ブロードバンド
固定ブロードバンド加入者数（100人あたり）

電気通信において、ブロードバンドまたは高速とは、広範囲 にわたる周波数、あるいは複数の異なる同時周波数の信号を用いた広帯域データ伝送を指します。これは、同軸ケーブル、光ファイバー、無線インターネット（ラジオ）、ツイストペアケーブル、衛星などを伝送媒体とする高速インターネットアクセスで使用されます。

もともとは「広範囲の周波数を使用する」という意味で、最低レベルではアナログだったサービスを指していましたが、インターネットアクセスの文脈では、「ブロードバンド」は現在では、常に「オン」のように見え、従来のアナログやISDN PSTNサービスによるダイヤルアップアクセスよりも高速な高速インターネットアクセスを意味することが多くなっています。[ 1 ]

理想的な通信ネットワークは、広帯域、マルチメディア、マルチポイント、マルチレート、そして多様なサービス（マルチサービス）を経済的に実現できるという特徴を持つ。[ 2 ] [ 3 ]これらの特徴を実現するために、広帯域総合デジタルサービス網（B-ISDN）が計画された。これらの要件を満たすための技術として、非同期転送モード（ATM）が推進された。 [ 3 ]

概要

「広い」という表現には、文脈や時期によって異なる基準が適用されてきました。その起源は物理学、音響学、無線システム工学にあり、そこでは「広帯域」に似た意味で使用されていました。 [ 4 ] [ 5 ]また、音声ノイズ低減システムの文脈では、コンパンダーの複数音声帯域システム設計ではなく単一帯域を指していました。その後、デジタル通信の登場により、この用語は主に複数チャネルでの伝送を指すようになりました。パスバンド信号も変調されてより高い周波数を占有しますが（スペクトルの最低端にバインドされるベースバンド信号と比較して、ラインコーディングを参照）、占有するのは依然として単一チャネルです。主な違いは、この意味で広帯域信号と通常考えられているものは、複数の（マスキングのない、直交する）通過帯域を占有する信号であるため、単一の媒体でより高いスループットが可能になりますが、送信機/受信機の回路がさらに複雑になるという点です。

この用語は、ダイヤルアップ接続（ダイヤルアップは通常最大56kbit/sに制限されていた）よりも高速なインターネット接続を表すマーケティング用語として、1990年代を通じて広く普及しました。この意味は、元々の技術的な意味とはほとんど関係がありません。

1999年以来、ブロードバンド・インターネット・アクセスは公共政策の重要な要素となっています。同年、シアトルで開催された世界貿易機関（WTO） 2年毎の会議「デジタル・ディバイドへの財政的解決策」において、「意味のあるブロードバンド」という用語が世界の指導者たちに紹介され、デジタル・ディバイド解消に向けた運動が活発化しました。この運動の根底にあるのは、ブロードバンドの公平な分配は基本的人権であるという考えを提唱することです。[ 6 ]

パーソナルコンピューティングは、情報へのアクセス、操作、保存、交換を容易にしましたが、同時に信頼性の高いデータ伝送を必要としました。画像による文書の伝達や高解像度のグラフィック端末の使用は、音声とデータのみによる場合よりも、より自然で情報豊かな人間同士の交流を可能にしました。ビデオ会議は、遠距離にいるグループ間の交流を促進します。高解像度のエンターテインメントビデオは画質を向上させますが、はるかに高い伝送速度を必要とします。

これらの新しいデータ伝送要件には、現在の混雑した無線スペクトル以外の新しい伝送手段が必要になる可能性があります。[ 7 ] [ 8 ]現代の通信ネットワーク（ブロードバンドネットワークなど）は、これらすべての異なるサービス（マルチサービス）をユーザーに提供する必要があります。

昔の電話との違い

使用される従来の電話通信:

  • 音声媒体のみ、
  • 1回の通話につき2台の電話機のみを接続し、
  • 固定ビットレートの回路を使用しました。

最新のサービスには次のようなものがあります。

これらの側面は以下の3つのサブセクションで個別に検討されます。[ 9 ]

マルチメディア

マルチメディア通話では、音声、データ、静止画、フルモーションビデオ、あるいはこれらのメディアを組み合わせた通信が行われます。各メディアには、通信品質に対する要求が異なります。例えば、以下のようなものがあります。

各メディアの情報内容は、他のメディアによって生成される情報に影響を与える可能性があります。例えば、音声は音声認識によってデータに変換され、データコマンドは音声と映像の表示方法を制御する可能性があります。これらの相互作用は、通信端末で最も頻繁に発生しますが、ネットワーク内で発生することもあります。[ 3 ] [ 7 ]

マルチポイント

従来の音声通話は主に2者間通話であり、音声のみを用いたポイントツーポイント接続が必要です。遠隔データベースの画像情報にアクセスするには、データベースへの低ビットレートのクエリと、データベースからの高ビットレートのビデオを送信するポイントツーポイント接続が必要です。エンターテインメントビデオアプリケーションは主にポイントツーマルチポイント接続であり、プログラムソースから視聴者へのフルモーションビデオとオーディオの片方向通信が必要です。ビデオ会議は、音声、ビデオ、データ通信を行う多くの参加者間の接続を伴います。したがって、将来のサービスを提供するには、マルチポイント、マルチメディア通信通話の接続とメディア要求を柔軟に管理する必要があります。[ 7 ] [ 8 ]

マルチレート

マルチレートサービスネットワークとは、接続に伝送容量を柔軟に割り当てるネットワークです。マルチメディアネットワークは、通信媒体の数が多いだけでなく、通信媒体が異なるビットレートのアルゴリズムで符号化される可能性があるため、接続によって要求される幅広いビットレートをサポートする必要があります。例えば、音声信号は、1 kbit/s未満から数百 kbit/sまでのビットレートで符号化され、音声再生の複雑さや品質も幅広い異なる符号化アルゴリズムが使用されます。同様に、フルモーションビデオ信号は、1 Mbit/s未満から数百 Mbit/sまでのビットレートで符号化されます。したがって、ビデオ信号と音声信号の両方を伝送するネットワークでは、非常に幅広いビットレートのトラフィックを統合する必要がある場合があります。[ 7 ] [ 9 ]

複数のサービスのための単一のネットワーク

従来、さまざまな通信サービスは別々のネットワークを介して行われていました。音声は電話ネットワーク、データはローカル エリア ネットワークなどのコンピュータ ネットワーク、ビデオ会議は企業のプライベート ネットワーク、テレビはラジオ放送やケーブル ネットワークで行われていました。

これらのネットワークは主に特定の用途向けに設計されており、他の用途には適していません。例えば、従来の電話網はノイズが多く、バースト的なデータ通信には非効率的です。一方、コンピューターを用いてメッセージを保存・転送するデータネットワークは接続性が限られており、通常、デジタル化された音声信号や映像信号を処理するのに十分な帯域幅がなく、リアルタイム信号には許容できない遅延が発生していました。無線やケーブルを用いたテレビネットワークは、主に最小限の交換設備を備えた放送ネットワークでした。[ 3 ] [ 7 ]

共有経済を実現するために、これらすべての通信サービスを単一のネットワークで提供することが望ましいと考えられました。この経済性が、統合サービスネットワークという基本的な考え方の原動力となっています。統合により、ネットワーク管理を複雑化し、サービスの導入と進化における柔軟性を低下させる、多数のオーバーレイネットワークの必要性が回避されます。この統合は、1990年代のブロードバンド技術と高速情報処理の進歩によって可能になりました。[ 3 ] [ 7 ]

複数のネットワーク構造がブロードバンド サービスをサポートできる一方で、現在および将来の帯域幅要件をサポートするために光ファイバー ネットワーク構造を選択する ブロードバンドおよびマルチシステム オペレータ(MSO) プロバイダーの割合はますます増加しています。

CATV（ケーブルテレビ）、HDTV（高精細度テレビ）、VoIP（インターネットプロトコル経由の音声通話）、ブロードバンドインターネットは、現在光ファイバーネットワークでサポートされている最も一般的なアプリケーションの一部であり、場合によっては家庭に直接接続される（FTTh – Fibre To The Home）こともあります。これらのタイプの光ファイバーネットワークは、中央局から光ノード、そして最終的に加入者（エンドユーザー）まで信号をサポートおよび配信するために、多種多様な製品を組み合わせています。

ブロードバンド技術

通信

電気通信において、ブロードバンド信号方式とは、広い周波数帯域を扱う方式を指します。「ブロードバンド」とは相対的な用語であり、文脈に応じて解釈されます。チャネルの帯域幅が広い（またはより広い）ほど、同じチャネル品質であれば、データ伝送容量は大きくなります。

例えばラジオでは、非常に狭い帯域でモールス信号を、より広い帯域で音声を、さらに広い帯域で音楽を、リアルな音響再生に必要な高音域を失うことなく伝送することができます。この広い帯域は、高品質な信号を送信する代わりに、 パスバンド技術を用いてチャンネルまたは周波数ビンに分割され、周波​​数分割多重化を可能にします。

データ通信では、56k モデムは4 キロヘルツ幅の電話回線(ナローバンドまたは音声帯域) で 56 キロビット/秒 (kbit/s) のデータ レートでデータを送信します。1980 年代後半、広帯域総合デジタル通信網(B-ISDN) では、物理的な変調の詳細とは無関係に、広範囲のビット レートを指すためにこの用語が使用されていました。[ 10 ]さまざまな形式のデジタル加入者線(DSL) サービスは、デジタル情報が複数のチャネルで送信されるという意味で広帯域です。各チャネルは、ベースバンド音声チャネルよりも周波数が高いため、 1 対のワイヤで同時に従来の電話サービスをサポートできます。 [ 11 ]ただし、同じ回線を無負荷のツイストペア線 (電話フィルタなし) に変換すると、数百キロヘルツ幅 (広帯域) になり、超高ビット レートのデジタル加入者線 ( VDSLまたは VHDSL) 技術を使用して最大 100 メガビット/秒で伝送できます。[ 12 ]

現代のネットワークは、音声、映像、データからなる統合トラフィックを伝送する必要があります。広帯域総合サービスデジタルネットワーク（B-ISDN）は、こうしたニーズに応えるために設計されました。[ 13 ]広帯域ネットワークでサポートされるトラフィックの種類は、以下の3つの特性に基づいて分類できます。[ 14 ]

  • 帯域幅は、接続をサポートするために必要なネットワーク容量の量です。
  • レイテンシとは、接続に伴う遅延の量です。サービス品質（QoS）プロファイルで低レイテンシを要求するということは、セルがネットワーク内のあるポイントから別のポイントまで高速に移動する必要があることを意味します。
  • セル遅延変動（CDV）とは、関連するセルの各グループが経験する遅延の範囲です。セル遅延変動が小さいということは、セルのグループが互いに離れすぎずにネットワークを通過する必要があることを意味します。

携帯電話ネットワークは、 1平方キロメートルあたり100万台の個別のデバイスをサポートできる 5Gなど、データ転送にさまざまな規格を活用しています。

トラフィックの種類の要件

ブロードバンド ネットワークで発生するトラフィックの種類 (例付き) とそれぞれの要件を表 1 にまとめます。

表1: ネットワークトラフィックの種類とその要件[ 14 ]
交通の種類例必要な帯域幅セル遅延レイテンシー
絶え間ない音声、保証された回線エミュレーション最小限低い
変数圧縮ビデオ保証変数低い
利用可能データ保証されません大きく異なる変数

コンピュータネットワーク

多くのコンピュータネットワークは、単純なラインコードを用いて、媒体の全帯域幅、つまりベースバンド（0から必要な最高周波数まで）を使用して、1種類の信号を送信します。普及しているイーサネットファミリーのほとんどのバージョンには、1980年代のオリジナルの10BASE5など、このことを示す名前が付けられています。標準的なケーブルテレビインフラでケーブルモデムを使用するネットワークは、同じケーブル上で複数のデータユーザーと従来のテレビチャンネルを接続できる広い周波数範囲を示すため、ブロードバンドと呼ばれます。ブロードバンドシステムは通常、各帯域ごとにデータ信号によって変調された異なる無線周波数を使用します。 [ 15 ]

媒体の総帯域幅はどのチャネルの帯域幅よりも大きい。[ 16 ]

イーサネットのブロードバンド版である10BROAD36は1985年までに標準化されましたが、商業的には成功しませんでした。[ 17 ] [ 18 ]

DOCSIS規格は1990年代後半に一般消費者向けに提供され、ケーブルテレビの家庭向けインターネット接続サービスとして提供されました。しかし、2008年に承認されたイーサネット用の10PASS-TS規格がDSL技術を採用していたこと、そしてケーブルモデムとDSLモデムの両方にイーサネットコネクタが搭載されていることが多いという事実により、事態はさらに複雑化しました。

テレビとビデオ

テレビアンテナは広範囲のチャンネルを受信できるため「ブロードバンド」と呼ばれることがありますが、例えば低周波数VHFアンテナは1～5チャンネルしか受信できないため「ナローバンド」と呼ばれます。米国連邦規格FS-1037Cでは、「ブロードバンド」はワイドバンドの同義語として定義されています。[ 19 ]アナログビデオ配信における「ブロードバンド」は、伝統的にケーブルテレビなどのシステムを指し、個々のチャンネルは固定周波数の搬送波で変調されます。[ 20 ]この文脈では、「ベースバンド」は「ブロードバンド」の反意語であり、通常は別個のベースバンドオーディオと複合形式で提供されるアナログビデオの単一チャンネルを指します。[ 21 ]復調は、ブロードバンドビデオをベースバンドビデオに変換します。光ファイバーは、信号を中継することなく長距離伝送することを可能にします。ケーブル会社は、光ファイバーを用いたハイブリッドシステムを使用して信号を近隣地域に送信し、その後、信号を光から無線周波数に変換して同軸ケーブルで各家庭に送信します。これにより、複数のヘッドエンドを使用する必要性が軽減されます。ヘッドエンドは、地域のケーブルネットワークや映画チャンネルからすべての情報を収集し、システムに送り込みます。

しかし、ストリーミングインターネットビデオの文脈における「ブロードバンドビデオ」は、視聴にブロードバンドインターネット接続を必要とするほど高いビットレートを持つビデオファイルを指すようになりました。また、「ブロードバンドビデオ」は、 IPTVビデオオンデマンドを指すこともあります。[ 22 ]

代替技術

電力線は様々な種類のデータ通信にも利用されてきました。遠隔制御システムの中には狭帯域信号方式を採用しているものもありますが、現代の高速システムでは広帯域信号方式を採用し、非常に高いデータレートを実現しています。一例として、ITU-T G.hn規格が挙げられます。この規格は、既存の業務用・家庭用配線（電力線だけでなく、電話線や同軸ケーブルも含む）を用いて、最大1ギガビット/秒（2014年時点では高速とみなされています）のローカルエリアネットワークを構築する方法を提供しています。

2014年、韓国科学技術院の研究者らは、超浅い広帯域光学機器の開発に成功した。[ 23 ]

インターネットブロードバンド

インターネットアクセスの文脈では、「ブロードバンド」という用語は、「従来のダイヤルアップアクセスよりも高速で常時接続可能なアクセス」という意味で広く使用されています。[ 24 ] [ 25 ]

速度については、次のようなより正確な定義が定められることがあります。

米国のブロードバンドインターネットサービスは、ネット中立性規則によって事実上公益事業として扱われ、管理されていたが[ 30 ] [ 31 ] [ 32 ] [ 33 ] [ 34 ]、2017年12月にFCCによって覆された。[ 35 ]

スピード予選

多くの国内外の規制当局は、アップロード速度とダウンロード速度（Mbit/s (メガビット/秒)）に応じてブロードバンド接続を分類しています。

学期規制当局最小ダウンロード速度（Mbit/s）最小アップロード速度（Mbit/s）注記
フルファイバー/FTTP/H [ 36 ]オフコム1001
ギガビット[ 37 ]欧州連合10001
超高速[ 38 ]オフコム3001
超高速 / Gfast [ 39 ] [ 37 ]EU、英国政府1001
速い[ 37 ]欧州連合30
超高速[ 40 ]オフコム301
超高速[ 40 ]英国政府241
ブロードバンド[ 41 ]FCC10020
ブロードバンド[ 42 ]オフコム101
ブロードバンド[ 43 ]CRTC50 10

オーストラリアでは、オーストラリア競争消費者委員会がインターネットサービスプロバイダーに夜間や混雑時間帯の速度を公表することを義務付けている[ 44 ]。

世界的な帯域幅の集中

世界の帯域幅の集中度：3か国でほぼ50％、10か国でほぼ75％を占めている。[ 45 ]

帯域幅は歴史的に世界的に非常に不平等に分配されてきたが、デジタル時代において集中度が高まっている。歴史的に、世界の通信容量の70～75%をわずか10カ国が保有している（右の円グラフ参照）。[ 45 ] 2014年には、世界の通信帯域幅の潜在能力の50%をわずか3カ国（中国、米国、日本）が保有している。米国は2011年に設置帯域幅の面で世界的なリーダーシップを失い、中国に取って代わられた。中国は2014年、米国の2倍以上の帯域幅の潜在能力（世界全体の29%対13%）を保有している。[ 45 ]

参照

国別:

参考文献

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