Телекоммуникационная инженерия

Инженер по телекоммуникациям, обслуживающий телефонную связь Лондона во время Второй мировой войны, январь 1942 года.

Телекоммуникационная инженерия - это инженерная дисциплина, сосредоточенная на электротехнике и компьютерной инженерии, которая стремится поддерживать и улучшать телекоммуникационные системы. ^{[1] [2]} Работа варьируется от схемотехники до стратегических массовых разработок. Инженер по телекоммуникациям отвечает за проектирование и надзор за установкой телекоммуникационного оборудования и средств, таких как сложные электронные системы коммутации и другие простые старые средства телефонной связи , оптоволоконные кабели, IP-сети и микроволновая передача.системы. Телекоммуникационная инженерия также пересекается с вещательной инженерией .

Телекоммуникации - это разнообразная область инженерии, связанная с электронным , гражданским и системным проектированием . Они помогают определить стоимость различных типов компьютеров и технологических объектов. В конечном итоге инженеры связи несут ответственность за предоставление услуг высокоскоростной передачи данных . Они используют различное оборудование и транспортные средства для проектирования инфраструктуры телекоммуникационной сети; Наиболее распространенными носителями, используемыми сегодня в проводных телекоммуникациях, являются витая пара , коаксиальные кабели и оптические волокна . Инженеры по телекоммуникациям также предлагают решения, основанные на беспроводных технологиях.способы связи и передачи информации, такие как услуги беспроводной телефонии, радио и спутниковая связь , а также Интернет и широкополосные технологии.

История [ править ]

Телекоммуникационные системы обычно разрабатываются телекоммуникационными инженерами, которые возникли в результате технологических усовершенствований в телеграфной промышленности в конце 19-го века и в радио- и телефонной промышленности в начале 20-го века. Сегодня телекоммуникации широко распространены, и устройства, которые помогают в этом процессе, такие как телевидение, радио и телефон, распространены во многих частях мира. Есть также много сетей, которые соединяют эти устройства, включая компьютерные сети, коммутируемую телефонную сеть общего пользования (PSTN), ^{[ необходима цитата ]} радиосети и телевизионные сети. Компьютерное общение через Интернет - один из многих примеров телекоммуникаций. ^{[ необходима цитата ]}Телекоммуникации играют жизненно важную роль в мировой экономике, и доходы телекоммуникационной отрасли составляют чуть менее 3% от валового мирового продукта. ^{[ необходима цитата ]}

Телеграф и телефон [ править ]

Сэмюэл Морс независимо разработал версию электрического телеграфа, которую он безуспешно продемонстрировал 2 сентября 1837 года. Вскоре после этого к нему присоединился Альфред Вейл, который разработал регистр - телеграфный терминал, в который интегрировано регистрирующее устройство для записи сообщений на бумажную ленту. Это было успешно продемонстрировано на расстоянии трех миль (пяти километров) 6 января 1838 года и в конечном итоге более сорока миль (шестидесяти четырех километров) между Вашингтоном, округ Колумбия, и Балтимором 24 мая 1844 года. Запатентованное изобретение оказалось прибыльным и на телеграфных линиях в 1851 году в США. Штаты охватывают более 20 000 миль (32 000 километров). ^[3]

Первый успешный трансатлантический телеграфный кабель был построен 27 июля 1866 года, что впервые позволило осуществить трансатлантическую связь. Ранее трансатлантические кабели, проложенные в 1857 и 1858 годах, работали всего несколько дней или недель, прежде чем они вышли из строя. ^[4] Международное использование телеграфа иногда называют « викторианским Интернетом ». ^[5]

Первые коммерческие телефонные службы были созданы в 1878 и 1879 годах по обе стороны Атлантики в городах Нью-Хейвен и Лондон . Александр Грэм Белл владел главным патентом на телефон, который был необходим для таких услуг в обеих странах. С этого момента технология быстро развивалась, и к середине 1880-х годов в каждом крупном городе Соединенных Штатов были построены междугородние линии и телефонные станции . ^{[6] [7] [8]} Несмотря на это, трансатлантическая голосовая связь оставалась невозможной для клиентов до 7 января 1927 года, когда было установлено соединение по радио. Однако кабельное соединение не существовало до ТАТ-1.был открыт 25 сентября 1956 года и обеспечил 36 телефонными линиями. ^[9]

В 1880 году Белл и соавтор Чарльз Самнер Тейнтер провели первый в мире беспроводной телефонный звонок с помощью модулированных световых лучей, проецируемых фотофонами . Научные принципы их изобретения не использовались в течение нескольких десятилетий, когда они были впервые применены в военной и волоконно-оптической связи .

Радио и телевидение [ править ]

В течение нескольких лет, начиная с 1894 года, итальянский изобретатель Гульельмо Маркони построил первую полную коммерчески успешную систему беспроводной телеграфии, основанную на воздушных электромагнитных волнах ( радиопередача ). ^[10] В декабре 1901 года он установил беспроводную связь между Великобританией и Ньюфаундлендом, что принесло ему Нобелевскую премию по физике в 1909 году (которую он разделил с Карлом Брауном ). ^[11] В 1900 году Реджинальд Фессенден смог по беспроводной связи передавать человеческий голос. 25 марта 1925 года шотландский изобретатель Джон Логи Бэрд публично продемонстрировал передачу движущихся изображений силуэтов в лондонском универмаге.Селфриджи . В октябре 1925 года Бэрду удалось получить движущиеся изображения с полутоновыми оттенками, которые, по мнению большинства, были первыми настоящими телевизионными изображениями. ^[12] Это привело к публичной демонстрации усовершенствованного устройства 26 января 1926 г. снова в Selfridges . Первые устройства Бэрда основывались на диске Нипкова и, таким образом, стали известны как механическое телевидение . Он лег в основу полуэкспериментальных передач, сделанных Британской радиовещательной корпорацией с 30 сентября 1929 года.

Спутник [ править ]

Первым спутником США для ретрансляции сообщений был проект SCORE в 1958 году, в котором для хранения и пересылки голосовых сообщений использовался магнитофон . Он был использован для того, чтобы послать миру рождественское поздравление от президента США Дуайта Д. Эйзенхауэра . В 1960 году НАСА запустило спутник Echo ; воздушный шар из алюминизированной полиэтилентерефталата длиной 100 футов (30 м) служил пассивным отражателем для радиосвязи. Courier 1B , построенный Philco и также запущенный в 1960 году, был первым в мире спутником с активным ретранслятором. В наши дни спутники используются во многих приложениях, таких как GPS, телевидение, Интернет и телефон.

Telstar был первым активным спутником коммерческой связи с прямой ретрансляцией . Принадлежащий AT&T в рамках многонационального соглашения между AT&T, Bell Telephone Laboratories , НАСА, Главным почтовым отделением Великобритании и Национальным почтовым отделением Франции по развитию спутниковой связи, он был запущен НАСА с мыса Канаверал в июле. 10 декабря 1962 года состоялся первый запуск в космос, спонсируемый частными лицами. Ретранслятор 1 был запущен 13 декабря 1962 года и стал первым спутником, транслирующим через Тихий океан 22 ноября 1963 года ^[13].

Первым и исторически наиболее важным применением спутников связи была межконтинентальная телефонная связь на большие расстояния . Фиксированный коммутируемой телефонной сети общего реле телефонных звонков от наземной линии телефонов к земной станции , где они затем передаются в приемное спутниковую антенну с помощью геостационарного спутника на орбите Земли. Улучшение подводных кабелей связи за счет использования волоконной оптики привело к некоторому снижению использования спутников для фиксированной телефонной связи в конце 20 века, но они по-прежнему обслуживают исключительно удаленные острова, такие как остров Вознесения., Остров Святой Елены , Диего-Гарсия и остров Пасхи , где не используются подводные кабели. Есть также некоторые континенты и некоторые регионы стран, где стационарная связь редка или отсутствует, например, Антарктика , а также большие регионы Австралии , Южной Америки , Африки , Северной Канады , Китая , России и Гренландии .

После того, как коммерческая междугородная телефонная связь была установлена ​​через спутники связи, множество других коммерческих телекоммуникаций также было адаптировано к аналогичным спутникам, начиная с 1979 года, включая мобильные спутниковые телефоны , спутниковое радио , спутниковое телевидение и спутниковый доступ в Интернет . Самая ранняя адаптация большинства таких услуг произошла в 1990-х годах, когда цены на коммерческие спутниковые ретрансляционные каналы продолжали значительно падать.

Компьютерные сети и Интернет [ править ]

11 сентября 1940 года Джордж Стибиц смог передать задачи с помощью телетайпа на свой калькулятор комплексных чисел в Нью-Йорке и получить результаты вычислений обратно в Дартмутский колледж в Нью-Гэмпшире . ^[14] Эта конфигурация централизованного компьютера или мэйнфрейма с удаленными «немыми терминалами» оставалась популярной на протяжении 1950-х и 1960-х годов. Однако только в 1960-х годах исследователи начали исследовать коммутацию пакетов.- технология, которая позволяет передавать блоки данных между разными компьютерами без предварительного прохождения через централизованный мэйнфрейм. Сеть из четырех узлов появилась 5 декабря 1969 года. Эта сеть вскоре стала ARPANET , которая к 1981 году будет состоять из 213 узлов. ^[15]

Разработка ARPANET была сосредоточена вокруг процесса запроса комментариев, и 7 апреля 1969 года был опубликован RFC 1. Этот процесс важен, потому что ARPANET со временем объединится с другими сетями, образуя Интернет, и многие протоколы связи , на которые сегодня опирается Интернет, были указаны в процессе запроса комментариев. В сентябре 1981 года RFC 791 представил Интернет-протокол версии 4 (IPv4), а RFC 793 представил протокол управления передачей (TCP), тем самым создав протокол TCP / IP, на который сегодня полагается большая часть Интернета.

Оптическое волокно [ править ]

Оптическое волокно может использоваться в качестве среды для телекоммуникаций и компьютерных сетей, поскольку оно гибкое и может быть скомпоновано в кабели. Это особенно удобно для связи на большие расстояния, поскольку свет распространяется по оптоволокну с небольшим затуханием по сравнению с электрическими кабелями. Это позволяет покрывать большие расстояния с помощью нескольких повторителей .

В 1966 году Чарльз К. Као и Джордж Хокхэм предложили оптические волокна в STC Laboratories (STL) в Харлоу , Англия, когда они показали, что потери в 1000 дБ / км в существующем стекле (по сравнению с 5-10 дБ / км в коаксиальном кабеле) произошло из-за загрязняющих веществ, которые потенциально можно было удалить.

Оптическое волокно было успешно разработано в 1970 году компанией Corning Glass Works с достаточно низким затуханием для целей связи (около 20 дБ / км), и в то же время были разработаны полупроводниковые лазеры на GaAs (арсениде галлия), которые были компактными и поэтому подходили для передачи света. через оптоволоконные кабели на большие расстояния.

После периода исследований, начавшегося с 1975 года, была разработана первая коммерческая волоконно-оптическая система связи, которая работала на длине волны около 0,8 мкм и использовала полупроводниковые лазеры на GaAs. Эта система первого поколения работала со скоростью передачи 45  Мбит / с с разнесением ретрансляторов до 10 км. Вскоре, 22 апреля 1977 года, General Telephone and Electronics отправила первый прямой телефонный трафик через оптоволокно со скоростью 6 Мбит / с в Лонг-Бич, Калифорния.

Первая в мире волоконно-оптическая кабельная система в глобальной сети, по-видимому, была установлена ​​компанией Rediffusion в Гастингсе, Восточный Суссекс, Великобритания в 1978 году. Кабели были проложены в воздуховодах по всему городу, и у них было более 1000 абонентов. В то время они использовались для передачи телеканалов, недоступных из-за проблем с местным приемом.

Первым трансатлантическим телефонным кабелем, в котором использовалось оптическое волокно, был TAT-8 , основанный на оптимизированной технологии лазерного усиления Desurvire. Введен в эксплуатацию в 1988 году.

В период с конца 1990-х по 2000 год отраслевые промоутеры и исследовательские компании, такие как KMI и RHK, предсказывали резкое увеличение спроса на полосу пропускания связи из-за более широкого использования Интернета и коммерциализации различных потребительских услуг с интенсивным использованием полосы пропускания, таких как видео по запросу. . Трафик данных интернет-протокола рос экспоненциально, быстрее, чем сложность интегральных схем увеличивалась в соответствии с законом Мура . ^[16]

Концепции [ править ]

Основные элементы телекоммуникационной системы [ править ]

Передатчик [ править ]

Передатчик (источник информации), который принимает информацию и преобразует ее в сигнал для передачи. В электронике и телекоммуникациях передатчик передатчика или радио представляет собой электронное устройство , которое, с помощью к антенне , производит радиоволну . Помимо использования в радиовещании , передатчики являются необходимыми составными частями многих электронных устройств, которые общаются по радио , таких как сотовые телефоны ,

Среда передачи [ править ]

Среда передачи, по которой передается сигнал. Например, средой передачи звуков обычно является воздух, но твердые тела и жидкости также могут действовать как средства передачи звука. Многие средства передачи используются в качестве каналов связи . Одним из наиболее распространенных физических средств связи, используемых в сети, является медный провод . Медный провод используется для передачи сигналов на большие расстояния с использованием относительно небольшого количества энергии. Другим примером физической среды является оптическое волокно , которое стало наиболее часто используемой средой передачи для связи на большие расстояния. Оптическое волокно - это тонкая стеклянная нить, которая направляет свет по своей длине.

Отсутствие материальной среды в вакууме также может представлять собой среду передачи электромагнитных волн, таких как свет и радиоволны .

Получатель [ править ]

Приемник ( приемник информации ), который принимает и преобразует сигнал обратно в требуемую информацию. В радиосвязи радиоприемник - это электронное устройство, которое принимает радиоволны и преобразует передаваемую ими информацию в пригодную для использования форму. Используется с антенной . Информация, создаваемая приемником, может быть в форме звука ( аудиосигнал ), изображений ( видеосигнал ) или цифровых данных . ^[17]

Проводная связь [ править ]

В проводной связи используются подземные кабели связи (реже воздушные линии), электронные усилители сигнала (повторители), вставленные в соединительные кабели в определенных точках, и оконечные устройства различных типов, в зависимости от типа используемой проводной связи. ^[18]

Беспроводная связь [ править ]

Беспроводная связь предполагает передачу информации на расстояние без помощи проводов, кабелей или любых других видов электрических проводников. ^[19] Беспроводные операции разрешают такие услуги, как связь на большие расстояния, которые невозможно или непрактично реализовать с использованием проводов. Этот термин обычно используется в телекоммуникационной отрасли для обозначения телекоммуникационных систем (например, радиопередатчиков и приемников, пультов дистанционного управления и т. Д.), Которые используют некоторую форму энергии (например, радиоволны , акустическую энергию и т. Д.) Для передачи информации без использования провода. ^[20] Таким образом информация передается как на короткие, так и на большие расстояния. ^{[ необходима цитата ]}

Роли [ править ]

Инженер по телекоммуникационному оборудованию [ править ]

Инженер по телекоммуникационному оборудованию - инженер-электронщик, который проектирует такое оборудование, как маршрутизаторы, коммутаторы, мультиплексоры и другое специализированное компьютерное / электронное оборудование, предназначенное для использования в инфраструктуре телекоммуникационной сети.

Сетевой инженер [ править ]

Сетевой инженер - это компьютерный инженер, отвечающий за проектирование, развертывание и обслуживание компьютерных сетей. Кроме того, они контролируют сетевые операции из центра сетевых операций , проектируют магистральную инфраструктуру или контролируют межсоединения в центре обработки данных .

Инженер центрального офиса [ править ]

Инженер центрального офиса отвечает за проектирование и надзор за внедрением телекоммуникационного оборудования в центральном офисе (сокращенно CO), также называемом центром проводки или телефонной станцией ^[21]Инженер CO отвечает за интеграцию новой технологии в существующую сеть, определение местоположения оборудования в центре проводки и обеспечение питания, синхронизации (для цифрового оборудования) и средств мониторинга аварийных сигналов для нового оборудования. Инженер СО также отвечает за обеспечение большего количества средств контроля мощности, синхронизации и аварийных сигналов, если в настоящее время их недостаточно для поддержки устанавливаемого нового оборудования. Наконец, инженер по СО отвечает за проектирование того, как огромные количества кабеля будут распределены по разному оборудованию и монтажным каркасам по всему центру проводки, а также за надзор за установкой и включением всего нового оборудования.

Подроли [ править ]

Как инженеры-конструкторы, инженеры CO отвечают за конструктивное проектирование и размещение стеллажей и отсеков для оборудования, которое будет установлено, а также за установку, на которой будет размещаться завод.

Как инженеры-электрики, инженеры CO отвечают за конструкцию сопротивления , емкости и индуктивности (RCL) всех новых заводов, чтобы обеспечить четкое и четкое телефонное обслуживание, а также чистоту и надежность передачи данных. Затухание или постепенная потеря интенсивности ^{[ необходима цитата ]} и расчеты потерь в шлейфе необходимы для определения длины и размера кабеля, необходимых для предоставления требуемых услуг. Кроме того, необходимо рассчитать требования к мощности и обеспечить их питание для любого электронного оборудования, размещаемого в центре проводов.

В целом, инженеры CO столкнулись с новыми проблемами, возникающими в среде CO. С появлением центров обработки данных, средств Интернет-протокола (IP), сайтов сотовой радиосвязи и другого оборудования с новейшими технологиями в сетях электросвязи важно реализовать последовательный набор установленных практик или требований.

Ожидается, что поставщики установки или их субподрядчики предоставят требования к своим продуктам, функциям или услугам. Эти услуги могут быть связаны с установкой нового или расширенного оборудования, а также с удалением существующего оборудования. ^{[22] [23]}

Необходимо учитывать несколько других факторов, таких как:

• Правила и безопасность при установке
• Удаление опасного материала
• Часто используемые инструменты для установки и снятия оборудования

Внешний инженер завода [ править ]

За пределами завода (OSP) инженеры часто называют также сапер , потому что они часто проводят много времени в области заметок о гражданской среде, воздушной, над землей и под землей. ^{[ необходима цитата ]} Инженеры OSP несут ответственность за прямую доставку оборудования (медь, оптоволокно и т. д.) от центра проводки к точке распределения или пункту назначения. Если используется конструкция точки распространения, то коробка кросс-коммутации размещается в стратегическом месте для питания определенной области распределения.

Кроссировки коробка, также известная как обслуживающий интерфейс области , затем устанавливается , чтобы разрешить соединения быть более легко из проволоки центра к месту назначения и связям до меньшего числа объектов, не имея посвящения объектов из проволоки центра к каждому месту назначению точка. Затем завод доставляют прямо к месту назначения или к другому небольшому закрытию, называемому терминалом, где при необходимости также можно получить доступ к заводу. Эти точки доступа предпочтительны, поскольку они позволяют сократить время ремонта для клиентов и экономят компании, эксплуатирующие телефонную связь, большие суммы денег.

Объекты станции могут доставляться через подземные сооружения, либо прямо под землей, либо через трубопровод, или в некоторых случаях проложенные под водой, через воздушные средства, такие как телефон или опоры электропередач, или через микроволновые радиосигналы на большие расстояния, где используется любой из двух других методов. слишком дорого.

Подроли [ править ]

Как инженеры-конструкторы, инженеры OSP отвечают за конструктивное проектирование и размещение вышек сотовой связи и телефонных столбов, а также за расчет характеристик полюсов существующих телефонных или силовых столбов, к которым добавляется новая установка. Расчет конструкции требуется при бурении в местах с интенсивным движением, таких как шоссе, или при креплении к другим конструкциям, например, мостам. Следует также учитывать опалубку для траншей или ям большего размера. Конструкции трубопроводов часто включают оболочки из жидкого навоза, которые должны быть спроектированы так, чтобы поддерживать конструкцию и противостоять окружающей среде (тип почвы, зоны с интенсивным движением и т. Д.).

Как инженеры-электрики, инженеры OSP несут ответственность за конструкцию сопротивления, емкости и индуктивности (RCL) всех новых заводов, чтобы обеспечить четкость и четкость телефонной связи, а также чистоту и надежность передачи данных. Затухание или постепенное снижение интенсивности ^{[ необходима цитата ]}и расчеты потерь в шлейфе необходимы для определения длины и размера кабеля, необходимых для предоставления требуемых услуг. Кроме того, необходимо рассчитать требования к мощности и обеспечить их питание для любого электронного оборудования, размещаемого в полевых условиях. При размещении оборудования, сооружений и установок в полевых условиях необходимо учитывать потенциал земли, чтобы учесть удары молнии, перехват высокого напряжения от неправильно заземленных или сломанных объектов энергокомпании, а также от различных источников электромагнитных помех.

Как инженеры-строители , инженеры OSP несут ответственность за разработку планов, вручную или с использованием программного обеспечения автоматизированного проектирования (САПР), в отношении того, как будут размещаться объекты телекоммуникационного оборудования. Часто при работе с муниципалитетами требуются разрешения на рытье траншей или бурение, и для этого необходимо делать чертежи. Часто эти чертежи включают около 70% подробной информации, необходимой для мощения дороги или добавления полосы поворота к существующей улице. Расчет конструкции требуется при бурении в местах с интенсивным движением, таких как шоссе, или при креплении к другим конструкциям, например, мостам. Как инженеры-строители, инженеры связи обеспечивают современную магистраль для всех технологических коммуникаций, распространенных сегодня во всех цивилизациях.

Уникальной особенностью телекоммуникационной техники является использование кабеля с воздушным сердечником, для которого требуется разветвленная сеть оборудования для обработки воздуха, такого как компрессоры, коллекторы, регуляторы и сотни миль воздушных труб на систему, которая подключается к герметичным корпусам для сращивания, и все они предназначены для создания давления в этой особой форме. медного кабеля, чтобы не допустить попадания влаги и обеспечить чистый сигнал для потребителя.

Как политический и социальный посол , инженер OSP - лицо телефонной компании и голос для местных властей и других коммунальных служб. Инженеры OSP часто встречаются с муниципалитетами, строительными компаниями и другими коммунальными предприятиями, чтобы обсудить их проблемы и рассказать им о том, как работает и работает телефонная компания. ^{[ необходима цитата ]} Кроме того, инженер OSP должен обеспечить недвижимость для размещения внешних объектов, например, сервитут для установки кросс-коммутационной коробки.

См. Также [ править ]

Ссылки [ править ]

Дальнейшее чтение [ править ]

• Дальман, Эрик; Парквалл, Стефан; Беминг, Пер; Бовик, Алан С .; Фетте, Брюс А .; Джек, Кейт; Скольд, Йохан; Довла, Фарид; Чоу, Филип А .; Декусатис, Казимер (2009). Справочник по инженерным коммуникациям . Академическая пресса. п. 544. ISBN 978-0-12-374648-1.

Внешние ссылки [ править ]

• СМИ, связанные с коммуникационной техникой, на Викискладе?