Un sistema de comunicación dúplex es un sistema punto a punto compuesto por dos o más partes o dispositivos conectados que pueden comunicarse entre sí en ambas direcciones. Los sistemas dúplex se emplean en muchas redes de comunicaciones, ya sea para permitir la comunicación simultánea en ambas direcciones entre dos partes conectadas o para proporcionar una ruta inversa para el monitoreo y ajuste remoto de equipos en el campo. Hay dos tipos de sistemas de comunicación dúplex: full-duplex (FDX) y half-duplex (HDX).
En un sistema full-duplex , ambas partes pueden comunicarse entre sí simultáneamente. Un ejemplo de dispositivo full-duplex es el antiguo servicio telefónico ; Las partes en ambos extremos de una llamada pueden hablar y ser escuchadas por la otra parte simultáneamente. El auricular reproduce el discurso del interlocutor remoto mientras el micrófono transmite el discurso del interlocutor local. Existe un canal de comunicación bidireccional entre ellos, o más estrictamente, existen dos canales de comunicación entre ellos.
En un sistema semidúplex o semidúplex , ambas partes pueden comunicarse entre sí, pero no simultáneamente; la comunicación es en una dirección a la vez. Un ejemplo de dispositivo semidúplex es un walkie-talkie , una radio de dos vías que tiene un botón de pulsar para hablar . Cuando el usuario local quiere hablar con la persona remota, presiona este botón, que enciende el transmisor y apaga el receptor, impidiéndole escuchar a la persona remota mientras habla. Para escuchar a la persona remota, suelta el botón, que enciende el receptor y apaga el transmisor. Esta terminología no está completamente estandarizada y algunas fuentes definen este modo como simplex . [1] [2]
Los sistemas que no necesitan capacidad dúplex pueden utilizar comunicación simplex , en la que un dispositivo transmite y los demás solo pueden escuchar. Algunos ejemplos son transmisiones de radio y televisión, abridores de puertas de garaje , monitores para bebés , micrófonos inalámbricos y cámaras de vigilancia . En estos dispositivos la comunicación es sólo en una dirección.
La comunicación simplex es un canal de comunicación que envía información en una sola dirección. [3]
La definición de la Unión Internacional de Telecomunicaciones es un canal de comunicaciones que opera en una dirección a la vez, pero que puede ser reversible; esto se denomina semidúplex en otros contextos.
Por ejemplo, en la transmisión de radio y televisión , la información fluye únicamente desde el sitio del transmisor a múltiples receptores. Un par de radios walkie-talkie de dos vías proporcionan un circuito simplex en el sentido de la UIT; sólo una parte a la vez puede hablar, mientras la otra escucha hasta que tiene la oportunidad de transmitir. El medio de transmisión (la señal de radio por aire) puede transportar información en una sola dirección.
La empresa Western Union utilizó el término simplex al describir la capacidad semidúplex y simplex de su nuevo cable telegráfico transatlántico completado entre Terranova y las Azores en 1928. [4] La Protección Nacional contra Incendios utilizó la misma definición para un canal de radio simplex. Asociación en 2002. [5]
Un sistema semidúplex ( HDX ) proporciona comunicación en ambas direcciones, pero sólo en una dirección a la vez, no simultáneamente en ambas direcciones. [6] [7] [8] Esta terminología no está completamente estandarizada entre las organizaciones que definen, y en comunicación por radio algunas fuentes clasifican este modo como simplex . [2] [1] [9] Normalmente, una vez que una parte comienza una transmisión, la otra parte en el canal debe esperar a que se complete la transmisión antes de responder. [10]
Un ejemplo de sistema semidúplex es un sistema bipartito como un walkie-talkie , en el que se debe decir "over" u otra palabra clave previamente designada para indicar el final de la transmisión, para garantizar que solo una parte transmita a la vez. . Una buena analogía para un sistema semidúplex sería una carretera de un solo carril que permite el tráfico en ambos sentidos; el tráfico sólo puede fluir en una dirección a la vez.
Los sistemas semidúplex se suelen utilizar para conservar el ancho de banda , a costa de reducir el rendimiento bidireccional general, ya que sólo se necesita un único canal de comunicación y se comparte alternativamente entre las dos direcciones. Por ejemplo, un walkie-talkie o un teléfono DECT o los llamados teléfonos TDD 4G o 5G requieren solo una única frecuencia para la comunicación bidireccional, mientras que un teléfono celular en el modo llamado FDD es un dispositivo full-duplex, y generalmente requiere dos frecuencias para transportar los dos canales de voz simultáneos, uno en cada dirección.
En sistemas de comunicaciones automáticas, como enlaces de datos bidireccionales, se puede utilizar la multiplexación por división de tiempo para asignaciones de tiempo para comunicaciones en un sistema semidúplex. Por ejemplo, a la estación A en un extremo del enlace de datos se le podría permitir transmitir durante exactamente un segundo, luego a la estación B en el otro extremo se le podría permitir transmitir durante exactamente un segundo y luego el ciclo se repite. En este esquema, el canal nunca se deja inactivo.
En los sistemas semidúplex, si más de una parte transmite al mismo tiempo, se produce una colisión que provoca mensajes perdidos o distorsionados.
Un sistema full-duplex ( FDX ) permite la comunicación en ambas direcciones y, a diferencia del half-duplex, permite que esto suceda simultáneamente. [6] [7] [8] Las redes de telefonía fija son full-duplex ya que permiten que ambas personas hablen y sean escuchadas al mismo tiempo. El funcionamiento full-duplex se logra en un circuito de dos hilos mediante el uso de una bobina híbrida en un teléfono híbrido . Los teléfonos móviles modernos también son full-duplex. [11]
Existe una distinción técnica entre comunicación full-duplex, que utiliza un único canal de comunicación físico para ambas direcciones simultáneamente, y comunicación dual-simplex que utiliza dos canales distintos, uno para cada dirección. Desde la perspectiva del usuario, la diferencia técnica no importa y ambas variantes se denominan comúnmente full duplex .
Muchas conexiones Ethernet logran un funcionamiento full-duplex haciendo uso simultáneo de dos pares trenzados físicos dentro de la misma chaqueta, o dos fibras ópticas que están conectadas directamente a cada dispositivo en red: un par o fibra es para recibir paquetes, mientras que el otro es para enviar. paquetes. Otras variantes de Ethernet, como 1000BASE-T, utilizan los mismos canales en cada dirección simultáneamente. En cualquier caso, con el funcionamiento full-duplex, el propio cable se convierte en un entorno libre de colisiones y duplica la capacidad máxima de transmisión total soportada por cada conexión Ethernet.
Full-duplex también tiene varias ventajas sobre el uso de half-duplex. Dado que solo hay un transmisor en cada par trenzado, no hay contienda ni colisiones, por lo que no se pierde tiempo teniendo que esperar o retransmitir tramas. La capacidad de transmisión total está disponible en ambas direcciones porque las funciones de envío y recepción están separadas.
Algunos sistemas informáticos de las décadas de 1960 y 1970 requerían instalaciones full-duplex, incluso para funcionamiento semidúplex, ya que sus esquemas de encuesta y respuesta no podían tolerar los ligeros retrasos al invertir la dirección de transmisión en una línea semidúplex. [ cita necesaria ]
Los sistemas de audio full-duplex, como los teléfonos, pueden crear eco, lo que distrae a los usuarios e impide el rendimiento de los módems. El eco ocurre cuando el sonido que se origina en el otro extremo sale del altavoz en el extremo cercano y vuelve a ingresar al micrófono [a] allí y luego se envía de regreso al otro extremo. Luego, el sonido reaparece en el final de la fuente original, pero con retraso.
La cancelación de eco es una operación de procesamiento de señal que resta la señal del extremo lejano de la señal del micrófono antes de enviarla de regreso a la red. La cancelación de eco es una tecnología importante que permite a los módems lograr un buen rendimiento full-duplex. Los estándares de módem V.32 , V.34 , V.56 y V.90 requieren cancelación de eco. [12] Los canceladores de eco están disponibles como implementaciones de software y hardware. Pueden ser componentes independientes en un sistema de comunicaciones o estar integrados en la unidad central de procesamiento del sistema de comunicaciones .
Cuando los métodos de acceso a canales se utilizan en redes punto a multipunto (como redes celulares ) para dividir canales de comunicación directos e inversos en el mismo medio de comunicación físico, se conocen como métodos de duplexación. [13]
La duplexación por división de tiempo ( TDD ) es la aplicación de la multiplexación por división de tiempo para separar señales de salida y de retorno. Emula la comunicación full-duplex a través de un enlace de comunicación half-duplex.
La duplexación por división de tiempo es flexible en el caso de que exista asimetría en las tasas o utilización de datos de enlace ascendente y descendente . A medida que aumenta la cantidad de datos de enlace ascendente, se puede asignar dinámicamente más capacidad de comunicación y, a medida que la carga de tráfico se vuelve más ligera, se puede quitar capacidad. Lo mismo se aplica en la dirección del enlace descendente.
El intervalo de transición de transmisión/recepción (TTG) es el intervalo (tiempo) entre una ráfaga de enlace descendente y la ráfaga de enlace ascendente posterior. De manera similar, el intervalo de transición de recepción/transmisión (RTG) es el intervalo entre una ráfaga de enlace ascendente y la ráfaga de enlace descendente posterior. [14]
Ejemplos de sistemas de duplexación por división de tiempo incluyen:
La duplexación por división de frecuencia ( FDD ) significa que el transmisor y el receptor funcionan utilizando diferentes frecuencias portadoras .
El método se utiliza con frecuencia en la operación de radioaficionados , donde un operador intenta utilizar una estación repetidora . La estación repetidora debe poder enviar y recibir una transmisión al mismo tiempo y lo hace alterando ligeramente la frecuencia en la que envía y recibe. Este modo de operación se conoce como modo dúplex o modo de compensación . Se dice que las subbandas de enlace ascendente y descendente están separadas por el desplazamiento de frecuencia .
Los sistemas dúplex por división de frecuencia pueden ampliar su alcance mediante el uso de conjuntos de estaciones repetidoras simples porque las comunicaciones transmitidas en cualquier frecuencia única siempre viajan en la misma dirección.
La duplexación por división de frecuencia puede resultar eficaz en el caso de tráfico simétrico. En este caso, la duplexación por división de tiempo tiende a desperdiciar ancho de banda durante el cambio de transmisión a recepción, tiene una latencia inherente mayor y puede requerir circuitos más complejos .
Otra ventaja de la duplexación por división de frecuencia es que hace que la planificación de radio sea más fácil y eficiente, ya que las estaciones base no se escuchan entre sí (ya que transmiten y reciben en diferentes subbandas) y, por lo tanto, normalmente no interferirán entre sí. Por el contrario, con los sistemas de duplexación por división de tiempo, se debe tener cuidado de mantener los tiempos de guardia entre estaciones base vecinas (lo que disminuye la eficiencia espectral ) o de sincronizar las estaciones base, de modo que transmitan y reciban al mismo tiempo (lo que aumenta la complejidad de la red y (por lo tanto, el costo y reduce la flexibilidad de asignación de ancho de banda, ya que todas las estaciones base y sectores se verán obligados a utilizar la misma relación de enlace ascendente/enlace descendente).
Ejemplos de sistemas dúplex por división de frecuencia incluyen: