モデム

音響カプラモデムは、電話の受話器を音声媒体として使用し、ユーザーは希望の番号をダイヤルし、受話器をモデムに差し込むことで接続を完了しました。これらのシステムは通常、300ビット/秒の速度で動作しました。

変復調器（モジュレータ・デモジュレータ）は、一般的にモデムと呼ばれるコンピュータハードウェアデバイスで、デジタル形式のデータを電話やラジオなどのアナログ伝送媒体に適した形式に変換します。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でデータを送信し、受信機は信号を復調して元のデジタル情報を復元します。その目的は、容易に送信でき、確実にデコードできる信号を生成することです。モデムは、 LEDからラジオまで、ほぼあらゆるアナログ信号伝送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線での送信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 (bit/s) 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。1970 年代までには、非同期ダイヤル接続では 1,200 および 2,400 bit/s、同期専用線接続では 4,800 bit/s、同期条件付き専用線では 35 kbit/s というより高速な速度が利用可能になりました。1980 年代までには、より安価な 1,200 および 2,400 bit/s のダイヤルアップ モデムがリリースされ、無線やその他のシステムで動作するモデムも利用可能になりました。1990 年代後半にデバイスが急速に高度化すると、電話ベースのモデムはすぐに利用可能な帯域幅を使い果たし、56 kbit/s に達しました。

1990年代後半にインターネットが一般向けに普及したことにより、より高い性能が求められるようになり、音声ベースのシステムからケーブルテレビ回線の全く新しい符号化方式や電話回線のサブキャリアによる短距離信号へと移行しました。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登場により、さらに高速な無線ベースのシステムが開発されました。今日では、モデムはどこにでも存在し、ほとんど目に見えないほど普及しており、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搭載されており、一般的に毎秒数十メガバイトから数百メガバイトの速度を実現しています。

速度

モデムは、一定時間あたりに送信できる最大データ量によって分類されることが多く、通常はビット/秒（記号はbit/s、略して「bps」）で表されますが、稀にバイト/秒（記号はB/s）で表されることもあります。現代のブロードバンドモデムの速度は、通常、メガビット/秒（Mbit/s）で表されます。

歴史的に、モデムはシンボルレート（ボー）で分類されることが多かった。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表す。例えば、ITU-T V.21規格では、 2つの異なるシンボル（またはシンボルあたり1ビット）に対応する2つの周波数を持つ音声周波数偏移変調（FSK ）を使用し、300ボーで300ビット/秒の伝送を実現していた。一方、4つの異なるシンボル（シンボルあたり2ビット）を送受信可能だった元のITU-T V.22規格では、位相偏移変調（PHSK）を使用し、600シンボル/秒（600ボー）で1,200ビットの伝送を実現していた。

多くのモデムは可変速度に対応しており、品質の低い電話回線や長す​​ぎる電話回線など、理想的とは言えない特性を持つ媒体でも使用できます。この機能は多くの場合適応型であり、モデムは接続フェーズまたは動作中に実用的な最大伝送速度を検出できます。

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、電流ループ方式のテレタイプライターや自動電信機に使用されていた高価な専用線ではなく、通常の電話回線を介してテレタイプライ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年代にニュース通信社で使用されていたマルチプレクサであったと考えられます。^{[ 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。これは、ボコーダーを用いて音声をデジタル化し、ワンタイムパッドで暗号化した後、周波数偏移変調（FSK）を用いてデジタルデータをトーンとして符号化するものでした。これはデジタル変調技術でもあり、初期のモデムでした。^{[ 2 ]}

商用モデムが広く普及したのは 1950 年代後半で、コンピュータ技術の急速な発展により、長距離にわたってコンピュータを接続する手段が求められ、AT&T 社をはじめとする企業が交換電話回線と専用電話回線の両方で使用できるコンピュータ モデムを次々と生産するようになった時期でした。

その後の開発により、ケーブルテレビ回線、電力線、さまざまな無線技術で動作するモデムや、電話回線ではるかに高速な速度を実現するモデムが開発されました。

ダイヤルアップ

ダイヤルアップモデムは、データ通信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。かつては広く知られた技術であり、ダイヤルアップインターネットアクセスとして世界中で大量販売されていました。1990年代には、米国だけでも数千万人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、DSLなどのブロードバンドインターネットに大きく取って代わられました。 ^{[ 4 ]}

歴史

1950年代

1958年のAT&Tベル101モデムのデモンストレーション

米国における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始まり、さまざまな空軍基地、レーダー サイト、指揮統制センターの端末を米国とカナダ各地に散在する SAGE ディレクター センターに接続しました。

その後まもなく、1959年にSAGEモデムの技術はBell 101として商用化され、110ビット/秒の速度を実現しました。Bellは、このモデムと他の初期のモデムを「データセット」と呼びました。

1960年代

初期のモデムの中には、ベル400のようなタッチトーンモデムのように、タッチトーン周波数をベースにしたものもあった。^{[ 5 ]}

Bell 103A規格は1962年にAT&Tによって導入されました。この規格は、通常の電話回線を用いて300ビット/秒の全二重通信サービスを提供しました。周波数偏移変調方式が採用され、発信側は1,070Hzと1,270Hzで送信し 、着信側モデムは2,025Hzと2,225Hzで送信しました。^{[ 6 ]}

103モデムは、AT&T以外のサードパーティ製モデムが市場に登場したことで、最終的に事実上の標準となり、1970年代を通じて、Bell 103の事実上の標準と互換性のある独立系モデムが普及しました。^{[ 7 ]}例としては、Novation CATやAnderson-Jacobsonなどが挙げられます。より低コストの選択肢として、容易に入手可能な部品を使って構築できるように設計されたPennywhistleモデムがありました。 ^{[ 8 ]}

テレタイプ機はベル103モデムを使用してテレタイプライター交換機などの遠隔ネットワークへのアクセスを許可されました。 ^{[ 9 ]} AT&Tは発信専用の113Dモデムと応答専用の113B/Cモデムという低価格のユニットも製造しました。

1970年代

201Aデータフォンは、 2ビット/シンボルの位相シフトキーイング（PSK）符号化を使用した同期モデムであり、通常の電話回線で2,000ビット/秒の半二重通信を実現しました。^{[ 10 ]}このシステムでは、接続の片側の2つのトーンは、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、わずかに位相がずれています。

1973年初頭、Vadic社は通常の電話回線で1,200ビット/秒の全二重通信を実現するVA3400を発表しました。 ^{[ 11 ]}

1976年11月、AT&Tは212Aモデムを発表しました。これは設計は似ていますが、伝送にはより低い周波数帯を使用しました。VA3400とは互換性がありませんでしたが^{[ 12 ]} 、 103Aモデムと併用することで300ビット/秒で動作しました。

1977年、VadicはVA3467トリプルモデムでこれに応えた。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オペレータに販売された応答専用モデムであった。^{[ 13 ]}

オリジナルの300ボーHayes Smartmodem

1980年代

モデムにおける大きな進歩は、 1981年に導入されたヘイズ・スマートモデムであった。スマートモデムは標準的な103A 300ビット/秒の直接接続モデムであったが、データ接続に使用されるのと同じRS-232インターフェースを介して、コンピュータがダイヤルまたは通話に応答するコマンドなどの制御要求を行うことを可能にするコマンド言語を導入した。^{[ 14 ]}このデバイスで使用されたコマンドセットはヘイズコマンドセットとして事実上の標準となり、他の多くのメーカーのデバイスに統合された。

自動ダイヤル機能は新しいものではなく、別個の自動発信ユニットやX.21インターフェースを使用したモデムを介して利用可能であった^{[ 15 ]}が、スマートモデムは、ユビキタスRS-232インターフェースの最小限の実装でも使用できる単一のデバイスでこの機能を利用できるようにし、事実上あらゆるシステムや言語からこの機能にアクセスできるようにした。^{[ 16 ]}

スマートモデムの導入により、通信ははるかにシンプルになり、アクセスも容易になりました。これにより、他のベンダーにとって市場が拡大し、ヘイズの特許をライセンス供与されたベンダーは、価格競争や機能追加で競争するようになりました。^{[ 17 ]}これは最終的に、特許取得済みのヘイズコマンド言語の使用をめぐる訴訟に発展しました。^{[ 18 ]}

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

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登場により、小型の内蔵モデムが実用化されました。これにより、S-100バスやApple IIコンピュータ向けの人気モデムが次々と登場し、直接ダイヤル発信、着信応答、そしてソフトウェアによる切断といった、電子掲示板システム（BBS）の基本要件をすべて実現しました。例えば、画期的なCBBSは、ヘイズ社製の内蔵モデムを搭載したS-100マシン上で開発され、その後、同様のシステムが数多く登場しました。

コモドールが1982年にVIC-20用に開発したVicModemは、100ドル以下で販売された最初のモデムであり、100万台を販売した最初のモデムでもあった。^{[ 19 ]}

1983年、プレンティス・コミュニケーション社は、ヘイズ互換モデムPopcom X100を発表しました。これは、非常にコンパクトな筐体に内蔵電源を備えたヘイズ互換モデムで、壁のコンセントに常時接続して使用できることを想定していました。 1980年代後半にプレンティス社が倒産するまで、IBM PC互換機用モデムとして最も人気のある機種の一つでした。 ^{[ 20 ] [ 21 ]}

1984年、 1,200ビット/秒のBell 212に概念的に類似した2,400ビット/秒のシステムであるV.22bisが開発されました。このビットレートの向上は、4つまたは16個の異なるシンボルを定義することで実現され、シンボルあたり1ビットではなく2ビットまたは4ビットのエンコードが可能になりました。1980年代後半には、多くのモデムがこのような改良された規格に対応できるようになり、2,400ビット/秒での動作が一般的になり始めました。

モデム速度の向上により、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、大規模なファイルライブラリを備えた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さらに増えました。モデムの急速な更新は、BBSの利用も同様に急増しました。

一方、フランスのミニテルをはじめとする数多くのビデオテックスサービスが登場しました。これらのサービスは、非対称全二重方式のV.23を採用し、1,200ビット/秒で「ページ」単位の情報をダウンロードすると同時に、75ビット/秒でユーザー入力を受け付けることができました。

この時期にモデムにエコーキャンセル機能が搭載され、両方のモデムが自身の反射信号を無視できるようになりました。これにより、両方のモデムが電話回線の全スペクトルで同時に送受信できるようになり、利用可能な帯域幅が向上しました。^{[ 22 ]}

直交振幅変調(QAM) エンコーディングにより、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、 さらなる改善が実現しました。

1,200ボーで送信すると4,800ビット/秒のV.27ter規格が、2,400ボーで送信すると9,600ビット/秒のV.32規格が実現しました。搬送周波数は両システムとも1,650Hzでした。

これらの高速システムの導入は、1980年代にデジタルFAX機の開発にもつながりました。初期のFAX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FAXは現在ではコンピュータモデムの標準となっているデジタル符号化方式を採用していました。これにより、最終的にコンピュータでFAX画像の送受信が可能になりました。

1990年代

USRobotics Sportster 14,400 FAXモデム（1994年）

1990 年代初頭、9,600 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ようやく市場に投入され始めました。

ロックウェル・インターナショナルのチップ部門は、 V.32bis規格を組み込んだ新しいドライバチップセットを開発し、大胆な価格設定を行った。スープラ社はロックウェル社と短期独占契約を結び、これをベースにSupraFAXModem 14400を開発した。1992年1月に399ドル（またはそれ以下）で発売されたこのモデムは、既に市場に出回っていた低速のV.32モデムの半額だった。これが価格競争に発展し、年末までにV.32は完全に定着することなく終焉を迎え、V.32bisモデムが250ドルで広く入手可能となった。

V.32bisは大成功を収めたため、従来の高速規格の優位性はほとんど失われました。USRobotics (USR)は16,800ビット/秒のHST版で反撃し、AT&TはV.32terと呼ばれる19,200ビット/秒の方式を独自に導入しましたが、どちらの非標準モデムも売れ行きは振るいませんでした。

内部ISAカードとして実装されたV.34モデム

ノートパソコン用PC カードとしての V.34 データ/FAX モデム

RS-232シリアルポートを備えた外付け V.34 モデム

これらの独自の改良に対する消費者の関心は、28,800ビット/秒のV.34規格。これを待つ間、いくつかの企業がハードウェアのリリースを決定し、 V.Fastと呼ばれるモデムを発表しました。

V.34モデム規格が承認された後（1994年）、メーカーはV.34モデムとの互換性を保証するために、専用に設計されたASICモデムチップではなく、より柔軟なコンポーネント（一般的にはDSPとマイクロコントローラ）を使用しました。これにより、ファームウェアのアップデートで、承認された規格に準拠することが可能になりました。

ITU規格V.34は、これらの共同作業の集大成です。チャネル符号化や形状符号化など、当時利用可能な最も強力な符号化技術を採用しました。1シンボルあたりわずか4ビット（9.6  kbit/s）に対して、新しい規格では、シンボルあたり6～10ビットの機能相当を使用し、ボーレートを2,400から3,429に増加して、14.4、28.8、および33.6 kbit/sモデム。この速度は電話回線の理論的なシャノン限界に近い。 ^{[ 23 ]}

56 kbit/sテクノロジー

その間56 kbit/s の速度は専用回線モデムでは以前から利用可能でしたが、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年代後半には、33.6 kbit/sの導入が始まりました。いくつかのアプローチが採用されましたが、いずれも電話回線の根本的な問題に対する解決策として始まりました。

テクノロジー企業がそれ以上の速度を調査し始めた頃には33.6 kbit/s の速度で、電話会社はほぼ完全にデジタルネットワークに移行しました。電話回線が市内電話局に到達すると、回線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、その逆も行います。デジタル符号化された電話回線は、理論上は置き換え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、確実に符号化できる波形の 種類に制約をもたらしました。

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を伴うことだったが、第二に、そしてより重要なことは、通信事業者が使用するデジタル信号が「線形」ではなかったことである。つまり、すべての周波数を同じ方法で符号化するのではなく、人間の耳の音声信号に対する非線形応答を優先する非線形符号化（μ-lawおよびa-law）を採用していた。そのため、デジタル化プロセスに耐えられる 56 kbit/sエンコーディング。

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性を維持できないものの、デジタルからアナログへの変換ではそれが可能であることを発見しました。ISPが電話会社と直接デジタル接続できるようになったため、 T1やPRIなどのデジタル電話網インターフェースに直接接続するデジタルモデム は、システムで利用可能な帯域幅をすべて活用した信号を送信できました。この信号は加入者側でアナログに戻す必要がありますが、その変換によって逆方向の場合のように信号が歪むことはありません。

初期の56kダイヤルアップ製品

最初の 56k (56 kbit/s) ダイヤルアップ オプションはUSRoboticsの独自設計であり、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%、Rockwell Internationalはモデムチップセット市場の80%のシェアを占めていました。締め出しを懸念したRockwellは、競合となる56K技術の開発に着手しました。そして、Lucent社とMotorola社と提携し、「K56Flex」、あるいは単に「Flex」と呼ばれる技術を開発しました。

両方の技術は1997年2月頃に市場に登場しました。7月までの製品レビューではK56Flexモデムの問題が指摘されていましたが、6ヶ月以内に2つの技術は同様にうまく機能し、その違いは主にローカル接続の特性に依存していました。^{[ 24 ]}

初期の56kモデムの小売価格は約200ドルでしたが、標準的な33kモデムは100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となり、コストは既存の機器のアップグレードが可能かどうかによって異なりました。1997年10月までに、ISPの約半数が56kのサポートを開始しました。消費者向けの販売は比較的低調でしたが、USRoboticsとRockwellは、その原因を規格の矛盾にあると説明しました。^{[ 25 ]}

標準化された56k（V.90/V.92）

1998年2月、国際電気通信連合（ITU）は新しい業界から強い支持を得た56kbit/s規格V.90。既存のいずれの規格とも互換性がなく、両者を融合した規格であったが、ファームウェアのアップグレードによって両方のモデムに対応できるように設計されていた。V.90規格は1998年9月に承認され、ISPと消費者に広く採用された。^{[ 25 ] [ 26 ]}

ITU -T V.92規格は2000年11月にITUによって承認され^{[ 27 ]}、デジタルPCM技術を利用してアップロード速度を最大48 kbit/s。

アップロード速度の速さはトレードオフでした。48 kbit/sの上り速度では、下り速度は回線のエコー効果により、40 kbit/s の速度低下が発生します。この問題を回避するため、V.92 モデムでは、デジタルアップストリームをオフにし、代わりに 33 kbit/s を使用するオプションが用意されています。6 kbit/sのアナログ接続で、高いデジタルダウンストリームを維持50 kbit/s以上^{[ 28 ]}

V.92には、さらに2つの機能が追加されました。1つ目は、コールウェイティング機能を利用しているユーザーが、通話中にダイヤルアップインターネット接続を長時間保留できる機能です。2つ目は、電話回線のアナログとデジタルの特性を記憶し、再接続時にこの情報を使用することで、ISPに迅速に接続できる機能です。

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（例えば、ノイズの多い電話回線）では実際の値はこれより遅くなる場合があります。^{[ 29 ]}完全なリストについては、関連記事のデバイス帯域幅のリストを参照してください。1ボーは1秒あたり1シンボルであり、各シンボルは1つ以上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]	公開年
110ボーのベル101モデム	FSK	0.1	1958
300ボー（ベル103またはV.21）	FSK	0.3	1962
1,200/75ボー（V.23）	FSK	1.2/0.075	1964
1,200 ビット/秒 (1200 ボー) (ベル 202 )	FSK	1.2	1976
1,200 ビット/秒 (600 ボー) (ベル 212AまたはV.22 )	QPSK	1.2	1980年[ 30 ] [ 31 ]
2,000 ビット/秒 (1000 ボー) (ベル 201A)	PSK	2.0	1962
2,400 ビット/秒 (600 ボー) ( V.22bis )	QAM	2.4	1984年[ 30 ]
2,400 ビット/秒 (1200 ボー) ( V.26bis )	PSK	2.4
4,800 ビット/秒 (1600 ボー) ( V.27ter )	PSK	4.8	1976年[ 32 ] [ 33 ]
4,800 ビット/秒 (1600 ボー、ベル 208B)	DPSK	4.8
9,600 ビット/秒 (2400 ボー) ( V.32 )	トレリス	9.6	1984年[ 30 ]
14.4 kbit/s (2400 ボー) ( V.32bis )	トレリス	14.4	1991年[ 30 ]
19.2 kbit/s (2400 ボー) ( V.32terbo )	トレリス	19.2	1993年[ 30 ]
28.8 kbit/s (3200 ボー) ( V.34 )	トレリス	28.8	1994年[ 30 ]
33.6 kbit/s (3429 ボー) ( V.34 )	トレリス	33.6	1996年[ 34 ]
56 kbit/s (8000/3429 ボー) ( V.90 )	デジタル	56.0/33.6	1998年[ 30 ]
56 kbit/s (8000/8000 ボー) ( V.92 )	デジタル	56.0/48.0	2000年[ 30 ]
ボンディングモデム（56kモデム2台）（V.92）[ 35 ]		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
サーバー側ウェブ圧縮（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実現するために、データ圧縮の標準規格を実装しています。V.44 ^{[ 36 ]}は、 V.92と組み合わせて使用​​されることで、通常の電話回線で56kbpsを超える速度を実現する例です。 ^{[ 37 ]}

電話ベースの56Kモデムの人気が低下し始めると、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は、見かけ上のスループットを向上させるために事前圧縮を導入し始めました。このサーバー側圧縮は、圧縮技術がコンテンツ（JPEG、テキスト、EXEなど）に特化しているため、モデム内で行われるオンザフライ圧縮よりもはるかに効率的に動作します。欠点は、非可逆圧縮を使用するため、画像がピクセル化され、ぼやけてしまうことです。このアプローチを採用するISPは、しばしばこれを「高速ダイヤルアップ」として宣伝しました。^{[ 38 ]}

これらの高速ダウンロードはOpera ^{[ 39 ]}やAmazon Silk ^{[ 40 ]}のウェブブラウザに統合されており、独自のサーバー側テキストおよび画像圧縮を使用しているため、すべてのデータはユーザーに届く前に独自のサーバーを通過する必要があります。^{[ 40 ]}

取り付け方法

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 通りで接続できます。

直接接続されたモデム

音響カプラを合法化したハッシュ・ア・フォン社対アメリカ合衆国訴訟は、電話機への機械的接続のみに適用され、電話回線への電気的接続には適用されませんでした。しかし、1968年のカーターフォン判決では、ベル社が定めた電話網への干渉防止に関する厳格な基準に従う限り、顧客は電話回線に直接機器を接続することが認められました。^{[ 41 ]}これにより、音響カプラを介さずに電話回線に直接接続する直接接続モデムを、AT&T以外の企業で独立して製造する道が開かれました。

カーターフォンはAT&Tに対し、機器の接続を許可するよう要求しましたが、AT&Tは、自社ネットワークを保護するために、サードパーティ製モデムと回線の間に設置するデータアクセス契約（DAA）と呼ばれる特別な機器の使用を義務付ける権利があると主張し、勝訴しました。DAAの使用は1969年から1975年まで義務付けられていましたが、FCCパート68の新しい規則により、サードパーティ製機器に同等の回路が搭載されていることを条件に、ベル社が提供するDAAを搭載していない機器の使用が許可されました。^{[ 42 ]}

1980 年代以降に製造されたモデムは、ほぼすべて直接接続型です。

音響カプラ

Novation CAT音響結合モデム

ベル（AT&T）は1958年初頭から電話網に直接有線接続できるモデムを提供していましたが、当時の規制ではベル社製以外の機器を電話回線に直接接続することは許可されていませんでした。しかし、ハッシュ・ア・フォン（Hush-a-Phone）規制により、電話機の機能に支障をきたさない限り、あらゆる機器を電話機に接続できるようになりました。これにより、ベル社以外のメーカーも音響カプラを搭載したモデムを販売できるようになりました。^{[ 41 ]}

音響カプラでは、通常の電話受話器を、受話器のスピーカーとマイクの位置に合わせて配置されたクレードルに置きます。モデムが使用するトーンは受話器で送受信され、電話回線に中継されます。^{[ 43 ]}

モデムは電気的に接続されていなかったため、受話器を取ったり、切ったり、ダイヤルしたりすることができませんでした。これらの操作はすべて回線を直接操作する必要がありました。プッシュホンダイヤルも可能でしたが、当時はプッシュホンが広く普及していませんでした。そのため、ダイヤル操作は、ユーザーが受話器を持ち上げ、ダイヤルし、カプラに受話器を置くという手順で実行されました。この操作を迅速化するために、ユーザーはダイヤラーや自動発信装置を購入することができました。

自動呼び出しユニット

初期のモデムは、単独で電話をかけたり受けたりすることができず、これらの手順には人間の介入が必要でした。

ベルは1964年に、ホストマシンの2番目のシリアルポートに個別に接続し、回線を開いて番号をダイヤルし、モデムに制御を渡す前に相手側が正常に接続されたことを確認するコマンドを実行できる自動呼び出しユニットを提供しました。^{[ 44 ]}その後、サードパーティ製のモデル（単にダイヤラーと呼ばれることもあります）が登場し、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が追加されました。^{[ 45 ]}

最終的にはこの機能はモデムに組み込まれ、別のデバイスは必要なくなります。

コントローラベースのモデムとソフトモデム

PCI Winmodem ソフト モデム (左) と従来の ISA モデム (右)

1990年代以前のモデムは、離散的な形式のデータをアナログ（変調）信号に変換し、またその逆に変換する電子回路とインテリジェンス、そしてダイヤル処理を実行するためのあらゆる機能を、個別のロジックと専用チップの組み合わせとして備えていました。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。^{[ 46 ]}

1993年、デジコムは、個別カスタムコンポーネントを汎用デジタル信号プロセッサに置き換えたモデム、コネクション96プラスを発表しました。このモデムは再プログラムすることで新しい規格にアップグレードすることができました。 ^{[ 47 ]}

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Sportster Winmodemをリリースしました。 ^{[ 48 ]}

この設計傾向が広まるにつれて、ソフトモデムとWinmodemの両方の用語は、Windows以外のプラットフォームではドライバーが利用できなかったり、メンテナンス不可能なクローズドソースバイナリとしてしか利用できなかったりするため、Windows以外のコンピューティング環境では否定的な意味合いを持つようになりました。これは特にLinuxユーザーにとって問題でした。^{[ 49 ]}

1990年代後半には、ソフトウェアベースのモデムが登場しました。これらは本質的にサウンドカードであり、実際にはAC'97オーディオコーデックを採用した設計が一般的です。AC'97コーデックはPCにマルチチャンネルオーディオを提供し、モデム信号用の3つのオーディオチャンネルを備えています。

このタイプのモデムが回線上で送受信する音声は、すべてソフトウェア（多くの場合、デバイスドライバ）で生成・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、この設計により、高価なハードウェアDSPや個別のコンポーネントではなく、安価なソフトウェアに処理能力の大部分を集中させることで、モデムのコストを削減できます。

どちらのタイプのソフトモデムも、内蔵カード型か、 USBなどの外部バスを介して接続されます。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ホストコンピュータに伝送するために、高帯域幅のチャネルが必要となるため、RS-232は使用されません。

インターフェースはRS-232ではないため、デバイスと直接通信するための標準規格はありません。代わりに、ソフトモデムには、エミュレートされたRS-232ポートを作成するドライバーが付属しており、標準的な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ーアプリケーションなど）が通信できます。

音声/FAXモデム

「音声」と「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​​を指すために付けられた用語です。モデムによっては、これら3つの機能すべてに対応しているものもあります。^{[ 50 ]}

音声モデムは、ヘッドセットを使用してコンピュータから直接電話をかけたり受けたりするような単純なものから、完全に自動化されたロボコールシステムのような複雑なものまで、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。

FAXモデムは、コンピュータベースのFAX送受信に使用できます。コンピュータベースのFAX送受信では、受信・送信したFAXを紙に印刷する必要がありません。これは、インターネット経由でFAX送受信を行うefaxとは異なり、場合によっては電話回線を一切必要としません。

モデムオーバー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る。^{[ 51 ]}この設定の典型的な例では、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され、ゲートウェイはIPネットワーク（インターネットなど）に接続される。モデムからのアナログ接続はゲートウェイで終端され、信号は復調される。復調された制御信号は、状態シグナリングイベント（SSE）として定義されたRTPパケットタイプでIPネットワーク上を伝送される。復調された信号のデータは、シンプルパケットリレートランスポート（SPRT）と呼ばれるトランスポートプロトコル（RTPペイロードとしても定義）を介してIPネットワーク上に送信される。SSEとSPRTの両パケットフォーマットは、V.150.1勧告（それぞれ付録Cと付録B）で定義されている。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する。

V.150.1勧告は広く採用されていないが、その簡素化されたバージョンである「V.150.1ゲートウェイの最小必須要件（MER）」（SCIP-216）がセキュアテレフォニーアプリケーションで使用されている。^{[ 52 ]}

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 AzureやAWSなど）に導入できる完全なソフトウェアベースのモデムも存在します。 ^{[ 53 ]} SIPトランクを介したVoice-over-IP（VoIP）接続を活用することで、変調されたオーディオサンプルが生成され、RTPと非圧縮オーディオコーデック（G.711 μ-lawやa-lawなど）を介してIPネットワーク経由で送信されます。

人気

1994年の米国ソフトウェア出版社協会（CEA）の調査によると、米国の世帯のコンピュータの60%にモデムが普及しているにもかかわらず、インターネットに接続している世帯はわずか7%でした。^{[ 54 ]} 2006年のCEAの調査では、米国におけるダイヤルアップインターネット接続が減少していることが明らかになりました。2000年には、ダイヤルアップインターネット接続は米国の全世帯のインターネット接続の74%を占めていました。米国の人口一人当たりのダイヤルアップモデム利用者の人口動態は、過去20年間、カナダとオーストラリアとほぼ同様の傾向を示しています。

米国におけるダイヤルアップモデムの利用率は2003年までに60%に低下し、2006年には36%にとどまった。かつて米国では音声バンドモデムがインターネット接続の最も一般的な手段であったが、インターネット接続の新しい方法の登場により、従来の56Kモデムの人気は低下しつつある。ダイヤルアップモデムは、DSL、ケーブル、無線ブロードバンド、衛星、光ファイバーサービスが利用できない、あるいは利用可能なブロードバンド会社の料金を支払いたくない地方の顧客に、今でも広く利用されている。^{[ 55 ]} AOLは2012年の年次報告書で、約300万人のダイヤルアップ利用者から依然として約7億ドルの手数料を徴収していることを明らかにした。

TTY/TDD

TDD装置は、聴覚障害者や難聴者向けのテレタイプ機のサブセットであり、基本的にはダイヤルアップモデムと音響カプラを内蔵した小型テレタイプです。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様にFSK変調を採用していました。

専用回線モデム

専用回線モデムもダイヤルアップやDSLと同様に通常の電話回線を使用しますが、ネットワークトポロジは異なります。ダイヤルアップは通常の電話回線を使用し、電話交換機を介して接続します。DSLは通常の電話回線を使用し、電話会社の中央局にある機器に接続しますが、専用回線は電話会社で終端しません。

専用線とは、1つまたは複数の電話会社の中央局で接続された電話線のペアであり、企業の本社と支社など、2つの加入者拠点間を連続的に接続します。電源やダイヤルトーンは供給されず、単に2つの離れた拠点間に接続された2本の線で構成されているだけです。

ダイヤルアップモデムは、この種の回線では機能しません。なぜなら、専用回線モデムに必要な電源、ダイヤルトーン、スイッチング機能を提供しないからです。しかし、専用回線対応のモデムは、このような回線でも動作可能です。実際、専用回線は電話会社の交換機を経由しないため、信号がフィルタリングされず、より広い帯域幅を利用できるため、より優れたパフォーマンスを発揮できます。

専用線モデムは2線式と4線式で動作します。前者は1対の線を使用し、一度に一方向にしか伝送できませんが、後者は2対の線を使用し、同時に双方向に伝送できます。2対の線が利用可能な場合、帯域幅は最大1.5 Mbit/s、つまり完全なT1データ回線に相当します。^{[ 56 ]}

RS-232などの低速の専用回線モデムがインターフェイスとして使用されていた一方で、V.35などの高速の広帯域モデムも使用されていました。

ブロードバンド

DSLモデム

ケーブルモデム

ブロードバンドという用語は以前は^{[ 57 ] [ 58 ]、}音声グレードのチャネルで利用できるよりも高速な通信を説明するために使用されていました。

ブロードバンドという用語は、1990年代後半にダイヤルアップの最大速度56キロビット/秒を超えるインターネット接続技術を指す言葉として広く使われるようになりました。ブロードバンド技術には、様々な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、多岐にわたります。

ADSL、HDSL、VDSLなどのDSL技術は、電話回線（電話会社が敷設し、本来は電話加入者向けに設計された回線）を使用しますが、電話システムの他のほとんどの機能を利用しません。これらの信号は通常の電話交換機を経由せず、電話会社の電話局にある 特殊な装置（ DSLAM ）で受信されます。

信号は電話交換局を経由しないため、「ダイヤル」の必要がなく、通常の音声通話のような帯域幅の制約もありません。これにより、はるかに高い周波数が利用可能になり、結果として速度が大幅に向上します。特にADSLは、同一回線で音声通話とデータ通信を同時に行えるように設計されています。

同様に、ケーブル モデムは、本来は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、通常はブロードバンド 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。

その他のブロードバンド モデムには、FTTxモデム、衛星モデム、電力線モデムなどがあります。

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上のものが含まれていることが多いため、異なる用語が使用されます。

高速接続は複数のコンピュータで同時に使用されることが多いため、多くのブロードバンドモデムはPCへの直接接続（USB接続など）を備えていません。代わりに、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つまたは複数のパブリックIPアドレスを使用できるイーサネットハンドオフ機能を提供していましたが、NATやDHCPなど、複数のコンピュータで1つの接続を共有できる機能は提供していませんでした。そのため、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設置する「ブロードバンドルーター」を別途購入していました。^{[ 59 ] [ 60 ]}

最終的に、ISPはモデムとブロードバンドルーターを1つ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。このゲートウェイは、モデム機能に加えて、ルーティング、 NAT、セキュリティ機能、さらにはWi-Fiアクセスまで提供し、加入者は追加機器を購入することなく家庭全体をインターネットに接続できるようになりました。さらに後に、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」機能も提供できるようになりました。しかしながら、サービスプロバイダーやメーカーは依然としてこれらのデバイスを単に「モデム」と呼ぶことがよくあります。^{[ 61 ]}

その結果、「モデム」、「ルーター」、「ゲートウェイ」という用語は、日常会話では現在同じ意味で使用されていますが、技術的な文脈では、「モデム」はルーティングやその他の機能のない基本的な機能という特定の意味合いを持つ場合があります。一方、他の用語はNATなどの機能を備えたデバイスを表します。^{[ 62 ] [ 63 ]}

ブロードバンドモデムは、 PPPoEなどの認証も処理する場合があります。ダイヤルアップインターネットサービスの場合と同様に、ブロードバンド接続の認証はユーザーのPCから行うことがよくありますが、この処理をブロードバンドモデムに移すことで、接続の確立と維持をモデム自身が行うようになり、各PCが個別に認証する必要がなくなるため、PC間でのアクセス共有が容易になります。ブロードバンドモデムは通常、電源が入っている限りISPに対して認証された状態を維持します。

無線

アンテナ内蔵のBluetooth無線モジュール（左）

デジタルデータを無線で送信する通信技術には、モ​​デムが不可欠です。これには、衛星放送、Wi-Fi、WiMAX、携帯電話、GPS、Bluetooth、NFCなどが含まれます。

現代の電気通信およびデータネットワークでは、長距離データリンクが必要な場合に無線モデムが広く使用されています。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に利用できない遠隔地への高速コンピュータネットワークリンクにも広く使用されています。

無線モデムには、様々な種類、帯域幅、速度のものがあります。無線モデムは、トランスペアレントモデムまたはスマートモデムと呼ばれることもあります。これらのモデムは、搬送周波数に変調された情報を送信することで、複数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します。

透過型モデムは、電話回線モデムと同様の動作をします。通常、半二重通信であるため、データの送受信を同時に行うことはできません。透過型モデムは、有線インフラへのアクセスが容易でない散在する場所から少量のデータを収集するために、ラウンドロビン方式でポーリングを行います。透過型モデムは、電力会社によるデータ収集に最もよく使用されます。

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おり、ランダムデータの衝突を防ぎ、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、透過型モデムよりも多くの帯域幅を必要とし、より高いデータレートを実現します。IEEE 802.11規格は、世界中で広く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

Movistar ColombiaのHuawei HSPA+ ( 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（GPRS、UMTS、HSPA、EVDO、WiMax、5G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呼ばれることもあります）と呼ばれます。ワイヤレスモデムは、ノートパソコン、携帯電話、その他のデバイスに内蔵することも、外付けすることもできます。外付けワイヤレスモデムには、コネクトカード、USBモデム、セルラールーターなどがあります。

ほとんどのGSM無線モデムにはSIMカードホルダーが内蔵されている（例：Huawei E220、Sierra 881）。一部のモデルにはmicroSDメモリスロットや外部アンテナ用のジャックも備わっている（Huawei E1762、Sierra Compass 885）。^{[ 64 ] [ 65 ]}

CDMA (EVDO) バージョンでは通常、 R-UIMカードは使用されず、代わりに電子シリアル番号(ESN) が使用されます。

2011年4月末まで、USBモデムの世界出荷量は、組み込み型3Gおよび4Gモジュールの3倍に達していました。これは、USBモデムは廃棄が容易なためです。タブレット端末の販売台数が増加し、モデムの増分コストが減少するにつれて、組み込み型モデムが単体型モデムを追い抜く可能性があり、2016年までにこの比率は1倍になる可能性があります。^{[ 66 ]}

携帯電話と同様に、モバイルブロードバンドモデムも特定のネットワークプロバイダーにSIMロックをかけることができます。モデムのSIMロック解除は、携帯電話のSIMロック解除と同様に、「ロック解除コード」を使用することで行えます。

光モデム

データ、電話、テレビサービスを提供するONT

光ファイバーネットワークに接続するデバイスは、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。これらは光ファイバー網の敷設において一般的に使用され、屋内または屋外に設置されて光媒体を銅線イーサネットインターフェースに変換します。その後、ルーターまたはゲートウェイが設置され、認証、ルーティング、NAT、その他の一般的な消費者向けインターネット機能に加えて、電話やテレビサービスなどの「トリプルプレイ」機能も実行されます。これらはモデムではありませんが、同様の機能を果たすため、モデムと呼ばれることもあります。

光ファイバーシステムは、スループットを最大化するために直交振幅変調（QAM）を使用することができる。16QAMは16点のコンステレーションを用いて1シンボルあたり4ビットを送信し、速度は毎秒200～400ギガビット程度である。^{[ 67 ] [ 68 ]} 64QAMは64点のコンステレーションを用いて1シンボルあたり6ビットを送信し、速度は毎秒最大65テラビットである。この技術は発表されているものの、まだ広く普及していない可能性がある。^{[ 69 ] [ 70 ] [ 71 ]}

ホームネットワーク

モデムという名称はあまり使われませんが、電力線イーサネットなど、一部の高速ホームネットワークアプリケーションではモデムが使用されています。例えば、ITU-Tが開発したG.hn規格は、既存の家庭用配線（電力線、電話線、同軸ケーブル）を利用した高速（最大1Gbit/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（OFDM）方式を用いてデジタル信号を変調し、有線伝送を行います。

上で説明したように、Wi-Fi や Bluetooth などのテクノロジーでも、モデムを使用して短距離の無線通信が行われます。

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を接続する特殊な配線ケーブルで、送信線と受信線が逆になっています。モデムを使わずに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、モデムで一般的に使用されるソフトウェアやハードウェア（ProcommやMinicomなど）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型のデバイスで、通常の「ストレート」シリアル ケーブルの終端に配置され、ヌル モデム ケーブルに変換します。

短距離モデム

「短距離モデム」は、専用線モデムとダイヤルアップモデムの中間に位置するデバイスです。専用線モデムと同様に、電源や電話会社の交換機を介さない「むき出しの」回線でデータ伝送を行いますが、専用線と同じ距離を伝送することを目的としていません。最大数マイルまで伝送可能ですが、重要なのは、短距離モデムは中距離、つまり基本的なシリアルケーブルの最大長を超えながらも比較的短い距離、例えば単一の建物内やキャンパス内といった距離に使用できることです。これにより、シリアル接続を数百フィートから数千フィート程度まで延長することが可能になり、電話線や専用線を一本丸ごと敷設するのは過剰なケースにもなります。

一部の短距離モデムは実際に変調方式を採用していますが、低価格帯のデバイスは（コストや消費電力の理由から）デジタル信号のレベルを増幅するだけで変調は行わない単純な「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、同じ用語が使われています。^{[ 72 ]}

参照

• 56 kbit/s回線
• 握手
• レイセオンBBN
• コマンドモードとデータモード（モデム）
• ファックス復調器
• インターフェースビットレートのリスト
• ITU-T Vシリーズ勧告一覧
• 変調
• RJ-11
• 時間非依存エスケープシーケンス
• リング上での目覚め

さらに読む

• 「モデム：市場概要」（PDF） . Datapro Research . PCおよびLAN通信に関するDataproレポート. McGraw Hill . 1990年9月.

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71. 「ノキア・ベル研究所、大洋横断ケーブルシステムで毎秒65テラビットの伝送記録を達成」 Noika、2016年10月12日。2016年11月9日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2016年11月8日閲覧。
72. 「モデム」 . www.trine2.net.au . 2020年8月13日閲覧。

外部リンク

• Hayes互換モデムとATコマンド（シリアルデータ通信プログラミングWikibookより）
• 国際電気通信連合 ITU : 電話網を介したデータ通信
• 基本的なハンドシェイクと変調– V.22、V.22bis、V.32、V.34ハンドシェイク
• 接続：モデムの歴史– techradar
• モデムとルーターの違い– Bugswave
• 電気通信伝送工学 第2巻 設備- AT&T