デュプレックス(通信)

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通信システムは、双方向で相互に通信できる2つ以上の接続されたパーティまたはデバイスで構成されるポイントツーポイントシステムです。デュプレックスシステムは、接続された2つのパーティ間で双方向の同時通信を可能にするため、またはフィールド内の機器の監視とリモート調整のためのリバースパスを提供するために、多くの通信ネットワークで採用されています。二重通信システムには、全二重(FDX)と半二重(HDX)の2種類があります。

二重システムでは、両方の当事者が同時に通信できます。全二重デバイスの例は、一般電話サービスです。通話の両端の当事者は、相手が同時に話したり聞いたりすることができます。マイクがローカルパーティの音声を送信すると、イヤホンはリモートパーティの音声を再生します。それらの間には双方向の通信チャネルがあり、より厳密に言えば、それらの間には2つの通信チャネルがあります。

半二重 または半二重システムでは、両方の当事者が相互に通信できますが、同時に通信することはできません。通信は一度に一方向です。半二重デバイスの例は、トランシーバープッシュツートークボタンを備えた双方向ラジオです。ローカルユーザーが遠隔地の人と話したいときは、このボタンを押すと、送信機がオンになり、受信機がオフになり、話しているときに遠隔地の人の声が聞こえなくなります。離れた場所にいる人の声を聞くには、ボタンを離します。ボタンを押すと、受信機がオンになり、送信機がオフになります。

デュプレックス機能を必要としないシステムは、代わりに、1つのデバイスが送信し、他のデバイスがリッスンすることしかできないシンプレックス通信を使用する場合があります。[1]例としては、ラジオやテレビの放送、ガレージドア開閉装置ベビーモニターワイヤレスマイク監視カメラなどがあります。これらのデバイスでは、通信は一方向にのみ行われます。

半二重

半二重通信システムの簡単な図

半二重(HDX)システムは、両方向の通信を提供しますが、一度に1つの方向のみを提供し、同時に両方向に通信することはできません。[1] 通常、パーティが信号の受信を開始すると、送信が完了するのを待ってから応答する必要があります。

半二重システムの例は、トランシーバーなどの2パーティシステムです。このシステムでは、 「over」または以前に指定された別のキーワードを使用して、送信の終了を示し、一度に1つのパーティのみが送信するようにする必要があります。半二重システムの例えは、両端に交通管制官がいる道路の1車線セクションです。交通は両方向に流れることができますが、交通管制官によって規制されているため、一度に一方向にしか流れません。

半二重システムは通常、帯域幅を節約するために使用されますが、必要な通信チャネルは1つだけであり、2つの方向で交互に共有されるため、双方向スループット全体が低下します。たとえば、トランシーバー、DECT電話、またはいわゆるTDD 4Gまたは5G電話は、双方向通信に単一の周波数のみを必要としますが、いわゆるFDDモードの携帯電話は全二重デバイスであり、通常は各方向に1つずつ、2つの同時音声チャネルを伝送するために2つの周波数が必要です。

双方向データリンクなどの自動通信システムでは、半二重システムでの通信の時間割り当てに時分割多重化を使用できます。たとえば、データリンクの一方の端にあるステーションAが正確に1秒間送信できるようになり、次にもう一方の端にあるステーションBが正確に1秒間送信できるようになり、サイクルが繰り返されます。このスキームでは、チャネルがアイドル状態のままになることはありません。

半二重システムでは、複数のパーティが同時に送信すると、衝突が発生し、メッセージが失われたり歪んだりします。

全二重

全二重通信システムの簡単な図。ここに示すように、一般的な二重化方法のコストと複雑さのために、全二重はハンドヘルド無線機では一般的ではありませんが、電話携帯電話、およびコードレス電話で使用されます。

全二(FDX)システムでは、両方向の通信が可能であり、半二重とは異なり、これを同時に行うことができます。[1]

固定電話ネットワークは、両方の発信者が同時に話したり聞いたりできるため、全二重です。全二重動作は電話ハイブリッドのハイブリッドコイルを使用することにより、2線式回線で実現されます。現代の携帯電話も全二重です。[2]

両方向に同時に単一の物理通信チャネルを使用する全二重通信と、各方向に1つずつ、2つの異なるチャネルを使用する二重単方向通信には技術的な違いがあります。ユーザーの観点からは、技術的な違いは重要ではなく、両方のバリアントは一般に全二重と呼ばれます。

多くのイーサネット接続は、同じジャケット内の2つの物理ツイストペア、または各ネットワークデバイスに直接接続されている2つの光ファイバーを同時に使用することで全二重動作を実現します。1つのペアまたはファイバーはパケットの受信用で、もう1つは送信用です。パケット。1000BASE-Tなどの他のイーサネットバリアントは、各方向で同時に同じチャネルを使用します。いずれの場合も、全二重動作では、ケーブル自体が衝突のない環境になり、各イーサネット接続でサポートされる最大総伝送容量が2倍になります。

全二重には、半二重の使用に比べていくつかの利点もあります。ツイストペアごとに送信機が1つしかないため、競合や衝突が発生せず、フレームを待機または再送信する必要があるために時間が無駄になることはありません。送信機能と受信機能が分離されているため、双方向で完全な伝送容量を利用できます。

1960年代と1970年代の一部のコンピュータベースのシステムでは、半二重回線での伝送方向の反転におけるわずかな遅延をポーリングアンドレスポンス方式で許容できなかったため、半二重動作の場合でも全二重設備が必要でした。[要出典]

エコーキャンセレーション

電話のような全二重オーディオシステムはエコーを生成する可能性があり、これはユーザーの気を散らし、モデムのパフォーマンスを妨げます。エコーは、遠端から発生した音が近端のスピーカーから出て、そこでマイク[a]に再び入り、遠端に送り返されるときに発生します。その後、サウンドは元のソースエンドで再表示されますが、遅延します。

エコーキャンセレーションは、ネットワーク経由で送り返される前に、マイク信号から遠端信号を差し引く信号処理操作です。エコーキャンセレーションは、モデムが良好な全二重パフォーマンスを実現できるようにする重要なテクノロジーです。V.32、V.34、V.56、およびV.90モデム規格では、エコーキャンセレーションが必要です。[3]エコーキャンセラーは、ソフトウェアとハ​​ードウェアの両方の実装として利用できます。これらは、通信システム内の独立したコンポーネントにすることも、通信システムの中央処理装置に統合することもできます。

全二重エミュレーション

ポイントツーマルチポイントネットワーク(セルラーネットワークなど)でチャネルアクセス方式を使用して、同じ物理通信媒体上の順方向通信チャネルと逆方向通信チャネルを分割する場合、それらは二重化方式と呼ばれます。

時分割二重化

時分割複信(TDD)は、時分割多重化を適用して、外向き信号と戻り信号を分離します。これは、半二重通信リンクを介した全二重通信をエミュレートします。

時分割複信は、アップリンクダウンリンクのデータレートまたは使用率に非対称性がある場合に柔軟に対応できます。アップリンクデータの量が増えると、より多くの通信容量を動的に割り当てることができ、トラフィックの負荷が軽くなると、容量を奪うことができます。同じことがダウンリンク方向にも当てはまります。

送信/受信遷移ギャップ(TTG)は、ダウンリンクバーストと後続のアップリンクバーストの間のギャップ(時間)です同様に、受信/送信遷移ギャップ(RTG)は、アップリンクバーストと後続のダウンリンクバーストの間のギャップです。[4]

時分割二重化システムの例は次のとおりです。

周波数分割複信

周波数分割複信(FDD)は、送信機受信機が異なる搬送周波数を使用して動作することを意味します。

この方法は、オペレーターが中継を使おうとするアマチュア無線の運用でよく使用されます。リピーターステーションは、送信と受信を同時に実行できる必要があり、送信と受信の周波数をわずかに変更することによってこれを行います。この動作モードは、デュプレックスモードまたはオフセットモードと呼ばれます。アップリンクとダウンリンクのサブバンドは、周波数オフセットによって分離されていると言われています

周波数分割複信システムは、単一の周波数で送信される通信が常に同じ方向に進むため、単純なリピーターステーションのセットを使用して範囲を拡張できます。

対称トラフィックの場合、周波数分割複信が効率的です。この場合、時分割複信は、送信から受信への切り替え中に帯域幅を浪費する傾向があり、固有の遅延が大きく、より複雑な回路が必要になる場合があります。

周波数分割複信のもう1つの利点は、基地局が(異なるサブバンドで送受信するため)互いに聞こえず、通常は互いに干渉しないため、無線計画がより簡単かつ効率的になることです。逆に、時分割複信システムでは、隣接する基地局間のガードタイムを維持する(スペクトル効率を低下させる)か、基地局を同期させて、同時に送信と受信を行うように注意する必要があります(これにより、ネットワークの複雑さが増し、したがって、すべての基地局とセクターが同じアップリンク/ダウンリンク比を使用することを余儀なくされるため、コストがかかり、帯域幅割り当ての柔軟性が低下します。

周波数分割複信システムの例は次のとおりです。

も参照してください

メモ

  1. ^ このフィードバック経路は、空中を介した音響である場合もあれば、たとえば電話の受話器で機械的に結合されている場合もあります。

参考文献

  1. ^ a bc ドンランカスター 「TVタイプライタークックブック」TVタイプライター)。1978年。p。175。
  2. ^ 「携帯電話の周波数」ハウスタッフワークス2019-02-14を取得しました。
  3. ^ グリーンスタイン、シェーン; スタンゴ、ビクター(2006)。基準と公共政策ケンブリッジ大学出版局。pp。129–132。ISBN 978-1-139-46075-0
  4. ^ 「TTG対RTG-WIMAX、LTEのTTGおよびRTGギャップとは」2021-06-05を取得

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