Duplex

Duplex, în telecomunicații și informatică , indică un mod de transmitere și recepție a informațiilor digitale sau analogice pe un canal de comunicație cu caracteristici tipice bidirecționale complete. Pe de altă parte, contrastează cu modul simplex , care, pe de altă parte, are caracteristici de direcție unidirecțională . Se distinge în două moduri: full-duplex ( transmisie simultană bidirecțională ^[1] ) și semi-duplex ( transmisie alternativă bidirecțională ^[1] ).

În telefonie este o tehnologie inventată în 1928 de Stipel pentru a face serviciul telefonic accesibil mai multor abonați la costuri mai mici. A constat în împărtășirea unei linii între doi abonați, care a fost ocupată la intrare sau la ieșire de către unul dintre cei doi prin ridicarea receptorului microfonului care controlează un releu care îl exclude pe celălalt utilizator. La final, un inel scurt a avertizat cu privire la disponibilitatea unei linii gratuite.

Generalitate

În special într-o conexiune full-duplex, mediul de transmisie permite definirea a două căi separate pentru cele două direcții ale fluxului de date, adică nu există niciun concurs pentru utilizarea sa; modul full-duplex face posibilă dublarea lățimii de bandă agregate a mediului de transmisie, de exemplu într-o conexiune full-duplex 100BASE-TX , ambele noduri pot funcționa la o viteză de 100 Mbit / s, obținând efectiv 200 Mbit / s . Complementar modului full-duplex este modul half-duplex care înseamnă alternanță bidirecțională.

Prin urmare, termenul full-duplex indică modul de conversație într-un sistem de telecomunicații și este modul tipic al unei conversații telefonice tradiționale. Înseamnă că cei doi utilizatori vorbesc și ascultă în același timp, spre deosebire de ceea ce se întâmplă în sistemele echipate cu butoane de vorbire-ascultare sau sisteme automate de comutare a canalelor (VOX). Semiduplexul, de exemplu, este realizat în schimb cu sisteme de tip walkie-talkie .

Sistemele duplex sunt utilizate în aproape toate rețelele de telecomunicații , atât pentru a permite comunicația „bidirecțională” între cele două părți conectate, cât și pentru a avea o „cale inversă” pentru monitorizarea și reglarea la distanță a echipamentelor din teren.

Half-Duplex

O ilustrare simplă a unui sistem de comunicare semi-duplex.

Un sistem semi-duplex asigură comunicarea în ambele direcții, dar cu posibilitatea de a utiliza o singură direcție la un moment dat (nu simultan). Când o parte începe să primească un semnal, atunci trebuie să aștepte ca emițătorul să nu mai transmită înainte de a putea răspunde.

Un exemplu de sistem semi-duplex este un sistem în două părți, cum ar fi cel al „walkie-talkies-urilor” radio, în care o persoană trebuie să folosească un cuvânt (de exemplu „Pass” sau altul decis anterior) pentru a indica sfârșitul transmisiei , asigurându-se astfel că doar o parte transmite la un moment dat, deoarece ambele utilizează aceeași frecvență.

O bună analogie pentru sistemul semi-duplex ar fi o stradă alternativă cu sens unic controlată de semafoare de fiecare parte. Traficul poate circula în ambele sensuri, dar numai într-o singură direcție la un moment dat, pe baza luminilor de control. Pentru aceasta există o dispută pentru utilizarea sa; Prin urmare, este necesar să se utilizeze o metodă care permite rezolvarea conflictului și reducerea erorilor, adică un protocol de arbitraj pentru gestionarea traficului.

În rețelele Ethernet ( IEEE 802.3 ) se utilizează algoritmul CSMA / CD .

Rețineți că aceasta este una dintre cele două definiții contradictorii pentru semi-duplex . Această definiție corespunde standardului ITU-T pentru comunicațiile Simplex .

Full-Duplex

O ilustrare simplă a unui sistem de comunicare full-duplex.

Un sistem full-duplex permite comunicarea în ambele direcții și, spre deosebire de semi-duplex, permite simultan. Rețelele telefonice terestre sunt full-duplex, adică vă permit să vorbiți și să ascultați în același timp. O bună analogie pentru full-duplex ar fi un drum cu două benzi cu o bandă în fiecare direcție.

Exemple: telefon , telefon mobil etc.

Radiourile bidirecționale pot fi proiectate, de exemplu, ca sisteme full-duplex care transmit pe o frecvență și primesc pe alta. Această metodă se mai numește duplex cu diviziune de frecvență. Sistemele de acest tip pot acoperi distanțe mult mai mari folosind perechi simple de repetere, pe baza faptului că comunicațiile transmise pe o singură frecvență călătoresc întotdeauna în aceeași direcție.

Conexiunile Ethernet full-duplex (cum ar fi 100BASE-TX comun) funcționează utilizând simultan două perechi de cablu ethernet încrucișat (situat în interiorul izolației), unde o pereche este utilizată pentru a primi pachete și una pentru a le trimite către perifericul conectat ( alte protocoale pot utiliza toate cele patru perechi din cablu). Acest lucru face din același cablu un mediu „fără coliziuni” și dublează teoretic lățimea de bandă maximă a conexiunii.

Concluzie: Duplex complet înseamnă un tip de conexiune care permite comunicarea în două direcții în același timp.

Avantajele duplexului complet:

Timpul nu este pierdut. Nu trebuie retransmise niciun pachet, deoarece nu există coliziuni.
Lățimea de bandă completă este disponibilă în ambele direcții, deoarece funcțiile de transmisie și recepție sunt separate.
Stațiile / nodurile nu trebuie să aștepte finalizarea altor operațiuni de transmisie, deoarece există un singur transmițător pe fiecare pereche răsucită .

Emulare duplex complet pe suport fizic partajat

În cazul în care Controlul accesului media (MAC) este utilizat în rețelele de protocol punct-la-punct (PPP), cum ar fi rețelele de telefonie mobilă , aceste tehnici pot fi folosite pentru a împărți același canal fizic între semnalele de ieșire și de întoarcere:

Divizarea timpului duplex

Duplexul de diviziune în timp ( TDD , duplex în diviziune de timp) este aplicația Multiplexării în diviziune de timp pentru a separa semnalele de ieșire și de intrare. Emulează comunicații full duplex pe o legătură semi-duplex. Împărțirea timpului duplex are avantaje semnificative în cazurile în care asimetria ratei de transmisie între legătura ascendentă și legătura descendentă este variabilă. Atunci când cantitatea de date de încărcat crește, o lățime de bandă mai mare poate fi alocată dinamic legăturii în sus, în timp ce atunci când scade este posibil să o eliminați. Un alt avantaj este că canalele radio ascendente și descendente sunt de obicei foarte asemănătoare în cazul unui sistem al cărui canal variază lent în raport cu rata de transmisie. Prin urmare, tehnicile de transmisie care necesită cunoașterea canalelor, cum ar fi formarea fasciculului , pot exploata reciprocitatea dintre canalele de legătură în sus și de legătură descendentă din sistemele TDD.

Exemple de sisteme TDD sunt:

Modul TDD W-CDMA (pentru uz casnic)
Interfața aeriană a UMTS-TDD
Sistemul TD-SCDMA
DECT
Modul WiMAX al IEEE 802.16
Pachetul semi-duplex - rețelele comutate bazate pe accesul multiplu al operatorului , de exemplu o rețea ethernet cu două fire sau gestionată de hub , rețele locale fără fir și Bluetooth pot fi considerate sisteme TDD, chiar dacă nu au o lungime fixă. fereastra de timp.

Duplex cu diviziune de frecvență

Duplexul de diviziune a frecvenței ( FDD ) înseamnă că emițătorul și receptorul radio funcționează pe diferite frecvențe. Termenul este adesea folosit de radioamatori atunci când un operator încearcă să contacteze o stație de releu . Stația trebuie să poată trimite și primi o transmisie în același timp și o face modificând ușor frecvența la care transmite și primește. Acest mod de funcționare se numește „modul duplex” sau „modul offset”.

Se spune că sub-benzile de legătură în sus și în legătură descendentă sunt separate printr-o „schimbare de frecvență”. Duplexul de diviziune a frecvenței sau duplexul de frecvență este mult mai eficient în cazul traficului simetric. În acest caz, de fapt, TDD risipește lățimea de bandă în timpul schimbului între modurile de transmisie și recepție, are o latență internă mai mare și ar putea necesita un circuit mai complex și „însetat” în termeni de energie.

Un alt avantaj al FDD este că face planificarea frecvenței radio mai ușoară și mai eficientă, deoarece posturile nu se „aud” reciproc (deoarece difuzează pe sub-benzi diferite) și, prin urmare, nu interferează în mod normal între ele. Dimpotrivă, cu sistemele TDD, trebuie acordată atenție menținerii benzilor de pază între stațiile din apropiere (scăderea eficienței spectrale ) sau sincronizarea acestora astfel încât acestea să transmită și să primească în același timp (ceea ce crește complexitatea rețelei și costurile și reduce flexibilitatea în alocarea benzii, deoarece toate stațiile și sectoarele sunt forțate să utilizeze același raport de legătură în sus / în jos).

Exemple de sisteme FDD sunt:

ADSL și VDSL
Majoritatea sistemelor celulare , inclusiv modurile FDD UMTS / WCDMA
Modul IEEE 802.16 WiMax FDD

Eliminarea ecoului

Anularea ecoului poate implementa comunicații duplex complete pe anumite tipuri de medii partajate. În această configurație, ambele dispozitive transmit și recepționează pe același mediu în același timp. Când semnalul recepționat este procesat, transmițătorul elimină „ecoul” semnalului transmis, lăsând, teoretic, doar semnalul celuilalt transceiver.

Anularea ecoului se află în centrul standardelor modemului V.32, V.34, V.56 și V.90.

Există atât eliminatori de ecou software, cât și hardware . Ele pot fi componente independente ale unui sistem de comunicații sau integrate în procesorul central al acestuia. Dispozitivele care nu suprimă ecourile din sistem nu vor produce performanțe full duplex bune.