Duplex (telekomunikacja) - Duplex (telecommunications)
System komunikacji dupleksowej to system typu punkt-punkt składający się z co najmniej dwóch połączonych stron lub urządzeń, które mogą komunikować się ze sobą w obu kierunkach. Systemy dupleksowe są stosowane w wielu sieciach komunikacyjnych, aby umożliwić jednoczesną komunikację w obu kierunkach między dwoma połączonymi stronami lub zapewnić odwrotną ścieżkę do monitorowania i zdalnej regulacji sprzętu w terenie. Istnieją dwa typy systemów komunikacji dupleksowej: full-duplex (FDX) i half-duplex (HDX).
W systemie pełnodupleksowym obie strony mogą komunikować się ze sobą jednocześnie. Przykładem urządzenia z pełnym dupleksem jest zwykła stara usługa telefoniczna ; strony po obu stronach połączenia mogą jednocześnie mówić i być słyszane przez drugą stronę. Słuchawki odtwarzają mowę strony zdalnej, gdy mikrofon transmituje mowę strony lokalnej. Istnieje między nimi dwukierunkowy kanał komunikacyjny, a ściślej mówiąc, między nimi są dwa kanały komunikacyjne.
W pół-dupleks lub półdupleks systemu, obie strony mogą komunikować się ze sobą, ale nie jednocześnie; komunikacja jest w jednym kierunku na raz. Przykładem urządzenia półdupleksowego jest krótkofalówka , dwukierunkowe radio z przyciskiem „naciśnij i mów” . Gdy użytkownik lokalny chce rozmawiać z osobą zdalną, naciska ten przycisk, który włącza nadajnik i wyłącza odbiornik, uniemożliwiając mu słyszenie osoby zdalnej podczas rozmowy. Aby posłuchać zdalnej osoby, puszczają przycisk, który włącza odbiornik i wyłącza nadajnik.
Systemy, które nie wymagają funkcji dupleksu, mogą zamiast tego wykorzystywać komunikację simpleks , w której jedno urządzenie nadaje, a inne mogą tylko nasłuchiwać. Przykładami są transmisje radiowe i telewizyjne, otwieracze drzwi garażowych , elektroniczne nianie , mikrofony bezprzewodowe i kamery monitorujące . W tych urządzeniach komunikacja odbywa się tylko w jednym kierunku.
Półdupleks
System półdupleksowy (HDX) zapewnia komunikację w obu kierunkach, ale tylko w jednym kierunku na raz, a nie jednocześnie w obu kierunkach. Zazwyczaj, gdy strona zaczyna odbierać sygnał, musi poczekać na zakończenie transmisji, zanim odpowie.
Przykładem systemu półdupleksowego jest system dwustronny, taki jak walkie-talkie , w którym należy użyć „over” lub innego wcześniej wyznaczonego słowa kluczowego, aby wskazać koniec transmisji i zapewnić, że w danym momencie nadaje tylko jedna strona. Analogią do systemu half-duplex byłby jednopasmowy odcinek drogi z kontrolerami ruchu na każdym końcu. Ruch może odbywać się w obu kierunkach, ale tylko w jednym kierunku, regulowanym przez kontrolerów ruchu.
Systemy półdupleksowe są zwykle używane do oszczędzania przepustowości, ponieważ potrzebny jest tylko jeden kanał komunikacyjny i jest on współdzielony naprzemiennie między dwoma kierunkami. Na przykład krótkofalówka wymaga tylko jednej częstotliwości do komunikacji dwukierunkowej, podczas gdy telefon komórkowy , który jest urządzeniem pełnodupleksowym, zazwyczaj wymaga dwóch częstotliwości do przenoszenia dwóch jednoczesnych kanałów głosowych, po jednym w każdym kierunku.
W automatycznych systemach komunikacyjnych, takich jak dwukierunkowe łącza danych, multipleksowanie z podziałem czasu może być wykorzystywane do przydzielania czasu na komunikację w systemie półdupleksowym. Na przykład, stacja A na jednym końcu łącza danych może mieć możliwość nadawania przez dokładnie jedną sekundę, następnie stacja B na drugim końcu może nadawać przez dokładnie jedną sekundę, a następnie cykl się powtarza. W tym schemacie kanał nigdy nie jest bezczynny.
W systemach półdupleksowych, jeśli więcej niż jedna strona transmituje w tym samym czasie, dochodzi do kolizji , co skutkuje utratą lub zniekształceniem wiadomości.
Pełny dupleks
System full-duplex (FDX) umożliwia komunikację w obu kierunkach i, w przeciwieństwie do half-duplex, pozwala na to, aby odbywało się to jednocześnie.
Grunt linii telefonicznych sieci są full-duplex, ponieważ pozwalają one zarówno dzwoniący mówić i być słyszanym w tym samym czasie. Praca w pełnym dupleksie jest osiągana w obwodzie dwuprzewodowym poprzez zastosowanie cewki hybrydowej w hybrydzie telefonicznej . Nowoczesne telefony komórkowe są również w pełnym dupleksie.
Istnieje techniczne rozróżnienie między komunikacją w pełnym dupleksie, wykorzystującą pojedynczy fizyczny kanał komunikacyjny dla obu kierunków jednocześnie, a komunikacją dual-simplex, która wykorzystuje dwa różne kanały, po jednym dla każdego kierunku. Z punktu widzenia użytkownika różnica techniczna nie ma znaczenia i oba warianty są powszechnie określane jako full duplex .
Wiele połączeń Ethernet osiąga działanie w trybie pełnego dupleksu, wykorzystując jednocześnie dwie fizyczne skręcone pary wewnątrz tej samej osłony lub dwa włókna światłowodowe, które są bezpośrednio podłączone do każdego urządzenia sieciowego: jedna para lub światłowód służy do odbierania pakietów, a druga do wysyłania pakiety. Inne warianty Ethernet, takie jak 1000BASE-T, wykorzystują te same kanały w każdym kierunku jednocześnie. W każdym przypadku, przy pracy w trybie pełnego dupleksu, sam kabel staje się środowiskiem bezkolizyjnym i podwaja maksymalną całkowitą przepustowość transmisji obsługiwaną przez każde połączenie Ethernet.
Pełny dupleks ma również kilka zalet w porównaniu z półdupleksem. Ponieważ na każdej skrętce jest tylko jeden nadajnik, nie ma rywalizacji ani kolizji, więc czas nie jest marnowany na konieczność oczekiwania lub retransmisji ramek. Pełna przepustowość transmisji jest dostępna w obu kierunkach, ponieważ funkcje wysyłania i odbierania są oddzielone.
Niektóre systemy komputerowe z lat sześćdziesiątych i siedemdziesiątych wymagały urządzeń pełnodupleksowych, nawet w trybie półdupleksowym, ponieważ ich schematy odpytywania i odpowiedzi nie były w stanie tolerować niewielkich opóźnień w odwróceniu kierunku transmisji w linii półdupleksowej.
Redukcja szumów
Systemy audio z pełnym dupleksem, takie jak telefony, mogą wytwarzać echo, które rozprasza użytkowników i utrudnia działanie modemów. Echo występuje, gdy dźwięk pochodzący z drugiego końca wychodzi z głośnika na bliskim końcu i ponownie wchodzi do mikrofonu, a następnie jest odsyłany z powrotem do drugiego końca. Następnie dźwięk pojawia się ponownie na pierwotnym końcu źródła, ale z opóźnieniem.
Eliminacja echa to operacja przetwarzania sygnału, która odejmuje sygnał odległy od sygnału mikrofonu przed wysłaniem go z powrotem przez sieć. Eliminacja echa to ważna technologia umożliwiająca modemom uzyskanie dobrej wydajności w pełnym dupleksie. Standardy modemów V.32, V.34, V.56 i V.90 wymagają eliminacji echa. Tłumiki echa są dostępne zarówno jako implementacje programowe, jak i sprzętowe. Mogą być niezależnymi komponentami w systemie komunikacyjnym lub zintegrowane z jednostką centralną systemu komunikacyjnego .
Emulacja w trybie pełnego dupleksu
Tam, gdzie metody dostępu do kanału są używane w sieciach punkt-wielopunkt (takich jak sieci komórkowe ) do dzielenia kanałów komunikacji nadawczej i zwrotnej na tym samym fizycznym nośniku komunikacyjnym, są one znane jako metody dupleksowania.
Dupleksowanie z podziałem czasu
Duplex z podziałem czasu (TDD) to zastosowanie multipleksowania z podziałem czasu w celu oddzielenia sygnałów wychodzących i powrotnych. Emuluje komunikację w pełnym dupleksie przez łącze komunikacyjne w trybie półdupleksowym.
Dupleksowanie z podziałem czasu jest elastyczne w przypadku, gdy występuje asymetria szybkości transmisji lub wykorzystania łącza w górę i w dół . Wraz ze wzrostem ilości danych w łączu w górę, większa pojemność komunikacyjna może być dynamicznie przydzielana, a gdy obciążenie ruchem staje się mniejsze, pojemność może zostać odebrana. To samo dotyczy kierunku downlink.
Nadawania / odbierania szczelina przejściowa (TTG) jest szczelina (czas) między serią łącza nadawczego i łącza zwrotnego w kolejnej serii. Podobnie, przerwa przejścia odbiór/nadawanie (RTG) jest przerwą między sekwencją łącza w górę a następną sekwencją łącza w dół.
Przykłady systemów dupleksowych z podziałem czasu obejmują:
- UMTS-TTD do transmisji danych w sieciach komórkowych 3G
- LTE-TDD do transmisji danych w sieciach komórkowych 4G
- Telefonia bezprzewodowa DECT
- Sieci z komutacją pakietów w trybie półdupleksowym oparte na wielokrotnym dostępie z wykrywaniem nośnika , na przykład 2-przewodowy lub koncentryczny Ethernet , bezprzewodowe sieci lokalne i Bluetooth , można uznać za systemy dupleksu z podziałem czasu, aczkolwiek nie TDMA ze stałą długością ramek.
- WiMAX
- PAKTOR
- Interfejs ISDN BRI U , warianty wykorzystujące system linii multipleksowej z kompresją czasu (TCM)
- G.fast , standard cyfrowej linii abonenckiej (DSL) opracowany przez ITU-T
Dupleksowanie z podziałem częstotliwości
Duplex z podziałem częstotliwości (FDD) oznacza, że nadajnik i odbiornik działają na różnych częstotliwościach nośnych . Metoda ta jest często stosowana w pracy krótkofalowców , gdzie operator próbuje użyć stacji przemiennikowej . Stacja przemiennikowa musi być w stanie wysyłać i odbierać transmisję w tym samym czasie i robi to poprzez nieznaczną zmianę częstotliwości, z jaką wysyła i odbiera. Ten tryb działania jest określany jako tryb dupleksu lub tryb przesunięcia .
Mówi się, że podpasma łącza w górę i łącza w dół są oddzielone przesunięciem częstotliwości . Duplex z podziałem częstotliwości może być skuteczny w przypadku ruchu symetrycznego. W tym przypadku dupleksowanie z podziałem czasu ma tendencję do marnowania pasma podczas przełączania z nadawania na odbieranie, ma większe opóźnienie i może wymagać bardziej złożonych obwodów .
Systemy dupleksu z podziałem częstotliwości mogą rozszerzyć swój zasięg, stosując zestawy prostych stacji przemiennikowych, ponieważ komunikacja transmitowana na dowolnej częstotliwości zawsze przebiega w tym samym kierunku.
Inną zaletą dupleksowania z podziałem częstotliwości jest to, że ułatwia ono planowanie radiowe i czyni je bardziej wydajnym, ponieważ stacje bazowe nie „słyszą” się nawzajem (ponieważ nadają i odbierają w różnych podpasmach) i dlatego zwykle nie będą się wzajemnie zakłócać. I odwrotnie, w przypadku systemów dupleksowych z podziałem czasu należy zachować ostrożność, aby zachować czasy ochrony między sąsiednimi stacjami bazowymi (co zmniejsza wydajność widmową ) lub synchronizować stacje bazowe, aby nadawały i odbierały w tym samym czasie (co zwiększa złożoność sieci i w związku z tym kosztuje i zmniejsza elastyczność przydziału przepustowości, ponieważ wszystkie stacje bazowe i sektory będą zmuszone do używania tego samego stosunku łącza w górę/łącza w dół).
Przykładami systemów dupleksowych z podziałem częstotliwości są:
- ADSL i VDSL
- Większość technologii mobilnych , w tym UMTS / WCDMA, wykorzystuje tryb dupleksu z podziałem częstotliwości i system cdma2000 .
- IEEE 802.16 WiMax wykorzystuje również tryb dupleksu z podziałem częstotliwości.
Zobacz też
Uwagi
Bibliografia
Dalsza lektura
- Tanenbaum, Andrew S. (2003). Sieci komputerowe . Sala Prezydencka. Numer ISBN 0-13-038488-7.
- Riihonen, Taneli (2014). Projektowanie i analiza trybów dupleksu i protokołów przekazywania dla łączy przekaźnikowych OFDM(A) . Seria publikacji Uniwersytetu Aalto ROZPRAWY DOKTORANCKIE, 81/2014. Numer ISBN 978-952-60-5715-6.