Telekommunikationstechnik

Die Telekommunikationstechnik ist ein Teilgebiet der Elektrotechnik , das sich mit der Entwicklung und dem Aufbau von Fernkommunikationssystemen befasst. ^{[ 1 ] [ 2 ]} Die Aufgaben reichen von der grundlegenden Schaltungsentwicklung bis hin zu strategischen Massenprojekten. Telekommunikationsingenieure sind verantwortlich für die Planung und Überwachung der Installation von Telekommunikationsanlagen und -einrichtungen, wie z. B. komplexen elektronischen Vermittlungssystemen und herkömmlichen Telefonanlagen , Glasfaserkabeln , IP-Netzwerken und Mikrowellenübertragungssystemen . Die Telekommunikationstechnik überschneidet sich auch mit der Rundfunktechnik .

Die Telekommunikation ist ein vielseitiges Ingenieurfeld, das mit Elektronik , Bauingenieurwesen und Systemtechnik verbunden ist . ^{[ 1 ]} Telekommunikationsingenieure sind letztendlich für die Bereitstellung von Hochgeschwindigkeits -Datenübertragungsdiensten verantwortlich . Sie nutzen verschiedene Geräte und Übertragungsmedien, um die Infrastruktur von Telekommunikationsnetzen zu entwerfen; die gängigsten Medien für die kabelgebundene Telekommunikation sind heute verdrillte Adernpaare , Koaxialkabel und Glasfasern . Telekommunikationsingenieure entwickeln außerdem Lösungen für drahtlose Kommunikations- und Informationsübertragungsarten wie drahtlose Telefonie, Funk- und Satellitenkommunikation , Internet , WLAN und Breitbandtechnologien .

Telekommunikationssysteme werden im Allgemeinen von Telekommunikationsingenieuren entwickelt. Ihre Entwicklung ging aus den technologischen Fortschritten der Telegrafie im späten 19. Jahrhundert sowie der Radio- und Telefonindustrie im frühen 20. Jahrhundert hervor. Heute ist Telekommunikation weit verbreitet, und Geräte, die diesen Prozess unterstützen, wie Fernsehen, Radio und Telefon, sind in vielen Teilen der Welt üblich. Zahlreiche Netzwerke verbinden diese Geräte, darunter Computernetzwerke, das öffentliche Telefonnetz (PSTN), Funknetze und Fernsehnetze. Die Computerkommunikation über das Internet ist nur ein Beispiel für Telekommunikation. Telekommunikation spielt eine entscheidende Rolle in der Weltwirtschaft, und der Umsatz der Telekommunikationsbranche wird auf knapp 3 % des globalen Bruttoinlandsprodukts geschätzt.

Samuel Morse entwickelte unabhängig eine Version des elektrischen Telegrafen, die er am 2. September 1837 erfolglos vorführte. Kurz darauf schloss sich ihm Alfred Vail an , der das Register entwickelte – ein Telegrafenterminal mit integriertem Protokollierungsgerät zur Aufzeichnung von Nachrichten auf Papierstreifen. Dieses wurde am 6. Januar 1838 erfolgreich über eine Strecke von fünf Kilometern (drei Meilen) und schließlich am 24. Mai 1844 über eine Strecke von 64 Kilometern (vierzig Meilen) zwischen Washington, D.C. und Baltimore demonstriert . Die patentierte Erfindung erwies sich als lukrativ, und bis 1851 erstreckten sich die Telegrafenleitungen in den Vereinigten Staaten über 32.000 Kilometer (20.000 Meilen). ^{[ 3 ]}

Das erste erfolgreiche transatlantische Telegrafenkabel wurde am 27. Juli 1866 fertiggestellt und ermöglichte damit erstmals transatlantische Telekommunikation. Frühere, 1857 und 1858 verlegte transatlantische Kabel funktionierten nur wenige Tage oder Wochen, bevor sie ausfielen. ^{[ 4 ]} Die internationale Nutzung des Telegrafen wurde mitunter als „ viktorianisches Internet “ bezeichnet . ^{[ 5 ]}

Die ersten kommerziellen Telefondienste wurden 1878 und 1879 beidseits des Atlantiks in New Haven und London eingerichtet . Alexander Graham Bell besaß das Patent für das Telefon, das für diese Dienste in beiden Ländern benötigt wurde. Die Technologie entwickelte sich von da an rasant weiter, und bis Mitte der 1880er-Jahre wurden Fernleitungen gebaut und in jeder größeren Stadt der Vereinigten Staaten Telefonzentralen eingerichtet. [ ^{6 ] [ 7 ] [ 8 ] Trotzdem} blieb die transatlantische Sprachkommunikation für Kunden bis zum 7. Januar 1927 unmöglich, als eine Verbindung per Funk hergestellt wurde. Eine Kabelverbindung gab es jedoch erst mit der Inbetriebnahme von TAT-1 am 25. September 1956, die 36 Telefonleitungen bereitstellte. ^{[ 9 ]}

1880 führten Bell und sein Miterfinder Charles Sumner Tainter das weltweit erste drahtlose Telefongespräch mithilfe von modulierten Lichtstrahlen, die von Photophonen ausgesendet wurden . Die wissenschaftlichen Prinzipien ihrer Erfindung sollten erst einige Jahrzehnte später Anwendung finden, als sie erstmals in der militärischen und Glasfaserkommunikation eingesetzt wurden .

Über mehrere Jahre hinweg, beginnend 1894, entwickelte der italienische Erfinder Guglielmo Marconi das erste vollständige, kommerziell erfolgreiche drahtlose Telegrafiesystem auf Basis von elektromagnetischen Wellen ( Funkübertragung ). ^{[ 10 ]} Im Dezember 1901 etablierte er die drahtlose Kommunikation zwischen Großbritannien und Neufundland, wofür er 1909 den Nobelpreis für Physik erhielt (den er sich mit Karl Braun teilte ). ^{[ 11 ]} Bereits 1900 gelang es Reginald Fessenden , eine menschliche Stimme drahtlos zu übertragen. Am 25. März 1925 demonstrierte der schottische Erfinder John Logie Baird im Londoner Kaufhaus Selfridges öffentlich die Übertragung bewegter Silhouettenbilder . Im Oktober 1925 gelang es Baird, bewegte Bilder mit Halbtonabstufungen zu erzeugen , die nach allgemeiner Auffassung die ersten echten Fernsehbilder waren. ^{[ 12 ]} Dies führte am 26. Januar 1926 zu einer weiteren öffentlichen Vorführung des verbesserten Geräts, erneut bei Selfridges . Bairds erste Geräte basierten auf der Nipkow-Scheibe und wurden daher als mechanisches Fernsehen bekannt . Sie bildeten die Grundlage für die halb-experimentellen Sendungen der British Broadcasting Corporation, die am 30. September 1929 begannen.

Der erste US-Satellit zur Funkübertragung war das Projekt SCORE im Jahr 1958. Er nutzte ein Tonbandgerät, um Sprachnachrichten zu speichern und weiterzuleiten . Mit ihm wurden Weihnachtsgrüße von US-Präsident Dwight D. Eisenhower an die Welt gesendet . 1960 startete die NASA den Echo-Satelliten . Der 30 Meter große Ballon aus aluminisierter PET-Folie diente als passiver Reflektor für die Funkkommunikation. Courier 1B , gebaut von Philco und ebenfalls 1960 gestartet, war der weltweit erste aktive Repeater-Satellit. Heutzutage werden Satelliten für viele Anwendungen genutzt, beispielsweise für GPS, Fernsehen, Internet und Telefonie.

Telstar war der erste aktive, kommerzielle Kommunikationssatellit mit Direktverbindung . Er gehörte AT&T und war Teil eines multinationalen Abkommens zwischen AT&T, den Bell Telephone Laboratories , der NASA, der britischen General Post Office und der französischen National Post (PTT) zur Entwicklung von Satellitenkommunikation. Am 10. Juli 1962 startete die NASA von Cape Canaveral aus – der erste privat finanzierte Weltraumstart. Relay 1 folgte am 13. Dezember 1962 und sendete am 22. November 1963 als erster Satellit über den Pazifik. ^{[ 13 ]}

Die erste und historisch wichtigste Anwendung von Kommunikationssatelliten war die interkontinentale Ferntelefonie . Das öffentliche Festnetz (PSTN) leitet Telefongespräche von Festnetzanschlüssen an eine Bodenstation weiter , von wo aus sie über einen geostationären Satelliten in der Erdumlaufbahn zu einer Empfangsantenne übertragen werden. Verbesserungen bei Unterseekabeln durch den Einsatz von Glasfaser führten Ende des 20. Jahrhunderts zu einem gewissen Rückgang der Satellitennutzung für die Festnetztelefonie. Satelliten werden jedoch weiterhin ausschließlich für abgelegene Inseln wie Ascension , St. Helena , Diego Garcia und die Osterinsel genutzt , wo keine Unterseekabel in Betrieb sind. Auch auf einigen Kontinenten und in manchen Regionen ist die Festnetztelefonie selten oder gar nicht vorhanden, beispielsweise in der Antarktis sowie in großen Teilen Australiens, Südamerikas, Afrikas, Nordkanadas, Chinas, Russlands und Grönlands .

Nachdem der kommerzielle Ferngesprächsverkehr über Kommunikationssatelliten etabliert war, wurden ab 1979 zahlreiche weitere kommerzielle Telekommunikationsdienste an ähnliche Satelliten angepasst, darunter mobile Satellitentelefone , Satellitenradio , Satellitenfernsehen und Satelliteninternet . Die erste Anpassung der meisten dieser Dienste erfolgte in den 1990er-Jahren, als die Preise für kommerzielle Satellitentransponderkanäle weiterhin deutlich sanken.

Am 11. September 1940 gelang es George Stibitz , mithilfe eines Fernschreibers Aufgaben an seinen Rechner für komplexe Zahlen in New York zu übermitteln und die berechneten Ergebnisse am Dartmouth College in New Hampshire zu empfangen . ^{[ 14 ]} Diese Konfiguration aus einem zentralen Rechner ( Großrechner) und entfernten „dummen Terminals“ blieb in den 1950er- und 1960er-Jahren weit verbreitet. Erst in den 1960er-Jahren begannen Forscher jedoch, die Paketvermittlung zu untersuchen – eine Technologie, die es ermöglicht, Datenpakete zwischen verschiedenen Rechnern zu übertragen, ohne dass diese zuvor einen zentralen Großrechner durchlaufen müssen. Am 5. Dezember 1969 entstand ein Netzwerk mit vier Knoten. Dieses Netzwerk entwickelte sich bald zum ARPANET , das 1981 aus 213 Knoten bestand. ^{[ 15 ]}

Die Entwicklung des ARPANET konzentrierte sich auf das „Request for Comment“-Verfahren (RFC 1). Am 7. April 1969 wurde RFC 1 veröffentlicht. Dieses Verfahren ist von Bedeutung, da das ARPANET später mit anderen Netzwerken zum Internet fusionierte und viele der heute im Internet verwendeten Kommunikationsprotokolle durch das RFC-Verfahren spezifiziert wurden. Im September 1981 führte RFC 791 das Internetprotokoll Version 4 (IPv4) ein, und RFC 793 führte das Transmission Control Protocol (TCP) ein – wodurch das TCP/IP-Protokoll entstand, auf dem ein Großteil des Internets heute basiert.

Glasfasern eignen sich aufgrund ihrer Flexibilität und der Möglichkeit, sie zu Kabeln zu bündeln, hervorragend für Telekommunikation und Computernetzwerke . Besonders vorteilhaft sind sie für die Fernkommunikation, da sich Licht in der Faser im Vergleich zu elektrischen Kabeln mit geringer Dämpfung ausbreitet. Dadurch lassen sich große Entfernungen mit wenigen Repeatern überbrücken .

Im Jahr 1966 schlugen Charles K. Kao und George Hockham bei den STC Laboratories (STL) in Harlow , England, optische Fasern vor , als sie zeigten, dass die Verluste von 1000 dB/km in bestehendem Glas (verglichen mit 5-10 dB/km in Koaxialkabeln) auf Verunreinigungen zurückzuführen waren, die potenziell entfernt werden könnten.

Die optische Faser wurde 1970 von Corning Glass Works erfolgreich entwickelt und wies eine für Kommunikationszwecke ausreichend geringe Dämpfung (ca. 20 dB /km) auf. Gleichzeitig wurden GaAs -Halbleiterlaser (Galliumarsenid) entwickelt, die kompakt und daher geeignet waren, Licht über lange Strecken durch Glasfaserkabel zu übertragen.

After a period of research starting from 1975, the first commercial fiber-optic communications system was developed, which operated at a wavelength around 0.8 μm and used GaAs semiconductor lasers. This first-generation system operated at a bit rate of 45 Mbps with repeater spacing of up to 10 km. Soon on 22 April 1977, General Telephone and Electronics sent the first live telephone traffic through fiber optics at a 6 Mbit/s throughput in Long Beach, California.

The first wide area network fibre optic cable system in the world seems to have been installed by Rediffusion in Hastings, East Sussex, UK in 1978. The cables were placed in ducting throughout the town, and had over 1000 subscribers. They were used at that time for the transmission of television channels, not available because of local reception problems.

The first transatlantic telephone cable to use optical fiber was TAT-8, based on Desurvire optimized laser amplification technology. It went into operation in 1988.

In the late 1990s through 2000, industry promoters, and research companies such as KMI, and RHK predicted massive increases in demand for communications bandwidth due to increased use of the Internet, and commercialization of various bandwidth-intensive consumer services, such as video on demand, Internet Protocol data traffic was increasing exponentially, at a faster rate than integrated circuit complexity had increased under Moore's Law.^[16]

Transmitter (information source) that takes information and converts it to a signal for transmission. In electronics and telecommunications a transmitter or radio transmitter is an electronic device which, with the aid of an antenna, produces radio waves. In addition to their use in broadcasting, transmitters are necessary component parts of many electronic devices that communicate by radio, such as cell phones,

Das Übertragungsmedium, über das ein Signal übertragen wird, ist beispielsweise Luft als Übertragungsmedium für Schall . Feststoffe und Flüssigkeiten können jedoch ebenfalls als solche dienen. Viele Übertragungsmedien werden als Kommunikationskanal genutzt . Eines der gebräuchlichsten physikalischen Medien in Netzwerken ist Kupferdraht . Kupferdraht ermöglicht die Übertragung von Signalen über große Entfernungen mit relativ geringem Energieaufwand. Ein weiteres Beispiel für ein physikalisches Medium ist die Glasfaser , die sich als das am häufigsten verwendete Übertragungsmedium für die Fernkommunikation etabliert hat. Die Glasfaser ist ein dünner Glasfaserdraht, der Licht entlang seiner Länge leitet.

Das Fehlen eines materiellen Mediums im Vakuum kann auch ein Übertragungsmedium für elektromagnetische Wellen wie Licht und Radiowellen darstellen .

Ein Empfänger ( Informationssenke ) empfängt und wandelt das Signal in die benötigten Informationen um. In der Funkkommunikation ist ein Funkempfänger ein elektronisches Gerät, das Radiowellen empfängt und die darin enthaltenen Informationen in eine nutzbare Form umwandelt. Er wird zusammen mit einer Antenne verwendet . Die vom Empfänger erzeugten Informationen können in Form von Ton ( Audiosignal ), Bildern ( Videosignal ) oder digitalen Daten vorliegen . ^{[ 17 ]}

Bei drahtgebundenen Kommunikationssystemen werden unterirdische Kommunikationskabel (seltener Freileitungen), elektronische Signalverstärker (Repeater), die an bestimmten Punkten in die Verbindungskabel eingefügt werden, und Endgeräte verschiedener Art verwendet, je nach Art der verwendeten drahtgebundenen Kommunikation. ^{[ 18 ]}

Drahtlose Kommunikation bezeichnet die Übertragung von Informationen über eine Distanz ohne die Verwendung von Drähten, Kabeln oder anderen elektrischen Leitern. ^{[ 19 ]} Drahtlose Systeme ermöglichen Dienste wie die Kommunikation über große Entfernungen, die mit Kabeln nicht oder nur unpraktisch realisierbar wären. Der Begriff wird in der Telekommunikationsbranche häufig für Telekommunikationssysteme (z. B. Funksender und -empfänger, Fernbedienungen usw.) verwendet, die eine Energieform (z. B. Radiowellen , Schallenergie usw.) zur drahtlosen Informationsübertragung nutzen. ^{[ 20 ]} Informationen können auf diese Weise sowohl über kurze als auch über lange Distanzen übertragen werden.

Ein Telekommunikationsgeräteingenieur ist ein Elektronikingenieur, der Geräte wie Router, Switches, Multiplexer und andere spezialisierte Computer-/Elektronikgeräte entwirft, die für den Einsatz in der Telekommunikationsnetzinfrastruktur bestimmt sind.

Ein Netzwerktechniker ist ein Computertechniker, der für die Planung, den Aufbau und die Wartung von Computernetzwerken zuständig ist. Darüber hinaus überwacht er den Netzwerkbetrieb von einem Netzwerkbetriebszentrum aus , entwirft die Backbone -Infrastruktur oder überwacht die Verbindungen in einem Rechenzentrum .

Ein Vermittlungsstellentechniker ist für die Planung und Überwachung der Implementierung von Telekommunikationsanlagen in einer Vermittlungsstelle (auch Telefonzentrale genannt) verantwortlich ^{[ 21 ].} Er integriert neue Technologien in das bestehende Netzwerk, weist den Anlagenstandort in der Vermittlungsstelle zu und stellt die Stromversorgung, Taktung (für digitale Geräte) und Alarmüberwachung für die neuen Anlagen bereit. Sollten die vorhandenen Kapazitäten für die neuen Anlagen nicht ausreichen, sorgt der Vermittlungsstellentechniker für zusätzliche Stromversorgung, Taktung und Alarmüberwachung. Schließlich plant er die Verteilung der umfangreichen Kabel auf die verschiedenen Anlagen und Verteilerkästen in der Vermittlungsstelle und überwacht die Installation und Inbetriebnahme aller neuen Geräte.

Als Bauingenieure sind die Ingenieure von CO für die statische Berechnung und die Platzierung der Regale und Fächer für die Installation der Ausrüstung sowie für die Aufstellung der Anlage verantwortlich.

Als Elektroingenieure sind die Ingenieure von CO für die Auslegung aller neuen Anlagen hinsichtlich Widerstand , Kapazität und Induktivität (RCL) verantwortlich, um eine klare und deutliche Telefonverbindung sowie eine saubere und zuverlässige Datenübertragung zu gewährleisten. Zur Bestimmung der erforderlichen Kabellänge und des Kabelquerschnitts für die gewünschte Leistung müssen Dämpfung und Schleifenverluste berechnet werden. Darüber hinaus muss der Leistungsbedarf für alle im Kabelkern installierten elektronischen Geräte berechnet und sichergestellt werden.

Insgesamt sehen sich CO-Ingenieure mit neuen Herausforderungen im CO-Umfeld konfrontiert. Mit dem Aufkommen von Rechenzentren, IP -Einrichtungen, Mobilfunkstandorten und anderen neuen Technologien in Telekommunikationsnetzen ist die Implementierung einheitlicher, etablierter Verfahren und Anforderungen unerlässlich.

Installationsanbieter oder deren Subunternehmer müssen Anforderungen an ihre Produkte, Funktionen oder Dienstleistungen stellen. Diese Dienstleistungen können sowohl mit der Installation neuer oder erweiterter Anlagen als auch mit der Demontage bestehender Anlagen verbunden sein. ^{[ 22 ] [ 23 ]}

Es müssen noch weitere Faktoren berücksichtigt werden, wie zum Beispiel:

• Vorschriften und Sicherheit bei der Installation
• Beseitigung von Gefahrstoffen
• Gängige Werkzeuge für die Installation und Demontage von Geräten

Außendiensttechniker (auch als Feldtechniker bezeichnet) verbringen viel Zeit im Außendienst, um die Gegebenheiten vor Ort zu dokumentieren – sowohl oberirdisch als auch unterirdisch. Sie sind verantwortlich für die direkte Verlegung von Leitungen (Kupfer, Glasfaser usw.) von einem Verteilerkasten zu einem Zielpunkt. Bei einem Verteilerpunkt wird ein Verteilerkasten an einer strategischen Stelle platziert, um das jeweilige Versorgungsgebiet zu versorgen.

Die Querverteilerbox , auch bekannt als Servicebereichsschnittstelle , wird installiert, um Verbindungen vom Vermittlungspunkt zum Zielpunkt zu vereinfachen und die Belegung von Anlagen zu reduzieren, da keine separaten Leitungen vom Vermittlungspunkt zu jedem Zielpunkt benötigt werden. Die Anlage wird dann direkt zum Zielpunkt oder zu einem anderen kleinen Verteilerkasten, einem sogenannten Terminal, geführt, von dem aus bei Bedarf ebenfalls Zugriff auf die Anlage möglich ist. Diese Zugangspunkte sind bevorzugt, da sie schnellere Reparaturzeiten für Kunden ermöglichen und den Telefongesellschaften erhebliche Kosten sparen.

Die Anlagen können über unterirdische Leitungen, entweder direkt vergraben oder durch Rohre oder in einigen Fällen unter Wasser verlegt, über oberirdische Leitungen wie Telefon- oder Strommasten oder über Mikrowellenfunksignale für große Entfernungen, wenn die beiden anderen Methoden zu kostspielig sind, bereitgestellt werden.

Als Statiker sind die Ingenieure von OSP für die statische Berechnung und Platzierung von Mobilfunktürmen und Telefonmasten sowie für die Berechnung der Tragfähigkeit bestehender Telefon- oder Strommasten verantwortlich, an denen neue Anlagen installiert werden. Statische Berechnungen sind erforderlich, wenn unter stark befahrenen Bereichen wie Autobahnen gebohrt oder Verbindungen zu anderen Bauwerken wie Brücken hergestellt werden. Auch die Baugrubenverbauung muss bei größeren Gräben oder Baugruben berücksichtigt werden. Kabelkanäle enthalten oft Schlämmhüllen, die so ausgelegt sein müssen, dass sie die Konstruktion stützen und den Umgebungsbedingungen (Bodenbeschaffenheit, stark befahrene Bereiche usw.) standhalten.

As electrical engineers, OSP engineers are responsible for the resistance, capacitance, and inductance (RCL) design of all new plant to ensure telephone service is clear and crisp and data service is clean as well as reliable. Attenuation or gradual loss in intensity and loop loss calculations are required to determine cable length and size required to provide the service called for. In addition power requirements have to be calculated and provided to power any electronic equipment being placed in the field. Ground potential has to be taken into consideration when placing equipment, facilities, and plant in the field to account for lightning strikes, high voltage intercept from improperly grounded or broken power company facilities, and from various sources of electromagnetic interference.

As civil engineers, OSP engineers are responsible for drafting plans, either by hand or using Computer-aided design (CAD) software, for how telecom plant facilities will be placed. Often when working with municipalities trenching or boring permits are required and drawings must be made for these. Often these drawings include about 70% or so of the detailed information required to pave a road or add a turn lane to an existing street. Structural calculations are required when boring under heavy traffic areas such as highways or when attaching to other structures such as bridges. As civil engineers, telecom engineers provide the modern communications backbone for all technological communications distributed throughout civilizations today.

In telecommunication engineering, air-core cables are used in conjunction with systems of air-handling equipment, including compressors, manifolds, regulators, and networks of air pipes. These system maintain pressurization within splice cases to reduce moisture ingress and support signal integrity in copper cables.

As political and social ambassador, the OSP engineer is a telephone operating company's face and voice to the local authorities and other utilities. OSP engineers often meet with municipalities, construction companies and other utility companies to address their concerns and educate them about how the telephone utility works and operates. Additionally, the OSP engineer has to secure real estate in which to place outside facilities, such as an easement to place a cross-connect box.

• Dahlman, Erik; Parkvall, Stefan; Beming, Per; Bovik, Alan C.; Fette, Bruce A.; Jack, Keith; Skold, Johan; Dowla, Farid; Chou, Philip A.; DeCusatis, Casimer (2009). Communications engineering desk reference. Academic Press. p. 544. ISBN 978-0-12-374648-1.

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