モデム

概要

公衆交換電話網・専用線・利用者が構内に敷設した私設線・無線電話で、通信速度300bpsから56Kbpsの音声可聴帯域周波数 (300 - 3400Hz)モデムが使用される。非可聴音（数百kHz～数MHzの高周波）を使うADSLモデム等に対して、アナログモデムとの呼称もあるが、一般に認知された表現とはいえない。あるいは通信の途中がデジタル化されていることを前提にした規格ITU V.90、V.92モデムについて、加入側がアナログ回線でアナログモデムと称する場合もある。
光回線の光回線終端装置 (ONU)・ISDN回線のターミナルアダプタ (TA)は、オペレーティングシステムから見たデバイスとしてはモデムとして扱われることがあるが、モデムと呼ばれることはない。
機器の製品形態としては、通信用シリアルポート（RS-232C,USB）を備えた単体の箱型・ドングル型、コンピュータ内部のマザーボード上や拡張カード・PCカードスロットに装着（内蔵）されたものに大別される。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により、音響カプラによる300bpsから1200bpsのデータ通信の置き換え、パソコン通信・インターネットのアクセスポイントへのダイヤルアップ接続、FAX通信をする手段として、パーソナルコンピュータに内蔵・外付けされたりして電話回線用モデムが普及した。1995年からISDN回線が登場し、ターミナルアダプタのデータ通信は64kbps/128kbpsとなったが、アナログ加入回線自身は主流でありモデムは共存した。
2000年あたりからのADSL・CATVなどのブロードバンド回線の普及により、僻地・離島・海外などの普及の十分でない地域のみで使用されている。公衆無線LAN接続・モバイルデータ通信定額制・インターネットFAXサービスなどの拡充でノートパソコンにも内蔵されなくなった。

インタフェース

OSI参照モデルでは、データ回線終端装置が接続された通信ポートとその先のモデムが物理層に相当する。コンピューター（ホスト）から見た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。
パソコン通信・ファクシミリ等のアプリケーションソフトウェアは、オペレーティングシステムの通信ポート（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）、またはネットワークコンポーネント経由で接続し、回線の発呼・着呼等の網制御コマンド・通信データを遣り取りする。ただし、網制御は必須ではない。
ADSLモデム・ケーブルモデム・無線モデムなどのInternet Protocolの仮想LANカード・ルーター・ブリッジ機能のあるネットワークデバイス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。
また、音声回線を使用せず、VoIP・VoLTEのように音声通話をアプリケーション層で行うものもある。

接続法

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。
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。アナログ電話機は、電話機端子に接続する。

可聴帯域用のモデム

電話回線の音声周波数帯域 (300 - 3400Hz)をデジタル変調により変復調し、コンピューター等のシリアルポートとデジタル信号（データ）としてやり取りするものである。

インテリジェントモデム

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と通信回線インターフェースを持ち、1980年代のパソコン通信の登場初期から使われている。当時は普及機のMMモデムに対し高級機であった。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

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。部品点数が少なく・回路が占有する基板面積が狭く・コストが安いため、非動作時には電源を切っても構わない、内部拡張スロット・USB接続・PCカード・コンピュータ内蔵の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。ダイヤル回線のダイヤルパルスの間隔が乱れ、かけ間違いが起こることもあった。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。
スマートフォンのアプリケーションとしての実装もできる。FAXモデム（次項）を実装することにより、スマートフォンでFAXを送受信することもできるようになる。

モデムホン

モデムホン（オートホン）
は電話機とモデムを一体にした装置。オンフックダイヤル、スピーカ受話、短縮ダイヤルリダイヤル、スピーカ音量調節等の付加機能。通信装置としての機能はモデムに準じる。通信回線インターフェース（モジュラジャック）と通信用インターフェース（RS-232C）を持ち、パソコンからコントロールできる多機能電話とも言える。
但し、モデムを内蔵している電話機のためAC電源アダプタ等により電源を供給する必要がある。

LAPM・V.42bis

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（当時）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。2400bps以上のモデムで広く使われた。

網制御装置

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。

ITU-T V.25bis

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。

無線モデム

無線モデム、ワイヤレスモデム (wireless modem) とは、無線通信回線を伝送路に使用するモデムである。ブロードバンドインターネット接続のものは、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。
IPの仮想LANカード・ルーター・ブリッジとして振る舞うものは、「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。
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。
2000年代より電波帯域の有効活用のため、2G携帯電話やPHSのように、音声をアナログ-デジタル変換してナローバンド無線モデムでデジタル伝送することが一般的になっていた。また、2000年代後半より第3世代移動通信システム (3G) ・Wimaxなどの広帯域無線アクセスや、Wi-Fiアクセスポイントなどが普及し始める。
2010年代より、第3.5世代携帯電話 (3.5G)、おくれて第3.9世代携帯電話 (3.9G)が普及し始めている。特に3.9G（LTE）は形式の差こそあれ基盤技術は同じLTEであり、3.5Gまで見られた規格争いは沈静化し一本化が見られる。3.9G（LTE）は2010年代末に掛けて本格的に普及した。
2020年代に掛けて第4世代携帯電話 (4G）、第5世代携帯電話 (5G)の普及が展望されている。
移動体通信ネットワーク以外を使用するもとして、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がある。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。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。

衛星モデム

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

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。