Duplex und Duplexing (TDD FDD) (2024)

Jede Übertragungstechnik, außer den typischen Broadcast-Übertragungen für Rundfunk und Fernsehen, beherrscht zwei Übertragungsrichtungen. Wobei jeder Teilnehmer sowohl Empfänger als auch Sender ist. Dabei muss technisch geklärt sein, wie die unterschiedlichen Übertragungsrichtungen bei der Übertragung gehandhabt werden.

Duplex ist eine Betriebsart und bezeichnet, wie ein Übertragungsmedium für Sende- und Empfangsrichtung zwischen Sender und Empfänger aufgeteilt wird.
Duplexing ist die Anordnung von Downlink und Uplink bzw. Downstream und Upstream. Das sind die Verbindungsbezeichnungen für die Empfangs- und Senderichtung.

Man unterscheidet generell zwischen Halbduplex (Half Duplex, HDX) und Vollduplex (Full Duplex, FDX). Bei beiden ist die Übertragung in beide Richtungen möglich. Eine Ausnahme bildet Simplex, bei der es nur eine Übertragungsrichtung gibt.

Downlink/Downstream und Uplink/Upstream

Mit Downstream bzw. Upstream wird die jeweilige Datenübertragung bezeichnet. Der Downlink ist die Übertragungsrichtung vom Provider, Netzbetreiber oder Netz zum Kunden bzw. Client. Der Uplink ist die Übertragungsrichtung vom Kunden bzw. Client zum Provider bzw. ins Netz.

• Der Uplink ist vergleichbar mit Hinkanal.
• Der Downlink ist vergleichbar mit Rückkanal.

Symmetrische Übertragung

Bei der symmetrischen Übertragung ist der Datenverkehr bzw. die Bandbreite auf dem Downlink und Uplink gleich groß. Typischen Anwendungen sind Sprachübertragung oder Videokonferenz.

Asymmetrische Übertragung

Bei der asymmetrische Übertragung ist der Datenverkehr bzw. die Bandbreite auf dem Downlink und Uplink ungleich groß. Meist ist der Datenverkehr von der Netzseite zum Teilnehmer größer, als umgekehrt. Typischerweise bei Internet-Zugängen. Der Teilnehmer lädt viel mehr Daten aus dem Netz, als das er Daten ins Netz sendet. Deshalb ist die Bandbreite des Downlinks größer als des Uplinks.
Bei den meisten Übertragungstechniken wie DSL oder Mobilfunk ist das der Fall.

Was ist ein Kanal?

Von Kanal spricht man in der Kommunikationstechnik immer dann, wenn ein Übertragungsmedium für mehrere Übertragungen aufgeteilt wird. Ein einzelner Kanal ist dann ein kleiner Teil vom gesamten nutzbaren Übertragungsmedium.
Ein Kanal kann einem Frequenzbereich im gesamten Frequenzspektrum entsprechen. Einer Farbe (Wellenlänge) in einem Lichtwellenleiter. Oder einem Adernpaar in einem mehradrigen Kupferkabel.

• Kanal

Simplex

Bei Simplex ist die Übertragung generell nur in eine Richtung möglich. Einen Rückweg bzw. Rückkanal gibt es nicht.
Typische Übertragungstechniken für Simplex sind Rundfunk, Fernsehen und auch die Audioübertragung vom Audio-Verstärker zum Lautsprecher.

Vollduplex / Voll-Duplex

Richtiges Vollduplex hat zwei eigenständige Übertragungsrichtungen oder Übertragungskanäle. Bei Vollduplex erfolgt die Übertragung zur gleichen Zeit in beide Richtungen (Downlink und Uplink).

Halbduplex / Halb-Duplex

Halbduplex beherrscht, wie Vollduplex, die Übertragung in beide Richtungen. Allerdings nur zeitlich (hintereinander) oder räumlich (nebeneinander) versetzt bzw. verschachtelt. Bei Halbduplex erfolgt die Übertragung in der Regel wechselweise in beide Richtungen. Hier ist eine Umschaltung nötig, die zeitgesteuert immer hin und her schaltet oder die Signale räumlich voneinander trennt.
Typische Anwendungen für Halbduplex sind Amateurfunk oder Wechselsprechanlagen. Viele andere Übertragungstechniken, die keine räumliche getrennten Kanäle (unterschiedliche Leitungen zum Senden und Empfangen), werden als Halbduplex betrieben.
Die Umschaltung zwischen Senden und Empfangen erfolgt Prozessor- oder Software-gesteuert und ist so schnell, dass man davon nichts merkt. Auf diese Weise wird Vollduplex emuliert.

Echokompensation / Echo Cancellation

Bei der Echokompensation (Zeitgleichlageverfahren) wird in Sende- und Empfangsrichtung auf der gleichen Frequenz übertragen und das eigene Signal als erwartetes Echo möglichst genau nachgebildet, um es dann vom empfangenen Signal abzuziehen. Weil das Echo von den Eigenschaften des Übertragungsmediums abhängig ist, muss das Echo ständig daran angepasst werden.
Bei der Echokompensation besteht immer die Gefahr des Übersprechens. Außerdem wird die Übertragungsstrecke, sowie der Frequenzbereich ständig mit zwei Signalen belastet.

Duplexabstand

Es gibt Übertragungstechniken, die für die Übertragung gepaarte Frequenzbereiche benutzten. Das bedeutet, es gibt einen nach Frequenz getrennten Uplink und Downlink. Der Abstand zwischen den Frequenzbereichen wird als Duplexabstand bezeichnet.

TDD - Time Division Duplex (Zeitduplexverfahren)

Bei TDD werden die Up- und Downlink-Kanäle zeitlich zueinander versetzt (hintereinander) auf einer einzigen Frequenz übertragen. Das bedeutet, es wird nur ein Frequenzband benutzt und Sender und Empfänger wechseln sich bei der Übertragung ab. Deshalb ist auch nur eine RF-Einheit für Sende- und Empfangsrichtung notwendig. Dadurch werden die Übertragungssysteme günstiger.
TDD eignet sich für asymmetrische, flexible und kostengünstige Systeme. Bevorzugt kommen sie in lizenzfreien Frequenzbereichen zum Einsatz.

FDD - Frequency Division Duplex (Frequenzduplexverfahren)

Bei FDD werden Up- und Downlink-Kanäle gleichzeitig auf zwei unterschiedlichen Frequenzen übertragen. Das bedeutet, für die Sende- und die Empfangsrichtung steht ein Frequenzspektrum zur Verfügung (gepaartes Spektrum). Dafür braucht jeder Übertragungsrichtung seine eigene RF-Einheit, die sehr einfach gestaltet sein kann.
FDD eignet sich für symmetrische Systeme und Anwendungen mit geringer Latenz. Typischerweise kommt es in lizenzbehaftete Frequenzbereichen zum Einsatz.

Mischform aus FDD und TDD

Bei der Mischform aus FDD und TDD handelt es sich um ein Halbduplex-Verfahren. Sender und Empfänger nutzen je ein Band pro Richtung, wechseln sich aber beim Zeitmultiplex ab. Das stellt geringere Anforderungen an die Endgeräte. Sie lassen sich günstiger herstellen.

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