Дуплексная система связи — это система « точка-точка» , состоящая из двух или более подключенных сторон или устройств, которые могут обмениваться данными друг с другом в обоих направлениях. Дуплексные системы используются во многих сетях связи либо для обеспечения одновременной связи в обоих направлениях между двумя подключенными сторонами, либо для обеспечения обратного пути для мониторинга и удаленной настройки оборудования в полевых условиях. Существует два типа дуплексных систем связи: полнодуплексные (FDX) и полудуплексные (HDX).
В полнодуплексной системе обе стороны могут общаться друг с другом одновременно. Примером полнодуплексного устройства является старая добрая телефонная связь ; стороны на обоих концах разговора могут говорить и быть услышанными другой стороной одновременно. Наушники воспроизводят речь удаленного абонента, тогда как микрофон передает речь местного абонента. Между ними существует двусторонний канал связи, точнее говоря, между ними есть два канала связи.
В полудуплексной или полудуплексной системе обе стороны могут общаться друг с другом, но не одновременно; общение осуществляется в одном направлении за раз. Примером полудуплексного устройства является рация , радиостанция двусторонней связи с кнопкой «нажми и говори» . Когда локальный пользователь хочет поговорить с удаленным человеком, он нажимает эту кнопку, которая включает передатчик и выключает приемник, не позволяя ему слышать удаленного человека во время разговора. Чтобы прослушать удаленного человека, отпускают кнопку, которая включает приемник и выключает передатчик. Эта терминология не полностью стандартизирована, и некоторые источники определяют этот режим как симплексный . [1] [2]
Системы, которым не требуется дуплексная связь, могут вместо этого использовать симплексную связь , при которой одно устройство передает, а другие могут только слушать. Примерами являются радио и телевидение, механизмы открывания гаражных ворот , радионяни , беспроводные микрофоны и камеры наблюдения . В этих устройствах связь осуществляется только в одном направлении.
Симплексная связь — это канал связи , который передает информацию только в одном направлении. [3]
Определение Международного союза электросвязи — это канал связи, который работает одновременно в одном направлении, но может быть обратимым; в других контекстах это называется полудуплексом .
Например, в теле- и радиовещании информация передается только от передатчика к множеству приемников. Пара раций двусторонней радиосвязи обеспечивает симплексную цепь в смысле ITU; одновременно может говорить только одна сторона, а другая слушает до тех пор, пока не услышит возможность передачи. Среда передачи (радиосигнал по воздуху) может передавать информацию только в одном направлении.
Компания Western Union использовала термин «симплекс» при описании полудуплексной и симплексной пропускной способности своего нового трансатлантического телеграфного кабеля , проложенного между Ньюфаундлендом и Азорскими островами в 1928 году. [4] Такое же определение симплексного радиоканала использовалось Национальной пожарной защитой . Ассоциация в 2002 году. [5]
Полудуплексная система ( HDX ) обеспечивает связь в обоих направлениях, но только в одном направлении, а не одновременно в обоих направлениях . [6] [7] [8] Эта терминология не полностью стандартизирована между определяющими организациями, а в радиосвязи некоторые источники классифицируют этот режим как симплексный . [2] [1] [9] Обычно, когда одна сторона начинает передачу, другая сторона на канале должна дождаться завершения передачи, прежде чем ответить. [10]
Примером полудуплексной системы является двухсторонняя система, такая как рация , в которой нужно сказать «over» или другое ранее назначенное ключевое слово, чтобы указать конец передачи, чтобы гарантировать, что только одна сторона передает в каждый момент времени. . Хорошей аналогией полудуплексной системы может служить однополосная дорога, допускающая двустороннее движение: движение может осуществляться только в одном направлении одновременно.
Полудуплексные системы обычно используются для экономии полосы пропускания за счет снижения общей двунаправленной пропускной способности, поскольку необходим только один канал связи , который поочередно распределяется между двумя направлениями. Например, рации, телефону DECT или так называемым телефонам TDD 4G или 5G требуется только одна частота для двунаправленной связи, тогда как сотовый телефон в так называемом режиме FDD является полнодуплексным устройством и обычно требует две частоты для одновременной передачи двух голосовых каналов, по одному в каждом направлении.
В системах автоматической связи, таких как двусторонние каналы передачи данных, мультиплексирование с временным разделением может использоваться для распределения времени для связи в полудуплексной системе. Например, станции A на одном конце линии передачи данных можно разрешить передачу ровно в течение одной секунды, затем станции B на другом конце можно разрешить передачу ровно в течение одной секунды, а затем цикл повторяется. В этой схеме канал никогда не остается бездействующим.
В полудуплексных системах, если несколько сторон передают одновременно, происходит коллизия , приводящая к потере или искажению сообщений.
Полнодуплексная система ( FDX ) позволяет осуществлять связь в обоих направлениях и, в отличие от полудуплексной, позволяет делать это одновременно. [6] [7] [8] Наземные телефонные сети являются полнодуплексными, поскольку позволяют обоим абонентам говорить и быть услышанными одновременно. Полнодуплексная работа достигается по двухпроводной схеме за счет использования гибридной катушки в телефонном гибриде . Современные сотовые телефоны также являются полнодуплексными. [11]
Существует техническое различие между полнодуплексной связью, при которой используется один физический канал связи для обоих направлений одновременно, и дуплексной связью, при которой используются два отдельных канала, по одному для каждого направления. С точки зрения пользователя техническая разница не имеет значения, и оба варианта обычно называются полнодуплексными .
Многие соединения Ethernet обеспечивают полнодуплексную работу за счет одновременного использования двух физических витых пар внутри одной оболочки или двух оптических волокон, которые напрямую подключены к каждому сетевому устройству: одна пара или волокно предназначена для приема пакетов, а другая — для отправки. пакеты. Другие варианты Ethernet, такие как 1000BASE-T, используют одни и те же каналы одновременно в каждом направлении. В любом случае при полнодуплексном режиме сам кабель становится средой без коллизий и удваивает максимальную общую пропускную способность, поддерживаемую каждым соединением Ethernet.
Полнодуплексный режим также имеет ряд преимуществ по сравнению с полудуплексным. Поскольку в каждой витой паре имеется только один передатчик, нет конфликтов и конфликтов, поэтому время не тратится зря на ожидание или повторную передачу кадров. Полная пропускная способность доступна в обоих направлениях, поскольку функции отправки и приема разделены.
Некоторым компьютерным системам 1960-х и 1970-х годов требовались полнодуплексные возможности даже для полудуплексной работы, поскольку их схемы опроса и ответа не допускали небольших задержек при изменении направления передачи в полудуплексной линии. [ нужна цитата ]
Полнодуплексные аудиосистемы, такие как телефоны, могут создавать эхо, которое отвлекает пользователей и ухудшает работу модемов. Эхо возникает, когда звук, исходящий из дальнего конца, выходит из динамика на ближнем конце и снова попадает в микрофон [a] там, а затем отправляется обратно на дальний конец. Затем звук снова появляется на исходном конце источника, но с задержкой.
Эхоподавление — это операция обработки сигнала, которая вычитает сигнал дальнего конца из сигнала микрофона перед его отправкой обратно по сети. Эхоподавление — важная технология, позволяющая модемам добиться хорошей производительности в полнодуплексном режиме. Стандарты модемов V.32 , V.34 , V.56 и V.90 требуют эхоподавления. [12] Эхокомпенсаторы доступны как в программном, так и в аппаратном исполнении. Они могут быть независимыми компонентами системы связи или интегрированы в центральный процессор системы связи .
Если методы доступа к каналу используются в сетях «точка-многоточка» (например, в сотовых сетях ) для разделения прямых и обратных каналов связи на одной и той же физической среде связи, они известны как методы дуплексной связи. [13]
Дуплекс с временным разделением ( TDD ) — это применение мультиплексирования с временным разделением для разделения исходящих и обратных сигналов. Он эмулирует полнодуплексную связь по полудуплексному каналу связи.
Дуплексная связь с временным разделением является гибкой в случае, когда существует асимметрия скоростей передачи данных восходящей и нисходящей линии связи или их использования. По мере увеличения объема данных восходящей линии связи может быть динамически выделено больше пропускной способности, а по мере снижения нагрузки на трафик пропускная способность может уменьшаться. То же самое применимо и в направлении нисходящей линии связи.
Переходный интервал передачи/приема (TTG) — это промежуток (время) между пакетом нисходящей линии связи и последующим пакетом восходящей линии связи. Аналогично, переходный интервал приема/передачи (RTG) представляет собой промежуток между пакетом восходящей линии связи и последующим пакетом нисходящей линии связи. [14]
Примеры систем дуплексной связи с временным разделением включают:
Дуплекс с частотным разделением каналов ( FDD ) означает, что передатчик и приемник работают на разных несущих частотах .
Этот метод часто используется при работе радиолюбителей , когда оператор пытается использовать ретрансляционную станцию. Станция-ретранслятор должна иметь возможность отправлять и принимать передачу одновременно и делает это, слегка изменяя частоту, с которой она отправляет и принимает. Этот режим работы называется дуплексным режимом или режимом смещения . Говорят, что поддиапазоны восходящей и нисходящей линии связи разделены сдвигом частоты .
Дуплексные системы с частотным разделением каналов могут расширить свой диапазон за счет использования наборов простых ретрансляционных станций, поскольку сообщения, передаваемые на любой отдельной частоте, всегда распространяются в одном и том же направлении.
Дуплексирование с частотным разделением каналов может быть эффективным в случае симметричного трафика. В этом случае дуплексная связь с временным разделением имеет тенденцию к потере полосы пропускания во время переключения с передачи на прием, имеет большую задержку и может потребовать более сложной схемы .
Еще одним преимуществом дуплексной связи с частотным разделением является то, что она упрощает и повышает эффективность планирования радиосвязи, поскольку базовые станции не слышат друг друга (поскольку они передают и принимают в разных поддиапазонах) и, следовательно, обычно не создают помех друг другу. И наоборот, в системах дуплексной связи с временным разделением необходимо позаботиться о сохранении защитного времени между соседними базовыми станциями (что снижает спектральную эффективность ) или о синхронизации базовых станций, чтобы они осуществляли передачу и прием одновременно (что увеличивает сложность сети и следовательно, стоимость и снижает гибкость распределения полосы пропускания, поскольку все базовые станции и сектора будут вынуждены использовать одно и то же соотношение восходящей/нисходящей линии связи).
Примеры систем дуплексной связи с частотным разделением включают: