Oct . 2025
Die Vollduplex-Kommunikation (FDX) ist wie ein persönliches Gespräch – beide Gesprächspartner können gleichzeitig sprechen und zuhören, ohne darauf warten zu müssen, dass der andere fertig spricht.
Vollduplex-Technologie erleben wir tatsächlich täglich. Das klassischste Beispiel ist ein Telefongespräch – man kann jederzeit unterbrechen, anders als bei einem Walkie-Talkie, wo man „Ende“ sagen muss. Moderne kabelgebundene Netzwerke, Videokonferenzsoftware und sogar Online-Spiele nutzen Vollduplex-Kommunikation für eine reibungslose Interaktion in Echtzeit. Man kann sie ohne Übertreibung als Eckpfeiler moderner Kommunikation bezeichnen.
Um Vollduplex besser zu verstehen, betrachten wir die beiden anderen Kommunikationsmodi: Simplex und Halbduplex.
Simplex, Halbduplex und Vollduplex kann man sich als drei verschiedene Arten der Kommunikation vorstellen.
Simplex : Das ist wie Radiohören oder Fernsehen. Das Signal kann nur vom Sender zu Ihnen fließen; Sie können nicht zurücksprechen. Es handelt sich hierbei um eine strikte Einbahnstraße.
Halbduplex : Das funktioniert wie mit einem Walkie-Talkie. Beide können sprechen, aber nicht gleichzeitig. Zum Sprechen muss man die Taste drücken, zum Zuhören loslassen. Obwohl es sich um Zwei-Wege-Kommunikation handelt, wird der Kanal geteilt, sodass man sich abwechseln muss.
Vollduplex : Das funktioniert wie bei einem normalen Telefongespräch; Sie können gleichzeitig sprechen und zuhören, und Ihr Gesprächspartner auch. Dadurch werden aus demselben Kanal effektiv zwei unabhängige Datenleitungen, sodass Daten gleichzeitig in beide Richtungen übertragen werden können – die Effizienz verdoppelt sich also. Genau das macht Vollduplex so leistungsstark.
Die Wahl des Chat-Modus ist eine Regel, die auf der untersten Kommunikationsebene (der physikalischen Schicht) festgelegt wird. Daher ist der Modus eines Geräts – ob es gleichzeitig chatten kann oder abwechselnd chatten muss – ab Werk festgelegt.
Merkmal | Simplex | Halbduplex (HDX) | Vollduplex (FDX) |
Datenrichtung | Ein Weg | Zwei-Wege | Zwei-Wege |
Gleichzeitigkeit | N / A | Nicht gleichzeitig | Gleichzeitig |
Kanalbelegung | Ein Gerät sendet | Zwei Geräte teilen sich die Funktion abwechselnd. | Zwei Geräte senden gleichzeitig |
Leistung | Niedrigste Kanalauslastung | Die Auslastung der Mittel umfasst die Bearbeitungszeit. | Höchste Kanalauslastung, keine Bearbeitungszeit |
Typisches Beispiel | Radiosendung, Pager | Walkie-Talkie, Hub-basiertes Ethernet | Telefonanruf, geschaltetes Ethernet |
Kernbeschränkung | Kein Rückweg | Kanalkonflikte, Latenz | Systemkomplexität, Selbstinterferenz |
Um Vollduplex (gleichzeitiges Sprechen und Hören) zu erreichen, muss ein Gerät ein Problem lösen: die „Selbstinterferenz“.
Was ist Selbstinterferenz?
Vereinfacht gesagt, liegt das Problem darin: Man kann nicht "durch ein Megafon schreien" (ein Signal aussenden) und gleichzeitig erwarten, "eine Stecknadel fallen zu hören" (ein Signal zu empfangen).
Wie gravierend ist das Problem? Das eigene „Signal“ eines Geräts (Senden, TX) kann 10 Milliarden Mal stärker sein (technisch 100 dB) als das schwache Signal, das es zu „empfangen“ versucht (Empfangen, RX).
Was ist das Ergebnis? Ohne jegliche Verarbeitung wird dieser gewaltige „Schrei“ das schwache „Hörsignal“ vollständig „übertönen “, sodass es unmöglich ist, irgendetwas zu hören.
Die Lösung besteht daher darin, die „Sende“- (TX) und „Empfangs“-Signale (RX) effizient zu isolieren.
Um dieses Problem zu lösen, nutzen Ingenieure hauptsächlich zwei clevere Methoden, um die Signale zu "isolieren" und so sicherzustellen, dass Sprechen und Hören sich nicht gegenseitig stören:
Getrennte „Spuren“ (FDD – Frequency Division Duplex): Dies ist vergleichbar mit dem Bau einer komplett getrennten Hochstraße für Senden und Empfangen; sie kommunizieren auf unterschiedlichen Frequenzen.
Getrennte „Zeitschlitze“ (TDD – Time Division Duplex): Senden und Empfangen nutzen dieselbe Strecke, folgen aber strikt einer Ampelschaltung. Das System wechselt so schnell zwischen Sprechen und Empfangen (für Menschen nicht wahrnehmbar), dass es sich gleichzeitig anfühlt.
In den nächsten beiden Abschnitten, 2.1 und 2.2, wird detailliert beschrieben, wie diese beiden Technologien implementiert werden.
FDD nutzt die direkteste Methode zur Vermeidung von Selbstinterferenzen: die Verwendung zweier unabhängiger Frequenzkanäle , einer zum Senden und einer zum Empfangen. Zwischen diesen beiden Frequenzkanälen befindet sich ein Schutzband – vergleichbar mit einer Mittelleitplanke auf einer Autobahn –, das sicherstellt, dass sich die Signale nicht gegenseitig stören. Dies ist eine Grundvoraussetzung für die Vollduplex-Kommunikation .
Kernkomponente: Duplexer
Frühe Mobiltelefone besaßen typischerweise nur eine Antenne , mussten aber gleichzeitig Sprech- und Empfangssignale verarbeiten. Der Duplexer ist die zentrale Komponente, die dieses Problem löst. Er ist üblicherweise mit dem gemeinsamen Antennenanschluss des Geräts verbunden .
Es handelt sich um eine passive, frequenzbasierte Filterkombination , deren Intelligenz in ihrer Fähigkeit liegt, den Signalfluss in beide Richtungen gleichzeitig präzise zu steuern:
Es lenkt das starke Sendesignal (vom "Megafon") ausschließlich zur Antenne .
Es leitet das schwache Empfangssignal (von der "Antenne") ausschließlich zum Empfänger .
Auf diese Weise wird sichergestellt, dass das Sendesignal (vom "Megafon") nicht "austritt" und den empfindlichen Empfänger ("Ohr") "übertönt".
Vorteile : Da Senden und Empfangen jeweils über eigene, stets offene Kanäle verfügen, ist die Datenübertragungslatenz sehr gering und stabil . Dies ist ideal für Anwendungen, die sofortige Reaktionen erfordern, wie z. B. Telefonate und Videokonferenzen.
Nachteile : Es erfordert die Nutzung zweier separater Frequenzbänder , was die Kosten im Hinblick auf die knappen Spektrumressourcen verdoppelt. Zweitens vergrößert der Duplexer die Gerätegröße.
TDD ( Time Division Duplex ) verfolgt einen anderen Ansatz als die Vollduplex-Kommunikation . Es ermöglicht dem Senden und Empfangen , denselben Frequenzkanal zu nutzen , wechselt aber zeitlich strikt zwischen den Sende- und Empfangszeiten. Das System schaltet mit hoher Geschwindigkeit zwischen den Sende- und Empfangszeiten um, die durch ein kurzes Schutzintervall getrennt sind.
Die Kernkomponenten des TDD-Verfahrens sind ein sehr schneller HF-Schalter und ein hochpräziser, synchronisierter Taktgeber . Dieser Schalter schaltet die Antennenverbindung zwischen Sende- (TX) und Empfangsschaltung (RX) physikalisch um, ähnlich einer extrem reaktionsschnellen Ampel.
Der Hauptvorteil von TDD liegt in seiner hohen spektralen Effizienz , da es nur einen Kanal belegt (FDD benötigt zwei). Es ist zudem flexibel und ermöglicht eine dynamische Bandbreitenzuweisung (z. B. 70 % der Zeit für Downloads, 30 % für Uploads). Die Nachteile sind jedoch ebenfalls offensichtlich: Das ständige Umschalten führt zu einer geringen Latenz . Entscheidender ist jedoch, dass TDD eine präzise Zeitsynchronisation im gesamten Netzwerk erfordert (oft via GPS), um zu verhindern, dass sich die Sende- und Empfangsvorgänge von Geräten gegenseitig stören.
FDD und TDD reichen für echte Vollduplex-Kommunikation nicht aus . Da das Sendesignal (TX) eines Geräts so stark ist, gelangt selbst bei grundlegender Trennung durch FDD (Duplexer) oder TDD (Zeitumschaltung) ein Teil des Signals in den empfindlichen Empfangspfad (RX). Diese verbleibende Eigeninterferenz ist immer noch stark genug, um das eigentlich zu empfangende schwache Signal zu überdecken.
Deshalb verwenden Ingenieure „Rauschunterdrückungstechniken“, um diese „durchgesickerten“ Störungen in drei Bereichen zu eliminieren:
Ausbreitungsbereich (Physikalische Isolation): Dies ist vergleichbar damit, ein „Megafon“ (Sendeantenne) und ein „Mikrofon“ (Empfangsantenne) weit voneinander entfernt aufzustellen und in unterschiedliche Richtungen auszurichten, wodurch eine anfängliche physikalische Reduzierung der Interferenzen erreicht wird.
HF-Bereich (Analogkompensation): Dies ist vergleichbar mit dem Tragen von „geräuschunterdrückenden Kopfhörern“. Das System tastet sein eigenes „Signal“ ab und erzeugt dann ein identisches, aber phaseninvertiertes „Gegensignal“, um es auszulöschen, bevor das Signal in den Verstärker gelangt.
Basisbandbereich (Digitale Auslöschung): Dies ist die „letzte Bereinigung“. Das System verwendet Computer-Algorithmen, um das letzte Bit des verbleibenden „Echos“ (einschließlich Verzerrungen) mathematisch von den empfangenen Daten nach den ersten beiden Schritten zu „subtrahieren“.
Ein fortschrittliches Vollduplex-Kommunikationssystem nutzt alle drei Techniken gleichzeitig, um ein effizientes und zuverlässiges „gleichzeitiges Sprechen und Hören“ zu ermöglichen.
Die Vollduplex-Kommunikationstechnologie bildet die Grundlage für nahezu die gesamte moderne Kommunikationsinfrastruktur.
Das klassischste Beispiel ist das Telefon . Ob Festnetztelefon oder modernes Smartphone-Gespräch, beide ermöglichen es den Gesprächspartnern, gleichzeitig zu sprechen und zuzuhören – die Definition von Vollduplex-Kommunikation .
The use of full duplex in computer networks (like Ethernet) is also a key example.. Early "shared" networks (hub-based) were like a walkie-talkie; everyone shared one channel and had to take turns speaking (half duplex). Modern networks (switch-based), however, create a dedicated channel for each computer, like a private phone line, allowing data to be sent and received simultaneously (full duplex), which greatly increases network speed.
Furthermore, 4G and 5G Mobile Networks also flexibly use full duplex communication technology. They intelligently choose to use either FDD (more stable, low latency) or TDD (more spectrum-efficient) schemes to achieve high-speed data transmission, based on available spectrum resources and policies.
Professional wireless modules are hardware components that package core technologies like full duplex communication, mesh networking, and noise cancellation into a practical, usable form.
These modules do more than just one-to-one communication. For example, modules like the SA618F22 or SA628F30 can handle 8 concurrent conversations and form a "mesh network" (MESH). In such a network, each device can help relay signals for others, extending the communication range. This requires very precise time synchronization and smart resource allocation to prevent conflicts.
These modules offer different performance configurations for various uses. For instance, some are low-power (like the SA618F22 at 160mW), while others can reach 8W (like the SA628F39) to ensure long-distance communication. They operate in specific frequency ranges (e.g., 410-480 MHz) and provide different types of connections (interfaces). Some are specialized for audio (I2S interface), while others are used for transmitting control commands or sensor data (UART interface), such as the SA618F30-FD, which is focused on data transmission.
This hardware solves the problems discussed in section 2.3. They have built-in algorithms to eliminate echo and also integrate AES128 encryption (a feature in the SA628F30 module) and ESD hardware protection. These designs, which are fundamental to full duplex walkie talkies and other products, ensure that communication remains clear, secure, and reliable even in noisy, harsh environments.
If you want to know the detailed specifications, selection guide, and practical applications of full-duplex modules, you can read this article for more information:
Die Vollduplex-Kommunikation bietet einen deutlich höheren Durchsatz und eine geringere Latenz als die Halbduplex-Kommunikation, allerdings sind für die Erzielung dieser Vorteile komplexere Algorithmen und Hardware erforderlich.
Der Hauptvorteil der Vollduplex-Kommunikation besteht darin, dass sie den theoretischen Datendurchsatz verdoppelt . Da Daten gleichzeitig gesendet und empfangen werden können, ist die Gesamtdatenmenge, die unter gleichen Bedingungen übertragen werden kann, naturgemäß doppelt so groß wie bei Halbduplex.
Ein weiterer entscheidender Vorteil der Vollduplex-Kommunikation ist die Eliminierung der Umschaltzeit. Halbduplex (wie bei einem Walkie-Talkie) weist beim Umschalten zwischen Sprechen und Hören stets eine kurze Pause auf. Dieser Umschaltvorgang (der einige Millisekunden dauern kann) ist zeitaufwendig und kann sich verzögert anfühlen. Vollduplex eliminiert diese Verzögerung nahezu vollständig, da der Kanal in beide Richtungen offen bleibt.
Diese verzögerungsfreie Eigenschaft verbessert die Interaktivität und sorgt dafür, dass sich Anwendungen wie Telefonate, Videokonferenzen und Fernsteuerungsfunktionen deutlich flüssiger anfühlen.
Die Realisierung von Vollduplex-Kommunikation ist jedoch mit Kosten verbunden. Die größte Herausforderung liegt in der Komplexität; sowohl die Hardware (wie die für FDD benötigten Hochleistungsduplexer) als auch die Software (wie die komplexen Echokompensationsalgorithmen) stellen höhere technische Anforderungen.
Diese komplexen Algorithmen erfordern erhebliche Rechenleistung (z. B. von einem DSP oder FPGA), was wiederum den Stromverbrauch erhöht . Dies stellt eine große Herausforderung für batteriebetriebene Mobilgeräte wie Smartphones dar.
Darüber hinaus stellen die Spektrumkosten eine entscheidende Einschränkung dar. Das FDD-Verfahren benötigt zwei separate Spektrumblöcke, was kostspielig ist. Das TDD-Verfahren ist zwar flexibler in der Spektrumnutzung, führt aber zu zusätzlicher Latenz und einem höheren Synchronisierungsaufwand.
Daher ist Vollduplex-Kommunikation nicht für jedes Szenario die optimale Lösung. In vielen einfachen Anwendungen, wie beispielsweise Sensoren, die nur gelegentlich Daten liefern müssen, oder unidirektionalen Steuerbefehlen, ist ein einfacheres und kostengünstigeres Halbduplex-System die bessere Wahl. Der Hauptvorteil der Vollduplex- Kommunikationstechnologie liegt primär in Anwendungen, die eine strikte Echtzeit-Interaktion in beide Richtungen erfordern, wie etwa Sprachanrufe oder Fernsteuerung.
Moderne Kommunikationssysteme setzen zunehmend auf Vollduplex-Kommunikation , um bidirektionalen Echtzeitverkehr zu ermöglichen. Frühere Systeme nutzten aufgrund von Hardware- oder Spektrumbeschränkungen Simplex- oder Halbduplex-Verfahren. Die zentrale technische Herausforderung hat sich von der reinen Zwei-Wege-Kommunikation (erreicht durch Halbduplex) hin zur effizienten und wirtschaftlichen Realisierung simultaner Zwei-Wege-Kommunikation verlagert. Die Prinzipien von FDD und TDD sind mittlerweile ausgereift und bilden die Grundlage unserer heutigen globalen Vollduplex-Kommunikationsnetze .
Die Suche nach noch höherer spektraler Effizienz geht jedoch weiter. Ein wichtiges Ziel der Branche ist „ In-Band Full Duplex “ ( IBFD ). Diese Technologie zielt darauf ab, gleichzeitig und auf derselben Frequenz zu senden und zu empfangen, wodurch sich die spektrale Effizienz im Vergleich zu TDD oder FDD theoretisch verdoppeln ließe.
Die Herausforderung der Selbstinterferenz bei IBFD ist natürlich enorm (sie erfordert eine Kompensation von über 110 dB, einschließlich der Modellierung der Verzerrung durch den eigenen Leistungsverstärker des Geräts), aber genau dies ist ein zentraler Forschungsschwerpunkt für 5G-Advanced- und 6G -Netze. Bei erfolgreicher Implementierung würden die Vorteile von IBFD weit über eine Verdopplung des Durchsatzes hinausgehen; es könnte auch die Latenz deutlich reduzieren (da ein Gerät sofort eine Bestätigung erhalten könnte) und sogar die Netzwerksicherheit verbessern (indem es einem Gerät ermöglicht, während der Übertragung nach Störsendern zu suchen).
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