Duplex (telekomunikace) - Duplex (telecommunications)

Duplexní komunikační systém je point-to-point systém složený ze dvou nebo více spojených stran či zařízení, která mohou komunikovat s navzájem v obou směrech. Duplexní systémy se používají v mnoha komunikačních sítích, buď aby umožňovaly simultánní komunikaci v obou směrech mezi dvěma propojenými stranami, nebo aby poskytly zpětnou cestu pro monitorování a dálkové nastavení zařízení v terénu. Existují dva typy duplexních komunikačních systémů: plně duplexní (FDX) a poloduplexní (HDX).

V plně duplexním systému mohou obě strany spolu komunikovat současně. Příkladem plně duplexního zařízení je obyčejná stará telefonní služba ; účastníci na obou koncích hovoru mohou mluvit a být vyslechnut druhou stranou současně. Sluchátko reprodukuje řeč vzdálené strany, zatímco mikrofon přenáší řeč místní strany. Existuje mezi nimi obousměrný komunikační kanál, nebo přesněji řečeno, existují mezi nimi dva komunikační kanály.

V polovičním nebo poloduplexním systému mohou obě strany komunikovat navzájem, ale ne současně; komunikace je vždy jedním směrem. Příkladem zařízení poloviční-duplex je vysílačka , je obousměrný rádio , které má push-to-talk tlačítko. Když chce místní uživatel mluvit se vzdálenou osobou, stiskne toto tlačítko, které zapne vysílač a vypne přijímač, čímž zabrání tomu, aby vzdálenou osobu při hovoru slyšel. Chcete -li vzdálené osobě naslouchat, uvolní tlačítko, které zapne přijímač a vypne vysílač.

Systémy, které nepotřebují duplexní funkce, mohou místo toho používat simplexní komunikaci , ve které jedno zařízení vysílá a ostatní mohou pouze poslouchat. Příkladem může být vysílání rozhlasu a televize, otvírače garážových vrat , dětské chůvičky , bezdrátové mikrofony a bezpečnostní kamery . V těchto zařízeních je komunikace pouze jedním směrem.

Poloviční duplex

Jednoduchá ukázka poloduplexního komunikačního systému

Poloduplexní systém (HDX) zajišťuje komunikaci v obou směrech, ale jen jeden směr v době, a to současně v obou směrech. Jakmile strana začne přijímat signál, musí před odpovědí počkat na dokončení přenosu.

Příkladem poloduplexního systému je systém dvou stran, jako je vysílačka , ve kterém je třeba použít „přes“ nebo jiné dříve určené klíčové slovo k označení konce přenosu a zajistit, aby současně vysílala pouze jedna strana. Analogií pro poloduplexní systém by byl jednoproudý úsek silnice s dopravními kontrolory na každém konci. Provoz může proudit oběma směry, ale vždy jen jedním směrem, regulovaným řídícími provozu.

K zachování šířky pásma se obvykle používají poloviční duplexní systémy, protože je potřeba pouze jeden komunikační kanál a je sdílen střídavě mezi oběma směry. Vysílačka například vyžaduje pouze jednu frekvenci pro obousměrnou komunikaci, zatímco mobilní telefon , který je plně duplexním zařízením, obecně vyžaduje dvě frekvence pro přenos dvou simultánních hlasových kanálů, jeden v každém směru.

V automatických komunikačních systémech, jako jsou obousměrné datové spoje, lze pro přidělení času pro komunikaci v poloduplexním systému použít multiplexování s časovým dělením . Například stanici A na jednom konci datového spoje může být povoleno vysílat přesně jednu sekundu, pak stanici B na druhém konci může vysílat přesně jednu sekundu a pak se cyklus opakuje. V tomto schématu kanál nikdy nezůstane nečinný.

Pokud v polovičních duplexních systémech vysílá více než jedna strana současně, dojde ke kolizi , která má za následek ztracené nebo zkreslené zprávy.

Plny Duplex

Jednoduchá ukázka plně duplexního komunikačního systému. Full-duplex není u ručních rádií běžný, jak je zde ukázáno, kvůli nákladům a složitosti běžných metod duplexování, ale používá se v telefonech , mobilních telefonech a bezdrátových telefonech .

Plně duplexní systém (FDX) umožňuje komunikaci v obou směrech, a na rozdíl od poloduplexní, dovoluje dosáhnout současně.

Pevné telefonní sítě jsou plně duplexní, protože umožňují oběma volajícím hovořit a být současně slyšet. Plně duplexního provozu je dosaženo na dvouvodičovém obvodu pomocí hybridní cívky v telefonním hybridním . Moderní mobilní telefony jsou také plně duplexní.

Existuje technický rozdíl mezi plně duplexní komunikací, využívající jeden fyzický komunikační kanál pro oba směry současně a dual-simplexovou komunikaci, která využívá dva odlišné kanály, jeden pro každý směr. Z pohledu uživatele na technickém rozdílu nezáleží a obě varianty jsou běžně označovány jako plně duplexní .

Mnoho ethernetových připojení dosahuje plně duplexního provozu současným použitím dvou fyzických kroucených párů uvnitř stejného pláště nebo dvou optických vláken, která jsou přímo připojena ke každému síťovému zařízení: jeden pár nebo vlákno je pro příjem paketů, zatímco druhý je pro odesílání pakety. Jiné varianty ethernetu, například 1000BASE-T, používají stejné kanály v každém směru současně. V každém případě se při plně duplexním provozu kabel sám stává bezkolizním prostředím a zdvojnásobuje maximální celkovou přenosovou kapacitu podporovanou každým ethernetovým připojením.

Full-duplex má také několik výhod oproti použití poloduplexu. Vzhledem k tomu, že na každém krouceném páru je pouze jeden vysílač, nedochází k žádným sporům a kolizím, takže není nutné ztrácet čas čekáním nebo opakovaným přenosem snímků. Plná přenosová kapacita je k dispozici v obou směrech, protože funkce odesílání a přijímání jsou oddělené.

Některé počítačové systémy v 60. a 70. letech 20. století vyžadovaly plně duplexní zařízení, a to i pro poloduplexní provoz, protože jejich schémata poll-and-response nemohla tolerovat mírné zpoždění při obrácení směru přenosu v poloduplexní lince.

Zrušení ozvěny

Plně duplexní zvukové systémy, jako jsou telefony, mohou vytvářet ozvěnu, která uživatele ruší a omezuje výkon modemů. K ozvěně dochází, když zvuk pocházející ze vzdáleného konce vychází z reproduktoru na blízkém konci a znovu tam vstupuje do mikrofonu a je pak odeslán zpět na vzdálenější konec. Zvuk se poté znovu objeví na konci původního zdroje, ale se zpožděním.

Echo zrušení je operace zpracování signálu, která odečte signál na vzdáleném konci od signálu mikrofonu před jeho odesláním zpět do sítě. Potlačení ozvěny je důležitá technologie, která umožňuje modemům dosáhnout dobrého plně duplexního výkonu. Modemové standardy V.32, V.34, V.56 a V.90 vyžadují zrušení ozvěny. Odrušovače ozvěny jsou k dispozici jako softwarové i hardwarové implementace. Mohou to být nezávislé komponenty v komunikačním systému nebo integrované do centrální procesorové jednotky komunikačního systému .

Plně duplexní emulace

Tam, kde se v sítích typu point-to-multipoint (jako jsou mobilní sítě ) používají metody přístupu ke kanálu pro dělení dopředných a zpětných komunikačních kanálů na stejném fyzickém komunikačním médiu, jsou známy jako duplexní metody.

Duplexování s časovým dělením

Duplexování s časovým dělením (TDD) je aplikace multiplexování s časovým dělením k oddělení signálů ven a zpět. Emuluje plně duplexní komunikaci přes poloviční duplexní komunikační linku.

Časovým dělením duplexní je flexibilní v případě, že existuje asymetrie z uplink a downlink rychlost přenosu dat nebo využití. Jak se zvyšuje množství uplinkových dat, může být dynamicky přidělováno více komunikačních kapacit a jak se dopravní zátěž snižuje, kapacitu lze odebírat. Totéž platí pro směr stahování.

Vysílací / přijímací přechod mezera (TTG) je mezera (čas) mezi sestupnou shluku a následného uplink roztržení. Podobně přechodová mezera (RTG) přijímání/vysílání je mezera mezi vzestupným shlukem a následným sestupným shlukem.

Mezi příklady duplexních systémů s časovým dělením patří:

Duplexování s frekvenčním dělením

Duplexování s frekvenčním dělením (FDD) znamená, že vysílač a přijímač pracují na různých nosných frekvencích . Tato metoda je často používána v radioamatérském provozu, kde se operátor pokouší použít opakovač . Stanice opakovače musí být schopna vysílat a přijímat vysílání současně a činí to mírnou změnou frekvence, na které vysílá a přijímá. Tento provozní režim se označuje jako duplexní režim nebo offsetový režim .

Říká se, že dílčí pásma uplinku a downlinku jsou oddělena frekvenčním ofsetem . Duplexování s frekvenčním dělením může být účinné v případě symetrického provozu. V tomto případě má duplexování s časovým dělením tendenci plýtvat šířkou pásma během přepínání z vysílání na příjem, má větší vlastní latenci a může vyžadovat složitější obvody .

Duplexní systémy s frekvenčním dělením mohou rozšířit svůj dosah pomocí sad jednoduchých opakovacích stanic, protože komunikace vysílaná na jakékoli jediné frekvenci vždy jede stejným směrem.

Další výhoda duplexování s frekvenčním dělením spočívá v tom, že usnadňuje a zefektivňuje rádiové plánování, protože základnové stanice se navzájem „neslyší“ (protože vysílají a přijímají v různých dílčích pásmech), a proto se obvykle navzájem neruší. Naopak u duplexních systémů s časovým dělením je třeba dbát na dodržení ochranných časů mezi sousedními základnovými stanicemi (což snižuje spektrální účinnost ) nebo synchronizovat základnové stanice tak, aby vysílaly a přijímaly současně (což zvyšuje složitost sítě a proto náklady a snižuje flexibilitu přidělování šířky pásma, protože všechny základnové stanice a sektory budou nuceny používat stejný poměr uplink/downlink).

Příklady duplexních systémů s frekvenčním dělením jsou:

Viz také

Poznámky

Reference

Další čtení