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電気通信において、リピーターとは信号を受信し、それを再送信する電子機器です。リピーターは、信号がより遠くまで届くように、あるいは障害物の向こう側で受信できるように、伝送距離を延長するために使用されます。リピーターの種類によっては、同一の信号を送信するものの、送信方法を変更するものもあります。例えば、別の周波数やボーレートを使用するなどです。
中継器にはいくつかの種類があります。電話中継器は電話回線内の増幅器であり、光中継器は光ファイバーケーブル内の光線を増幅する光電子回路であり、無線中継器は無線信号を再送信する無線受信機および送信機です。
放送中継局とは、ラジオやテレビの放送で使用される中継器のことである。
情報を含む信号が通信チャネルを通過する際、電力損失により徐々に劣化します。例えば、電話が有線電話線を通過する際、音声信号を表す電流の電力の一部は、銅線の抵抗によって熱として消費されます。線が長くなるほど電力損失は大きくなり、遠端での信号の振幅は小さくなります。そのため、線が十分に長くなると、相手側では通話が聞こえなくなります。同様に、ラジオ局と受信機の間の距離が長くなるほど、ラジオ信号は弱くなり、受信状態は悪くなります。中継器は、通信チャネル内の電子機器で、信号の電力を増幅して再送信し、より遠くまで伝送できるようにします。信号を増幅するため、電源が必要です。
「リピーター」という用語は19世紀の電信に由来し、電信信号を再生するために使用される電気機械装置（リレー）を指していました。[ 1 ] [ 2 ]
この用語は、電話通信やデータ通信の分野で引き続き使用されている。
コンピュータネットワークでは、リピーターは実際の物理信号を扱い、送信されるデータを解釈しようとしないため、 OSIモデルの最初の層である物理層で動作します。マルチポートイーサネットリピーターは通常ハブと呼ばれます。
これは、電話回線における電話信号の到達範囲を拡大するために使用されます。
これらは長距離通話を伝送する幹線で最も頻繁に使用されます。一対のワイヤで構成されるアナログ電話回線では、直流電流源からの電力を使用して回線上の交流音声信号の電力を増幅するトランジスタで構成された増幅回路で構成されています。電話は双方向通信システムであるため、ワイヤペアは2つの音声信号を伝送し、それぞれが各方向に1つずつ流れます。したがって、電話リピーターは双方向である必要があり、フィードバックを発生させることなく両方向に信号を増幅する必要があり、その設計はかなり複雑になります。電話リピーターは最初のタイプのリピーターであり、増幅の最初の応用例の1つでした。1900年から1915年の間に電話リピーターが開発されたことで、長距離電話サービスが可能になりました。現在、ほとんどの通信ケーブルは光ファイバーケーブルであり、光リピーターを使用しています（下記参照）。
電子増幅器が発明される前は、電話中継器の増幅器として機械的に結合されたカーボンマイクロホンが使用されていました。20 世紀に入ってからは、負性抵抗の水銀ランプが増幅できることが発見され、使用されるようになりました。 [ 3 ] 1916 年頃のオーディオン管中継器 の発明により、大陸横断電話が実用的になりました。1930 年代には、ハイブリッドコイルを使用した真空管中継器が一般的になり、より細い線の使用が可能になりました。1933 年までに、長距離搬送電話回線は 850 マイルの距離にわたって 25 マイルごとに中継器が設置されました。[ 4 ] 1950 年代には、負性インピーダンス利得デバイスがより普及し、 E6 中継器と呼ばれるトランジスタ版が、デジタル伝送の低コスト化によりすべての音声帯域中継器が時代遅れになる前にベル システムで使用された最後の主要なタイプとなりました。周波数フロッギング中継器は、20 世紀中頃から後半にかけて周波数分割多重システムで一般的でした。
これは、海底通信ケーブルで使用される電話中継器の一種です。
これは、光ファイバーケーブル内の信号伝送距離を延長するために使用されます。デジタル情報は、光ファイバーケーブル内を短い光パルスの形で伝送されます。光は光子と呼ばれる粒子で構成されており、光子はファイバー内で吸収または散乱されます。光通信リピーターは通常、光パルスを電気信号に変換するフォトトランジスタ、信号のパワーを増幅するアンプ、パルスの形状を整える電子フィルタ、そして電気信号を再び光に変換して別のファイバーに送信するレーザーで構成されています。しかし、リピーター向けには、まず電気信号に変換することなく光自体を増幅する光アンプが開発されています。
これは無線信号の到達範囲を拡張するために使用されます。無線中継リピーターの歴史は、1898年にヨハン・マタウシュがオーストリアの雑誌『電気技術雑誌』（第16巻、35-36ページ）に発表したことから始まりました。[ 2 ] [ 5 ]しかし、彼の提案「トランスレータ」は原始的で、使用には適していませんでした。実際に機能した最初の無線中継システムは、1899年にエミール・グアリーニ＝フォレシオによって発明されたものです。[ 2 ]
無線中継器は通常、無線受信機と無線送信機から構成されます。受信信号は増幅され、障害物の向こう側まで電波を届けるために、多くの場合別の周波数で再送信されます。デュプレクサを使用することで、中継器は1つのアンテナで受信と送信を同時に行うことができます。
無線中継器は、通常見通し線伝搬を行う周波数を使用するシステムの通信範囲を改善します。中継器がない場合、これらのシステムは地球の曲率と地形や高層ビルの遮蔽効果によって範囲が制限されます。丘の上や高層ビルに中継器を設置することで、互いの見通し線範囲外にある局でも確実に通信できるようになります。[ 6 ]
無線中継器は、ある無線周波数セットから別の無線周波数セットへの変換も可能にし、例えば、2つの異なる公共サービス機関（例えば、都市の警察と消防、または近隣の警察署）が相互運用できるようにする。また、公衆交換電話網[ 7 ] [ 8 ]や衛星ネットワーク（BGAN、INMARSAT、MSAT ） [ 9 ]へのリンクを、送信元から宛先への代替経路として提供することもある。
通常、中継局は周波数Aで受信し、周波数Bで送信します。すべての移動局はチャンネルBで信号を受信し、チャンネルAで送信します。2つの周波数の差は、動作周波数に比べて比較的小さく、例えば1%程度です。多くの場合、中継局は送受信に同じアンテナを使用します。「デュプレクサ」と呼ばれる高選択性フィルタによって、微弱な受信信号と、数十億倍も強力な送信信号が分離されます。場合によっては、有線または無線リンクで接続された、送信と受信のための別々の場所が使用されます。中継局は同時受信と同時送信のために設計されていますが、移動局は一度に送信または受信のみを行うため、かさばって高価なデュプレクサを装備する必要はありません。
中継システム内の移動端末には、単一チャネルで移動端末同士の直接通信を可能にする「トークアラウンド」チャネルが提供される場合があります。これは、中継システムの通信範囲外の場合、またはすべての移動端末の注意を必要としない通信に使用できます。「トークアラウンド」チャネルは中継器の出力周波数である場合があります。中継器は、その出力周波数で信号を再送信しません。[ 10 ]
無線通信システムの設計者は、必要な通信範囲を分析し、設計された通信範囲全体で予測可能なレベルの信頼性の高い通信を可能にするために、中継器の設置場所、標高、アンテナ、動作周波数、および電力レベルを選択します。
リピーターは、扱うデータの種類に応じて2種類に分類できます。
このタイプは、音声信号のように電圧または電流が信号の振幅に比例するアナログ信号の形でデータを送信するチャネルで使用されます。また、周波数分割多重（FDM）を使用して複数の信号を送信する幹線でも使用されます。アナログ中継器は線形増幅器で構成され、回線の周波数歪みや位相歪みを補償するための電子フィルタが含まれる場合があります。
デジタルリピーターは、バイナリデジタル信号でデータを送信するチャネルで使用されます。バイナリデジタル信号では、データはバイナリ数字の1と0を表す2つの値のみを持つパルスの形で表されます。デジタルリピーターは信号を増幅するだけでなく、パルスのタイミング調整、同期調整、波形整形を行う場合もあります。タイミング調整や同期調整を行うリピーターは、再生器と呼ばれることもあります。