モデム

米国における電話回線モデムの大量生産は、 1958年にSAGE防空システムの一環として開始され、様々な空軍基地、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点在するSAGE管制センターに接続した。

その後間もなく、1959年にSAGEモデムの技術がBell 101として市販され、110ビット/秒の速度を実現した。ベルはこのモデムや他の初期のモデムを「データセット」と呼んだ。

初期のモデムの中には、ベル400型タッチトーンモデムのように、タッチトーン周波数に基づいているものもあった。 ^{[ 5 ]}

Bell 103A規格は 1962 年にAT&Tによって導入されました。これは 通常の電話回線で300 ビット/秒の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、発信側は 1,070 Hz と 1,270 Hzで送信し、応答モデムは 2,025 Hz と 2,225 Hz で送信しました。^{[ 6 ]}  

103モデムは、サードパーティ（AT&T以外）のモデムが市場に出回ると事実上の標準となり、1970年代を通じて、ベル103事実上の標準と互換性のある独自製のモデムが一般的になった。^{[ 7 ]}例としては、Novation CATやAnderson-Jacobsonなどがある。より低コストの選択肢としては、入手しやすい部品を使って組み立てられるように設計されたPennywhistleモデムがあった。 ^{[ 8 ]}

テレタイプ端末は、Bell 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にアクセスできるようになりました。 ^{[ 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。

201Aデータフォンは、 2ビット/シンボル位相シフトキーイング（PSK）符号化を使用する同期モデムで、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、接続の一方の側への2つのトーンは、300ビット/秒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/秒の全二重通信を行うVA3400を発表しました。 ^{[ 11 ]} 

1976年11月、AT&Tは、設計は似ているものの、送信に低周波数セットを使用する212Aモデムを発表しました。これはVA3400とは互換性がありませんでしたが^{[ 12 ]}  、300ビット/秒の103Aモデムと連携して動作しました。

1977年、VadicはVA3467トリプルモデムで対抗した。これは応答専用モデムで、コンピュータセンターのオペレーター向けに販売され、Vadicの1,200ビット/秒モード、AT&Tの212Aモード、および103A動作をサポートしていた。^{[ 13 ]}

モデムの重要な進歩は、1981年に発表されたHayes Smartmodem でした。Smartmodemは、それ以外は標準的な103A 300ビット/秒の直接接続モデムでしたが、データ接続に使用される同じ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や通話応答などの制御要求を行うことができるコマンド言語を導入しました。^{[ 14 ]}このデバイスで使用されたコマンドセットは、事実上の標準であるHayesコマンドセットとなり、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なく、個別の自動呼び出し装置やX.21インターフェースを使用するモデムを介して利用可能であった^{[ 15 ]}が、 Smartmodemは、普及している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提供し、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、通信ははるかに簡単になり、アクセスしやすくなった。これにより、ヘイズの特許をライセンス供与し、価格競争や機能追加で競合する他のベンダーにとって、市場が拡大した。^{[ 17 ]}これが最終的に、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つながった。^{[ 18 ]}

ダイヤル式モデムは、 1980年代半ばまで、一般的に300ビット/秒と1200 ビット/秒の速度にとどまり（最終的にはV.21やV.22などの標準規格となった）、その状態が続いた。

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的になった。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数多く登場し、ソフトウェアから直接発信、着信応答、通話終了を行うことが可能となり、電子掲示板システム（BBS）の基本要件を満たした。例えば、先駆的なCBBSは、Hayes製の内蔵モデムを搭載したS-100マシン上で構築され、その後、同様のシステムが数多く登場した。

コモドールの1982年のVIC-20用VicModemは、100ドル未満で販売された最初のモデムであり、100万台を売り上げ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ズは、内部電源を備えた非常にコンパクトなケースに収められたヘイズ互換モデムであるPopcom X100を発表しました。これは、壁のコンセントに常時接続することを想定していました。プレンティスが1980年代後半に倒産するまで、IBM PC互換機向けの最も人気のあるモデムの1つでした。 ^{[ 20 ] [ 21 ]}

1984年、V.22bisが誕生しました。これは、1,200ビット/秒のBell 212と概念的に類似した、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16個の異なるシンボルを定義することで実現されました。これにより、1シンボルあたり1ビットではなく、2ビットまたは4ビットをエンコードすること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つつありました。

モデムの速度向上は、オンラインシステムの応答性を大幅に改善し、ファイル転送を実用的なものにした。これにより、大容量ファイルライブラリを持つオンラインサービスが急速に成長し、結果としてモデムを所有する動機がさらに高まった。モデムの急速なアップデートは、BBSの利用の急速な増加にもつながった。

一方、フランスのMinitelをはじめとする多くのVideotexサービスが登場した。これらのサービスはV.23という非対称全二重通信方式を採用しており、75ビット/秒でユーザー入力を受け付けながら、同時に1,200ビット/秒で情報ページをダウンロードすることが可能だった。

この時期には、モデムにエコーキャンセレーション機能が搭載されるようになり、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 ]}

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を4に増やす直交振幅変調（QAM）符号化によって、さらなる改良が加えられた。

 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規格が実現した。どちらのシステムも搬送波周波数は1,650Hzであった。 

こうした高速システムの導入は、1980年代におけるデジタルファックス機の開発にもつながった。初期のファックス技術も電話回線上で変調信号を使用していたが、デジタルファックスは現在コンピュータモデムで標準的に使用されているデジタル符号化方式を採用した。これにより、コンピュータがファックス画像を送受信できるようになった。

1990年代初頭には、9,600ビット/秒で動作するV.32モデムが登場したが、高価であったため、14,400ビット/秒で動作するV.32bisが標準化された後になってようやく市場に出回り始めた。

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、積極的な価格設定を行った。Supra , Inc.はロックウェルと短期的な独占契約を結び、それをベースにSupraFAXModem 14400を開発した。1992年1月に399ドル（またはそれ以下）で発売されたこの製品は、既に市場に出回っていた低速なV.32モデムの半額だった。これにより価格競争が起こり、年末までにはV.32は事実上普及することなく消滅し、V.32bisモデムが250ドルで広く入手可能になった。

V.32bisは非常に成功したため、従来の高速規格にはほとんど利点がなくなった。USRobotics（USR）はHSTの16,800ビット/秒バージョンで対抗し、AT&TはV.32terと呼ばれる19,200ビット/秒の方式を一度だけ導入したが、どちらの非標準モデムも売れ行きは芳しくなかった。

RS-232シリアルポートを備えた外部V.34モデム

これらの独自改良に対する消費者の関心は、長期間の導入期間中に薄れていった。28,800 ビット/秒のV.34規格。待っている間に、いくつかの企業がハードウェアをリリースし、V.Fastと呼ばれるモデムを発表しました。

1994年にV.34規格が承認された後、V.34モデムとの互換性を保証するために、メーカーは専用設計のASICモデムチップではなく、より柔軟性の高いコンポーネント、一般的にはDSPとマイクロコントローラを採用した。これにより、規格承認後のファームウェアアップデートで規格に準拠することが可能になった。

ITU規格V.34は、これらの共同努力の集大成を表しています。当時利用可能だった最も強力な符号化技術、チャネル符号化とシェイプ符号化を採用しました。シンボルあたりわずか4ビットから（9.6 kbit/s ）、新しい規格では、シンボルあたり 6 ～ 10 ビットの機能的等価物を使用し、ボーレートを 2,400 から 3,429 に増加させて、14.4、28.8、33.6  kbit/sモデム。この速度は電話回線の理論上のシャノン限界に近い。 ^{[ 23 ]}

その間56kbit  /sの速度は、専用線モデムでは以前から利用可能だったが、ダイヤルアップモデムで利用可能になったのは1990年代後半になってからだった。

1990年代後半には、33.6  kbit/sの速度が導入され始めた。いくつかの手法が用いられたが、それらはすべて電話回線における一つの根本的な問題に対する解決策として始まったものだった。

テクノロジー企業が速度の調査を始めた頃には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。電話回線がローカル交換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、またその逆も行いました。デジタル符号化された電話回線は、理論上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、確実に符号化できる波形の種類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を伴うことだったが、2番目に、そしてより重要なことに、通信会社が使用するデジタル信号は「線形」ではなかった。つまり、すべての周波数を同じ方法でエンコードするのではなく、人間の耳の音声信号に対する非線形応答を優先するように設計された非線形エンコーディング（μ法則とa法則）を使用していた。このため、 デジタル化処理に耐えうる56kbit /sの符号化。

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通信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た。ISPが通信事業者と直接デジタル接続を確立できるようになったため、 T1やPRIなどのデジタル電話ネットワーク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最大限に活用した信号を送信できるようになった。加入者側ではその信号をアナログ信号に変換する必要はあったものの、その変換は逆方向の変換のように信号を歪ませることはなかった。  

最初の56k（ 56kbit/s）ダイヤルアップオプションは、USRobotics社独自の設計で、56kは28kモデムの2倍の速度（×2）だったことから「X2」と呼ばれていました。

当時、USRoboticsは小売モデム市場で40%のシェアを占めていた一方、Rockwell Internationalはモデムチップセット市場で80%のシェアを占めていた。市場から締め出されることを懸念したRockwellは、競合する56k技術の開発に着手した。彼らはLucentとMotorolaと共同で、「K56Flex」または単に「Flex」と呼ばれる技術を開発した。

両技術は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か月以内に両技術は同等に機能し、違いは主にローカル接続の特性に依存していました。^{[ 24 ]}

これらの初期の56kモデムの小売価格は約200米ドルで、標準的な33kモデムの100米ドルと比べて高額でした。インターネットサービスプロバイダ（ISP）側でも互換性のある機器が必要で、既存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が異なりました。1997年10月までに、ISPの約半数が56kのサポートを提供していました。消費者向け販売は比較的低調で、USRoboticsとRockwellはこれを規格の矛盾に起因するものとしました。^{[ 25 ]}

1998年2月、国際電気通信連合（ITU）は新しい草案を発表した。56  kbit/s標準V.90 は、業界から強力な支持を得ています。既存の標準のどちらとも互換性がなく、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り両方のタイプのモデムを可能にするように設計されました。V.90 標準は 1998 年 9 月に承認され、ISP と消費者に広く採用されました。^{[ 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まで向上させた。48  kbit/s。

高速アップロードはトレードオフだった。48  kbit/s のアップストリーム速度は、ダウンストリーム速度を最低まで低下させる。 回線上のエコー効果により、40 kbit/s になります。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て、代わりにプレーン 33 を使用するオプションを提供します。6  kbit/s のアナログ接続により、高デジタルダウンストリームを維持します。50  kbit/s以上。^{[ 28 ]}

V.92では、さらに2つの機能が追加されました。1つ目は、通話保留機能を利用しているユーザーが、着信に応答する間、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およびデジタル特性を記憶し、再接続時にこの保存情報を使用することで、ISPに素早く接続できる機能です。

音響カプラを合法化したハッシュ・ア・フォン社対米国事件は、電話機への機械的接続にのみ適用され、電話回線への電気的接続には適用されなかった。しかし、1968年のカーターフォン判決は、電話網への干渉を防ぐためのベル社が定めた厳格な基準に従う限り、顧客がデバイスを電話回線に直接接続することを許可した。^{[ 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ダイレクトコネクトモデムの独立系（AT&T以外）製造への道が開かれた。

カーターフォンはAT&Tに機器の接続を許可するよう要求したが、AT&Tは、サードパーティのモデムと回線の間に設置される、ネットワークを保護するための特別な機器（データアクセス装置（DAA）と呼ばれる）の使用を要求できるはずだと主張し、それが認められた。DAAの使用は1969年から1975年まで義務付けられていたが、新しいFCCパート68規則により、サードパーティの機器に同等の回路が含まれていることを条件に、ベルが提供するDAAなしで機器を使用することが許可された。^{[ 42 ]}

1980年代以降に製造されたモデムは、ほぼ全てダイレクト接続方式である。

ベル（AT&T）は1958年にはすでに電話網に直接有線接続するモデムを提供していたが、当時の規制ではベル以外の機器を電話回線に直接電気的に接続することは認められていなかった。しかし、ハッシュ・ア・フォン判決により、電話機の機能に支障をきたさない限り、顧客はどんな機器でも電話機に接続できるようになった。これにより、第三者（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できるようになった。^{[ 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が合う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置いた。モデムが使用するトーンは受話器に送信され、受話器はそれを電話回線に中継した。^{[ 43 ]}

モデムは電気的に接続されていなかったため、受話器の上げ下げやダイヤルといった、回線の直接制御を必要とする操作ができませんでした。プッシュトーンダイヤルは可能でしたが、当時プッシュトーンは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、受話器をカプラーに置くという手順で行っていました。この操作を高速化するために、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。