リピータ

電気通信において、リピーターは信号を受信して​​再送信する電子機器です。リピーターは送信距離を延長して、信号がより長い距離をカバーできるようにしたり、障害物の反対側で受信できるようにしたりするために使用されます。リピーターの種類によっては、同一の信号をブロードキャストしますが、送信方法を変更するなど、別の周波数やボーレートを使用するものもあります。

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。

放送中継局は、ラジオやテレビの放送で使用される中継装置です。

情報を伝える信号が通信チャネルを通過すると、電力損失により信号は徐々に劣化します。たとえば、電話の通話が有線電話回線を通過すると、オーディオ信号を表す電流の電力の一部が銅線の抵抗で熱として消散します。電線が長いほど、失われる電力が多くなり、遠端での信号の振幅は小さくなります。したがって、電線が長ければ、通話は反対側で聞こえません。同様に、ラジオ局と受信機の間の距離が長くなるほど、無線信号は弱くなり、受信状態は悪くなります。リピータは通信チャネル内の電子デバイスで、信号の電力を増大させて再送信し、信号がより遠くまで届くようにします。信号を増幅するため、電源が必要です。

「リピータ」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]}

この用語は電話やデータ通信の分野でも使用され続けています。

コンピュータ ネットワークでは、リピータ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は通常、ハブと呼ばれます。

これは、電話回線内の電話信号の範囲を拡大するために使用されます。

• 固定電話リピーター

電話中継器は、長距離通話を運ぶトランクラインで最も頻繁に使用されます。一対の電線で構成されるアナログ電話回線は、DC電流源からの電力を使用して回線上の交流オーディオ信号の電力を増幅するトランジスタでできた増幅回路で構成されています。電話はデュプレックス(双方向) 通信システムであるため、一対の電線は各方向に 1 つずつ、2 つのオーディオ信号を運びます。そのため、電話中継器は双方向でなければならず、フィードバックを起こさずに両方向に信号を増幅する必要がありますが、そのために設計がかなり複雑になります。電話中継器は最初のタイプの中継器であり、増幅の最初のアプリケーションの一部でした。1900 年から 1915 年にかけて電話中継器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中継器を使用する光ファイバー ケーブルです(下図)。

電子増幅器が発明される前は、機械的に結合されたカーボンマイクロフォンが電話中継器の増幅器として使用されていました。20世紀に入ると、負性抵抗水銀灯が増幅できることがわかり、使用されました。^[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、より細い電線を使用できるようになりました。1950年代には、負性インピーダンス増幅装置がより一般的になり、 E6中継器と呼ばれるトランジスタバージョンが、デジタル伝送の低コスト化によってすべての音声帯域中継器が時代遅れになるまで、ベルシステムで使用された最後の主要タイプでした。周波数フロッギング中継器は、20世紀中期から後半にかけて、周波数分割多重システムで一般的に使用されていました。

• 海底ケーブル中継器

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範囲を拡大するために使用されます。デジタル情報は、短い光パルスの形で光ファイバーケーブル内を移動します。光は光子と呼ばれる粒子で構成されており、光ファイバー内で吸収または散乱されます。光通信中継器は通常、光パルスを電気信号に変換するフォトトランジスター、信号出力を増大させる増幅器、パルスの形状を変更する電子フィルター、電気信号を再び光に変換して他の光ファイバーに送信するレーザーで構成されています。ただし、中継器用に、最初に電気信号に変換することなく光自体を増幅する 光増幅器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ジャーナル「Zeitschrift für Electrotechnik」（第16巻、35～36ページ）に発表したことから始まりました。^{[2] [4]}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。実際に機能した無線中継器を使用した最初の中継システムは、1899年にエミール・グアリーニ・フォレジオによって発明されました。^[2]

無線リピーターは通常、無線送信機に接続された無線受信機で構成されます。受信された信号は増幅され、多くの場合は別の周波数で再送信され、障害物を超えてカバーされます。デュプレクサを使用すると、リピーターは 1 つのアンテナを使用して受信と送信を同時に 行うことができます。

• 放送中継局、再放送局、またはトランスレータ: これは、ラジオまたはテレビ放送局の放送範囲を拡張するために使用される中継局です。これは、二次ラジオまたはテレビ送信機で構成されます。メイン送信機からの信号は、多くの場合、専用電話回線またはマイクロ波リレーによって送信されます。

• マイクロ波中継: これは、見通し距離内にある別の中継局からマイクロ波ビームを介して情報を受信するマイクロ波受信機と、別のマイクロ波ビームを介して次の局に情報を渡すマイクロ波送信機で構成される、特殊なポイントツーポイント通信リンクです。マイクロ波中継局のネットワークは、大陸全体の地域にある都市から別の都市へ、電話、テレビ番組、およびコンピューター データを伝送します。

• パッシブ リピーター: これは、マイクロ波ビームを別の方向に反射する平らな金属表面のみで構成されたマイクロ波リレーです。信号を増幅する必要がない場合に、丘や山を越えてマイクロ波リレー信号を受信するために使用されます。

• 携帯電話リピーター: これは、限られたエリアで携帯電話の受信を強化するための無線リピーターです。このデバイスは、最も近いセルタワーからの信号を受信するための指向性アンテナ、増幅器、および信号を近くの携帯電話に再ブロードキャストするためのローカルアンテナを備え、小型の携帯電話基地局のように機能します。ダウンタウンのオフィスビルでよく使用されます。

• デジピーター:パケット無線ネットワーク内のリピータ ノード。保存および転送機能を実行し、情報のパケットを 1 つのノードから別のノードに渡します。

• アマチュア無線リピーター: アマチュア無線家が、VHF や UHF のポイントツーポイントでは難しいエリアでの双方向通信を可能にするために使用します。これらのリピーターは、個々のオペレータまたはクラブによって設置および保守され、通常はライセンスを持つアマチュアなら誰でも使用できます。丘や山頂は、広いエリアでの使いやすさを最大化するため、リピーターを構築するのに適した場所です。

無線中継器は、通常見通し内伝播する周波数を使用するシステムの通信範囲を改善します。中継器がなければ、これらのシステムは地球の曲率や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と、見通し外の局同士が確実に通信できるようになります。^[5]

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します。また、発信元から宛先への代替パスとして、公衆交換電話網へのリンクも提供できます。 ^{[6] [7]}または衛星ネットワーク（BGAN、インマルサット、MSAT ） ^[8]

通常、中継局は 1 つの周波数 A をリッスンし、2 番目の周波数 B で送信します。すべてのモバイル局はチャネル B で信号をリッスンし、チャネル 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、たとえば 1% です。中継局は送信と受信に同じアンテナを使用することが多く、"デュプレクサ" と呼ばれる高度に選択的なフィルタが、微弱な受信信号を、数十億倍も強力な送信信号から分離します。有線または無線リンクで接続された、送信と受信の場所が別々に使われることもあります。中継局は同時受信と送信用に設計されていますが、モバイル ユニットはいつでも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。

リピーターシステム内の移動体ユニットには、単一チャネルで移動体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、リピーターシステムの到達範囲外の場合、またはすべての移動体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」チャネルはリピーターの出力周波数である可能性があり、リピーターはその出力周波数で信号を再送信しません。^[9]

熟練した無線通信システム設計者は、必要なカバレッジ エリアを分析し、設計されたカバレッジ エリア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、リピーターの位置、高度、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、処理するデータのタイプに応じて 2 つのタイプに分けられます。

このタイプは、オーディオ信号のように、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式でデータを送信するチャネルで使用されます。また、周波数分割多重化(FDM) を使用して複数の信号を送信するトランクラインでも使用されます。アナログ リピータは線形増幅器で構成され、回線の周波数と位相の歪みを補正するための 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2 進数の1 と 0を表す 2 つの値のみを持つパルスの形式です。デジタル リピータは信号を増幅し、パルスの再タイミング、再同期、および再形成を行うこともできます。再タイミングまたは再同期機能を実行するリピータは、再生器と呼ばれることがあります。

• ベルシステム技術ジャーナル: SD 海底ケーブルシステム用リピータとイコライザ
• インドのアマチュア無線中継局 2017-07-05ウェイバックマシンにアーカイブ
• ヨーロッパのアマチュア無線中継局