Duplex (Telekommunikation) - Duplex (telecommunications)

Ein Duplex- Kommunikationssystem ist ein Punkt-zu-Punkt- System, das aus zwei oder mehr verbundenen Parteien oder Geräten besteht, die in beide Richtungen miteinander kommunizieren können. Duplexsysteme werden in vielen Kommunikationsnetzen verwendet, entweder um eine gleichzeitige Kommunikation in beide Richtungen zwischen zwei verbundenen Parteien zu ermöglichen oder um einen Rückwärtspfad für die Überwachung und Ferneinstellung von Geräten im Feld bereitzustellen. Es gibt zwei Arten von Duplex-Kommunikationssystemen: Vollduplex (FDX) und Halbduplex (HDX).

In einem Vollduplex- System können beide Parteien gleichzeitig miteinander kommunizieren. Ein Beispiel für ein Vollduplex-Gerät ist ein einfacher alter Telefondienst ; die Teilnehmer an beiden Enden eines Anrufs können gleichzeitig sprechen und vom anderen Teilnehmer gehört werden. Der Kopfhörer reproduziert die Sprache des entfernten Teilnehmers, während das Mikrofon die Sprache des lokalen Teilnehmers überträgt. Es gibt einen wechselseitigen Kommunikationskanal zwischen ihnen, oder genauer gesagt, es gibt zwei Kommunikationskanäle zwischen ihnen.

In einem Halbduplex- oder Halbduplex- System können beide Parteien miteinander kommunizieren, jedoch nicht gleichzeitig; die Kommunikation ist eine Richtung nach der anderen. Ein Beispiel für ein Halbduplex-Gerät ist ein Walkie-Talkie , ein Funkgerät mit einer Push-to-Talk- Taste. Wenn der lokale Benutzer mit der entfernten Person sprechen möchte, drückt er diese Taste, die den Sender ein- und den Empfänger ausschaltet und verhindert, dass er die entfernte Person beim Sprechen hört. Um der entfernten Person zuzuhören, lassen sie die Taste los, die den Empfänger ein- und den Sender ausschaltet.

Systeme, die keine Duplexfähigkeit benötigen, können stattdessen Simplexkommunikation verwenden , bei der ein Gerät sendet und die anderen nur zuhören können. Beispiele hierfür sind Broadcast Radio und Fernsehen, Garagentoröffner , Babyfone , drahtlose Mikrofone und Überwachungskameras . Bei diesen Geräten erfolgt die Kommunikation nur in eine Richtung.

Halbduplex

Eine einfache Illustration eines Halbduplex-Kommunikationssystems

Ein Halbduplex- (HDX)-System ermöglicht die Kommunikation in beide Richtungen, jedoch immer nur in eine Richtung, nicht gleichzeitig in beide Richtungen. Wenn eine Partei beginnt, ein Signal zu empfangen, muss sie typischerweise warten, bis die Übertragung abgeschlossen ist, bevor sie antwortet.

Ein Beispiel für ein Halbduplex-System ist ein Zwei-Parteien-System wie ein Walkie-Talkie , bei dem man "over" oder ein anderes vorher festgelegtes Schlüsselwort verwenden muss, um das Ende der Übertragung anzuzeigen und sicherzustellen, dass nur ein Teilnehmer gleichzeitig sendet. Eine Analogie für ein Halbduplex-System wäre ein einspuriger Straßenabschnitt mit Verkehrsleitern an jedem Ende. Der Verkehr kann in beide Richtungen fließen, aber immer nur in eine Richtung, die von den Verkehrsleitern geregelt wird.

Halbduplex-Systeme werden normalerweise verwendet, um Bandbreite zu sparen, da nur ein einziger Kommunikationskanal benötigt wird und abwechselnd zwischen den beiden Richtungen geteilt wird. Zum Beispiel benötigt ein Walkie-Talkie nur eine einzige Frequenz für die bidirektionale Kommunikation, während ein Mobiltelefon , das ein Vollduplex-Gerät ist, im Allgemeinen zwei Frequenzen benötigt, um die zwei gleichzeitigen Sprachkanäle zu übertragen, eine in jede Richtung.

In automatischen Kommunikationssystemen wie Zweiwege-Datenverbindungen kann Zeitmultiplex für Zeitzuweisungen für Kommunikationen in einem Halbduplexsystem verwendet werden. Zum Beispiel könnte Station A an einem Ende der Datenverbindung genau eine Sekunde lang senden dürfen, dann könnte Station B am anderen Ende genau eine Sekunde lang gesendet werden, und dann wird der Zyklus wiederholt. In diesem Schema wird der Kanal nie freigelassen.

Wenn in Halbduplex-Systemen mehr als ein Teilnehmer gleichzeitig sendet, kommt es zu einer Kollision , die zu verlorenen oder verzerrten Nachrichten führt.

Vollduplex

Eine einfache Illustration eines Vollduplex-Kommunikationssystems. Vollduplex ist bei Handfunkgeräten, wie hier gezeigt, aufgrund der Kosten und Komplexität üblicher Duplexverfahren nicht üblich, wird jedoch in Telefonen , Mobiltelefonen und schnurlosen Telefonen verwendet .

Ein Full-Duplex (FDX)-System ermöglicht die Kommunikation in beide Richtungen und ermöglicht dies im Gegensatz zu Halbduplex gleichzeitig.

Festnetz- Telefonnetze sind Vollduplex, da beide Anrufer gleichzeitig sprechen und gehört werden können. Vollduplexbetrieb wird auf einer Zweidrahtschaltung durch die Verwendung einer Hybridspule in einem Telefonhybrid erreicht . Moderne Mobiltelefone sind auch Vollduplex.

Es gibt einen technischen Unterschied zwischen Vollduplex-Kommunikation, bei der ein einzelner physischer Kommunikationskanal für beide Richtungen gleichzeitig verwendet wird, und Dual-Simplex- Kommunikation, die zwei verschiedene Kanäle verwendet, einen für jede Richtung. Aus Anwendersicht spielt der technische Unterschied keine Rolle und beide Varianten werden gemeinhin als Vollduplex bezeichnet .

Viele Ethernet- Verbindungen erreichen einen Vollduplex-Betrieb, indem sie gleichzeitig zwei physikalische Twisted-Pairs innerhalb desselben Mantels oder zwei optische Fasern verwenden, die direkt mit jedem vernetzten Gerät verbunden sind: ein Paar oder eine Faser dient zum Empfangen von Paketen, während das andere zum Senden dient Pakete. Andere Ethernet-Varianten, wie 1000BASE-T, verwenden gleichzeitig die gleichen Kanäle in jede Richtung. In jedem Fall wird das Kabel beim Vollduplex-Betrieb selbst zu einer kollisionsfreien Umgebung und verdoppelt die maximale Gesamtübertragungskapazität, die von jeder Ethernet-Verbindung unterstützt wird.

Vollduplex hat auch mehrere Vorteile gegenüber der Verwendung von Halbduplex. Da auf jedem Twisted Pair nur ein Sender vorhanden ist, gibt es keine Konkurrenz und keine Kollisionen, so dass keine Zeit durch Warten oder erneutes Senden von Frames verschwendet wird. Die volle Übertragungskapazität steht in beiden Richtungen zur Verfügung, da die Sende- und Empfangsfunktionen getrennt sind.

Einige computergestützte Systeme der 1960er und 1970er Jahre erforderten Vollduplex-Einrichtungen, sogar für den Halbduplex-Betrieb, da ihre Abfrage-und-Antwort-Schemata die leichten Verzögerungen beim Umkehren der Übertragungsrichtung in einer Halbduplexleitung nicht tolerieren konnten.

Echounterdrückung

Vollduplex-Audiosysteme wie Telefone können ein Echo erzeugen, das die Benutzer ablenkt und die Leistung von Modems beeinträchtigt. Ein Echo tritt auf, wenn der vom fernen Ende stammende Ton aus dem Lautsprecher am nahen Ende kommt und dort wieder in das Mikrofon eintritt und dann zum fernen Ende zurückgesendet wird. Der Ton erscheint dann wieder am ursprünglichen Quellenende, jedoch verzögert.

Die Echounterdrückung ist ein Signalverarbeitungsvorgang, der das Signal der Gegenseite vom Mikrofonsignal subtrahiert, bevor es über das Netzwerk zurückgesendet wird. Die Echounterdrückung ist eine wichtige Technologie, die es Modems ermöglicht , eine gute Vollduplex-Leistung zu erreichen. Die V.32, V.34, V.56 und V.90 Modem - Standards erfordern Echounterdrückung. Echokompensatoren sind sowohl als Software- als auch als Hardwareimplementierung erhältlich. Sie können eigenständige Komponenten in einem Kommunikationssystem sein oder in die Zentraleinheit des Kommunikationssystems integriert sein .

Vollduplex-Emulation

Wo Kanalzugriffsverfahren in Punkt-zu-Mehrpunkt- Netzwerken (wie zellularen Netzwerken ) zum Aufteilen von Vorwärts- und Rückwärtskommunikationskanälen auf demselben physikalischen Kommunikationsmedium verwendet werden, sind sie als Duplexverfahren bekannt.

Zeitduplexverfahren

Time-Division-Duplexing (TDD) ist die Anwendung von Zeit-Multiplexing , um Hin- und Rücksignale zu trennen. Es emuliert die Vollduplex-Kommunikation über eine Halbduplex-Kommunikationsverbindung.

Das Zeitduplexverfahren ist flexibel in dem Fall, in dem eine Asymmetrie der Uplink- und Downlink -Datenraten oder -Ausnutzung vorliegt . Wenn die Menge an Uplink-Daten ansteigt, kann mehr Kommunikationskapazität dynamisch zugewiesen werden, und wenn die Verkehrslast geringer wird, kann Kapazität weggenommen werden. Das gleiche gilt in Downlink-Richtung.

Die Sende-/Empfangsübergangslücke (TTG) ist die Lücke (Zeit) zwischen einem Downlink-Burst und dem nachfolgenden Uplink-Burst. Ähnlich ist die Empfangs-/Sende-Übergangslücke (RTG) die Lücke zwischen einem Uplink-Burst und dem nachfolgenden Downlink-Burst.

Beispiele für Zeitduplexsysteme sind:

Frequenzteilungs-Duplex

Frequenzduplex (FDD) bedeutet, dass Sender und Empfänger mit unterschiedlichen Trägerfrequenzen arbeiten . Das Verfahren wird häufig im Amateurfunkbetrieb verwendet, wo ein Operator versucht, eine Repeater- Station zu benutzen . Die Repeater-Station muss in der Lage sein, eine Sendung gleichzeitig zu senden und zu empfangen, und tut dies, indem sie die Sende- und Empfangsfrequenz geringfügig ändert. Diese Betriebsart wird als Duplex-Modus oder Offset-Modus bezeichnet .

Uplink- und Downlink-Subbänder werden durch den Frequenzversatz getrennt . Im Fall von symmetrischem Verkehr kann Frequenzduplexing effizient sein. In diesem Fall neigt das Zeitduplexverfahren dazu, Bandbreite während des Umschaltens vom Senden zum Empfangen zu verschwenden, weist eine größere inhärente Latenz auf und kann komplexere Schaltungen erfordern .

Frequenz-Duplex-Systeme können ihre Reichweite durch die Verwendung von Sätzen einfacher Repeater-Stationen erweitern, da die auf jeder einzelnen Frequenz übertragenen Nachrichten immer in die gleiche Richtung laufen.

Ein weiterer Vorteil des Frequenzduplexverfahrens besteht darin, dass es die Funkplanung einfacher und effizienter macht, da die Basisstationen einander nicht "hören" (da sie in verschiedenen Teilbändern senden und empfangen) und sich daher normalerweise nicht gegenseitig stören. Umgekehrt muss bei Zeitduplexsystemen darauf geachtet werden, dass die Schutzzeiten zwischen benachbarten Basisstationen eingehalten werden (was die spektrale Effizienz verringert ) oder die Basisstationen so synchronisieren, dass sie gleichzeitig senden und empfangen (was die Netzwerkkomplexität erhöht und daher Kosten und verringert die Flexibilität bei der Bandbreitenzuweisung, da alle Basisstationen und Sektoren gezwungen sein werden, das gleiche Uplink/Downlink-Verhältnis zu verwenden).

Beispiele für Frequenzduplexsysteme sind:

Siehe auch

Anmerkungen

Verweise

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