モデム

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モデム（modem、変調復調装置）は、デジタル信号を伝送路の特性に合わせたアナログ信号にデジタル変調して送信するとともに、伝送路からのアナログ信号をデジタル信号に復調して受信する、データ回線終端装置の一種である。変調・復調を行うことからmodulator demodulatorの頭文字を取って名付けられた。通信方式は、ITU-Tにより標準化されている。

目次

概要 [編集]

データ回線終端装置の一種であり、伝送路からのアナログ信号をデジタル信号に復調して受信する装置部分を特に言う。典型的なものは、電話回線に接続し、回線上の信号をデジタル変調により変復調し、コンピューター等とシリアルポートにより接続しデジタル信号（データ）としてやり取りする。回線に対し、発呼・着呼等の網制御を行う場合もあるが、必須ではない。網制御を行う場合も、コンピューター - モデム間のシリアルポートで制御信号のやり取りをするが、これを特に「コマンド」と称する事がある（後述）。

コンピューターのオペレーティングシステム側から見たデバイスのクラスとしては、通信ポート（シリアルポートやUSBポート等、あるいは専用の仮想通信ポート）デバイス経由で接続し、前述の網制御コマンドを遣り取りし、通信データを、パソコン通信やFAXソフト等のアプリケーションソフトウェア、またはネットワークコンポーネントとの間で遣り取りする。

コンピューター（ホスト）から見たOSI参照モデルでは、通信ポートとその先のモデムが物理層に相当する。通信ポートから先の（仮想）通信回線上は、無手順の場合もあれば、SLIPやPPP等のデータリンクプロトコルが実装される場合もある。

ネットワーク機器としての観点からは、変復調装置であるか又は変復調装置を内蔵しモデムには該当するが、物理的にあるいは仮想的にモデムデバイスではなくネットワークデバイスとしての扱いになる場合がある。伝統的な電話回線モデムと比較して、ADSLモデム、ケーブルモデムや無線モデムの場合、そのような傾向にある。モデムがブリッジやルーター等のネットワーク機器に内蔵された場合は、デバイスとしてのモデムには明示的にアクセスできない場合もある。

なお、光回線、ISDN回線のデータ回線終端装置は、モデムと呼ばれることはない（それぞれ光回線終端装置 (ONU)、ターミナルアダプタ (TA)）。ただし、これらの機器は、OSから見たデバイスクラスとしてはモデムとして扱われる場合もある。

インタフェース [編集]

接続法 [編集]

内蔵用PCIモデム
単独の外部モデム

コンピュータやルーターなどとは、古い機種ではRS-232C・RS-422などのシリアルポート、比較的新しい機種ではUSBやExpressCardなどのインタフェースで接続するのが多い。また、パソコン本体に内蔵されたものや、PCIなどの拡張スロットに装着するもの、PCカードタイプのものもある。

ブロードバンド回線の普及により、単体の電話回線用モデムや、デスクトップパソコン内蔵モデムは廃れたが、ノートパソコンについてはFAXなどの用途向けに根強く内蔵され続けている。

ケーブルモデム・ADSLモデムなどの高速なものは、LANポート（イーサネット）で接続するものが多い。

加入電話回線用のモデムの加入者線側は、電話用2線式のモジュラージャック (RJ-11) にモジュラーケーブルで接続する。

通信方式 [編集]

単方向（単信）
単方向通信のみ可能で、送信側受信側の切り替えのできないもの。
半二重（半複信）
通信方向を切り替えて使用するもので、送信・受信を同時にできないもの。現在でもPOSシステムや、銀行向けの業務用システム（全銀手順）の一部で使われている。G3ファクシミリもこの方式である（制御通信・画像通信とも）。
全二重（複信）
各種複信方式を利用して、送受信を同時に行えるようになっているもの。現在一般的に使用されている。

同期方式 [編集]

「同期方式」も参照

非同期モデム
一般的に使われるタイプ。モデムには、同期の機能が無いものである。調歩同期式でビット単位同期、High-Level Data Link Control (HDLC) などのフラグ同期またはキャラクタ同期でブロック単位同期を、データ信号自体で取りながら通信する。同期モデムに比べて、速度と確実性に劣るが、安価である。
同期モデム
一部の業務用で使われるタイプ。端末装置から別々の信号線で送信されたデータ信号と同期信号を、一つの伝送路で送信し、受信側でデータ信号と同期信号を分離し別々の信号線で端末装置に受信させるものである。非同期モデムに比べて、確実で高速な通信が可能であるが、高価である。

可聴帯域用のモデム [編集]

従来からあるアナログ回線用のモデム。電気通信事業者の敷設したアナログ専用線・公衆交換電話網や、利用者が構内に敷設した私設線や、無線通信などの、音声周波数帯域 (300 - 3400Hz) のアナログ回線でデータ通信を行う場合、モデムが使用される。

なお、商品などではアナログモデムとの呼称もあるが、これは、ISDN回線用のターミナルアダプタと対比した場合の呼称である。可聴帯域モデムはアナログ回線に対してデジタル変調を行い伝送する物であり、その点ではISDN回線のTAを含め、ADSLモデムやケーブルモデムと区別できず、厳密には不適当な呼称である。同じ加入電話回線に繋ぎ非可聴音を使うADSLモデム等に対して、とくに可聴音モデム、あるいは規格で区別したV.90モデムといった表現は可能だが、一般に認知された表現は存在しない。このモデムを使用した回線はナローバンド接続とも呼ばれる。

コンピュータ等の通信用インターフェース（RS-232Cが多い）と、通信回線の種類に応じた網制御装置 (NCU) を持つものが多く、誤り検出と再送信・データ圧縮などの機能を持つものもある。

1985年のデータ通信端末機器自由化をきっかけに、パソコン通信やインターネットが登場し、アクセスポイントへダイヤルアップ接続する手段として電話回線用モデムが普及したが、ADSLなどのデジタル加入者線の普及に伴って使用が減少した。

形態としては、単体の箱型のものと、コンピュータ内部のマザーボード上や拡張スロットに装着（内蔵）されたものに大別される。

インテリジェントモデム [編集]

NCU・変復調・制御部を一体にまとめたモデム。通信用インターフェース（RS-232Cが多い）と通信回線インターフェース（一般の電話回線が多い）を持ち、1980年代のパソコン通信の登場初期から使われている。かつては主流であったが、2000年頃から少なくなっている。

次項のソフトモデムと異なり、動作中にCPUに負担をかけることが少なく、安定して動作することや、特別なデバイスドライバがなくても、RS-232Cポートさえ利用できれば通信できるメリットがあり、産業用機器などの組み込みシステムのコンポーネンツに利用されたことも多い。

インテリジェントモデムをモジュール化し、INS1500のような集合回線に一括接続し、通信用インターフェースにネットワークインターフェースを用いた集合モデムは、アクセスポイントに多用された。

ソフトモデム [編集]

Lucent Softmodem Module

ソフトモデムは、モデム側のハードウェアを簡略化し、コンピュータ側のCPUで処理の多くを行うものである。コンピュータに内蔵されたモデムや、拡張スロットに装着するモデムのほとんどは、このソフトモデムである。機能の多くをソフトウェアで実現しているため、安価で新規格にソフトウェアの変更のみで対応が可能である。しかし、処理速度・通信速度・安定性の低下の原因となることもある。また、オペレーティングシステムごとにデバイスドライバの開発が必要である。

基本的に一般的なモデム（インテリジェントモデム）の場合、NCUからアナログ信号とデジタル信号の相互変換を行うADC/DACに接続するまでのトランス・アンプ・イコライザなどのアナログ回路と、ADC/DACと接続され変調・復調・圧縮展開・エラー訂正・コマンド処理を司るDSPとシリアルインターフェース回路で構成されている。コンピューター側のCPUがDSPの機能を担当すれば、ハードウエアで必要な部品はNCU・トランス・必要最小限のアナログ回路・ADC/DACになる。特にDSPは高価な部品なので、省略する事で大幅なコストダウンとなる。

シリアルインターフェースも省略され、生のアナログ信号をADC/DAC経由で高速にCPUと入出力するため、FIFOメモリとホストバスインターフェース（ISAやPCI、USB）が使われる。初期のソフトモデムを除き、現在のソフトモデムはアナログ回路からホストバスインターフェースまでの一切をワンチップで構成している。

デバイスドライバはDSPが担当していた処理をエミュレーションし、イコライザ・ゲイン調整・NCUで使用する信号の生成・変調・復調・圧縮展開・エラー訂正・コマンド処理を行い、オペレーティングシステムに仮想シリアルインターフェースの形でインテリジェントモデムが存在するように見せかけている。

初期のソフトモデムは非常に多くのCPUパワーを消費していた。これは当時のCPUがDSP的な命令セットを備えていなかったために、特に変調・復調処理で手間取っていたためである。現代のCPUは全般的に処理能力が向上していることに加え、DSP的な命令セットを備え、かつ並列して一度に実行することができることから、ソフトモデムが登場したころに比べるとCPU負荷はかなり軽減されている。

部品点数が少なく済むことはコストを引き下げることができ、また回路が占有する面積が少なくて済むこと、非動作時には電源を切っても構わないことから、ノートパソコンに標準内蔵されているモデムの多くはソフトモデムである。

FAXモデム [編集]

FAXモデムは、G3ファクシミリ (ITU-T T.30) の送受信機能を、ATコマンドを拡張して実装したものである。カラーG3 (ITU-T T.30E) などの拡張機能を利用する場合、Class1相当の機能のみを利用することとなる。機械的には、単体モデム・ソフトモデムともに存在する。

1990年代後半より、パーソナルコンピュータと電話網に接続されたファクシミリとの相互通信のために導入されていた。2000年代に入り、業務用のFAXサーバ用として製造されるのみとなっている。

FAXモデム規格
TIA EIA規格 TR-29 Class 特徴 備考 制定年
EIA-578 1 HDLCフレーム生成のみ実装・他の機能はPC側で実現 1990
2 G3の送受信制御を実装・PC側は画像圧縮したデータとコマンドとを送りリザルトを受け取る ドラフト仕様
EIA-592 2.0 最終仕様に準拠

ボイスモデム [編集]

ボイスモデムは、データ通信と切替または、対応機器間で同時に音声通信が可能なものである。1990年代後半に製造されていたが、2000年代に入りほとんど製造されていない。

ボイスモデム規格
規格名 ITU-T勧告名 音声通信 用途 制定年
方式 データ通信との競合
ASVD V.34Q アナログ 中断して切替 公衆交換電話網を利用した留守番電話・ボイスメール 1996
DSVD V.70 デジタル 帯域の一部を利用して同時通信 対応機器相互間のテレビ会議・ボイスチャット 1996

通信速度 [編集]

規格と最高通信速度
ITU-T勧告名 通信方式 最高通信速度 (bps) 変調 搬送波周波数 (Hz) 制定年 備考
2線式 4線式 速度 (baud) 最大ビット数 方式
V.21 全二重 300 300 1 FSK 1080/1750 1964
V.22 全二重 1200 600 2 DPSK 1200/2400 1980
V.22bis 全二重 2400 600 4 QAM 1200/2400 1984
V.23 半二重 1200 1200 1 FSK 1500or1700 1964 オプションで75bpsのリバースチャネルの追加が可能。
この場合は2線式で全二重通信になる
V.26 半二重 全二重 2400 1200 2 DPSK 1800 1968
V.26bis 半二重 1972
V.26ter 全二重 1984 エコーキャンセラ使用
V.27 半二重 全二重 4800 1600 3 DPSK 1800 1972
V.27bis 半二重 1976 G3ファクシミリ
V.27ter 全二重 1976 エコーキャンセラ使用
V.29 半二重 全二重 9600 2400 4 APSK 1700 1976 G3ファクシミリ（オプション）
V.32 全二重 9600 2400 4 TCM/QAM 1800 1984
V.32bis 14400 6 1991
V.33 全二重 1988
V.17 半二重 G3ファクシミリ（オプション）
V.34 全二重 28800 ('94)/
33600 ('96)		 10.7 1994/1996 スーパーG3ファクシミリ
1996年に改定
V.90 下り56000
上り33600		 2400（上り） TCM/PCM/QAM 1800（上り） 1998 中継回線がISDN化されており、通信相手がISDNで接続されている場合の高速通信用
TCM符号化・下りはPCM変調・上りはQAM変調
V.92 下り56000
上り48000		 TCM/PCM 2000 中継回線がISDN化されており、通信相手がISDNで接続されて場合の高速通信用
双方向ともTCM符号化・PCM変調

2400bps以上の速度のものは、後述のMNPやLAPMによる圧縮を行うことから、パソコンとモデム間の通信速度は、回線上の通信速度よりも高く設定することがほとんどである。この場合、RS-232CのRS・CS信号のオン・オフでフローコントロールを行う。

Microcom Networking Protocol [編集]

MNP (Microcom Networking Protocol) は、アメリカMicrocom（マイクロコム）社が提唱した、モデム用のデータ圧縮とエラー訂正のための規格の総称。第三者組織によって標準化された規格ではないが、一部の規格は内容が一般に公開されたことと、実際にMicrocom Networking Protocolを搭載したマイクロコム社のモデムの伝送品質が優れていた事から普及した。MNP1から10までクラス分けがされており、上位のクラスは下位のクラスの機能をすべて含んでいる。ほかの通信プロトコルと組み合わせて使用される。

MNP1
誤り訂正プロトコル。 現在は使われていない。
MNP2
誤り訂正プロトコル。データを受信側から送信側へ送り返すことによる誤り検出プロトコル。全二重通信が可能なら利用可能。全二重モデムに実装可能。
MNP3
誤り訂正プロトコル。オーバーヘッドを削減するため、MNP2を同期通信対応にして、同期動作としたもの。
MNP4
誤り訂正とデータ圧縮プロトコル。送受信するデータをブロック単位にまとめて誤り訂正するプロトコル。送受信されるデータからコントロールビットの重複を取り除き送信効率を上げている。モデムの転送能力を最大120%に向上させる
MNP5
データ圧縮プロトコル。最大で半分に圧縮可能。
MNP6
通信回線の状態を検査しながら、徐々に送信速度を高速化して、伝送路に合った通信速度とするプロトコル。
MNP7
MNP5を改良したハフマン符号化によるデータ圧縮プロトコル。最大で3分の1に圧縮可能とした。
MNP9
誤り訂正プロトコル。 誤りの部分だけの再送信とし、送信効率を上げるもの。
MNP10
移動体通信など用の、伝送路の状態変化により通信速度やパケットサイズを調節し、再送信などを減らして送信効率を上げるもの。

なお、MNP8は欠番である。

LAPM・V.42bis [編集]

ITU-T標準プロトコルで規定された、エラー訂正とデータ圧縮の方式。エラー訂正はMNP4と互換。「V.42bis」はBTLZ (British Telecom Lempel-Ziv) 方式を採用したデータ圧縮の規格であり、CCITTが1989年11月に勧告したもの。MNP5の圧縮率が1.6 : 1であったのと比較して2.45 : 1程度と、圧縮効が高い[1][2]。2400bps以上のモデムで広く使われた。

網制御装置 [編集]

網制御装置（もうせいぎょそうち）は、NCU (Network Control Unit) とも呼ばれる、一般加入者回線に接続するために、交換機に対し回線の接続・相手側の電話番号の通知・切断・通信先等の変更等の処理を行う機器である。

初期のものは、電話機の形状をしており、回線接続などの動作は手動でダイヤルしたり、回路を切り替えたりしていたが、後に、コンピュータからの制御により自動発信、自動着信などもできる様になった。

初期段階では、NCUから制御用信号専用のケーブルでモデムに接続されていたが、後にモデムと一体化された機器が登場する。ヘイズATコマンドという業界標準のコマンドを搭載したモデムが登場してからは、専用ケーブルを介して制御する必要がなくなり、制御コードの標準化と通信回線接続のモジュラジャック化に伴い、一般のパソコン通信などでも使えるようになった。

ヘイズATコマンド [編集]

ヘイズATコマンドとは、アメリカのHayes Computer Products社が開発したインテリジェントモデムのコマンド体系で、ATtentionの略である、「AT」でコマンドが始まることからこう呼ばれる。

ヘイズ以外のモデムメーカーも同コマンド体系を採用したため業界標準となったが、各社の独自の拡張がされた部分には互換性がないこともある。

端末からの命令を「コマンド」、モデムからの応答を「リザルトコード」と呼ぶ。

ATコマンドは、次のようなビットストリームから始まる（8bit、パリティなし、ストップビット1の場合）。

A|0s|1|0|0|0|0|0c|1|0x|1s| T|0s|0|0|1|0|1|0c|1|0x|1s|

ヘイズATコマンドを採用するモデムはDCE - DTE間の速度及びフォーマットを自動判定する機能を備えている場合が多い。このATというデータを受信したと仮定し、最初の1の後の5個の0の後に現れる1までの時間を測定することで速度 (bit per second) を測定できる。その次の0 (0x) が現れるかどうかで、現れなければ7bitパリティなしと、0ではなく1が現れた場合は7bit奇数パリティであると判定できる。0が現れた場合は7bit偶数パリティと8bitパリティなしの可能性がある。その場合、AとTでは1の個数が異なるため、Tのパリティビットを見ることでどちらなのか判定できる。実際の実装は、AやTが小文字であった場合 (0c=1) を考慮してある、ストップビット長をAの後にくるTの間で判断するなど、若干複雑である。

ITU-T V.25bis [編集]

ITU-Tが定めたモデムのコマンド体系。ヘイズATコマンドはモデムによって独自の拡張が行われており、通信するにあたってモデムを何らかの形で識別しなければならないが、V.25bisではシリアルインターフェースの制御状態からコマンドとその手順が厳密に定義されており機種依存の問題はほとんどない。ルーターなどに接続されることを前提としたモデムで採用されている。コンシューマー向けの製品では一時期V.25bisとヘイズATコマンドの両方をサポートしていたが、現在ではV.25bisをサポートしていない製品がほとんどである。

衛星モデム [編集]

通信衛星を利用した、デジタル通信に用いられるもの。多元接続の機能を持つものが多い。

光モデム [編集]

従来のアナログモデムより高速性と、ノイズへの耐性を高めるなどの安定性を目的としたモデム。RS-232Cなどのシリアルインターフェースを半導体レーザー光に変換して、光ケーブルを用いて通信する。用途はNTTがサポートするアナログ回線の内、特定回線によるものとほぼ同じで、アナログの専用線からの置き換えが進んでいる。

無線モデム [編集]

Huawei CDMA2000 Evolution-Data Optimized USB ワイヤレスモデム

無線モデム、ワイヤレスモデム (wireless modem) とは、モデムのうち伝送路に無線通信回線を使用するものを言う。

無線通信回線として移動体通信網以外の回線を使用するものがある。アマチュア無線におけるターミナルノードコントローラ (TNC) が、モデムを内蔵したデータリンク装置に該当する。ただしTNCがモデムと呼ばれることは少ない。小出力のFMラジオ波を使用したり、ISM帯である2.4GHz帯や、特定小電力無線を使用する無線モデムもある。後者の無線モデムは、ホストと通信ポート等で直接接続したり、イーサネットブリッジとして機能する物もある。2.4GHz帯の無線モデムは免許が不要でかつ高速通信ができるスペクトラム拡散を用いた物が主である。

無線通信回線が移動体通信網であるものについては、古くは2G携帯電話やPHSの時代から、無線通信接続が提供されており、ホストからモデムとしてアクセスする事により、モバイル通信としてFAX接続やインターネット接続が可能である。2GやPHSによるモバイル接続は、ナローバンドインターネット接続に分類される。

汎用の無線デバイスとして多様な使い方が可能なBluetoothも無線モデムの一種と言える。

移動体通信網として第3世代移動通信システム (3G) やWi-Fi、Wimaxなどの無線アクセスによるものが普及し、これらの通信機器を用いたブロードバンドインターネット接続が普及している。それに伴い、これらの機器を、ホストへの接続形態から、モバイルモデム (Mobile modem)、ポータブルモデム (portable modem) と呼ぶこともある[3]。

しかし、これらの機器は正確には、インターネットプロトコルを使用するネットワークアダプタ、ルーターあるいはブリッジとして振る舞うものであり、その意味ではモデムではない。「モデム」と言うよりは「（通信）アダプタ」などと呼ばれる事も多い[4]。

主に外出先で使用されるため小型で軽量なラップトップやネットブックに接続して使用される。ラップトップの小型化と軽量化に伴いPCカードスロットは設けられていないため、USB経由で使えるドングルと呼ばれるUSBフラッシュメモリーカード端末かスマートフォン端末、携帯電話端末などが主流になりつつある。

「モバイルブロードバンド」も参照

端末の種類 [編集]

これらの端末をモデムとして使用しパソコンをインターネットに接続することが可能である。

サービスプロバイダー [編集]

日本でのモバイルブロードバンド回線事業者は、2009年現在

端末メーカー [編集]

通信規格 [編集]

ワイヤレスモデムで使われる代表的な通信規格。

ケーブルモデム・ADSLモデムなど [編集]

ADSLモデム
ケーブルモデム

ブロードバンドインターネット接続などの高速デジタル通信用のモデム。コンピュータ等とは、LANポート（イーサネット）でPPPoE等によるブリッジ接続、あるいはルーターに内蔵されてルータ接続するものが多い。

脚注 [編集]

  1. ^ ピクニック企画, 堤大介, ed (1990-03-01). “BTLZ方式” (日本語). 『電脳辞典 1990's パソコン用語のABC』. ピクニック企画. pp. 282. ISBN 4-938659-00-X. 
  2. ^ ピクニック企画, 堤大介, ed (1990-03-01). “V.42bis” (日本語). 『電脳辞典 1990's パソコン用語のABC』. ピクニック企画. pp. 356. ISBN 4-938659-00-X. 
  3. ^ これらは元々は、据付ではない可搬性のある可聴帯域用モデムに対する呼び名でもあった。
  4. ^ 同様に、通信機器の構成部品としては確かに無線回路に対しデジタル変復調を行う部品が存在するが、それをモデムと呼ぶ事は少なく、通信チップやモジュール等と呼ばれる方が多い。

関連項目 [編集]

ウィキメディア・コモンズには、モデムに関連するメディアがあります。
表・話・編・歴
インターネット接続 (Internet access) 
有線
無線
LTE ・ Bluetooth ・ DECT ・ EVDO ・ GPRS (General Packet Radio Service)  ・ HSPA ・ iBurst ・ Li-Fi ・ MMDS ・ Muni Wi-Fi ・ 衛星（英語版） ・ UMTS-TDD ・ WiBro/WiMAX ・ Wi-Fi ・ Wireless USB
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