Телекоммуникационная инженерия — это раздел электроники , целью которого является проектирование и разработка систем связи на расстоянии. [1] [2] Работа варьируется от проектирования базовых схем до массовых стратегических разработок. Инженер по телекоммуникациям отвечает за проектирование и контроль установки телекоммуникационного оборудования и средств, таких как сложные электронные коммутационные системы и другие простые старые средства телефонной связи , оптоволоконные кабели, IP-сети и системы микроволновой передачи . Телекоммуникационная инженерия также пересекается с радиовещательной инженерией .
Телекоммуникации – это разнообразная область техники, связанная с электронной , гражданской и системной инженерией . [1] В конечном итоге инженеры связи отвечают за предоставление услуг высокоскоростной передачи данных . Они используют различное оборудование и транспортные средства для проектирования инфраструктуры телекоммуникационной сети; Наиболее распространенными средами, используемыми сегодня в проводных телекоммуникациях, являются витая пара , коаксиальные кабели и оптические волокна . Инженеры в области телекоммуникаций также предоставляют решения, основанные на беспроводных режимах связи и передачи информации, такие как услуги беспроводной телефонии, радио и спутниковой связи , Интернет , Wi-Fi и широкополосные технологии.
Телекоммуникационные системы обычно разрабатываются инженерами связи в результате технологических усовершенствований в телеграфной отрасли в конце 19 века, а также в радио- и телефонной промышленности в начале 20 века. Сегодня телекоммуникации широко распространены, и устройства, помогающие этому процессу, такие как телевидение, радио и телефон, распространены во многих частях мира. Существует также множество сетей, которые соединяют эти устройства, включая компьютерные сети, коммутируемую телефонную сеть общего пользования ( PSTN), радиосети и телевизионные сети. Компьютерная связь через Интернет является одним из многих примеров телекоммуникаций. [ нужна цитата ] Телекоммуникации играют жизненно важную роль в мировой экономике, а доходы телекоммуникационной отрасли составляют чуть менее 3% валового мирового продукта. [ нужна цитата ]
Сэмюэл 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, в который было интегрировано устройство регистрации 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 в Соединенных Штатах были построены телеграфные линии. Штаты охватывали более 20 000 миль (32 000 километров). [3]
Первый успешный трансатлантический телеграфный кабель был проложен 27 июля 1866 года, что впервые позволило осуществлять трансатлантическую телекоммуникационную связь. Ранее трансатлантические кабели, проложенные в 1857 и 1858 годах, работали всего несколько дней или недель, прежде чем вышли из строя. [4] Международное использование телеграфа иногда называют « Викторианским Интернетом ». [5]
Первые коммерческие телефонные службы были созданы в 1878 и 1879 по обе стороны Атлантики в городах Нью-Хейвен и Лондон . Александр Грэм Белл владел генеральным патентом на телефон, необходимый для таких услуг в обеих странах. С этого момента технология быстро развивалась: к середине 1880-х годов в каждом крупном городе Соединенных Штатов были построены междугородные линии и телефонные станции . [6] [7] [8] Несмотря на это, трансатлантическая голосовая связь оставалась невозможной для клиентов до 7 января 1927 года, когда связь была установлена с помощью радио. Однако кабельной связи не существовало до тех пор, пока 25 сентября 1956 года не был открыт ТАТ-1 , обеспечивающий 36 телефонных линий. [9]
В 1880 году Белл и его соавтор Чарльз Самнер Тейнтер провели первый в мире беспроводной телефонный звонок с помощью модулированных световых лучей, излучаемых фотофонами . Научные принципы их изобретения не использовались в течение нескольких десятилетий, когда они были впервые применены в военной и оптоволоконной связи .
За несколько лет, начиная с 1894 года, итальянский изобретатель Гульельмо Маркони построил первую полную и 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 сети. 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 общему мнению, были первыми настоящими телевизионными изображениями. [12] Это привело к публичной демонстрации улучшенного устройства 26 января 1926 года снова в Selfridges . Первые устройства Бэрда основывались на диске Нипкова и поэтому стали известны как механическое телевидение . Он лег в основу полуэкспериментальных передач Британской радиовещательной корпорации, начиная с 30 сентября 1929 года.
Первым американским спутником для ретрансляции связи был проект SCORE в 1958 году, в котором для хранения и пересылки голосовых сообщений использовался магнитофон . Его использовали для отправки миру рождественского поздравления от президента США Дуайта Д. Эйзенхауэра . В 1960 году НАСА запустило спутник «Эхо» ; 100-футовый (30-метровый) воздушный шар из алюминизированной ПЭТ-пленки служил пассивным отражателем для радиосвязи. Courier 1B , построенный компанией Philco и также запущенный в 1960 году, был первым в мире активным спутником-ретранслятором. В наши дни спутники используются во многих приложениях, таких как GPS, телевидение, Интернет и телефония.
Telstar был первым активным коммерческим спутником прямой ретрансляции . Принадлежащий AT&T в рамках многонационального соглашения между AT&T, Bell Telephone Laboratories , НАСА, Британским Главпочтамтом и Французским национальным PTT (почтовым отделением) о разработке спутниковой связи, он был запущен НАСА с мыса Канаверал в июле. 10 октября 1962 года — первый космический запуск, спонсируемый частными лицами. Реле 1 было запущено 13 декабря 1962 года и стало первым спутником, осуществлявшим вещание через Тихий океан 22 ноября 1963 года. [13]
Первым и исторически наиболее важным применением спутников связи была межконтинентальная междугородная телефонная связь . Фиксированная коммутируемая телефонная сеть общего пользования передает телефонные звонки со стационарных телефонов на земную станцию , где они затем передаются на приемную спутниковую антенну через геостационарный спутник на околоземной орбите. Усовершенствования подводных кабелей связи за счет использования оптоволокна вызвали некоторое снижение использования спутников для фиксированной телефонной связи 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 не работают подводные кабели. Есть также некоторые континенты и некоторые регионы стран, где проводная связь редка или вообще 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 создана через спутники связи, начиная с 1979 года множество других коммерческих телекоммуникаций также были адаптированы к аналогичным спутникам, включая мобильные спутниковые телефоны , спутниковое радио , спутниковое телевидение и спутниковый доступ в Интернет . Самая ранняя адаптация большинства таких услуг произошла в 1990-х годах, поскольку цены на каналы коммерческих спутниковых транспондеров продолжали значительно снижаться.
11 сентября 1940 года Джордж Стибиц смог с помощью телетайпа передать задачи на свой калькулятор комплексных чисел в Нью-Йорке и получить вычисленные результаты обратно в Дартмутский колледж в Нью-Гэмпшире . [14] Эта конфигурация централизованного компьютера или мэйнфрейма с удаленными «глупыми терминалами» оставалась популярной на протяжении 1950-х и 1960-х годов. Однако только в 1960-х годах исследователи начали исследовать коммутацию пакетов — технологию, которая позволяет пересылать фрагменты данных между разными компьютерами без предварительного прохождения через централизованный мэйнфрейм. Сеть с четырьмя узлами возникла 5 декабря 1969 года. Вскоре эта сеть стала ARPANET , которая к 1981 году будет состоять из 213 узлов. [15]
Развитие ARPANET было сосредоточено на процессе запроса комментариев, 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 в процессе запроса комментариев. В сентябре 1981 года RFC 791 представил Интернет-протокол версии 4 (IPv4), а RFC 793 представил протокол управления передачей (TCP), создав таким образом протокол TCP/IP, на который сегодня опирается большая часть Интернета.
_administrator_with_the_380th_Expeditionary_Security_Forces_Squadron,_tests_a_fiber_optic_wire_130320-F-ME639-036.jpg/1280px-thumbnail.jpg)
Оптическое волокно можно использовать в качестве среды для телекоммуникаций и компьютерных сетей , поскольку оно гибкое и может быть объединено в кабели. Это особенно выгодно для связи на большие расстояния, поскольку свет распространяется по волокну с небольшим затуханием по сравнению с электрическими кабелями. Это позволяет охватить большие расстояния с помощью небольшого количества ретрансляторов .
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) произошло из-за загрязнений, 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 (арсенид галлия) , которые были компактны и поэтому пригодны для передачи света. по оптоволоконным кабелям на большие расстояния.
После периода исследований, начавшихся с 1975 года, 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 со скоростью передачи данных 45 Мбит/ с с расстоянием между ретрансляторами до 10 км. Вскоре, 22 апреля 1977 года, компания General Telephone and Electronics отправила первый прямой телефонный трафик по оптоволоконному кабелю со скоростью 6 Мбит/с в Лонг-Бич, Калифорния.
Первая в мире волоконно-оптическая кабельная система глобальной сети, похоже, была установлена компанией Rediffusion в Гастингсе, Восточный Суссекс, Великобритания, в 1978 году. Кабели были проложены по воздуховодам по всему городу, и у них было более 1000 абонентов. В то время они использовались для передачи телевизионных каналов, недоступных из-за проблем с местным приемом.
Первым трансатлантическим телефонным кабелем , в котором использовалось оптическое волокно, был ТАТ-8 , основанный на оптимизированной технологии лазерного усиления Desurvire. Введен в эксплуатацию в 1988 году.
В конце 1990-х по 2000 год отраслевые промоутеры и исследовательские компании, такие как KMI и RHK, предсказывали огромный рост спроса на полосу пропускания связи из-за более широкого использования Интернета и коммерциализации различных потребительских услуг, требующих высокой пропускной способности, таких как видео по запросу. . Трафик данных Интернет-протокола рос экспоненциально, быстрее, чем увеличивалась сложность интегральных схем согласно закону 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 излучает радиоволны . Помимо использования в радиовещании , передатчики являются необходимыми составными частями многих электронных устройств, общающихся по радио , таких как сотовые телефоны ,
Среда передачи , по которой передается сигнал. Например, средой передачи звука обычно является воздух, но средами передачи звука могут также выступать твердые тела и жидкости. Многие средства передачи используются в качестве канала связи . Одной из наиболее распространенных физических сред, 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 оптическое волокно , которое стало наиболее часто используемой средой передачи для связи на большие расстояния. Оптическое волокно представляет собой тонкую стеклянную нить, которая направляет свет по всей своей длине.
Отсутствие материальной среды в вакууме также может служить средой передачи электромагнитных волн, таких как свет и радиоволны .
Приемник ( приемник информации ), который принимает и преобразует сигнал обратно в необходимую информацию. В радиосвязи радиоприемник — это электронное устройство, которое принимает радиоволны и преобразует переносимую ими информацию в удобную для использования форму. Используется с антенной . Информация, создаваемая приемником, может быть в форме звука (аудиосигнал ) , изображения ( видеосигнал ) или цифровых данных . [17]
В проводной связи используются подземные кабели связи (реже воздушные линии связи), электронные усилители сигнала (ретрансляторы), вставленные в соединительные кабели в определенных точках, а также оконечная аппаратура различных типов в зависимости от типа используемой проводной связи. [18]
Беспроводная связь предполагает передачу информации на расстояние без помощи проводов, кабелей или любых других электрических проводников. [19] Беспроводные операции позволяют предоставлять 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 ту или иную 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. [ нужна цитата ]
Инженер телекоммуникационного оборудования — это инженер-электронщик, который разрабатывает такое оборудование, как маршрутизаторы, коммутаторы, мультиплексоры и другое специализированное компьютерное/электронное оборудование, предназначенное для использования в инфраструктуре телекоммуникационной сети.
Сетевой инженер — это компьютерный инженер, который отвечает 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 отвечает за проектирование и контроль внедрения телекоммуникационного оборудования в центральном офисе (сокращенно ЦО), также называемом проводным центром или телефонной станцией [21]. Инженер центрального офиса отвечает за интеграцию новых технологий в существующей сети, определяя расположение оборудования в проводном центре и обеспечивая питание, синхронизацию (для цифрового оборудования) и средства мониторинга сигналов тревоги для нового оборудования. Инженер CO также отвечает за предоставление дополнительных средств электропитания, синхронизации и мониторинга сигналов тревоги, если в настоящее время их недостаточно для поддержки устанавливаемого нового оборудования. Наконец, инженер CO отвечает за проектирование того, как огромные количества кабелей будут распределяться по различному оборудованию и монтажным рамам по всему центру проводов, а также контролирует установку и подключение всего нового оборудования.
Как инженеры-строители , инженеры CO отвечают за проектирование конструкции и размещение стеллажей и отсеков для устанавливаемого оборудования, а также за установку установки.
Как инженеры-электрики , инженеры CO отвечают за проектирование сопротивления , емкости и индуктивности (RCL) всех новых установок, чтобы обеспечить четкость и четкость телефонной связи, а также чистоту и надежность передачи данных. Затухание или постепенная потеря интенсивности [ нужна ссылка ] и расчеты потерь в контуре необходимы для определения длины и размера кабеля, необходимых для предоставления требуемой услуги. Кроме того, необходимо рассчитать и обеспечить питание любого электронного оборудования, размещенного в центре проводов.
В целом инженеры по CO столкнулись с новыми проблемами, возникающими в среде CO. С появлением центров обработки данных, средств Интернет-протокола (IP), узлов сотовой радиосвязи и другого оборудования с новыми технологиями в телекоммуникационных сетях важно, чтобы был реализован последовательный набор устоявшихся практик или требований.
Ожидается, что поставщики установок или их субподрядчики предоставят требования к своим продуктам, функциям или услугам. Эти услуги могут быть связаны с установкой нового или расширенного оборудования, а также демонтажем существующего оборудования. [22] [23]
Необходимо учитывать ряд других факторов, таких как:
Инженеров внешних предприятий (OSP) также часто называют полевыми инженерами, поскольку они часто проводят много времени в полевых условиях, делая записи о гражданской среде, воздушной, надземной и подземной. [ нужна ссылка ] Инженеры OSP несут ответственность за транспортировку оборудования (медь, волокно и т. д.) из центра проводов непосредственно в точку распределения или точку назначения. Если используется конструкция точки распределения, то коробка кросс-коммутации размещается в стратегическом месте для подачи питания в определенную зону распределения.
Затем устанавливается коробка кросс-коммутации , также известная как интерфейс зоны обслуживания , чтобы упростить подключение от центра проводки к точке назначения и связывать меньше объектов за счет отсутствия выделенных средств от центра проводов до каждого пункта назначения. точка. Затем завод доставляется прямо в пункт назначения или на другой небольшой перевалочный пункт, называемый терминалом, откуда при необходимости также можно получить доступ к заводу. Эти точки доступа являются предпочтительными, поскольку они позволяют клиентам сократить время ремонта и сэкономить компаниям-операторам телефонной связи большие суммы денег.
Объекты электростанции могут быть доставлены по подземным сооружениям, либо непосредственно заглубленным, либо по трубопроводу, либо, в некоторых случаях, проложенным под водой, через воздушные средства, такие как телефонные или электрические столбы, или с помощью микроволновых радиосигналов на большие расстояния, где возможен любой из двух других методов. слишком дорого.
Как инженеры-строители , инженеры OSP отвечают за структурное проектирование и размещение вышек сотовой связи и телефонных столбов, а также за расчет характеристик существующих телефонных или электрических опор, к которым добавляется новая станция. Структурные расчеты необходимы при бурении в местах с интенсивным движением транспорта, например, на автомагистралях, или при креплении к другим конструкциям, например, мостам. Крепление также необходимо принимать во внимание для больших траншей или ям. Конструкции трубопроводов часто включают оболочки для жидкого раствора, которые необходимо спроектировать так, чтобы поддерживать конструкцию и противостоять окружающей среде (тип почвы, зоны с интенсивным движением транспорта и т. д.).
Как инженеры-электрики , инженеры OSP отвечают за проектирование сопротивления, емкости и индуктивности (RCL) всех новых установок, чтобы обеспечить четкость и четкость телефонной связи, а также чистоту и надежность передачи данных. Затухание или постепенная потеря интенсивности [ нужна ссылка ] и расчеты потерь в контуре необходимы для определения длины и размера кабеля, необходимых для предоставления требуемой услуги. Кроме того, необходимо рассчитать и обеспечить питание любого электронного оборудования, размещенного в полевых условиях. При размещении оборудования, сооружений и установок на местах необходимо учитывать потенциал земли, чтобы учесть удары молнии, перехват высокого напряжения от неправильно заземленных или поврежденных объектов энергокомпании, а также от различных источников электромагнитных помех.
Будучи инженерами-строителями , инженеры OSP несут ответственность за составление планов размещения объектов телекоммуникационного оборудования вручную или с использованием программного обеспечения для автоматизированного проектирования (САПР). Часто при работе с муниципалитетами требуются разрешения на траншею или бурение, и для этого необходимо сделать чертежи. Часто эти чертежи содержат около 70% подробной информации, необходимой для прокладки дороги или добавления поворотной полосы к существующей улице. Структурные расчеты необходимы при бурении в местах с интенсивным движением транспорта, например, на автомагистралях, или при креплении к другим конструкциям, например, мостам. Будучи инженерами-строителями, инженеры связи обеспечивают современную основу для всех технологических коммуникаций, распределенных сегодня по цивилизациям.
Уникальной особенностью телекоммуникационной техники является использование кабеля с воздушной сердцевиной, для которого требуется разветвленная сеть оборудования для обработки воздуха, такого как компрессоры, коллекторы, регуляторы и сотни миль воздушных труб на систему, которая соединяется с герметичными кожухами для сращивания, которые предназначены для создания давления в этой специальной форме. медного кабеля для защиты от влаги и обеспечения чистого сигнала клиенту.
Будучи политическим и социальным представителем , инженер OSP является лицом и голосом телефонной компании для местных властей и других коммунальных предприятий. Инженеры OSP часто встречаются с представителями муниципалитетов, строительных компаний и других коммунальных предприятий, чтобы решить их проблемы и рассказать им о том, как работает телефонная компания. [ нужна цитата ] Кроме того, инженер OSP должен обеспечить недвижимость для размещения внешних объектов, таких как сервитут для размещения коробки кросс-соединения.
СМИ, связанные с коммуникационной инженерией, на Викискладе?