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デュプレックス通信システムは、双方向で相互に通信できる 2 つ以上の接続された当事者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 つの当事者間で双方向の同時通信を可能にするため、または現場で機器の監視とリモート調整のための逆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。デュプレックス通信システムには、全二重 (FDX) と半二重 (HDX) の 2 種類があります。
全二重システムでは、双方が同時に通信できます。全二重デバイスの例としては、昔ながらの電話サービスがあります。通話の両端にいる当事者は同時に話し、相手側にもその声が聞こえます。マイクがローカル側の音声を送信すると、イヤホンがリモート側の音声を再生します。両者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、両者の間には 2 つの通信チャネルがあります。
半二重 またはセミデュプレックスシステムでは、双方が同時に通信することはできず、通信は一度に一方向のみです。半二重デバイスの例としては、トランシーバーがあります。これは、プッシュツートークボタンを備えた双方向無線機です。ローカルユーザーがリモートの人と話したいときは、このボタンを押します。これにより、送信機がオンになり、受信機がオフになり、リモートの人が話している間は聞こえなくなります。リモートの人の話を聞くには、ボタンを放します。これにより、受信機がオンになり、送信機がオフになります。この用語は完全に標準化されておらず、一部の情報源ではこのモードをシンプレックスと定義しています。[1] [2]
デュプレックス機能を必要としないシステムでは、代わりにシンプレックス通信を使用する場合があります。シンプレックス通信では、1 つのデバイスが送信し、他のデバイスは受信のみ可能です。例としては、ラジオやテレビの放送、ガレージのドア開閉装置、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、通信は一方向のみです。
シンプレックス
単方向通信は情報を一方向にのみ送信する通信チャネルである。 [3]
国際電気通信連合の定義では、一度に一方向にしか動作しないが、可逆な場合もある通信チャネルであり、他の文脈では半二重と呼ばれます。
たとえば、テレビやラジオの放送では、情報は送信所から複数の受信機にのみ流れます。2 台のトランシーバー 双方向無線機は、 ITU の意味で単信回線を提供します。一度に話せるのは 1 台だけで、もう 1 台は送信の機会が来るまで聞き続けます。伝送媒体 (空中の無線信号) は、情報を一方向にのみ伝送できます。
ウエスタンユニオン社は、1928年にニューファンドランドとアゾレス諸島の間に完成した新しい大西洋横断電信ケーブルの半二重と単信の容量を説明する際に、単信という用語を使用しました。[4] 2002年に全米防火協会は単信無線チャネルに同じ定義を使用しました。[5]
半二重
半二重（HDX ）システムは双方向の通信を提供しますが、一度に片方向のみであり、同時に両方向に通信することはできません。[6] [7] [8] この用語は定義組織間で完全に標準化されておらず、無線通信では一部の情報源がこのモードを単方向として分類しています。[2] [1] [9] 通常、一方の当事者が送信を開始すると、チャネル上のもう一方の当事者は、応答する前に送信が完了するのを待たなければなりません。[10]
半二重システムの例としては、トランシーバーなどの 2 者間システムがあります。このシステムでは、送信の終了を示すために「オーバー」または事前に指定した別のキーワードを言う必要があり、一度に 1 つのパーティのみが送信できるようにします。半二重システムのわかりやすい例えは、双方向の交通が可能な 1 車線の道路です。交通は一度に 1 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、全体的な双方向スループットが低下するという代償を払うことになります。これは、必要な通信チャネルが1 つだけであり、それが 2 つの方向で交互に共有されるためです。たとえば、トランシーバーや DECT 電話、いわゆる TDD 4G または 5G 電話では、双方向通信に1 つの周波数しか必要ありませんが、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、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 は正確に 1 秒間送信でき、もう一方の端にあるステーション B は正確に 1 秒間送信でき、このサイクルが繰り返されます。この方式では、チャネルがアイドル状態になることはありません。
半二重システムでは、複数の相手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（FDX）システムでは双方向の通信が可能で、半二重とは異なり、同時に通信を行うことができます。[6] [7] [8] 固定電話網は、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で2線式回路で実現されます。現代の携帯電話も全二重です。[11]
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デュアル シンプレックス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、どちらのバリエーションも一般に全二重と呼ばれています。
多くのイーサネット接続では、同じジャケット内の2 つの物理的なツイストペア、または各ネットワーク デバイスに直接接続された 2 つの光ファイバーを同時に使用することで、全二重操作を実現します。1 つのペアまたは光ファイバーはパケットの受信用で、もう 1 つはパケットの送信用です。1000BASE -Tなどの他のイーサネット バリアントでは、各方向で同じチャネルを同時に使用します。いずれの場合も、全二重操作では、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合計伝送容量が 2 倍になります。
全二重には、半二重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、競合や衝突がなく、フレームを待ったり再送信したりして時間を無駄にすることがありません。送信機能と受信機能が別々になっているため、両方向で完全な送信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時に生じるわずかな遅延をポーリング アンド レスポンス方式が許容できなかったため、半二重操作であっても全二重機能が必要でした。[要出典]
エコーキャンセル
電話などの全二重オーディオ システムでは、エコーが発生することがあります。エコーは、ユーザーの気を散らし、モデムのパフォーマンスを低下させます。エコーは、遠端から発信された音が近端のスピーカーから出て、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、音は元の音源端に遅れて再び現れます。
エコーキャンセレーションは、遠端信号をマイクロフォン信号から減算してネットワーク経由で送り返す信号処理操作です。エコーキャンセレーションは、モデムが優れた全二重性能を実現するための重要な技術です。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。[12]エコーキャンセラは、ソフトウェアとハードウェアの両方の実装で利用できます。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
チャネルアクセス方式は、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、同じ物理通信媒体上で順方向と逆方向の通信チャネルを分割するために使用される場合、デュプレックス方式として知られています。 [13]
時分割デュプレックス
時分割二重化( TDD ) は、時分割多重化を適用して送信信号と戻り信号を分離する方式です。半二重通信リンク上で全二重通信をエミュレートします。
時分割デュプレックスは、アップリンクと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します。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、トラフィック負荷が軽くなると、容量を削減できます。ダウンリンク方向にも同じことが当てはまります。
送信/受信遷移ギャップ（TTG）は、ダウンリンクバーストとそれに続くアップリンクバースト間のギャップ（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それに続くダウンリンクバースト間のギャップです。[14]
時分割二重化システムの例には次のものがあります。
- 3Gモバイルネットワーク上のデータ通信用のUMTS-TDD
- 4Gモバイルネットワーク上のデータ通信用LTE-TDD
- DECT無線電話
- 2 線式またはハブ式イーサネット、無線ローカル エリア ネットワーク、Bluetoothなど、キャリア検知多重アクセスに基づく半二重パケット交換ネットワークは、固定フレーム長の TDMA ではないものの、時分割二重化システムと見なすことができます。
- ワイマックス
- パクター
- ISDN BRI U インターフェース、時間圧縮多重 (TCM) 回線システムを使用するバリエーション
- G.fast は、ITU-Tによって開発されたデジタル加入者線(DSL) 規格です。
周波数分割デュプレックス
周波数分割複信( FDD )とは、送信機と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、アマチュア無線の操作でよく使用され、オペレーターは中継局を使用しようとします。中継局は送信と受信を同時に行う必要があり、送信と受信の周波数をわずかに変更することでこれを実現します。この操作モードは、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 サブバンドとダウンリンク 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では、単一の周波数で送信される通信は常に同じ方向に移動するため、一連の単純な中継局を使用することで範囲を拡張できます。
周波数分割デュプレックスは、対称トラフィックの場合に効率的です。この場合、時分割デュプレックス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なり、より複雑な回路が必要になる場合があります。
周波数分割デュプレックスのもう 1 つの利点は、基地局が互いの電波を受信せず(異なるサブバンドで送受信するため)、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、時分割デュプレックス 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 (スペクトル効率が低下する) か、基地局を同期させて同時に送受信する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てコストが増加し、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よう強制されるため、帯域幅割り当ての柔軟性が低下します)。
周波数分割二重化システムの例には以下のものがあります。
参照
注記
- ^ このフィードバック経路は、空気を介した音響的なものである場合もあれば、電話の受話器のように機械的に結合されている場合もあります。
参考文献
- ^ ab Lindley, Matthew (2023年2月12日). 「双方向無線とは何か?」テクノロジー. WiseGeek ウェブサイト. 2023年2月27日閲覧。
- ^ abゴスリング、ウィリアム (2000)。無線スペクトルの保全 。エルゼビアサイエンス。pp. 170– 171。ISBN 9780750637404。
- ^ 「シンプレックス」IEEE 標準用語辞典、第 7 版、2000 年、電気電子技術者協会、p.1053
- ^ Milnor, JW および GA Randall。「ニューファンドランド-アゾレス諸島高速デュプレックスケーブル」。AIEE 電気工学。1931 年 5 月
- ^ 公共緊急サービス通信委員会報告書。NFPA 1221、2002 年 5 月。
- ^ ab スダクシナ、クンドゥ (2010)。アナログおよびデジタル通信。ニューデリー：ドーリング・キンダースリー。ページ 6–7。ISBN 9788131731871。
- ^ ab Frenzel, Louis (2017). エレクトロニクス解説：エンジニア、技術者、メーカーのための基礎知識、第2版。Elsevier Science。p. 161。ISBN 9780128118795。
- ^ ab 「Duplex」。用語と定義データベース。国際電気通信連合（ITU）ウェブサイト。 2023年2月27日閲覧。
- ^ 「半二重」。ATISテレコム用語集。Alliance for Telecommunications Industry Solutions 。 2023年2月27日閲覧。この定義は、米国規格協会（ANSI）によって認定されています。
- ^ 「half-duplex」. www.pcmag.com . 2023年6月20日閲覧。
- ^ 「携帯電話の周波数」HowStuffWorks . 2019年2月14日閲覧。
- ^グリーンスタイン、シェーン 、スタンゴ、ビクター（2006年）。標準と公共政策。ケンブリッジ大学出版局。pp. 129– 132。ISBN 978-1-139-46075-0。
- ^ Gyasi-Agyei, Amoakoh (2019). 電気通信工学 ：原理と実践。World Scientific Publishing Company。pp. 519– 520。ISBN 9789811200274。
- ^ 「TTG vs RTG - WIMAX、LTEにおけるTTGとRTGのギャップとは何か」。2021年6月5日閲覧。
さらに読む
- Tanenbaum, Andrew S. (2003)。コンピュータネットワーク。Prentice Hall。ISBN 0-13-038488-7。
- Riihonen, Taneli (2014)。OFDM(A)リレーリンクのデュプレックスモードと転送プロトコルの設計と分析。アールト大学出版シリーズ博士論文、81/ 2014。ISBN 978-952-60-5715-6。