの調査によると、米国ではダイヤルアップインターネットアクセスが減少していることがわかりました。2000年には、ダイヤルアップインターネット接続が米国の住宅用インターネット接続全体の74%を占めました。[要出典] 1人あたりのダイヤルアップモデムユーザーの米国の人口統計パターンは、過去20年間、カナダとオーストラリアで多かれ少なかれ反映されてきました。

米国でのダイヤルアップモデムの使用は2003年までに60%に低下し、2006年には36%になりました。[要出典]音声帯域モデムはかつて米国で最も人気のあるインターネットアクセス手段でしたが、インターネットにアクセスする新しい方法の出現により、従来の56Kモデムは人気を失っていました。ダイヤルアップモデムは、DSL、ケーブル、衛星、または光ファイバーサービスが利用できない、またはこれらの企業が請求する金額を支払うことを望まない地方の顧客によって、依然として広く使用されています。[46] 2012年の年次報告書で、AOLは、約300万人のダイヤルアップユーザーから約7億ドルの料金を徴収していることを示しました。

TTY / TDD

TDDデバイスは、聴覚障害者または難聴者が使用することを目的としたテレプリンターのサブセットであり、本質的には、ダイヤルアップモデムと音響カプラーが組み込まれた小型のテレタイプです。1964年に製造された最初のモデルは、初期のコンピュータモデムと同じように FSK変調を利用していました。

専用回線モデム

専用回線モデムも、ダイヤルアップやDSLなどの通常の電話配線を使用しますが、同じネットワークトポロジを使用しませんダイヤルアップは通常の電話回線を使用して電話交換システムを介して接続し、DSLは通常の電話回線を使用しますが電話会社のセントラルオフィスの機器に接続しますが、専用回線は電話会社で終了しません。

専用線とは、1つまたは複数の電話会社の電話局で相互に接続された電話線のペアであり、企業の本社と衛星局などの2つの加入者の場所の間で連続回線を形成します。それらは電力やダイヤルトーンを提供しません-それらは単に2つの離れた場所で接続された一対のワイヤーです。

ダイヤルアップモデムは、これらのモデムに必要な電力、ダイヤルトーン、およびスイッチングを提供しないため、このタイプの回線では機能しません。ただし、専用回線機能を備えたモデムは、このような回線で動作できます。実際、回線がTelcoスイッチング機器を通過せず、信号がフィルタリングされないため、より広い帯域幅を利用できるため、パフォーマンスが向上します。

専用回線モデムは、2線式または4線式モードで動作できます。前者は1対のワイヤを使用し、一度に1方向にしか伝送できませんが、後者は2対のワイヤを使用し、同時に両方向に伝送できます。2つのペアが使用可能な場合、帯域幅は最大1.5 Mbit / s、フルデータT1回路になります。[47]

ブロードバンド

ケーブルモデム

ブロードバンドという用語は、ダイヤルアップの最大56キロビット/秒を超えるインターネットアクセステクノロジーを表すために、1990年代後半に広く採用されました。さまざまなDSL(デジタル加入者線)技術やケーブルブロードバンドなど、多くのブロードバンド技術があります。

ADSLHDSLVDSLなどのDSLテクノロジーは、電話回線(電話会社によって設置され、元々は電話加入者による使用を目的とした回線)を使用しますが、残りの電話システムのほとんどを利用しません。それらの信号は通常の電話交換機を介して送信されるのではなく、電話会社の本社に ある特別な機器( DSLAM )によって受信されます。

信号は電話交換機を通過しないため、「ダイヤル」は不要であり、通常の音声通話の帯域幅の制約はありません。これにより、はるかに高い周波数が可能になり、したがってはるかに高速になります。特にADSLは、同じ回線で同時に音声通話とデータ使用を許可するように設計されています。

同様に、ケーブルモデムは、もともとテレビ信号を伝送することを目的としたインフラストラクチャを使用しており、DSLと同様に、通常、ブロードバンドインターネットサービスと同時にテレビ信号を受信できます。

他のブロードバンドモデムには、FTTxモデム、衛星モデム、および電力線モデムが含まれます。

用語

ブロードバンドモデムには、変調/復調コンポーネント以外のものが含まれていることが多いため、さまざまな用語が使用されます。

高速接続は一度に複数のコンピュータで頻繁に使用されるため、多くのブロードバンドモデムには直接(USBなど)PC接続はありませんが、イーサネットやWi-Fiなどのネットワークを介して接続します。初期のブロードバンドモデムは、1つ以上のパブリックIPアドレスの使用を許可するイーサネットハンドオフを提供しましたが、複数のコンピューターが1つの接続を共有できるようにするNATやDHCPなどの他のサービスはありませんでした。これにより、多くの消費者は、これらの機能を実行するために、モデムとネットワークの間に配置された個別の「ブロードバンドルーター」を購入することになりました。[48] [49]

最終的に、ISPは、モデムとブロードバンドルーターを組み合わせて、ルーティング、 NAT、セキュリティ機能、さらにはモデム機能に加えてWi-Fiアクセスを提供する単一のパッケージに統合した住宅用ゲートウェイの提供を開始しました。これにより、加入者は購入せずに家族全員を接続できます。追加の機器。その後、これらのデバイスは、電話やテレビサービスなどの「トリプルプレイ」機能を提供するように拡張されました。それでもなお、これらのデバイスは、サービスプロバイダーやメーカーによって単に「モデム」と呼ばれることがよくあります。[50]

その結果、「モデム」、「ルーター」、および「ゲートウェイ」という用語は、カジュアルなスピーチでは同じ意味で使用されるようになりましたが、技術的なコンテキストでは、「モデム」は、ルーティングやその他の機能を持たない基本的な機能の特定の意味を持ちます。 NATなどの機能を備えたデバイスについて説明します。[51] [52]

ブロードバンドモデムは、 PPPoEなどの認証も処理できますダイヤルアップインターネットサービスの場合のように、ユーザーのPCからブロードバンド接続を認証できることがよくありますが、このタスクをブロードバンドモデムに移動すると、接続自体を確立および維持できるため、PC間でのアクセスの共有が容易になります。それぞれが個別に認証する必要がないためです。ブロードバンドモデムは通常、電源がオンになっている限り、ISPに対して認証されたままになります。

ラジオ

アンテナ内蔵のBluetooth無線モジュール(左)

デジタルデータをワイヤレスで送信する通信技術には、モ​​デムが含まれます。これには、直接放送衛星WiFiWiMax携帯電話GPSBluetoothNFCが含まれます。

現代の電気通信およびデータネットワークも、長距離データリンクが必要な無線モデムを広範囲に使用しています。このようなシステムはPSTNの重要な部分であり、光ファイバーが経済的でない 周辺地域への高速コンピューターネットワークリンクにも一般的に使用されています。

ワイヤレスモデムには、さまざまなタイプ、帯域幅、および速度があります。ワイヤレスモデムは、多くの場合、透過的またはスマートと呼ばれます。それらは、多くの無線通信リンクが異なる周波数で同時に動作できるように、搬送周波数に変調された情報を送信します。[関連する?]

透過モデムは、電話回線モデムのいとこと同じように動作します。通常、これらは半二重であり、データを同時に送受信できないことを意味します。通常、透過モデムはラウンドロビン方式でポーリングされ、有線インフラストラクチャに簡単にアクセスできない散在する場所から少量のデータを収集します。透過モデムは、データ収集のために公益事業会社によって最も一般的に使用されています。

スマートモデムにはメディアアクセスコントローラが内蔵されているため、ランダムなデータが衝突するのを防ぎ、正しく受信されなかったデータを再送信します。スマートモデムは通常、透過モデムよりも多くの帯域幅を必要とし、通常、より高いデータレートを実現します。IEEE 802.11規格は、世界中で大規模に使用されている短距離変調方式を定義しています。

モバイルブロードバンド

MovistarColombiaHuaweiHSPA +EVDO)USBワイヤレスモデム
Huawei 4G +デュアルバンドモデム

携帯電話システム(GPRSUMTSHSPAEVDOWiMaxなど)を使用するモデムは、モバイルブロードバンドモデム(ワイヤレスモデムとも呼ばれる)として知られています。ワイヤレスモデムは、ラップトップ、携帯電話、またはその他のデバイスの内部に組み込むことも、外部に接続することもできます。外部ワイヤレスモデムには、接続カード、USBモデム、およびセルラールーターが含まれます。

ほとんどのGSMワイヤレスモデムにはSIMカードホルダーが統合されています(Huawei E220、Sierra 881など)。一部のモデルには、追加の外部アンテナ用のmicroSDメモリスロットやジャックも付属しています(Huawei E1762、Sierra Compass885)。[53] [54]

CDMA(EVDO)バージョンは通常R-UIMカードを使用しませんが、代わりに電子シリアル番号(ESN)を使用します。

2011年4月末まで、USBモデムは簡単に廃棄できるため、USBモデムの世界的な出荷台数は組み込み3Gおよび4Gモジュールを3:1上回りました。タブレットの売上が伸び、モデムの増分コストが下がると、組み込みモデムが個別のモデムを追い抜く可能性があるため、2016年までに比率が1:1に変わる可能性があります。[55]

携帯電話と同様に、モバイルブロードバンドモデムは特定のネットワークプロバイダーにSIMロックすることができます。モデムのロック解除は、「ロック解除コード」を使用して、電話のロックを解除するのと同じ方法で実行されます。[要出典]

光モデム

データ、電話、テレビサービスを提供するONT

光ファイバネットワークに接続するモデムは、光ネットワーク端末(ONT)または光ネットワークユニット(ONU)と呼ばれます。これらは一般に、光ファイバーから家庭への設置に使用され、光媒体を銅線イーサネットインターフェイスに変換するために家の内外に設置されます。その後、認証、ルーティング、NAT、およびその他の一般的な消費者向けインターネットを実行するためにルーターまたはゲートウェイが設置されることがよくあります。電話やテレビサービスなどの 「トリプルプレイ」機能に加えて、機能。

光ファイバシステムは、直交振幅変調を使用してスループットを最大化できます。16QAMは、16ポイントのコンスタレーションを使用して、シンボルごとに4ビットを送信し、速度は1秒あたり200または400ギガビットのオーダーです。[56] [57] 64QAMは、64ポイントのコンスタレーションを使用して、シンボルごとに6ビットを送信し、速度は最大65テラビット/秒です。この技術は発表されていますが、まだ一般的に使用されていない可能性があります。[58] [59] [60]

ホームネットワーク

モデムという名前はめったに使用されませんが、一部の高速ホームネットワークアプリケーションは、電力線イーサネットなどのモデムを使用します。たとえば、ITU-Tによって開発されたG.hn規格は、既存の家庭用配線(電力線、電話線、および同軸ケーブル)を使用した高速(最大1 Gbit / s)ローカルエリアネットワークを提供します。G.hnデバイスは、直交周波数分割多重方式(OFDM)を使用して、有線で送信するためにデジタル信号を変調します。

上記のように、Wi-FiやBluetoothなどのテクノロジーも、モデムを使用して短距離の無線通信を行います。

ヌルモデム

ヌルモデムアダプタ

ヌルモデムケーブルは、2つのデバイスのシリアルポート間に接続された特別に配線されたケーブルで、送信回線と受信回線が逆になっています。モデムなしで2つのデバイスを直接接続するために使用されます。このタイプの接続では、モデム(ProcommやMinicomなど)で通常使用されるものと同じソフトウェアまたはハードウェアを使用できます。

ヌルモデムアダプタは、両端にプラグが付いた小さなデバイスで、通常の「ストレートスルー」シリアルケーブルの端に配置され、ヌルモデムケーブルに変換されます。

短距離モデム

「短距離モデム」は、専用回線モデムとダイヤルアップモデムの間のギャップを埋めるデバイスです。専用回線モデムのように、それらは電力または電話会社のスイッチング機器なしで「裸の」回線を介して送信しますが、専用回線が達成できるのと同じ距離を対象としていません。数マイルまでの範囲が可能ですが、重要なことに、短距離モデムは、基本的なシリアルケーブルの最大長よりも長いが、単一の建物やキャンパス内など、比較的短い中距離で使用できます。これにより、シリアル接続をおそらく数百フィートから数千フィートまで延長できます。これは、電話全体または専用回線を取得するのがやり過ぎの場合です。

一部の短距離モデムは実際には変調を使用しますが、ローエンドデバイス(コストまたは消費電力の理由から)は、デジタル信号のレベルを上げるが変調しない単純な「ラインドライバ」です。これらは技術的にはモデムではありませんが、同じ用語が使用されています。[61]

も参照してください

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外部リンク