雙工

雙工

Duplex Separation,簡稱:duplex 。指二台通訊設備之間,允許有雙向的資料傳輸。移動設備之間的通信鏈路會佔用兩個頻率:從終端到網路(上行鏈路)的傳輸通道,以及一個反方向(下行鏈路)的通道。雙工的含義是可以同時進行雙向傳輸,就如平時的在電話中通話那樣。像步行對話機這樣的設備是半雙工或簡單雙工的。乙太網可以在半雙工或者全雙工方式下工作。當在半雙工方式下工作時,在任何指定的瞬間可以進行發送或者接受,但不能同時進行發送和接受。這意味著:如果當前有另一台設備正在發送數據(你正在接受該數據),那麼你必須等待,只有當那台設備的傳輸結束時,才可以發送數據。這還意味著:衝突不只是可能存在,而且是很可能存在。將半雙工乙太網設想為一條單行道,然後將報文設想為沿著這條道路呼嘯而過的城市公交汽車。如果一輛公共汽車向你駛來,而你的公共汽車向其駛去,這就會產生衝突。這個衝突會導致同時喪失兩輛公共汽車(或報文)。可以使用交叉電纜來實現兩台設備之間全雙工通信,在交叉電纜中,發送電纜和接收電纜交叉,這樣,在一端上進行發送,而在另一段進行接收。這種場合中不需要集線器。注意:全雙工通信不能夠在物理匯流排拓撲上實現。

定義


提到全雙工,就不能不提與之密切對應的另一個概念,那就是“半雙工(Half Duplex)”,所謂半雙工就是指一個時間段內只有一個動作發生,舉個簡單例子,一條窄窄的馬路,同時只能有一輛車通過,當目前有兩輛車對開,這種情況下就只能一輛先過,等到頭兒后另一輛再開,這個例子就形象的說明了半雙工的原理。早期的對講機、以及早期集線器等設備都是基於半雙工的產品。隨著技術的不斷進步,半雙工會逐漸退出歷史舞台。

半運行技術


雙工
雙工
採用半雙工運行的技術能夠在兩個結點之間向兩個
方向上發送信息,但在一個時刻只能有一個方或者
另一個方向可以使用。
雖然該術語經常用於描述一對設備的行為,但它能
更一般地表示任何數量的連接設備的行為,即當這
些設備輪流傳輸信息時。
雙工
雙工

分類


數據通常是在兩個站(點對點)之間進行傳輸,按照數據流的方向可分為三種傳輸模式:單工、半雙工,全雙工。

單工

單工(simplex)指僅能單方向傳輸數據。通信雙方中,一方固定為發送端,一方則固定為接收端。信息只能沿一個方向傳輸,使用一根傳輸線。
例如計算機和印表機之間的通信是單工模式,因為只有計算機向印表機傳輸數據,而沒有相反方向的數據傳輸。還有在某些通信通道中,如單工無線發送等。

半系統

半雙工(half-duplex)的系統允許二台設備之間的雙向資料傳輸,但不能同時進行。因此同一時間只允許一設備傳送資料,若另一設備要傳送資料,需等原來傳送資料的設備傳送完成後再處理。
雙工
雙工
半雙工在通信過程中,信息既可由A傳到B,又能由B傳A,但只能有一個方向上的傳輸存在。採用半雙工方式時,通信系統每一端的發送器和接收器,通過收/發開關轉接到通信線上,進行方向的切換,因此,會產生時間延遲。收/發開關實際上是由軟體控制的電子開關。
半雙工的系統可以比喻作單線鐵路。若鐵道上無列車行駛時,任一方向的車都可以通過。但若路軌上有車,相反方向的列車需等該列車通過道路后才能通過。
無線電對講機就是使用半雙工系統。由於對講機傳送及接收使用相同的頻率,不允許同時進行。因此一方講完后,需設法告知另一方講話結束(例如講完后加上"OVER"),另一方才知道可以開始講話。

全系統

全雙工(full-duplex)的系統允許二台設備間同時進行雙向資料傳輸。一般的電話、手機就是全雙工的系統,因為在講話時同時也可以聽到對方的聲音。
全雙工在通信過程中,線路上存在A到B和B到A的雙向信號傳輸。在全雙工方式下,通信系統的每一端都設置了發送器和接收器,因此,能控制數據同時在兩個方向上傳送。全雙工方式無需進行方向的切換,因此,沒有切換操作所產生的時間延遲,這對那些不能有時間延誤的互動式應用(例如遠程監測和控制系統)十分有利。這種方式要求通訊雙方均有發送器和接收器,同時,需要兩根數據線傳送數據信號(可能還需要控制線和狀態線,以及地線)。
全雙工的系統可以用一般的雙向車道形容。兩個方向的車輛因使用不同的車道,因此不會互相影響。
全雙工系統的模擬
當一個設備連接到網路上,需要利用通道存取方法(en:channel access method)使傳送的資料及接收的資料共享同一物理介質。此時使用的通道存取方法就稱為雙工(duplexing)方法,全雙工主要有兩種形式。分別為時分雙工(時間分隔多工)和頻分雙工。
時分雙工(時間分隔多工)
時分雙工(英文縮寫為TDD,Time-Division Duplexing),是指利用時間分隔多工技術來分隔傳送及接收信號。它利用一個半雙工的傳輸來模擬全雙工的傳輸過程。時分雙工在非對稱網路(上傳及下載帶寬不平衡的網路)有明顯的優點,它可以根據上傳及下載的資料量,動態的調整對應的帶寬,如上傳資料量大時,就提高上傳的帶寬,若資料量減少時再將帶寬降低。
時分雙工的另一個好處是在緩慢移動的系統中,上傳及下載的無線電路徑大致相同,因此類似波束成形(en:beamforming)的技術可以運用在時分雙工的系統中。
以下是一些時分雙工系統的例子:
UMTS/WCDMA TDD 模式(室內使用)
TD-SCDMA 系統
DECT
IEEE 802.16 WiMAX TDD 模式
使用載波偵聽多路訪問(en:carrier sense multiple access)技術的半雙工封包網路,例如乙太網路或使用集線器的乙太網路、無線區域網WLAN)及藍牙等,雖然不像TDMA使用固定的框架寬度,不過均可視為時分雙工的系統。
頻分雙工
頻分雙工(英文縮寫為FDD,Frequency Division Duplexing),是利用頻率分隔多工技術來分隔傳送及接收的信號。上傳及下載的區段之間用“頻率偏移”(frequency offset)的方式分隔。若上傳及下載的資料量相近時,頻分雙工比時分雙工更有效率。在這個情形下,時分雙工會在切換傳送接收時,浪費一些帶寬,因此延遲時間較長,而且其線路較複雜且耗電。
頻分雙工的另一個好處是在無線電收發規劃上較簡單且較有效率,因為一個設備傳送及接收使用不同的頻帶,因此設備不會接收到自己傳出的資料,傳送及接收的資料也不會互相影響。
在時分雙工系統中,需在鄰近的區段中增加保護區段(guard band),但這會使頻譜效率下降。否則就要有同步機制,使一設備的傳送和另一設備的接收同步。同步機制會增加系統的複雜度及成本,而且因為所有的設備及時間區塊都要同步,也降低了帶寬使用的靈活性。
以下是一些頻分雙工系統的例子:
非對稱數位用戶線路(ADSL)及 超高速用戶數位迴路(VDSL)
大部分的手機系統,包括UMTS/WCDMA FDD 模式
IEEE 802.16 WiMAX FDD 模式

範例


網卡
網卡的全雙工(Full Duplex)是指網卡在發送數據的同時也能夠接收數據,兩者同步進行,這好像我們平時打電話一樣,說話的同時也能夠聽到對方的聲音。目前的網卡一般都支持全雙工。
電話網路
手機網路
IRC

雙工器


雙工器
雙工器
雙工器,又稱天線共用器,是一個比較特殊的雙向三端濾波器。雙工器既要將微弱的接受信號藕合進來,又要將較大的發射功率饋送到天線上去,且要求兩者各自完成其功能而不相互影響一般的雙工器由螺旋振腔體構成,由於其工作頻率高,分佈參數影響較大常做成一個密封套體,各信號饋線均用屏蔽效果較好的同軸電纜腔體形材也要求一定的光潔度,為利於散熱,外觀常為黑色,三個信號端一般採用標準高頻接插件Q9或L16型高頻插座無線通訊對雙工器的要求。
雙工器用於移動通信和在野外作為無人值守的中轉檯工作,其本身就決定了它的使用環境和工作條件。
首先,我們希望雙工器的體積小巧、重量輕。目前由於雙工器的體積和其它一些技術問題,用於手持無線電話機的雙工器還未見報道。但對於車載無線電話機,汽車等所能提供的空間是有限的,且還有無線電話機的布線和散熱問題要考慮,因而在滿足其它技術指標的前提下,雙工器的小型化非常有必要。
其次,雙工器必須便於安裝,尤其是對某些雙工器與無線電話機分別安裝時更是如此。且應當結構牢固、可*、緊湊,應能承受一定的衝擊和振動,特別是用於一些地理環境比較差的地方的無線電話機。我們知道,目前的雙工器大多是分佈參數決定其工作頻率等指標要求的,如雙工器的結構不可*,則有可能導致無線電話機的整機指標惡化,甚至燒壞接收機,這一點尤為重要。
再者,作為中轉檯有時使用環境比較惡劣,這就要求雙工器也能在相應的工作溫度範圍以內能保證通訊質量。一般來講,雙工器應有明確的工作溫度範圍,並有溫度變化的穩定性指標,以滿足整機的使用要求。