Телекоммуникационная техника

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

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 электронной , гражданской и системной инженерией . Они помогают определить стоимость различных типов компьютеров и технологических объектов. В конечном итоге за предоставление услуг высокоскоростной передачи данных отвечают инженеры связи. 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 беспроводной связи.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, а также 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 к нему присоединился Альфред Вейл, который разработал регистр - телеграфный терминал, в который встроено 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 позволило впервые осуществить трансатлантическую связь. Ранние трансатлантические кабели, проложенные в 1857 и 1858 годах, работали всего несколько дней или недель, прежде чем выйти 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 росла, 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 один из изобретателей Чарльз Самнер Тейнтер провели первый в мире беспроводной телефонный звонок с помощью модулированных световых лучей, проецируемых фотофонами . Научные принципы их изобретения не будут использоваться в течение нескольких десятилетий, когда они впервые были 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 на основе воздушных электромагнитных волн ( радиопередача ). ^[10] В декабре 1901 года он установил беспроводную связь между Великобританией и Ньюфаундлендом, что принесло ему Нобелевскую премию по физике 1909 года (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 поэтому 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 Project 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 ; 100-футовый (30 м) аэростат из алюминизированной ПЭТ-пленки 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 октября 1962 года состоялся первый запуск в космос, спонсируемый частными лицами. Ретранслятор 1 был запущен 13 декабря 1962 года и стал первым спутником, транслировавшимся 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, Антарктида , 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 для 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 до 1960-х годов. Однако исследователи начали изучать коммутацию пакетов только в 1960-х годах.- технология, которая позволяет передавать блоки данных между разными компьютерами без предварительного прохождения через централизованный мэйнфрейм. Сеть из четырех узлов возникла 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.

В 1970 году компанией Corning Glass Works было успешно разработано оптическое волокно с достаточно низким затуханием для целей связи (около 20 дБ / км), и в то же время были разработаны полупроводниковые лазеры на GaAs (арсенид 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 данных 45  Мбит / с с разнесением репитеров 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 Сассекс, Великобритания в 1978 году. Кабели были проложены в воздуховодах по всему городу и имели более 1000 абонентов. Они использовались в то время для передачи телеканалов, недоступных из-за проблем с местным приемом.

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

В конце 1990-х - 2000 годах 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 по интернет-протоколу рос экспоненциально, быстрее, чем сложность интегральных схем увеличивалась согласно закону 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. Другой пример физической среды - 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 может также 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 сигналов (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 подразумевает 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 межсетевые соединения 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 по 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 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-строители , инженеры CO отвечают за конструктивное проектирование и размещение стеллажей и отсеков для оборудования, в котором будет установлено, а также за установку, на которой будет размещаться завод.

Как инженеры-электрики, инженеры CO 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 постепенная потеря интенсивности ^{[ необходима цитата ]} и расчеты потерь в шлейфе необходимы для определения длины и размера кабеля, необходимых для обеспечения требуемой услуги. 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 внедрить 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 до точки распределения или пункта 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 предпочтительнее, поскольку они позволяют сократить время ремонта для клиентов и экономят компании, эксплуатирующие телефонную связь, большие суммы денег.

Объекты станции могут быть доставлены 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 с помощью микроволновых радиосигналов на большие расстояния, где возможен любой из двух других методов. слишком дорого.

Подроли [ править ]

Как инженеры-строители , 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. Также необходимо 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 ]}а также для определения длины и размера кабеля, необходимых для предоставления требуемой услуги, требуются расчеты потерь в шлейфе. 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 неисправных 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 для автоматизированного проектирования (САПР), размещения объектов 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, 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 .; Декузатис, 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?