Дуплексная система связи — это система точка-точка, состоящая из двух или более подключенных сторон или устройств, которые могут общаться 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 предоставления обратного пути для мониторинга и удаленной настройки оборудования в полевых условиях. Существует два типа дуплексных систем связи: полнодуплексная (FDX) и полудуплексная (HDX).
В полнодуплексной системе обе стороны могут общаться друг с другом одновременно. Примером полнодуплексного устройства является обычная телефонная связь ; стороны на обоих концах вызова могут говорить и быть услышанными другой стороной одновременно. Наушник воспроизводит речь удаленной стороны, в то время как микрофон передает речь местной стороны. Между ними существует двусторонний канал связи, или, более строго говоря, между ними существует два канала связи.
В полудуплексной или полудуплексной системе обе стороны могут общаться друг с другом, но не одновременно; общение происходит в одном направлении за раз. Примером полудуплексного устройства является рация , двухсторонняя радиостанция , имеющая кнопку «нажми и говори» . Когда локальный пользователь хочет поговорить с удаленным человеком, он нажимает эту кнопку, которая включает передатчик и выключает приемник, не давая ему слышать удаленного человека во время разговора. Чтобы услышать удаленного человека, он отпускает 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 нужна дуплексная возможность, могут вместо этого использовать симплексную связь , при которой одно устройство передает, а другие могут только слушать. Примерами являются вещательное радио и телевидение, открыватели 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]
Международный союз электросвязи определяет канал связи, который работает в одном направлении за раз, но может быть обратимым; в других контекстах это называется полудуплексом .
Например, в теле- и радиовещании информация передается только от передатчика к нескольким приемникам. Пара раций двусторонней связи обеспечивает симплексную схему в понимании МСЭ; только одна сторона может говорить в каждый момент времени, в то время как другая слушает, пока не услышит возможность для передачи. Среда передачи (радиосигнал по воздуху) может переносить 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 использовала Национальная ассоциация противопожарной защиты в 2002 году. [5]
Полудуплексная ( HDX ) система обеспечивает связь в обоих направлениях, но только в одном направлении за раз, а не одновременно в обоих направлениях. [ 6] [7] [8] Эта терминология не полностью стандартизирована между определяющими организациями, и в радиосвязи некоторые источники классифицируют этот режим как симплекс . [2] [1] [9] Обычно, как только 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 «конец» или другое заранее назначенное ключевое слово, чтобы указать на окончание передачи, чтобы гарантировать, что только одна сторона передает в каждый момент времени. Хорошей аналогией для полудуплексной системы будет однополосная дорога, которая допускает двустороннее движение, транспорт может двигаться только в одном направлении в каждый момент времени.
Полудуплексные системы обычно используются для экономии полосы пропускания за счет снижения общей двунаправленной пропускной способности, поскольку требуется только один канал связи , который попеременно используется в двух направлениях. Например, рация или телефон DECT или так называемые телефоны TDD 4G или 5G требуют только одну частоту для двунаправленной связи, в то время как сотовый телефон в так называемом режиме FDD является полнодуплексным устройством и обычно требует двух частот для передачи двух одновременных голосовых каналов, по одному в каждом направлении.
В автоматических системах связи, таких как двусторонние каналы передачи данных, временное мультиплексирование может использоваться для распределения времени для связи в полудуплексной системе. Например, станции A на одном конце канала передачи данных может быть разрешено передавать ровно одну секунду, затем станции B на другом конце может быть разрешено передавать ровно одну секунду, а затем цикл повторяется. В этой схеме канал никогда не остается бездействующим.
В полудуплексных системах, если одновременно передают данные несколько участников, происходит коллизия , приводящая к потере или искажению сообщений.
Система полного дуплекса ( FDX ) позволяет осуществлять связь в обоих направлениях, и, в отличие от полудуплекса, позволяет это делать одновременно. [6] [7] [8] Сети стационарной телефонной связи являются полнодуплексными, поскольку они позволяют обоим абонентам говорить и быть услышанными одновременно. Работа в полнодуплексном режиме достигается в двухпроводной схеме за счет использования гибридной катушки в телефонном гибриде . Современные сотовые телефоны также являются полнодуплексными. [11]
Существует техническое различие между полнодуплексной связью, которая использует один физический канал связи для обоих направлений одновременно, и двухсимплексной связью, которая использует два отдельных канала, по одному для каждого направления. С точки зрения пользователя, техническое различие не имеет значения, и оба варианта обычно называются полнодуплексными .
Многие соединения Ethernet достигают полнодуплексной работы 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 предназначены для приема пакетов, а другое — для отправки пакетов. Другие варианты Ethernet, такие как 1000BASE-T, используют одни и те же каналы в каждом направлении одновременно. В любом случае, при полнодуплексной работе сам кабель становится средой без коллизий и удваивает максимальную общую пропускную способность, поддерживаемую каждым соединением Ethernet.
Полный дуплекс также имеет несколько преимуществ по сравнению с использованием полудуплекса. Поскольку на каждой витой паре есть только один передатчик, нет конкуренции и коллизий, поэтому время не тратится на ожидание или повторную передачу кадров. Полная пропускная способность доступна в обоих направлениях, поскольку функции отправки и приема разделены.
Некоторые компьютерные системы 1960-х и 1970-х годов требовали полнодуплексных возможностей даже для полудуплексной работы, поскольку их схемы опроса и ответа не могли выдержать небольшие задержки при изменении направления передачи в полудуплексной линии. [ необходима цитата ]
Полнодуплексные аудиосистемы, такие как телефоны, могут создавать эхо, которое отвлекает пользователей и затрудняет работу модемов. Эхо возникает, когда звук, исходящий с дальнего конца, выходит из динамика на ближнем конце и снова входит 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 достигать хорошей полнодуплексной производительности. Стандарты модемов V.32 , V.34 , V.56 и V.90 требуют эхоподавление. [12] Эхоподавляющие устройства доступны как в программном, так и в аппаратном исполнении. Они могут быть независимыми компонентами в системе связи или интегрированными в центральный процессор системы связи .
В тех случаях, когда методы доступа к каналу используются в сетях «точка-многоточка» (например, сотовых сетях ) для разделения прямых и обратных каналов связи на одной и той же физической среде связи, они известны как методы дуплексирования. [13]
Дуплексирование с временным разделением ( TDD ) — это применение мультиплексирования с временным разделением для разделения исходящих и обратных сигналов. Оно эмулирует полнодуплексную связь по полудуплексному каналу связи.
Дуплексирование с временным разделением является гибким в случае асимметрии скоростей передачи данных или использования восходящего и нисходящего каналов . По мере увеличения объема восходящих данных можно динамически выделять больше пропускной способности связи, а по мере снижения нагрузки трафика пропускную способность можно отбирать. То же самое относится и к нисходящему каналу.
Промежуток между передачей и приемом (TTG) — это промежуток (время) между нисходящим пакетом и последующим восходящим пакетом. Аналогично, промежуток между приемом и передачей (RTG) — это промежуток между восходящим пакетом и последующим нисходящим пакетом. [14]
Примеры систем дуплексной связи с временным разделением включают в себя:
Частотное дуплексное разделение ( FDD ) означает, что передатчик и приемник работают на разных несущих частотах .
Этот метод часто используется в работе любительского радио , где оператор пытается использовать ретрансляционную станцию. Ретрансляционная станция должна иметь возможность отправлять и получать передачу одновременно и делает это, слегка изменяя частоту, на которой она отправляет и получает. Этот режим работы называется дуплексным режимом или режимом смещения . Говорят, что поддиапазоны восходящей и нисходящей линий связи разделены смещением частоты .
Системы дуплексной связи с частотным разделением могут расширять свой радиус действия за счет использования наборов простых ретрансляционных станций, поскольку сообщения, передаваемые на любой одной частоте, всегда распространяются в одном и том же направлении.
Частотно-разделенный дуплекс может быть эффективен в случае симметричного трафика. В этом случае временной дуплекс имеет тенденцию тратить полосу пропускания во время переключения с передачи на прием, имеет большую внутреннюю задержку и может потребовать более сложной схемы .
Еще одним преимуществом частотного дуплексирования является то, что оно делает планирование радиосвязи проще и эффективнее, поскольку базовые станции не слышат друг друга (поскольку они передают и принимают в разных поддиапазонах) и, следовательно, обычно не будут мешать друг другу. Наоборот, в системах временного дуплексирования необходимо соблюдать осторожность, чтобы поддерживать защитные интервалы между соседними базовыми станциями (что снижает спектральную эффективность ) или синхронизировать базовые станции, чтобы они передавали и принимали одновременно (что увеличивает сложность сети и, следовательно, стоимость, а также снижает гибкость распределения полосы пропускания, поскольку все базовые станции и сектора будут вынуждены использовать одинаковое соотношение восходящей и нисходящей линий связи).
Примеры систем дуплексной связи с частотным разделением включают в себя: