Телекоммуникационная техника

Телекоммуникационная инженерия — это подраздел электронной инженерии , который стремится проектировать и разрабатывать системы связи на расстоянии. ^{[1] [2]} Работа варьируется от проектирования базовых схем до стратегических массовых разработок. Инженер по телекоммуникациям отвечает за проектирование и контроль установки телекоммуникационного оборудования и объектов, таких как сложные электронные коммутационные системы и другие обычные телефонные службы , оптоволоконные кабели, IP-сети и системы микроволновой передачи . Телекоммуникационная инженерия также пересекается с вещательной инженерией .

Телекоммуникации — это разнообразная область инженерии, связанная с электронной , гражданской и системной инженерией . ^[1] В конечном итоге инженеры по телекоммуникациям отвечают за предоставление услуг высокоскоростной передачи данных . Они используют разнообразное оборудование и транспортные среды для проектирования инфраструктуры телекоммуникационных сетей; наиболее распространенными средами, используемыми сегодня в проводных телекоммуникациях, являются витая пара , коаксиальные кабели и оптоволокно . Инженеры по телекоммуникациям также предлагают решения, вращающиеся вокруг беспроводных режимов связи и передачи информации, таких как услуги беспроводной телефонии, радио- и спутниковая связь , интернет , Wi-Fi и широкополосные технологии.

Системы телекоммуникаций обычно разрабатываются инженерами-телекоммуникационщиками, которые появились из технологических усовершенствований в телеграфной отрасли в конце 19 века и радио- и телефонной промышленности в начале 20 века. Сегодня телекоммуникации широко распространены, и устройства, которые помогают этому процессу, такие как телевидение, радио и телефон, распространены во многих частях мира. Существует также много сетей, которые соединяют эти устройства, включая компьютерные сети, телефонную сеть общего пользования (PSTN), ^{[ нужна цитата ]} радиосети и телевизионные сети. Компьютерная связь через Интернет является одним из многих примеров телекоммуникаций. ^{[ нужна цитата ]} Телекоммуникации играют жизненно важную роль в мировой экономике, и доход телекоммуникационной отрасли оценивается в чуть менее 3% от валового мирового продукта. ^{[ нужна цитата ]}

Сэмюэль Морзе самостоятельно 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, который интегрировал 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 на расстоянии более сорока миль (шестидесяти четырех километров) между Вашингтоном, округ Колумбия , и Балтимором 24 мая 1844 года. Запатентованное изобретение оказалось прибыльным, и к 1851 году телеграфные линии в Соединенных Штатах охватывали более 20 000 миль (32 000 километров). ^[3]

Первый успешный трансатлантический телеграфный кабель был завершён 27 июля 1866 года, впервые обеспечив трансатлантическую связь. Более ранние трансатлантические кабели, установленные в 1857 и 1858 годах, работали всего несколько дней или недель, прежде чем выходили 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 Грэхем Белл владел основным патентом на телефон, который был необходим для таких служб в обеих странах. С этого момента технология быстро развивалась, и к середине 1880-х годов были построены междугородние линии и телефонные станции в каждом крупном городе Соединенных Штатов. ^{[6] [7] [8]} Несмотря на это, трансатлантическая голосовая связь оставалась невозможной для клиентов до 7 января 1927 года, когда было установлено соединение с использованием радио. Однако кабельного соединения не существовало до тех пор, пока 25 сентября 1956 года не был открыт TAT-1 , обеспечивающий 36 телефонных линий. ^[9]

В 1880 году Белл и его соавтор Чарльз Самнер Тейнтер осуществили первый в мире беспроводной телефонный звонок с помощью модулированных световых лучей, проецируемых фотофонами . Научные принципы их изобретения не использовались в течение нескольких десятилетий, пока они не были впервые применены в военных и волоконно-оптических коммуникациях .

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 передать человеческий голос по беспроводной связи. 25 марта 1925 года шотландский изобретатель Джон Логи Бэрд публично продемонстрировал передачу движущихся силуэтных изображений в лондонском универмаге Selfridges . В октябре 1925 года Бэрду удалось получить движущиеся изображения с полутоновыми оттенками, которые, по большинству оценок, были первыми настоящими телевизионными изображениями. ^[12] Это привело к публичной демонстрации усовершенствованного устройства 26 января 1926 года снова в Selfridges . Первые устройства Бэрда основывались на диске Нипкова и поэтому стали известны как механическое телевидение . Оно легло в основу полуэкспериментальных передач, которые вела Британская вещательная корпорация с 30 сентября 1929 года.

Первым американским спутником для ретрансляции сообщений был Project SCORE в 1958 году, который использовал магнитофон для хранения и пересылки голосовых сообщений. Он использовался для отправки рождественского приветствия миру от президента США Дуайта Д. Эйзенхауэра . В 1960 году NASA запустило спутник Echo ; 100-футовый (30-метровый) алюминизированный шар из ПЭТ-пленки служил пассивным отражателем для радиосвязи. Courier 1B , построенный Philco , также запущенный в 1960 году, был первым в мире активным спутником-ретранслятором. В наши дни спутники используются для многих приложений, таких как использование в GPS, телевидении, Интернете и телефонии.

Telstar был первым активным, прямым ретрансляционным коммерческим спутником связи . Принадлежащий AT&T в рамках многонационального соглашения между AT&T, Bell Telephone Laboratories , NASA, British General Post Office и French National PTT (Post Office) по разработке спутниковой связи, он был запущен NASA с мыса Канаверал 10 июля 1962 года, став первым частным спонсорским космическим запуском. Relay 1 был запущен 13 декабря 1962 года и стал первым спутником, который начал вещание через Тихий океан 22 ноября 1963 года. ^[13]

Первое и исторически наиболее важное применение спутников связи было в межконтинентальной дальней телефонии . Фиксированная телефонная сеть общего пользования ретранслирует телефонные звонки с телефонов наземной линии на наземную станцию , где они затем передаются на принимающую спутниковую антенну через геостационарный спутник на околоземной орбите. Улучшения в подводных кабелях связи за счет использования волоконно-оптических кабелей привели к некоторому снижению использования спутников для фиксированной телефонии в конце 20-го века, но они по-прежнему обслуживают исключительно отдаленные острова, такие как остров Вознесения , остров Святой Елены , Диего-Гарсия и остров Пасхи , где нет подводных кабелей. Есть также некоторые континенты и некоторые регионы стран, где наземная 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 были адаптированы 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 ретрансляторные каналы продолжали значительно падать.

11 сентября 1940 года Джордж Стибиц смог передать задачи с помощью телетайпа на свой Калькулятор комплексных чисел в Нью-Йорке и получить вычисленные результаты обратно в Дартмутский колледж в Нью-Гемпшире . ^[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 изучать коммутацию пакетов — технологию, которая позволяет отправлять порции данных между различными 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 состояла из 213 узлов. ^[15]

Развитие ARPANET было сосредоточено вокруг процесса Request for Comment, и 7 апреля 1969 года был опубликован RFC 1. Этот процесс важен, поскольку ARPANET в конечном итоге объединится с другими сетями, чтобы сформировать Интернет, и многие протоколы связи , на которые сегодня опирается Интернет, были определены через процесс Request for Comment. В сентябре 1981 года RFC 791 представил Интернет-протокол версии 4 (IPv4), а RFC 793 представил Протокол управления передачей (TCP) — таким образом создав протокол TCP/IP, на который сегодня опирается большая часть Интернета.

Оптическое волокно может использоваться в качестве среды для телекоммуникаций и компьютерных сетей , поскольку оно гибкое и может быть свёрнуто в кабели. Оно особенно выгодно для дальней связи, поскольку свет распространяется по волокну с небольшим затуханием по сравнению с электрическими кабелями. Это позволяет покрывать большие расстояния с помощью небольшого количества повторителей .

В 1966 году Чарльз К. Као и Джордж Хокхэм предложили оптические волокна в лабораториях STC (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) были вызваны загрязнениями, которые потенциально можно было удалить.

В 1970 году компания Corning Glass Works успешно разработала оптоволокно с достаточно низким затуханием для целей связи (около 20 дБ /км), и в то же время были разработаны полупроводниковые лазеры на основе GaAs (арсенида галлия) , которые были компактными и, следовательно, подходили для передачи света по оптоволоконным кабелям на большие расстояния.

После периода исследований, начавшихся в 1975 году, была разработана первая коммерческая волоконно-оптическая система связи, которая работала на длине волны около 0,8 мкм и использовала полупроводниковые лазеры GaAs. Эта система первого поколения работала на скорости передачи данных 45  Мбит/с с расстоянием между ретрансляторами до 10 км. Вскоре, 22 апреля 1977 года, General Telephone and Electronics отправила первый живой телефонный трафик по волоконно-оптическому кабелю с пропускной способностью 6 Мбит/с в Лонг-Бич, Калифорния.

Первая в мире широкополосная оптоволоконная кабельная система, похоже, была установлена ​​компанией Rediffusion в Гастингсе, Восточный Суссекс, Великобритания, в 1978 году. Кабели были проложены в каналах по всему городу и имели более 1000 подписчиков. В то время они использовались для передачи телевизионных каналов, недоступных из-за местных проблем с приемом.

Первый трансатлантический телефонный кабель , использующий оптоволокно, был TAT-8 , основанный на оптимизированной технологии лазерного усиления Desurvire. Он был введен в эксплуатацию в 1988 году.

В конце 1990-х и по 2000 год отраслевые промоутеры и исследовательские компании, такие как KMI и RHK, предсказывали значительный рост спроса на пропускную способность связи из-за возросшего использования Интернета и коммерциализации различных потребительских услуг, требующих большой пропускной способности, таких как видео по запросу . Трафик данных по протоколу Интернета рос экспоненциально, быстрее, чем увеличивалась сложность интегральных схем в соответствии с законом Мура . ^[16]

Передатчик (источник информации), который принимает информацию и преобразует ее в сигнал для передачи. В электронике и телекоммуникациях передатчик или радиопередатчик — это электронное устройство , которое с помощью антенны производит радиоволны . Помимо их использования в вещании , передатчики являются необходимыми составными частями многих электронных устройств, которые общаются по радио , таких как сотовые телефоны ,

Среда передачи , по которой передается сигнал. Например, средой передачи звука обычно является воздух, но твердые тела и жидкости также могут выступать в качестве среды передачи звука. Многие среды передачи используются в качестве канала связи . Одним из наиболее распространенных физических носителей, используемых в сетях, является медный провод . Медный провод используется для передачи сигналов на большие расстояния с использованием относительно небольшого количества энергии. Другим примером физической среды является оптоволокно , которое стало наиболее часто используемой средой передачи для дальней связи. Оптоволокно представляет собой тонкую стеклянную 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 .

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. Он используется с антенной . Информация, выдаваемая приемником, может быть в форме звука (аудиосигнала ) , изображений ( видеосигнала ) или цифровых данных . ^[17]

Проводная связь использует подземные кабели связи (реже — воздушные линии), электронные усилители сигналов (ретрансляторы), вставляемые в соединительные кабели в определённых точках, и оконечные устройства различных типов в зависимости от вида применяемой проводной связи. ^[18]

Беспроводная связь подразумевает передачу информации на расстояние без помощи проводов, кабелей или любых других форм электрических проводников. ^[19] Беспроводные операции позволяют предоставлять услуги, такие как связь на больших расстояниях, 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 проводов. ^[20] Информация передается таким образом как на короткие, так и на большие расстояния. ^{[ требуется ссылка ]}

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

Сетевой инженер — это компьютерный инженер, который отвечает за проектирование, развертывание и обслуживание компьютерных сетей. Кроме того, он контролирует работу сети из центра сетевых операций , проектирует магистральную инфраструктуру или контролирует взаимосвязи в центре обработки данных .

Инженер центрального офиса отвечает за проектирование и контроль внедрения телекоммуникационного оборудования в центральном офисе (CO для краткости), также называемом проводным центром или телефонной станцией ^[21] Инженер CO отвечает за интеграцию новой технологии в существующую сеть, назначение местоположения оборудования в проводном центре и предоставление питания, синхронизации (для цифрового оборудования) и средств мониторинга аварийной сигнализации для нового оборудования. Инженер CO также отвечает за предоставление большего количества питания, синхронизации и средств мониторинга аварийной сигнализации, если в настоящее время их недостаточно для поддержки нового устанавливаемого оборудования. Наконец, инженер CO отвечает за проектирование того, как огромное количество кабеля будет распределено по различному оборудованию и монтажным рамкам по всему проводному центру, а также за контроль установки и включения всего нового оборудования.

Как инженеры-конструкторы , инженеры CO отвечают за проектирование конструкций и размещение стеллажей и отсеков для устанавливаемого оборудования, а также за размещение установки.

Как инженеры-электрики , инженеры CO отвечают за проектирование сопротивления , емкости и индуктивности (RCL) всех новых установок, чтобы гарантировать, что телефонная связь будет четкой и ясной, а передача данных чистой и надежной. Для определения длины и размера кабеля, необходимых для предоставления требуемой услуги, требуются расчеты затухания или постепенной потери интенсивности ^{[ требуется ссылка ]} и потерь в петле. Кроме того, необходимо рассчитать и обеспечить требования к мощности для питания любого электронного оборудования, размещаемого в центре провода.

В целом инженеры CO столкнулись с новыми проблемами, возникающими в среде CO. С появлением центров обработки данных, объектов интернет-протокола (IP), сайтов сотовой радиосвязи и других сред оборудования с новыми технологиями в телекоммуникационных сетях важно внедрить последовательный набор устоявшихся практик или требований.

Поставщики установки или их субподрядчики должны предоставлять 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 ряд других факторов, таких как:

• Правила и безопасность при монтаже
• Удаление опасных материалов
• Обычно используемые инструменты для установки и снятия оборудования

Инженеров по внешним установкам (OSP) также часто называют полевыми инженерами, потому что они часто проводят много времени в полевых условиях, делая заметки о гражданской среде, воздушной, надземной и подземной. ^{[ требуется ссылка ]} Инженеры OSP отвечают за доставку установки (медной, оптоволоконной и т. д.) от центра проводов до точки распределения или пункта назначения напрямую. Если используется конструкция точки распределения, то кросс-коммутационная коробка размещается в стратегическом месте для питания определенной области распределения.

Затем устанавливается кросс -коммутационная коробка, также известная как интерфейс обслуживающей зоны , чтобы упростить подключение от центра проводов к точке назначения и задействовать меньше объектов, не имея выделенных объектов от центра проводов к каждой точке назначения. Затем завод доставляется непосредственно к точке назначения или к другому небольшому закрытию, называемому терминалом, где также можно получить доступ к заводу, если это необходимо. Эти точки доступа предпочтительны, поскольку они позволяют сократить время ремонта для клиентов и экономят операторам телефонной связи большие суммы денег.

Электроснабжение объектов электростанции может осуществляться через подземные сооружения, либо непосредственно заглубленные, либо через трубопроводы, а в некоторых случаях и через проложенные под водой, через воздушные сооружения, такие как телефонные или электрические столбы, или посредством микроволновых радиосигналов на большие расстояния, где любой из двух других методов слишком затратен.

Как инженеры-конструкторы , инженеры OSP отвечают за структурное проектирование и размещение вышек сотовой связи и телефонных столбов, а также за расчет возможностей существующих телефонных или электрических столбов, на которые устанавливается новая установка. Структурные расчеты требуются при бурении под интенсивным движением, например, на автомагистралях, или при креплении к другим конструкциям, например, мостам. Также необходимо учитывать подпорки для более крупных траншей или котлованов. Конструкции трубопроводов часто включают оболочки из пульпы, которые необходимо спроектировать для поддержки конструкции и выдерживания окружающей среды (тип почвы, зоны интенсивного движения и т. д.).

Как инженеры-электрики , инженеры OSP отвечают за проектирование сопротивления, емкости и индуктивности (RCL) всех новых установок, чтобы гарантировать, что телефонная связь будет четкой и ясной, а передача данных чистой и надежной. Для определения длины и размера кабеля, необходимых для предоставления требуемой услуги, требуются расчеты затухания или постепенной потери интенсивности ^{[ требуется ссылка ]} и потерь в петле. Кроме того, необходимо рассчитать и обеспечить требования к питанию для любого электронного оборудования, размещаемого в полевых условиях. При размещении оборудования, объектов и установок в полевых условиях необходимо учитывать потенциал земли, чтобы учесть удары молнии, перехват высокого напряжения от неправильно заземленных или сломанных объектов энергетической компании, а также от различных источников электромагнитных помех.

Как инженеры-строители , инженеры OSP отвечают за составление планов, вручную или с использованием программного обеспечения для автоматизированного проектирования (САПР), для того, как будут размещены объекты телекоммуникационной станции. Часто при работе с муниципалитетами требуются разрешения на рытье траншей или бурение, и для них должны быть сделаны чертежи. Часто эти чертежи включают около 70% или около того подробной информации, необходимой для прокладки дороги или добавления полосы поворота к существующей улице. Структурные расчеты требуются при бурении под интенсивными транспортными потоками, такими как шоссе, или при присоединении к другим сооружениям, таким как мосты. Как инженеры-строители, инженеры по телекоммуникациям обеспечивают современную коммуникационную основу для всех технологических коммуникаций, распространенных во всех цивилизациях сегодня.

Уникальной особенностью телекоммуникационной техники является использование кабеля с воздушным сердечником, для которого требуется обширная сеть оборудования для обработки воздуха, такого как компрессоры, коллекторы, регуляторы и сотни миль воздуховодов на систему, которые подключаются к герметичным соединительным коробкам. Все это предназначено для герметизации этой особой формы медного кабеля с целью предотвращения попадания влаги и обеспечения чистого сигнала для клиента.

Как политический и социальный посол , инженер OSP является лицом и голосом телефонной компании-оператора для местных властей и других коммунальных служб. Инженеры OSP часто встречаются с муниципалитетами, строительными компаниями и другими коммунальными службами, чтобы обсудить их проблемы и рассказать им о том, как работает и функционирует телефонная компания. ^{[ требуется цитата ]} Кроме того, инженер OSP должен обеспечить недвижимость, на которой можно разместить внешние объекты, например, сервитут для установки кросс-коммутационной коробки.

• Dahlman, Erik; Parkvall, Stefan; Beming, Per; Bovik, Alan C.; Fette, Bruce A.; Jack, Keith; Skold, Johan; Dowla, Farid; Chou, Philip A.; DeCusatis, Casimer (2009). Справочник по инженерным коммуникациям . Academic Press. стр. 544. ISBN 978-0-12-374648-1.

• Медиа, связанные с инженерией коммуникаций на Wikimedia Commons