双工

更新时间:2024-06-29 16:22

双工,duplex communication ,指二台通讯设备之间,允许有双向的资料传输。移动设备之间的通信链路会占用两个频率:从终端到网络(上行链路)的传输信道,以及一个反方向(下行链路)的信道。双工的含义是可以同时进行双向传输,就如平时的在电话中通话那样。像步行对话机这样的设备是半双工或简单双工的。 以太网可以在半双工或者全双工方式下工作。当在半双工方式下工作时,在任何指定的瞬间可以进行发送或者接受,但不能同时进行发送和接受。这意味着:如果当前有另一台设备正在发送数据(你正在接受该数据),那么你必须等待,只有当那台设备的传输结束时,才可以发送数据。这还意味着:冲突不只是可能存在,而且是很可能存在。将半双工以太网设想为一条单行道,然后将报文设想为沿着这条道路呼啸而过的城市公交汽车。如果一辆公共汽车向你驶来,而你的公共汽车向其驶去,这就会产生冲突。这个冲突会导致同时丧失两辆公共汽车(或报文)。

定义

提到全双工,就不能不提与之密切对应的另一个概念,那就是“半双工(Half Duplex)”,所谓半双工就是指一个时间段内只有一个动作发生,举个简单例子,一条窄窄的马路,同时只能有一辆车通过,当目前有两辆车对开,这种情况下就只能一辆先过,等到头儿后另一辆再开,这个例子就形象的说明了半双工的原理。早期的对讲机、以及早期集线器等设备都是基于半双工的产品。随着技术的不断进步,半双工会逐渐退出历史舞台。

分类

数据通常是在两个站(点对点)之间进行传输,按照数据流的方向可分为三种传输模式:单工、半双工,全双工。

单工

单工(simplex)指仅能单方向传输数据。通信双方中,一方固定为发送端,一方则固定为接收端。信息只能沿一个方向传输,使用一根传输线。

例如计算机和打印机之间的通信是单工模式,因为只有计算机向打印机传输数据,而没有相反方向的数据传输。还有在某些通信信道中,如单工无线发送等。

半双工

半双工(half-duplex)的系统允许二台设备之间的双向资料传输,但不能同时进行。因此同一时间只允许一设备传送资料,若另一设备要传送资料,需等原来传送资料的设备传送完成后再处理。

半双工在通信过程中,信息既可由A传到B,又能由B传A,但只能有一个方向上的传输存在。采用半双工方式时,通信系统每一端的发送器和接收器,通过收/发开关转接到通信线上,进行方向的切换,因此,会产生时间延迟。收/发开关实际上是由软件控制的电子开关。

半双工的系统可以比喻作单线铁路。若铁道上无列车行驶时,任一方向的车都可以通过。但若路轨上有车,相反方向的列车需等该列车通过道路后才能通过。

全双工

全双工(full-duplex)的系统允许二台设备间同时进行双向资料传输。一般的电话、手机就是全双工的系统,因为在讲话时同时也可以听到对方的声音。

全双工在通信过程中,线路上存在A到B和B到A的双向信号传输。在全双工方式下,通信系统的每一端都设置了发送器和接收器,因此,能控制数据同时在两个方向上传送。全双工方式无需进行方向的切换,因此,没有切换操作所产生的时间延迟,这对那些不能有时间延误的交互式应用(例如远程监测和控制系统)十分有利。这种方式要求通讯双方均有发送器和接收器,同时,需要两根数据线传送数据信号(可能还需要控制线和状态线,以及地线)。

全双工的系统可以用一般的双向车道形容。两个方向的车辆因使用不同的车道,因此不会互相影响。

全双工系统的模拟

当一个设备连接到网络上,需要利用通道存取方法(en:channel access method)使传送的资料及接收的资料共享同一物理介质。此时使用的通道存取方法就称为双工(duplexing)方法,全双工主要有两种形式。分别为时分双工(时间分隔多工)和频分双工。

时分双工(时间分隔多工)

时分双工(英文缩写为TDD,Time-Division Duplexing),是指利用时间分隔多工技术来分隔传送及接收信号。 它利用一个半双工的传输来模拟全双工的传输过程。时分双工在非对称网络(上传及下载带宽不平衡的网络)有明显的优点,它可以根据上传及下载的资料量,动态的调整对应的带宽,如上传资料量大时,就提高上传的带宽,若资料量减少时再将带宽降低。

时分双工的另一个好处是在缓慢移动的系统中,上传及下载的无线电路径大致相同,因此类似波束成形(en:beamforming)的技术可以运用在时分双工的系统中。

以下是一些时分双工系统的例子:

UMTS/WCDMA TDD 模式(室内使用)

TD-SCDMA 系统

DECT

IEEE 802.16 WiMAX TDD 模式

使用载波侦听多路访问(en:carrier sense multiple access)技术的半双工封包网络,例如以太网路或使用集线器的以太网路、无线局域网 (WLAN)及蓝牙等,虽然不像TDMA使用固定的框架宽度,不过均可视为时分双工的系统。

频分双工

频分双工(英文缩写为FDD,Frequency Division Duplexing),是利用频率分隔多工技术来分隔传送及接收的信号。上传及下载的区段之间用“频率偏移”(frequency offset)的方式分隔。若上传及下载的资料量相近时,频分双工比时分双工更有效率。 在这个情形下,时分双工会在切换传送接收时,浪费一些带宽,因此延迟时间较长,而且其线路较复杂且耗电。

频分双工的另一个好处是在无线电收发规划上较简单且较有效率,因为一个设备传送及接收使用不同的频带,因此设备不会接收到自己传出的资料,传送及接收的资料也不会互相影响。

在时分双工系统中,需在邻近的区段中增加保护区段(guard band),但这会使频谱效率下降。否则就要有同步机制,使一设备的传送和另一设备的接收同步。同步机制会增加系统的复杂度及成本,而且因为所有的设备及时间区块都要同步,也降低了带宽使用的灵活性。

以下是一些频分双工系统的例子:

非对称数位用户线路(ADSL)及 超高速用户数位回路(VDSL)

大部份的手机系统,包括UMTS/WCDMA FDD 模式

IEEE 802.16 WiMAX FDD 模式

范例

网卡

网卡的全双工(Full Duplex)是指网卡在发送数据的同时也能够接收数据,两者同步进行,这好像我们平时打电话一样,说话的同时也能够听到对方的声音。目前的网卡一般都支持全双工。

电话网络

手机网络

IRC

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