什麼是半雙工和全雙工操作，它如何影響您的路由器?
要點
全雙工通訊允許同時在兩個方向上傳輸數據，而在半雙工系統中，在任何給定時間僅啟用一個方向。單工通訊涉及單向傳輸，其中資訊僅沿一個方向流動。在評估利用無線或有線連接的現代技術的設計和效率時，理解這些差異至關重要。
全雙工通訊允許在兩個連接的元件之間同時傳輸和接收訊息，而半雙工系統則利用順序方法進行資料交換。
Wi-Fi 路由器傳統上以半雙工通訊模式運行，其中資料按順序傳輸和接收，導致同時操作的容量減少。然而，全雙工路由器技術的最新發展已成為減輕自乾擾問題和提高整體頻譜效率的創新解決方案。
在當代，我們的電子通訊的生產力依賴於未被注意到的技術原理。這些基本概念中有一個「雙工」的概念，它調節透過網路連接的資訊傳輸和接收。人們利用電話交談、串流視訊或無線網路存取等通訊媒介的方式可以深入了解日常技術的設計和功效。
雙工與單工:有什麼差別?
雙工通訊範式表示單獨節點或設備之間相互交換的能力，其特徵是雙向資料傳輸。相反，單工通訊需要單向資料傳輸。雙工系統允許雙方傳達和獲取資訊。電話和無線電收發器等常用設備就是這種通訊形式的例證。
相較之下，單工通訊系統僅允許一個設備傳輸數據，而另一個設備在接收模式下保持沉默和被動。一個典型的例子就是廣泛使用紅外線遙控器來控制各種電子產品。在這種情況下，紅外線遙控器充當訊號的唯一發送器，而無法接收或提供回饋。
特徵
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單純形
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半雙工
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全雙工
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定義
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數據是單向傳輸的，資訊以線性方式從一點移動到另一點。
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資料傳輸通常涉及一系列動作，其中資料首先透過通訊通道從發送器傳輸到接收器。雖然此過程可能快速連續發生，但它不涉及同時發送和接收數據，因為這兩個過程需要不同的時間間隔才能完成。
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資料同時發送和接收
通訊實例
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電視轉播
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對講機
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電話
技術運用
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廣播電台
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一些 Wi-Fi 協議
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光纖通訊
優點
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簡單、無幹擾
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成本更低、節能
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高數據速率，連續通信
缺點
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沒有收到數據的回饋或確認
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由於輪流，數據速率較慢
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複雜性、幹擾問題
理想的使用場景
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廣播電台
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有限頻寬環境，半雙工路由器
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高頻寬要求，全雙工路由器
全雙工和半雙工有何不同?
全雙工通訊在資料傳輸領域取得了實質進展，允許連接實體之間同時進行雙向通訊。電話系統是這種能力的範例，其中參與對話的雙方能夠同時交談和聆聽。
相反，半雙工通訊採用串列方法在各方之間交換資訊。在此過程中，在任何給定時刻只有一個節點可以發送，而另一個節點必須保持接收狀態。這種系統的一個例子是對講機無線電通信，其中一個人進行通信，而另一個人則監聽，隨後角色互換。
科技的發展透過區分全雙工和半雙工模式，為在多種環境中創建有效的通訊系統奠定了基礎，這些模式旨在滿足不同互動的獨特需求。
雙工如何影響 Wi-Fi 路由器
Wi-Fi 路由器使用名為 IEEE 802.11 的特定標準，以半雙工模式運行，引導支援 Wi-Fi 的電子設備（如筆記型電腦或智慧型手機）和網路之間的資訊流。 Wi-Fi 是該特定 IEEE 標準的商標品牌（了解常見的 Wi-Fi 標準）。
支援 Wi-Fi 的小工具透過在 2.4 Gigahertz 或 5 Gigahertz 頻段運作的射頻訊號與路由器建立無線通訊。此路由器採用時分雙工 (TDD) 技術，有效模仿全雙工，促進所有連接裝置和網路之間的無縫資料傳輸。這使得能夠同時在兩個方向上傳輸數據，同時避免任何潛在的衝突或資料遺失。
TDD 透過使用時分複用交替傳輸和接收週期來運作。在每個週期內，資料沿著一個方向發送，而接收則沿相反方向發生。這允許透過將週期分解為更小的增量來同時傳輸和接收。
為什麼路由器不能全雙工運作?
為了透過無線電波實現完整的雙向通信，必須克服的關鍵障礙之一是自乾擾。這種形式的干擾通常比預期訊號本身更強大。本質上，每當單一節點嘗試同時發送和接收資料時，全雙工系統就會出現自乾擾。結果，這導致接收器接收到它剛剛發出的傳輸，從而導致自乾擾。
在無線網路中實現全雙工路由器的概念在研究和學術界引起了越來越多的興趣。這涉及透過將傳統的半雙工系統轉換為全雙工系統來增強網路效能。研究人員一直致力於透過消除不必要的訊號和結合先進的數位訊號處理技術等方法來克服自乾擾的障礙。
一些史丹佛大學的學生在2010 年建構了可工作的全雙工無線電原型，他們也發布了技術文件 [PDF] 他們的工作。其中一些學生已經成立了一家名為 KUMU Networks 的商業新創公司，致力於徹底改變無線網路。
其他作品，如康乃爾大學的IBFD (In-Band Full Duplex) 和STAR也可以找到 Photonic Systems Inc. 的（同步傳輸和接收）。
有線 LAN 是半雙工還是全雙工?
基於有線的區域網路 (LAN) 採用全雙工通訊協議，利用兩組雙絞銅線建立乙太網路電纜連接。在這種配置中，每組成對的線路獨立操作以同時發送和接收資料包，從而最大限度地減少訊息流中的潛在衝突和中斷。
乙太網路電纜是建立和維護網路連接的關鍵組件，使電腦和伺服器等設備能夠遠距離或近距離相互通訊。了解這些電纜的複雜性對於優化其性能並確保連接設備之間的可靠通訊至關重要。本文深入分析了乙太網路電纜，包括其類型、應用和主要特性。透過閱讀本指南，讀者將獲得對乙太網路電纜世界的寶貴見解，並在選擇適合其特定需求的電纜時更好地做出明智的決定。
Wi-Fi 連線方面的進展
自 1997 年建立以來，IEEE 802.11 標準經歷了旨在提高傳輸範圍和/或資料速率的修改，Wi-Fi 技術從 802.11 發展到涵蓋 802.11b/a、802.11g、802.11n、802.11b/a、802.11g、802.11n、802.11b/a、802.11g、802.11n、802.11 等迭代。以及最近的802.11ax。
有趣的是，配備多輸入多輸出（MIMO）技術的路由器顯著提高了資料傳輸速率。此類路由器利用多個天線同時發送和接收多個資料流，從而提高整體吞吐量。此功能在 802.11n 和當代路由器型號中非常明顯，其資料速率超過每秒 600 兆位元。儘管如此，由於其半雙工操作，這些路由器分配 50% 的可用頻寬用於傳輸，剩餘的 50% 用於接收。應該強調的是，這些值並不是固定的，可能會根據特定的路由器型號和操作環境而波動。
FDD 與 TDD:有什麼差別?
頻分雙工（FDD），涉及以時分方式在發射和接收功能之間劃分頻譜；時分雙工（TDD），其中傳輸和接收方面隨著時間的推移在給定頻帶內交替執行。
全雙工 DOCSIS (FDD) 透過使用雙頻率範圍允許同時傳輸和接收訊息，從而實現完全雙工互聯網連接。此策略與傳統全雙工路由器系統中的策略類似，其中發送和接收任務同時發生。對於那些好奇互聯網是否支援全雙工的人來說，他們可以檢查一下3G和4G等無線網絡，這些網絡通常利用FDD技術來促進通信，這說明了真正的全雙工能力。
相比之下，TDD 反映了管理半雙工路由器操作的技術基礎。透過在單一頻率範圍內交替進行傳輸和接收過程，它與此類路由器中觀察到的功能模式類似。同樣，訊息傳輸以順序方式進行，模仿半雙工系統的行為。並發傳輸和接收的錯覺可以歸因於這些階段之間的快速切換，如 Wi-Fi 路由器等裝置所展示的那樣。
未來的全雙工 Wi-Fi
市場對全雙工路由器技術的需求不斷增長，可以歸因於半雙工FDD和TDD的進一步發展變得越來越具有挑戰性。隨著軟體升級、調製創新和多輸入多輸出 (MIMO) 進步變得越來越難以實現，越來越多的設備依賴無線通信，迫切需要提高頻譜效率。值得注意的是，全雙工無線連線已證明其能夠立即將可用頻譜效率提高一倍。
在硬體、軟體配置、監管變化和財務投資方面需要進行最小調整的情況下，向全雙工通訊的轉變預計將變得越來越重要。最初出於增加容量的願望，預計全雙工 Wi-Fi 技術將與現有的半雙工系統一起相對快速地推出。