Двухсторонние системы связи: дуплекс, полудуплекс и симплекс.

Введение

Коммуникация, протекающая одновременно в обоих направлениях

Дуплексная система связи — это система типа «точка-точка», состоящая из двух или более соединенных абонентов или устройств, способных обмениваться информацией в обоих направлениях. Дуплексные системы применяются во многих сетях связи, либо для обеспечения одновременной связи в обоих направлениях между двумя подключенными абонентами, либо для обеспечения обратного канала для мониторинга и удаленной настройки оборудования в полевых условиях. Существуют два типа дуплексных систем связи: полный дуплекс (FDX) и полудуплекс (HDX). В системе полного дуплекса обе стороны могут общаться друг с другом одновременно. Примером устройства, работающего в режиме полного дуплекса, является обычная телефонная связь; абоненты на обоих концах линии могут говорить и слышать друг друга одновременно. Наушник воспроизводит речь удаленного абонента, в то время как микрофон передает речь местного абонента. Между ними существует двусторонний канал связи, или, точнее, два канала связи. В системе полудуплекса или полудуплексной связи обе стороны могут общаться друг с другом, но не одновременно; связь осуществляется в одном направлении за один раз. Примером устройства, работающего в режиме полудуплекса, является рация — двухсторонняя радиостанция с кнопкой «нажми и говори». Когда местный пользователь хочет поговорить с удаленным абонентом, он нажимает эту кнопку, которая включает передатчик и выключает приемник, лишая его возможности слышать удаленного абонента во время передачи. Чтобы услышать удаленного абонента, он отпускает кнопку, которая включает приемник и выключает передатчик. Эта терминология не является полностью стандартизированной, и некоторые источники определяют этот режим как симплексный. Согласно определению Международного союза электросвязи, канал связи, работающий в одном направлении за раз, но способный к реверсированию, называется полудуплексным в других контекстах. Например, в телевизионном и радиовещании информация передается только от передатчика к множеству приемников. Пара раций обеспечивает симплексную схему в понимании МСЭ: только один абонент может говорить в данный момент времени, в то время как другой слушает, ожидая возможности передать информацию. Канал передачи (радиосигнал в эфире) 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. То же определение симплексного радиоканала было использовано Национальной ассоциацией противопожарной защиты в 2002 году.

A duplex communication system is a point to point system composed of two or more connected parties or devices that can communicate with one another in both directions. Duplex systems are employed in many communications networks, either to allow for simultaneous communication in both directions between two connected parties or to provide a reverse path for the monitoring and remote adjustment of equipment in the field. There are two types of duplex communication systems: full duplex (FDX) and half duplex (HDX). In a full duplex system, both parties can communicate with each other simultaneously. An example of a full duplex device is plain old telephone service; the parties at both ends of a call can speak and be heard by the other party simultaneously. The earphone reproduces the speech of the remote party as the microphone transmits the speech of the local party. There is a two way communication channel between them, or more strictly speaking, there are two communication channels between them. In a half duplex or semiduplex system, both parties can communicate with each other, but not simultaneously; the communication is one direction at a time. An example of a half duplex device is a walkie talkie, a two way radio that has a push to talk button. When the local user wants to speak to the remote person, they push this button, which turns on the transmitter and turns off the receiver, preventing them from hearing the remote person while talking. To listen to the remote person, they release the button, which turns on the receiver and turns off the transmitter. This terminology is not completely standardized, and some sources define this mode as simplex. The International Telecommunication Union definition is a communications channel that operates in one direction at a time, but that may be reversible; this is termed half duplex in other contexts. For example, in TV and radio broadcasting, information flows only from the transmitter site to multiple receivers. A pair of walkie talkie two way radios provide a simplex circuit in the ITU sense; only one party at a time can talk, while the other listens until it can hear an opportunity to transmit. The transmission medium (the radio signal over the air) can carry information in only one direction. The Western Union company used the term simplex when describing the half duplex and simplex capacity of their new transatlantic telegraph cable completed between Newfoundland and the Azores in 1928. The same definition for a simplex radio channel was used by the National Fire Protection Association in 2002.

Полудуплексный

Система полудуплекса (HDX) обеспечивает связь в обоих направлениях, но только в одном направлении за раз, а не одновременно в обоих направлениях. Эта терминология не полностью стандартизирована различными организациями, и в радиосвязи некоторые источники классифицируют этот режим как симплексный. Обычно, как только одна сторона начинает передачу, другая сторона на канале должна дождаться её завершения, прежде чем отвечать. Примером полудуплексной системы является двухсторонняя связь, такая как рация, где необходимо сказать "приём" или другое заранее оговоренное ключевое слово, чтобы указать на окончание передачи и обеспечить передачу только одной стороны в каждый момент времени. Хорошей аналогией для полудуплексной системы будет однополосная дорога с двусторонним движением, где движение может осуществляться только в одном направлении за раз. Полудуплексные системы обычно используются для экономии полосы пропускания, но это происходит за счёт снижения общей двунаправленной пропускной способности, поскольку требуется только один канал связи, который поочередно используется для передачи в обоих направлениях. Например, рация, телефон DECT или так называемые телефоны TDD 4G или 5G требуют только одной частоты для двунаправленной связи, в то время как сотовый телефон в так называемом режиме FDD является устройством полной дуплексной связи и обычно требует двух частот для одновременной передачи двух голосовых каналов, по одному в каждом направлении. В автоматических системах связи, таких как каналы передачи данных, мультиплексирование с разделением по времени может использоваться для распределения времени для связи в полудуплексной системе. Например, станции А на одном конце канала передачи данных может быть разрешено передавать ровно одну секунду, затем станции В на другом конце – ровно одну секунду, после чего цикл повторяется. В этой схеме канал никогда не простаивает. В полудуплексных системах, если несколько сторон начинают передачу одновременно, происходит коллизия, приводящая к потере или искажению сообщений.

Полный дуплекс

Система полного дуплекса (FDX) обеспечивает связь в обоих направлениях и, в отличие от полудуплекса, позволяет это делать одновременно. Существует техническое различие между полнодуплексной связью, использующей один физический канал связи для одновременной передачи в обоих направлениях, и двойной симплексной связью, использующей два отдельных канала – по одному для каждого направления. С точки зрения пользователя, это техническое различие несущественно, и оба варианта обычно называют полным дуплексом. Многие Ethernet-соединения реализуют полнодуплексный режим, одновременно используя две физически скрученные пары проводов в одной оболочке или два оптических волокна, напрямую подключенных к каждому сетевому устройству: одна пара или волокно предназначены для приема пакетов, а другая – для их отправки. Другие варианты Ethernet, такие как 1000BASE-T, используют одни и те же каналы для передачи в обоих направлениях одновременно. В любом случае, при работе в полнодуплексном режиме сам кабель становится средой, свободной от коллизий, и удваивает максимальную суммарную пропускную способность, поддерживаемую каждым Ethernet-соединением. Полный дуплекс также имеет ряд преимуществ по сравнению с полудуплексом. Поскольку на каждой скрученной паре присутствует только один передатчик, исключаются конфликты и коллизии, что позволяет избежать потерь времени 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 поддержки полного дуплекса даже для работы в полудуплексном режиме, поскольку их схемы опроса и ответа не могли допустить небольших задержек при переключении направления передачи в полудуплексной линии.

Отмена эхо

Полностью дуплексные аудиосистемы, такие как телефоны, могут создавать эхо, которое отвлекает пользователей и ухудшает работу модемов. Эхо возникает, когда звук, поступающий с дальнего конца, воспроизводится динамиком на ближнем конце и снова попадает в микрофон, а затем возвращается на дальний конец. В результате звук вновь появляется в исходной точке, но с задержкой. Подавление эха – это операция обработки сигнала, при которой сигнал дальнего конца вычитается из сигнала микрофона перед отправкой обратно по сети. Подавление эха – важная технология, позволяющая модемам обеспечивать высокую производительность в полнодуплексном режиме. Модемные стандарты V.32, V.34, V.56 и V.90 требуют использования подавления эха. Устройства подавления эха доступны как в программном, так и в аппаратном исполнении. Они могут быть самостоятельными компонентами в системе связи или интегрированы в центральный процессор этой системы.

Полная дуплексная эмуляция

Если в точечных и многоточечных сетях (например, в сотовых сетях) для разделения каналов прямой и обратной связи, использующих одну и ту же физическую среду передачи, применяются методы доступа к каналу, то они называются методами дуплексной связи.