デュプレックス（通信）

デュプレックス通信システムは、2つ以上の接続された当事者またはデバイスが双方向に通信でき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、または現場の機器の監視や遠隔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、双方の通信相手が同時に通信できます。全二重デバイスの例としては、従来の電話サービスが挙げられます。通話の両端にいる当事者は同時に話し、相手側もその話を聞くことができます。イヤホンは相手側の音声を再生し、マイクは自分の音声を送信します。両者の間には双方向の通信チャネル、より厳密に言えば、2つの通信チャネルが存在します。

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、通信は片方向のみ行われます。半二重デバイスの例としては、トランシーバー（プッシュ・ツー・トークボタン付きの双方向無線機）が挙げられます。こちら側のユーザーが相手と話したい場合、このボタンを押します。すると送信機がオンになり受信機がオフになるため、相手が話している間は相手の声が聞こえなくなります。相手の声を聞くには、ボタンを放します。すると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、このモードをシンプレックスと定義する情報源もあります。[ 1 ] [ 2 ]

双方向通信機能を必要としないシステムでは、代わりに単方向通信を使用する場合があります。単方向通信では、1つのデバイスが送信し、他のデバイスは受信のみを行います。例としては、ラジオやテレビの放送、ガレージドアオープナー、ベビーモニター、ワイヤレスマイク、監視カメラなどが挙げられます。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

単方向無線通信

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す。 [ 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、可逆的な通信チャネルであり、他の文脈では半二重と呼ばれます。

例えば、テレビやラジオ放送では、情報は送信所から複数の受信機へのみ流れます。トランシーバー型の双方向無線機を2台接続すると、ITUの意味で単信回線となります。つまり、一度に話せるのは片方だけで、もう片方は送信の機会が来るまで傍受することになります。伝送媒体（空中を流れる無線信号）は、情報を一方向にしか伝送できません。

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 ]単信無線チャネルの同じ定義は、2002年に全米防火協会によって使用されました。 [ 5 ]

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、一部の情報源ではこのモードを単方向と分類しています。[ 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、送信が完了するまで応答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二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」などの事前に指定したキーワードを発声する必要があります。これにより、一度に一方の側だけが送信することを保証します。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片側一車線の道路です。交通は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、そのチャネルが双方向で交互に共有されるため、全体的な双方向スループットは低下します。例えば、トランシーバー、DECT方式の電話、あるいはいわゆるTDD 4Gまたは5G電話は、双方向通信に1つ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、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つの周波数を必要とします。

双方向データリンクなどの自動通信システムでは、半二重通信システムにおける通信の時間割り当てに時分割多重化を用いることができる。例えば、データリンクの一方の端にあるステーションAにちょうど1秒間の送信を許可し、次にもう一方の端にあるステーションBにちょうど1秒間の送信を許可し、このサイクルを繰り返すといった具合である。この方式では、チャネルがアイドル状態になることはない。

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

全二重通信システムの簡単な図解。一般的な二重通信方式はコストと複雑さが伴うため、ここに示すように携帯型無線機では全二重通信は一般的ではありませんが、電話、携帯電話、コードレス電話では使用されています。

全二重（FDX）システムは双方向の通信を可能にし、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すことができ、同時に聞こえるため、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 ]

双方向に単一の物理通信チャネルを同時に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との間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、どちらの形態も一般的に全二重通信と呼ばれます。

多くのイーサネット接続では、同一ジャケット内の2本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本の光ファイバーを同時に使用することで、全二重通信を実現しています。1本のペアまたは光ファイバーはパケットの受信に、もう1本はパケットの送信に使用されます。1000BASE -Tなどの他のイーサネット規格では、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、全二重通信ではケーブル自体が衝突のない環境となり、各イーサネット接続でサポートされる最大伝送容量が2倍になります。

全二重通信には、半二重通信に比べていくつかの利点があります。ツイストペアごとに送信機が1つしかないため、競合や衝突が発生しません。そのため、フレームの待機や再送信による時間の無駄がありません。送信と受信が分離されているため、双方向で最大限の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 レスポンス方式で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。

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はエコーを発生させる可能性があり、これはユーザーの邪魔になり、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、遠端に戻ってくることで発生します。その後、音は元の音源側で再び現れますが、遅延します。

エコーキャンセレーションは、マイク信号をネットワーク経由で送り返す前に、遠端信号をマイク信号から減算する信号処理操作です。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須です。[ 12 ]エコーキャンセラは、ソフトウェアとハ​​ードウェアの両方で実装できます。通信システム内の独立したコンポーネントとして、または通信システムの中央処理装置に統合することができます。

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（携帯電話ネットワークなど）において、同一の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る。[ 13 ]

時分割二重化

時分割二重化（TDD ）は、時分割多重化を応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。

時分割二重化は、上りリンクと下りリンクのデータレートや利用率に非対称性がある場合に柔軟に対応します。上りリンクのデータ量が増加すると、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減されると、容量を削減することができます。下りリンクでも同様です。

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ようなものがあります。

周波数分割複信

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、アマチュア無線において、中継局を利用する際によく用いられます。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化させることでこれを実現します。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では、単一の周波数で送信される通信は常に同じ方向に送信されるため、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。

対称トラフィックの場合、周波数分割デュプレックスは効率的です。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時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一つの利点は、基地局が互いに干渉しない（異なるサブバンドで送受信するため）ため、無線計画が容易かつ効率的になることです。そのため、通常は互いに干渉しません。一方、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（スペクトル効率が低下する）か、基地局が同時に送受信するように同期させる（ネットワークの複雑さとコストが増大し、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する）ように注意する必要があります。

周波数分割二重化システムの例には次のようなものがあります。

参照

注記

  1. ^このフィードバック パスは、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

  1. ^ a b 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。
  2. ^ a bウィリアム・ゴスリング（2000年）『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。
  3. ^「シンプレックス」 IEEE標準用語辞典、第7版、2000年、電気電子学会、p.1053
  4. ^ Milnor, JW、GA Randall. 「ニューファンドランド・アゾレス諸島間高速デュプレックスケーブル」 AIEE電気工学誌、1931年5月
  5. ^公共緊急サービス通信委員会報告書。NFPA 1221、2002年5月。
  6. ^ a b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。
  7. ^ a bフレンツェル、ルイス（2017年）『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、エルゼビア・サイエンス、161頁。ISBN 9780128118795。
  8. ^ a b「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。
  9. ^ 「半二重」 . ATISテレコム用語集. 電気通信業界ソリューション連合. 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。
  10. ^ "half-duplex" . www.pcmag.com . 2023年6月20日閲覧。
  11. ^ 「携帯電話の周波数」HowStuffWorks、2000年11月14日。 2019年2月14日閲覧。
  12. ^グリーンスタイン、シェーン、スタンゴ、ビクター（2006年）『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。
  13. ^ Gyasi-Agyei, Amoakoh (2019).電気通信工学：原理と実践. World Scientific Publishing Company. pp.  519– 520. ISBN 9789811200274。
  14. ^ 「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

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