Telekomunikační technika - Telecommunications engineering

Telekomunikační inženýr pracující na udržení londýnské telefonní služby během 2. světové války, v roce 1942.

Telecommunications Engineering je inženýrská disciplína zaměřená na elektrické a počítačové inženýrství, která se snaží podporovat a vylepšovat telekomunikační systémy. Práce sahá od základního návrhu obvodu po strategický masový vývoj. Telekomunikační inženýr je zodpovědný za navrhování a dohled nad instalací telekomunikačních zařízení a zařízení, jako jsou složité elektronické přepínací systémy a další prostá stará telefonní servisní zařízení, kabeláž z optických vláken , sítě IP a mikrovlnné přenosové systémy. Telekomunikační inženýrství se také překrývá s vysílacím inženýrstvím .

Telekomunikace je různorodá oblast inženýrství propojená s elektronickým , občanským a systémovým inženýrstvím . V konečném důsledku jsou za poskytování služeb vysokorychlostního přenosu dat zodpovědní telekomunikační technici . K návrhu infrastruktury telekomunikační sítě používají nejrůznější zařízení a přepravní média; nejběžnějšími médii, která dnes kabelová telekomunikace používá, jsou kroucená dvoulinka , koaxiální kabely a optická vlákna . Telekomunikační inženýři také poskytují řešení, která se točí kolem bezdrátových způsobů komunikace a přenosu informací, jako jsou služby bezdrátového telefonování, rádiová a satelitní komunikace , internet , Wi-Fi a širokopásmové technologie.

Dějiny

Telekomunikační systémy jsou obecně navrhovány telekomunikačními inženýry, které vycházejí z technologických vylepšení v telegrafním průmyslu na konci 19. století a v rádiovém a telefonním průmyslu na počátku 20. století. Dnes je telekomunikace velmi rozšířená a zařízení, která tomuto procesu pomáhají, jako je televize, rádio a telefon, jsou běžná v mnoha částech světa. Existuje také mnoho sítí, které tato zařízení spojují, včetně počítačových sítí, veřejné telefonní sítě (PSTN), rádiových sítí a televizních sítí. Počítačová komunikace přes internet je jedním z mnoha příkladů telekomunikací. Telekomunikace hraje ve světové ekonomice zásadní roli a příjmy telekomunikačního průmyslu se pohybují těsně pod 3% hrubého světového produktu.

Telegraf a telefon

Velký boxový telefon Alexandra Grahama Bella, 1876, jeden z prvních komerčně dostupných telefonů - Národní muzeum americké historie

Samuel Morse nezávisle vyvinul verzi elektrického telegrafu, kterou neúspěšně předvedl 2. září 1837. Brzy poté, co se k němu připojil Alfred Vail, který vyvinul registr - telegrafní terminál, který integroval záznamové zařízení pro záznam zpráv na papírovou pásku. To bylo úspěšně prokázáno na třech mílích (pět kilometrů) dne 6. ledna 1838 a nakonec přes čtyřicet mil (šedesát čtyři kilometrů) mezi Washingtonem, DC a Baltimore dne 24. května 1844. Patentovaný vynález se ukázal jako lukrativní a 1851 telegrafních linek ve Spojených Státy se rozprostíraly přes 20 000 mil (32 000 kilometrů).

První úspěšný transatlantický telegrafní kabel byl dokončen 27. července 1866, což poprvé umožnilo transatlantickou telekomunikaci. Dřívější transatlantické kabely instalované v letech 1857 a 1858 fungovaly jen několik dní nebo týdnů, než selhaly. Mezinárodní použití telegrafu se někdy přezdívalo „ viktoriánský internet “.

První komerční telefonní služby byly zřízeny v letech 1878 a 1879 na obou stranách Atlantiku ve městech New Haven a Londýn . Alexander Graham Bell držel hlavní patent na telefon, který byl potřebný pro takové služby v obou zemích. Technologie od tohoto okamžiku rychle rostla, meziměstské linky byly budovány a telefonní ústředny v každém větším městě USA do poloviny 80. let 19. století. Navzdory tomu zůstala transatlantická hlasová komunikace pro zákazníky nemožná až do 7. ledna 1927, kdy bylo navázáno spojení pomocí rádia. Žádné kabelové připojení však neexistovalo, dokud nebyl 25. září 1956 slavnostně otevřen TAT-1 poskytující 36 telefonních obvodů.

V roce 1880, Bell a co-vynálezce Charles Sumner Tainter proveden jako první na světě bezdrátovou telefonní hovor prostřednictvím modulovaných lightbeams promítaných photophones . Vědecké principy jejich vynálezu by nebyly použity po několik desetiletí, kdy byly poprvé nasazeny ve vojenské a optické komunikaci .

Rozhlas a televize

Krystal rádia Marconi

Již několik let počínaje rokem 1894 italský vynálezce Guglielmo Marconi postavil první kompletní, komerčně úspěšný bezdrátový telegrafický systém založený na elektromagnetických vlnách šířených vzduchem ( rádiový přenos ). V prosinci 1901 pokračoval v navázání bezdrátové komunikace mezi Británií a Newfoundlandem a v roce 1909 mu vynesl Nobelovu cenu za fyziku (kterou sdílel s Karlem Braunem ). V roce 1900 byl Reginald Fessenden schopen bezdrátově přenášet lidský hlas. 25. března 1925 skotský vynálezce John Logie Baird veřejně předvedl přenos pohyblivých siluetových obrázků v londýnském obchodním domě Selfridges . V říjnu 1925 byl Baird úspěšný v získávání pohyblivých obrázků s polotónovými odstíny, které byly podle většiny prvních skutečnými televizními obrázky. To vedlo k veřejné demonstraci vylepšeného zařízení 26. ledna 1926 opět v Selfridges . Bairdova první zařízení spoléhala na disk Nipkow a stala se tak známou jako mechanická televize . To tvořilo základ semi-experimentální vysílání prováděné British Broadcasting Corporation počínaje 30. zářím 1929.

Družice

První americký satelit, který přenášel komunikaci, byl Project SCORE v roce 1958, který používal magnetofon k ukládání a předávání hlasových zpráv. Sloužilo k odeslání vánočního pozdravu světu od amerického prezidenta Dwighta D. Eisenhowera . V roce 1960 NASA vypustila satelit Echo ; aluminizovaný PET filmový balón o délce 100 stop (30 m) sloužil jako pasivní reflektor pro radiovou komunikaci. Courier 1B , postavený společností Philco , také vypuštěný v roce 1960, byl prvním aktivním opakovacím satelitem na světě. Satelity se v dnešní době používají pro mnoho aplikací, jako je použití v GPS, televizi, internetu a telefonech.

Telstar byl první aktivní komerční komunikační satelit s přímým přenosem . Patřící do AT&T jako součást nadnárodní dohody mezi AT&T, Bell Telephone Laboratories , NASA, British General Post Office a French National PTT (Post Office) o rozvoji satelitní komunikace, byla spuštěna NASA z mysu Canaveral v červenci 10, 1962, první soukromě sponzorovaný vesmírný start. Relé 1 bylo vypuštěno 13. prosince 1962 a 22. listopadu 1963 se stalo prvním satelitem, který vysílal přes Pacifik .

První a historicky nejdůležitější aplikací pro komunikační satelity byla mezikontinentální dálková telefonie . Pevná veřejná komutovaná telefonní síť přenáší telefonní hovory z pozemních telefonů na pozemskou stanici , kde jsou pak vysílány přijímací satelitní anténu přes geostacionární satelit na oběžné dráze Země. Vylepšení podmořských komunikačních kabelů díky použití optických vláken způsobilo na konci 20. století určitý pokles ve využívání satelitů pro pevnou telefonii, ale stále slouží výhradně vzdáleným ostrovům, jako jsou Ascension Island , Saint Helena , Diego Garcia a Velikonoční ostrov , kde nejsou v provozu žádné podmořské kabely. Existují také některé kontinenty a některé regiony zemí, kde jsou pozemní telekomunikace vzácné až neexistující, například Antarktida , plus velké regiony Austrálie , Jižní Ameriky , Afriky , severní Kanady , Číny , Ruska a Grónska .

Poté, co byla prostřednictvím komunikačních satelitů zřízena komerční dálková telefonní služba, byla od roku 1979 na podobné satelity adaptována i řada dalších komerčních telekomunikací, včetně mobilních satelitních telefonů , satelitního rádia , satelitní televize a satelitního přístupu na internet . Nejčasnější adaptace pro většinu takových služeb nastala v 90. letech 20. století, protože ceny komerčních kanálů satelitních transpondérů nadále výrazně klesaly.

Počítačové sítě a internet

Symbolické znázornění Arpanetu v září 1974

Dne 11. září 1940, George Stibitz dokázal problémů vysílacích využitím dálnopisu k jeho kalkulačka komplexního čísla v New Yorku a přijímat vypočtených výsledků zpátky na Dartmouth College v New Hampshire . Tato konfigurace centralizovaného počítače nebo sálového počítače se vzdálenými „hloupými terminály“ zůstala populární po celá padesátá léta a až do šedesátých let minulého století. Výzkumníci však začali zkoumat přepínání paketů až v šedesátých letech minulého století - technologii, která umožňuje odesílání kusů dat mezi různými počítači, aniž by nejprve procházel centralizovaným sálovým počítačem. Síť se čtyřmi uzly vznikla 5. prosince 1969. Z této sítě se brzy stal ARPANET , který do roku 1981 sestával z 213 uzlů.

Vývoj ARPANET se soustředil kolem procesu Žádost o komentář a dne 7. dubna 1969 byl vydán RFC 1. Tento proces je důležitý, protože ARPANET by se nakonec spojil s jinými sítěmi a vytvořil internet. Mnoho komunikačních protokolů , na které dnes internet spoléhá, ​​bylo specifikováno v procesu Request for Comment. V září 1981 zavedl RFC 791 protokol Internet Protocol verze 4 (IPv4) a RFC 793 zavedl protokol TCP ( Transmission Control Protocol ) - čímž vytvořil protokol TCP/IP, na který se dnes velká část internetu spoléhá.

Optické vlákno

Optické vlákno lze použít jako médium pro telekomunikační a počítačové sítě, protože je flexibilní a lze jej spojit do kabelů. To je zvláště výhodné pro dálkové komunikace, protože světlo se šíří vláknem s malým útlumem ve srovnání s elektrickými kabely. Díky tomu lze dlouhé vzdálenosti překlenout několika opakovači .

V roce 1966 Charles K. Kao a George Hockham navrhli optická vlákna v STC Laboratories (STL) v Harlow v Anglii, když ukázali, že ztráty 1000 dB/km ve stávajícím skle (ve srovnání s 5-10 dB/km v koaxiálním kabelu) bylo kvůli kontaminantům, které by mohly být potenciálně odstraněny.

Optické vlákno bylo úspěšně vyvinuto v roce 1970 společností Corning Glass Works s dostatečně nízkým útlumem pro komunikační účely (asi 20 dB /km) a současně byly vyvinuty polovodičové lasery GaAs (gallium arsenide), které byly kompaktní, a proto vhodné pro přenos světla přes kabely z optických vláken na velké vzdálenosti.

Po období výzkumu počínaje rokem 1975 byl vyvinut první komerční komunikační systém s optickými vlákny, který pracoval na vlnové délce kolem 0,8 µm a používal polovodičové lasery GaAs. Tento systém první generace pracoval s přenosovou rychlostí 45  Mbps s roztečí opakovače až 10 km. Brzy dne 22. dubna 1977, General Telephone and Electronics odeslal první živý telefonní provoz prostřednictvím optických vláken při propustnosti 6 Mbit/s v Long Beach v Kalifornii.

Zdá se, že první širokopásmový kabelový systém na světě s optickými vlákny byl nainstalován společností Rediffusion v Hastingsu ve východním Sussexu ve Velké Británii v roce 1978. Kabely byly umístěny do potrubí po celém městě a měly více než 1000 předplatitelů. V té době byly používány pro přenos televizních kanálů, které nebyly k dispozici kvůli problémům s místním příjmem.

První transatlantický telefonní kabel využívající optické vlákno byl TAT-8 , založený na technologii laserového zesílení optimalizované společností Desurvire. Do provozu byl uveden v roce 1988.

V pozdních devadesátých létech až 2000 předpovídali propagátoři průmyslu a výzkumné společnosti jako KMI a RHK masivní nárůst poptávky po šířce komunikačního pásma v důsledku zvýšeného využívání internetu a komercializace různých spotřebitelských služeb náročných na šířku pásma, jako je video na vyžádání . Datový provoz internetového protokolu rostl exponenciálně rychleji, než se podle Moorova zákona zvýšila složitost integrovaných obvodů .

Pojmy

Místnost rádiového vysílače

Základní prvky telekomunikačního systému

Vysílač

Vysílač (zdroj informací), který přijímá informace a převádí je na signál pro přenos. V elektronice a telekomunikacích je vysílač nebo rádiový vysílač elektronické zařízení, které pomocí antény vytváří rádiové vlny . Kromě použití ve vysílání jsou vysílače nezbytnou součástí mnoha elektronických zařízení, která komunikují rádiem , jako jsou mobilní telefony ,

Měděné dráty

Přenosové médium

Přenosové médium, přes které je signál přenášen. Přenosovým médiem pro zvuky je například obvykle vzduch, ale pevné látky a kapaliny mohou také fungovat jako přenosová média pro zvuk. Jako komunikační kanál se používá mnoho přenosových médií . Jedním z nejběžnějších fyzických médií používaných v síti je měděný drát . Měděný drát se používá k přenosu signálů na dlouhé vzdálenosti s použitím relativně malého množství energie. Dalším příkladem fyzického média je optické vlákno , které se ukázalo jako nejčastěji používané přenosové médium pro dálkovou komunikaci. Optické vlákno je tenký pramen skla, který vede světlo po celé jeho délce.

Absence hmotného média ve vakuu může také představovat přenosové médium pro elektromagnetické vlny, jako jsou světelné a rádiové vlny .

Přijímač

Přijímač ( informační jímka ), který přijímá a převádí signál zpět na požadované informace. V radiové komunikaci je rádiový přijímač elektronické zařízení, které přijímá rádiové vlny a převádí jimi přenášené informace do použitelné podoby. Používá se s anténou . Informace produkované přijímačem mohou mít formu zvuku ( audio signál ), obrázků ( video signál ) nebo digitálních dat .

Bezdrátová komunikační věž, mobilní web

Kabelová komunikace

Drátová komunikace využívá podzemní komunikační kabely (méně často nadzemní vedení), zesilovače elektronických signálů (opakovače) vložené do propojovacích kabelů v určených bodech a koncové přístroje různých typů v závislosti na typu použité kabelové komunikace.

Bezdrátová komunikace

Bezdrátová komunikace zahrnuje přenos informací na dálku bez pomoci vodičů, kabelů nebo jiných forem elektrických vodičů. Bezdrátový provoz umožňuje služby, jako je komunikace na velké vzdálenosti, které je nemožné nebo nepraktické implementovat pomocí drátů. Tento termín je v telekomunikačním průmyslu běžně používán k označení telekomunikačních systémů (např. Rádiových vysílačů a přijímačů, dálkových ovladačů atd.), Které používají nějakou formu energie (např. Rádiové vlny , akustickou energii atd.) K přenosu informací bez použití dráty. Informace jsou tímto způsobem přenášeny na krátké i dlouhé vzdálenosti.

Role

Inženýr telekomunikačních zařízení

Inženýr telekomunikačního zařízení je elektronický inženýr, který navrhuje zařízení, jako jsou routery, přepínače, multiplexery a další specializovaná počítačová/elektronická zařízení navržená pro použití v infrastruktuře telekomunikační sítě.

Síťový inženýr

Síťový inženýr je počítačový inženýr, který má na starosti navrhování, nasazování a údržbu počítačových sítí. Kromě toho dohlížejí na síťové operace ze síťového operačního centra , navrhují páteřní infrastrukturu nebo dohlížejí na propojení v datovém centru .

Inženýr z centrální kanceláře

Typickým Northern Telecom DMS100 telefonní centrála Montáž

Inženýr z centrální kanceláře je zodpovědný za navrhování a dohled nad implementací telekomunikačních zařízení v centrální kanceláři (zkráceně CO), označované také jako drátové centrum nebo telefonní ústředna Inženýr CO je zodpovědný za integraci nové technologie do stávající sítě, přiřazení polohy zařízení v drátovém centru a zajištění napájení, taktování (pro digitální zařízení) a zařízení pro monitorování alarmů pro nové zařízení. Inženýr CO je také zodpovědný za poskytování většího výkonu, taktování a zařízení pro monitorování alarmů, pokud v současné době není k dispozici dostatek podpory pro instalaci nového zařízení. A konečně, technik CO je zodpovědný za návrh, jak bude obrovské množství kabelů distribuováno do různých zařízení a rámečků kabelů po celém drátu, a bude dohlížet na instalaci a provoz všech nových zařízení.

Dílčí role

Jako stavební inženýry , CO inženýři jsou zodpovědní za konstrukčního řešení a umístění stáčení a zátoky na zařízení, které má být instalován v jakož i zařízení, která jsou umístěna na.

Jako elektrotechnici jsou inženýři CO zodpovědní za konstrukci odporu , kapacity a indukčnosti (RCL) všech nových závodů, aby byla telefonní služba jasná a jasná a datová služba čistá a spolehlivá. K určení délky a velikosti kabelu požadované pro poskytování požadované služby jsou nutné výpočty útlumu nebo postupné ztráty intenzity a ztráty smyčky. Kromě toho musí být vypočteny a poskytnuty požadavky na napájení jakéhokoli elektronického zařízení umístěného ve středu drátu.

Celkově inženýři CO zaznamenali v prostředí CO nové výzvy. S příchodem datových center, zařízení internetového protokolu (IP), celulárních rádiových stanic a dalších prostředí nových technologií v rámci telekomunikačních sítí je důležité, aby byl implementován konzistentní soubor zavedených postupů nebo požadavků.

Od dodavatelů instalací nebo jejich subdodavatelů se očekává, že budou poskytovat požadavky na jejich produkty, funkce nebo služby. Tyto služby mohou souviset s instalací nového nebo rozšířeného zařízení a také s odstraněním stávajícího vybavení.

Je třeba zvážit několik dalších faktorů, jako například:

  • Předpisy a bezpečnost při instalaci
  • Odstranění nebezpečného materiálu
  • Běžně používané nástroje k provádění instalace a odstraňování zařízení

Inženýr mimo závod

Inženýři pracující na boxu cross-connect , známém také jako rozhraní obslužné oblasti

Inženýři mimo závod (OSP) se také často nazývají terénní inženýři, protože často tráví hodně času v terénu zapisováním poznámek o civilním prostředí, ve vzduchu, nad zemí a pod zemí. Inženýři OSP jsou zodpovědní za přímé přenesení závodu (měď, vlákno atd.) Ze středu drátu do distribučního bodu nebo cílového bodu. Pokud je použit návrh distribučního bodu, pak je box s křížovým připojením umístěn na strategickém místě pro napájení určené distribuční oblasti.

Cross-connect box, známý také jako servírovací plocha rozhraní , je nainstalován, aby spoje, které mají být provedeny snadněji z drátu středu do cílového bodu a svazuje méně zařízení tím, že není věnování zařízení z drátěného středu ke každé destinaci směřovat. Závod je poté odvezen přímo do cílového bodu nebo do jiného malého uzávěru nazývaného terminál, kde je v případě potřeby také možné získat přístup k závodu. Tyto přístupové body jsou upřednostňovány, protože umožňují zákazníkům rychlejší dobu oprav a šetří telefonním společnostem velké částky peněz.

Zařízení elektrárny mohou být dodávána prostřednictvím podzemních zařízení, buď přímo zakopaných, nebo potrubím, nebo v některých případech položených pod vodou, prostřednictvím anténních zařízení, jako jsou telefonní nebo silové sloupy, nebo prostřednictvím mikrovlnných rádiových signálů na dlouhé vzdálenosti, kde je jedna z dalších dvou metod příliš nákladné.

Dílčí role

Inženýr (OSP) šplhající po telefonním sloupu

Jako stavební inženýři jsou inženýři OSP zodpovědní za konstrukční návrh a umístění mobilních věží a telefonních sloupů a také za výpočet schopností pólů stávajících telefonních nebo silových sloupů, na které se přidává nový závod. Strukturální výpočty jsou vyžadovány při vrtání v oblastech s těžkým provozem, jako jsou dálnice, nebo při připojování k jiným konstrukcím, jako jsou mosty. Pro větší příkopy nebo jámy je třeba vzít v úvahu také podepření. Struktury potrubí často obsahují obaly kejdy, které je třeba navrhnout tak, aby podporovaly konstrukci a odolávaly prostředí kolem ní (typ půdy, oblasti s vysokou dopravou atd.).

Jako elektrotechnici jsou inženýři OSP zodpovědní za konstrukci odporu, kapacity a indukčnosti (RCL) všech nových závodů, aby byla telefonní služba jasná a jasná a datová služba čistá a spolehlivá. K určení délky a velikosti kabelu potřebné pro poskytování požadované služby jsou nutné výpočty útlumu nebo postupné ztráty intenzity a ztráty smyčky. Kromě toho musí být vypočteny a poskytnuty požadavky na výkon pro napájení jakéhokoli elektronického zařízení umístěného v poli. Při umísťování zařízení, zařízení a zařízení na pole je třeba vzít v úvahu zemní potenciál, aby se zohlednily údery blesku, vysokonapěťový odposlech z nesprávně uzemněných nebo rozbitých zařízení energetické společnosti a z různých zdrojů elektromagnetického rušení.

Jako stavební inženýři jsou inženýři OSP zodpovědní za vypracování plánů, a to buď ručně, nebo pomocí softwaru CAD ( Computer-aided design ), za způsob umístění zařízení telekomunikačních závodů. Při práci s obcemi jsou často vyžadována povolení k hloubení nebo vyvrtávání a je třeba k nim pořídit výkresy. Tyto výkresy často obsahují přibližně 70% podrobných informací požadovaných pro zpevnění silnice nebo přidání odbočovacího pruhu do stávající ulice. Strukturální výpočty jsou vyžadovány při vrtání v oblastech s těžkým provozem, jako jsou dálnice, nebo při připojování k jiným konstrukcím, jako jsou mosty. Jako stavební inženýři poskytují telekomunikační inženýři moderní komunikační páteř pro veškerou technologickou komunikaci distribuovanou po dnešních civilizacích.

Unikátní na telekomunikačním inženýrství je použití vzduchového kabelu, který vyžaduje rozsáhlou síť vzduchotechnických zařízení, jako jsou kompresory, rozdělovače, regulátory a stovky mil vzduchového potrubí na systém, který se připojuje k natlakovaným spojovacím pouzdrům, které jsou všechny navrženy pro natlakování této speciální formy měděného kabelu, aby se vlhkost nedostala ven a poskytovala zákazníkovi čistý signál.

Jako politický a sociální vyslanec je technik OSP tváří a hlasem telefonní společnosti vůči místním úřadům a dalším nástrojům. Inženýři OSP se často setkávají s obcemi, stavebními společnostmi a dalšími společnostmi poskytujícími veřejné služby, aby vyřešili jejich obavy a seznámili je s tím, jak funguje a funguje telefonní nástroj. Inženýr OSP navíc musí zajistit nemovitost, do které lze umístit vnější zařízení, například věcné břemeno pro umístění boxu s křížovým připojením.

Viz také

Reference

Další čtení

  • Dahlman, Erik; Parkvall, Stefan; Beming, Per; Bovik, Alan C .; Fette, Bruce A .; Jack, Keith; Skold, Johan; Dowla, Farid; Chou, Philip A .; DeCusatis, Casimer (2009). Referenční příručka komunikačního inženýrství . Akademický tisk. p. 544. ISBN 978-0-12-374648-1.

externí odkazy