Что значит дуплексная связь

Классификация каналов связи. Симплексный. Полудуплексный. Дуплексный.

В технических системах часто возникает задача связать две подсистемы или два узла для организации информационного обмена между ними. Полученную коммуникативную связь называют каналом связи.

Каналы связи можно разделить по типу передаваемого сигнала (электрический, оптический, радиосигнал и т.д.), по среде передачи данных (воздух, электрический проводник, оптоволокно и т.д.) и по многим другим характеристикам. В этой статье речь пойдёт о делении каналов связи по режимам и правилам приёма и передачи информации. По указанным признакам каналы связи делят на симплексные, полудуплексные и дуплексные.

Симплексная связь

Симплексный канал связи — это односторонний канал, данные по нему могут передаваться только в одном направлении. Первый узел способен отсылать сообщения, второй может только принимать их, но не может подтвердить получение или ответить. Типичным примером каналов связи этого типа является речевое оповещение в школах, больницах и других учреждениях. Другой пример — радио и телевидение.

При симплексной передаче данных один узел связи имеет передатчик, а другой (другие) приёмник.

Полудуплексная связь

При полудуплексном типе связи оба абонента имеют возможность принимать и передавать сообщения. Каждый узел имеет в своём составе и приёмник, и передатчик, но одновременно они работать не могут. В каждый момент времени канал связи образуют передатчик одного узла и приёмник другого.

Типичным примером полудуплексного канала связи является рация. По рации обычно происходит приблизительно такой диалог:

— Белка, Белка! Я Мадагаскар! Приём!

— Мадагаскар, я Белка. Приём!

Слово «Приём» делегирует право на передачу сообщения. В этот момент узел, который был приёмником, становится передатчиком и наоборот. Конечно, направление обмена данными меняется не само по себе. Для этого на рации предусмотрена специальная кнопка. Человек, начинающий говорить, зажимает эту кнопку, включая свою рацию в режим передачи. После этого он произносит своё сообщение и кодовое слово «Приём», отпускает кнопку и возвращается в режим приёмника. Кодовое слово даёт другому абоненту понять, что сообщение закончено и он может переключиться в режим передачи для ответного сообщения. Слово «Приём» позволяет избежать коллизий, когда оба абонента начнут передавать одновременно и ни одно из сообщений не будет услышано собеседником.

Дуплексная связь

По дуплексному каналу данные могут передаваться в обе стороны одновременно. Каждый из узлов связи имеет приёмник и передатчик. После установления связи передатчик первого абонента соединяется с приёмником второго и наоборот.

Классическим примером дуплексного канала связи является телефонный разговор. Безусловно, одновременно говорить и слушать собеседника тяжело для человека, но такая возможность при телефонном разговоре имеется, и,согласитесь, разговаривать по дуплексному телефону гораздо удобнее, чем по полудуплексной рации. Электронные же устройства, в отличие от человека, без проблем могут одновременно передавать и принимать сообщения, благодаря своему быстродействию и внутренней архитектуре.

Источник

Дуплексная связь: понятие, принцип действия, назначение и применение

В статье мы постараемся подробно рассказать о том, что такое дуплексная связь. Это принцип соединения приемника и передатчика, который подразумевает передачу информации одновременно в обе стороны. Впервые концепция такой связи была реализована полтора столетия назад в трансатлантическом телеграфе и чуть позднее в телетайпах. Такая идея прекрасно экономила физические каналы связи. Представьте, сколько бы стоил кабель, проложенный по дну океана. Сами можете видеть – экономия существенная. В случае с телетайпом все обстоит куда проще. Идея уже всем была известна, но придумали несколько иной способ вывода информации (с помощью печатающих устройств).

Симплексные системы

Симплексная и дуплексная связь – это, можно сказать, синонимы. Но отличия имеются в принципе передачи и приема информации. В случае с дуплексной связью могут одновременно несколько устройств обмениваться информацией (принимать ее и передавать). А вот при организации симплексной связи сначала вещает одно устройство, затем второе, третье и т. д. Другими словами, существует некоторая очередность.

Вот примеры симплексных систем:

1. Радиовещание.
2. Микрофоны для записи звука.
3. Радионяни.
4. Беспроводные и проводные наушники.
5. Различные камеры слежения.
6. Беспроводные системы управления какими-либо приборами.

Симплексная связь не нуждается в возможности передачи информации в обе стороны.

Принцип функционирования дуплексных устройств

Что касается устройств дуплексной связи, то они имеют несколько иную конструкцию. С их помощью происходит соединение двух точек. В качестве примера можно привести современные компьютерные порты типа Ethernet. Именно в них обычно происходит такой обмен информацией. Аналогичный принцип закладывается и в телефонной связи – ведь вы прекрасно знаете, что два человека могут разговаривать и слышать одновременно.

В цифровой технике существует только видимость эффекта дуплексной радиосвязи (и проводной тоже). Если бы каналы приема и передачи работали на самом деле одновременно, аппаратура сгорала бы за считанные секунды. Существует определенное временное деление, с его помощью происходит формирование и коммутация пакетов. И пользователи, которые используют средства связи, не могут заметить «подвох». Существует так называемый неполный дуплекс, который активно используется в рациях. При этом разбивается канал с помощью внедрения определенных кодовых слов, которые произносят абоненты.

Как делятся каналы по времени

В качестве следующего примера мы рассмотрим Всемирную паутину – интернет. Именно здесь важно разделение каналов и выделение временных промежутков различным абонентам. Это линии с несимметричными скоростями (присутствует одновременно и выгрузка, и загрузка данных). Неравенство каналов для различных потоков информации позволило воплотить в жизнь доступ к спутникам. При таком доступе запрос осуществляется к ближайшей сети мобильного оператора, а ответ уже приходит от спутника из космических глубин.

Приведем примеры устройств, использующих такие технологии:

1. Третье поколение сотовой связи (более привычное обозначение 3G).
2. Несколько разновидностей LTE.
3. WiMAX (или 3G+).
4. А также менее известная телефония беспроводного типа DECT.

Разновидности передачи информации

Чуть более 50 лет назад начали широко внедряться импульсные устройства. Причина ее массового внедрения заключается в том, что появилась и хорошо зарекомендовала себя твердотельная электроника. Дискретные ламповые устройства занимали слишком большие пространства (если сравнивать с более продвинутыми полупроводниковыми).

Изначально было два режима, в которых происходило сжатие каналов:

1. Циклический (синхронный) тип передачи – к линии абоненты подключаются периодически. Причем последовательность подключения строго оговаривается. Сначала нужно разработать структуру кадра, затем внедрить синхронизирующие сигналы. Что касается характера кодирования, то он не имеет значения.
2. Асинхронный тип передачи широко используется в цифровых системах. В этом случае посылается информация заранее сформированными пакетами, размер у которых составляет несколько сотен или даже тысяч бит. Так как имеются адреса, появляется возможность организовать асинхронное взаимодействие. Такой принцип используется на сегодняшний день даже в сотовой связи. Нужно обратить внимание на то, что в современных протоколах связи количество байтов четное. По этой причине синхронизация отсутствует чисто формально.

Частота сигнала и его форма

Также нужно отметить, что каждый пакет информации дополняется заголовком. Состав передаваемой информации определяется тем, какой стандарт имеет протокол. Загрузка канала происходит с определенным периодом и частотой. Советские дуплексные каналы связи работали с частотой 8 кГц (дискретизация телефонного сигнала происходит со скоростью 64 кбит/сек).

Отметим несколько методов модуляции несущей частоты:

1. ШИМ (широтно-импульсная).
2. Время-импульсная.
3. Амплитудно-импульсная.

Двоичные типы сигналов кодируются при помощи импульсов прямоугольной формы. При этом получается бесконечно широкий спектр, а истинный сигнал можно обрезать с помощью фильтров. Результат этого – сглаживание фронтов. За счет растягивания происходит межимпульсная интерференция. По соседним каналам появляются помехи – это происходит из-за того, что спектры пересекаются.

Ступени временного разделения

А теперь давайте рассмотрим, какие ступени разделения сигнала можно встретить в переговорных устройствах дуплексной связи. Можно выделить такую иерархию:

1. На первой ступени находится 32 канала, из них два отводятся для служебных сообщений. Скорость этих каналов суммарная 2048 кбит/сек.
2. Остальные ступени формируются с помощью уплотнения четырех потоков мультиплексированием (побитным). Стоит отметить, что все разделы стандартов формируются заранее.

Частотное деление

И напоследок стоит поговорить о частотном делении. Оно было впервые применено на практике связистом Игнатьевым Г. Г. в 1880 году. Передатчик сигнала формирует определенный набор импульсов аналогового типа (как правило, их 12). Ширина сигнала стандартная – в диапазоне 300-3500 Гц. В блоке имеется необходимое количество генераторов, работающих в данном диапазоне.

Частотное деление можно назвать идеальным для организации каналов симметричного трафика. Оно активно используется в технологиях ADSL, IEEE 802.16, CDMA2000.

Источник

Дуплексная радиосвязь

Невозможны одновременная передача, приём беспроводной связью единой частоты. Результатом станет ужасная интерференция. Андре Голдсмит «Беспроводные коммуникации»

Дуплексная радиосвязь предусматривает одновременную двустороннюю передачу информации. Исторически первыми концепцию реализовали трансатлантический телеграф (1870-е), телетайпы (1890-е). Идея вызвана необходимостью экономии спектра физического канала. Океанический кабель слишком дорого стоил. Случай телетайпов немного отличен: идея уже была известна, некто придумал способ получения дополнительной прибыли, пользуясь скромными запросами печатающих устройств (ниже голосовой линии).

Примеры симплексных систем

Лучше прочувствовать принцип действия симплексной передачи информации помогут примеры систем однонаправленного потока информации:

1. Вещание.
2. Микрофоны звукозаписи.
3. Наушники.
4. Радионяни.
5. Беспроводная система управления рольставнями.
6. Камеры слежения.

Симплекс характеризуется отсутствием необходимости, возможности двухсторонней передачи информации.

Принцип действия

Дуплексная коммуникационная система обычно соединяет две точки (противопоставляя себя вещанию). Современными компьютерными портами (Ethernet) часто осуществляется аналогичный ход, выделяют отдельную витую пару каналам приёма, передачи. После телеграфа, телетайпа концепция настигла телефонные линии. Общеизвестно: абоненты могут говорить одновременно. Расслышать собеседника – вопрос десятый.

Цифровая техника предоставляет видимость эффекта дуплексной радиосвязи. Передатчик давно сжёг бы приёмник, работай каналы одновременно. Однако временное деление функционирует быстро, пакеты коммутируются столь искусно, что собеседники бессильны заметить «подвох». Дуплекс бывает неполным. Полудуплексный метод применяется рациями. Канал разбивается, благодаря внедрению кодовых вызывных комбинаций слов, произносимых абонентами.

Временное деление каналов

Разделение каналов с выделением временных слотов абонентам демонстрирует весомые преимущества на линиях с несимметричными скоростями (загрузка, выгрузка данных). Типичный пример – интернет. Весомое неравенство каналов входящей, исходящей информации сделало возможным спутниковый доступ (запрос по местной мобильной сети, ответ – из космоса). Примеры:

• Стандарт третьего поколения сотовой связи 3G.
• Беспроводная телефония DECT.
• WiMAX (3G+).
• Некоторые разновидности LTE.

Широкое распространение методики дало внедрение импульсных устройств (середина 60-х годов XX века). Причиной существующего положения эксперты называют появление твердотельной электроники. Ламповые дискретные устройства занимали слишком большое пространство. Приёмопередающее оборудование требовало наличия просторного помещения. Первоначально создали два режима сжатия канала:

1. Синхронная (циклическая) передача подразумевает периодическое подключение к линии абонентов. Последовательность строго оговорена. Разрабатывается структура кадра, внедряются синхронизирующие сигналы. Характер кодирования безразличен.
2. Асинхронная передача практикуется цифровыми системами. Информация посылается заблаговременно сформированными пакетами размером сотни-тысячи бит. Наличие адресов делает возможным асинхронную схему взаимодействия. Сегодня принцип использует даже сотовая связь. Современные протоколы предусматривают пакеты с чётным количеством байтов. Поэтому отсутствие синхронизации чисто формальное.

Пакет дополнен заголовком. Состав информации определён стандартом протокола. Канал загружается периодически, с частотой передачи пакетов. Традиционные советские системы использовали 8 кГц (телефонный сигнал дискретизируется со скоростью 64 кбит/с). Методы модуляции несущей:

• Широтно-импульсная.
• Амплитудно-импульсная.
• Время-импульсная.

Двоичный сигнал кодируют прямоугольными импульсами. Спектр выходит бесконечно широким, реальный сигнал обрезают фильтрами. В результате фронты сглаживаются. Растягивание вызывает межимпульсную интерференцию. Помехи по соседнему каналу вызваны пересечением спектров. Параметры систем временного разделения каналов стандартизированы, иерархия получила название плезиохронной:

1. Первая ступень несёт 32 канала (32 х 64 = 2048 кбит/с). 2 канала отдают служебным сообщениям.
2. Следующие ступени (120, 480, 1920) формируются путём уплотнения 4 цифровых потоков побитным мультиплексированием. Причём некоторые разделы стандарта были сформированы заблаговременно, не найдя немедленной аппаратной реализации.

Оптоволоконной альтернативой приведённому методу называют синхронную цифровую иерархию. Алгоритм нацелен обеспечивать крупные ветви сети, где скорости значительные. Требуется повальная синхронизация узлов. Длительность блока (синхронного транспортного модуля) составляет прежние 125 мс (8 кГц). Цифровая длина – 2340 байт. Заголовку отводится 90. Сформирована 5-ступенчатая иерархия согласно размеру пакетов. Мелкие могут являться составными частями крупных.

Частотное деление

Впервые применил частотное деление войсковой связист Игнатьев Г.Г. (1880). Военный подразумевал повторить опыт трансатлантического кабеля. Хотел расширить рамки проложенного кабеля (поле боя оставляет мало времени сантиментам). Передающая аппаратура формирует набор стандартных аналоговых сигналов (обычно 12) стандартной ширины 300-3500 Гц. Блок включает нужное число генераторов выбранного диапазона связи. Канальный промежуток составляет 900 Гц (ДВ).

Групповой аналоговый сигнал занимает 48 кГц. Сегодня приёмопередающее оборудование задействует одновременно две частоты (минимум). Принцип широко используется любительской радиосвязью. Дальнобойщики хорошо знают каналы бедствия, вызова. Пример универсален, касается двустороннего общения радиолюбителей планеты. Первые аналоговые сети использовали внеполосный цифровой вызов станции – слабый пример дуплекса.

Частотное деление – идеальный вариант организации канала симметричного трафика. Базовые станции перестают слышать друг друга, устраняется интерференция. Примеры:

1. ADSL.
2. CDMA2000.
3. IEEE 802.16 (разновидность WiMAX).

Кодовое деление

Частота выборки телефонного сигнала – 64 кГц, используется фазовая манипуляция:

• 1 – 0 градусов.
• 0 – 180 градусов.

Чтобы закодировать цифровой сигнал, бит дополнительно разбивают. Впервые методика продемонстрирована системой Зелёный шершень времён Второй мировой войны. Наложение псевдошумового сигнала сильно озадачило фашистов. Союзники, разделённые Атлантическим океаном, провели свыше 3000 совместных конференций.

Длину кода называют базой сигнала. Графически нули и единицы наложенной последовательности обозначают +1 и -1, явно отличая от основного информационного сообщения. Наложение расширяет спектр в число раз, равное базе. Искусственное увеличение позволяет избежать интерференции. Особенность прямо касается вышек сотовой связи. Каждый канал получает фиксированную кодирующую последовательность, осуществляя концепцию ортогональности. Число совпадающих битов равно числу не совпадающих.

Приёмник корреляционного типа. Часто заменяют согласованным фильтром. Опорным выступает код канала с фазовой манипуляцией. Пытаясь снизить ширины спектры, применяют специальные коды. Хорошо себя зарекомендовал псевдошумовой сигнал. Межканальные помехи вызваны искажениями группового сигнала:

• Коррективы, вносимые полосами пропускания радиоэлектронных устройств.
• Мультипликативные помехи эфира.
• Недостаточная ортогональность кодов.

Стандарт IS95 стал основой сотовых сетей CDMA, спутниковой связи Globalstar.

Устранение эхо

Двусторонние системы громкой связи создают эффект положительной обратной связи, выражающийся резким свистом. Звук динамика достигает микрофона, усиливается, передаётся оппоненту. Визави повторяет порядок преобразований, возвращая послание. Громкость нарастает.

Стандарты модемов, компьютерных шин предусматривают подавление эха. Лишённая техники блокировки отражённого сигнала система бессильна развить полную скорость. Работа цифровых сетей требует жёсткой синхронизации.

Источник