Ingeniería de telecomunicaciones

La ingeniería de telecomunicaciones es un subcampo de la ingeniería electrónica que busca diseñar y diseñar sistemas de comunicación a distancia. ^{[1] [2]} El trabajo abarca desde el diseño de circuitos básicos hasta desarrollos masivos estratégicos. Un ingeniero de telecomunicaciones es responsable de diseñar y supervisar la instalación de equipos e instalaciones de telecomunicaciones, como sistemas de conmutación electrónica complejos y otras instalaciones de servicio telefónico tradicionales , cableado de fibra óptica , redes IP y sistemas de transmisión por microondas . La ingeniería de telecomunicaciones también se superpone con la ingeniería de transmisión .

Las telecomunicaciones son un campo diverso de la ingeniería conectado con la ingeniería electrónica , civil y de sistemas . ^{[1] En última instancia, los ingenieros de telecomunicaciones son responsables de proporcionar servicios} de transmisión de datos de alta velocidad . Utilizan una variedad de equipos y medios de transporte para diseñar la infraestructura de la red de telecomunicaciones; los medios más comunes utilizados por las telecomunicaciones por cable en la actualidad son el par trenzado , los cables coaxiales y las fibras ópticas . Los ingenieros de telecomunicaciones también brindan soluciones que giran en torno a los modos inalámbricos de comunicación y transferencia de información, como los servicios de telefonía inalámbrica, las comunicaciones por radio y satélite , Internet , Wi-Fi y las tecnologías de banda ancha .

Los sistemas de telecomunicaciones son generalmente diseñados por ingenieros de telecomunicaciones, que surgieron a partir de las mejoras tecnológicas en la industria del telégrafo a finales del siglo XIX y en las industrias de la radio y la telefonía a principios del siglo XX. Hoy en día, las telecomunicaciones están muy extendidas y los dispositivos que ayudan al proceso, como la televisión, la radio y el teléfono, son comunes en muchas partes del mundo. También hay muchas redes que conectan estos dispositivos, incluidas las redes informáticas, la red telefónica pública conmutada (PSTN), ^{[ cita requerida ]} las redes de radio y las redes de televisión. La comunicación informática a través de Internet es uno de los muchos ejemplos de telecomunicaciones. ^{[ cita requerida ]} Las telecomunicaciones desempeñan un papel vital en la economía mundial, y los ingresos de la industria de las telecomunicaciones se han situado en poco menos del 3% del producto mundial bruto. ^{[ cita requerida ]}

Samuel Morse desarrolló de forma independiente una versión del telégrafo eléctrico que demostró sin éxito el 2 de septiembre de 1837. Poco después se le unió Alfred Vail , que desarrolló el registro, una terminal telegráfica que integraba un dispositivo de registro para grabar mensajes en cinta de papel. Esto se demostró con éxito a lo largo de tres millas (cinco kilómetros) el 6 de enero de 1838 y, finalmente, a lo largo de cuarenta millas (sesenta y cuatro kilómetros) entre Washington, DC y Baltimore el 24 de mayo de 1844. La invención patentada resultó lucrativa y, en 1851, las líneas telegráficas en los Estados Unidos se extendían por más de 20.000 millas (32.000 kilómetros). ^[3]

El primer cable telegráfico transatlántico que se construyó con éxito se completó el 27 de julio de 1866, lo que permitió la telecomunicaciones transatlánticas por primera vez. Los cables transatlánticos anteriores instalados en 1857 y 1858 solo funcionaron durante unos días o semanas antes de fallar. ^[4] El uso internacional del telégrafo se ha denominado en ocasiones " Internet victoriano ". ^[5]

Los primeros servicios telefónicos comerciales se establecieron en 1878 y 1879 en ambos lados del Atlántico en las ciudades de New Haven y Londres . Alexander Graham Bell poseía la patente maestra del teléfono que se necesitaba para tales servicios en ambos países. La tecnología creció rápidamente a partir de este punto, con líneas interurbanas construidas y centrales telefónicas en cada ciudad importante de los Estados Unidos a mediados de la década de 1880. ^{[6] [7] [8]} A pesar de esto, la comunicación de voz transatlántica siguió siendo imposible para los clientes hasta el 7 de enero de 1927, cuando se estableció una conexión mediante radio. Sin embargo, no existió ninguna conexión por cable hasta que se inauguró el TAT-1 el 25 de septiembre de 1956, proporcionando 36 circuitos telefónicos. ^[9]

En 1880, Bell y su co-inventor Charles Sumner Tainter realizaron la primera llamada telefónica inalámbrica del mundo mediante haces de luz modulados proyectados por fotófonos . Los principios científicos de su invención no se utilizarían hasta varias décadas después, cuando se utilizaron por primera vez en comunicaciones militares y de fibra óptica .

A lo largo de varios años a partir de 1894, el inventor italiano Guglielmo Marconi construyó el primer sistema completo y comercialmente exitoso de telegrafía inalámbrica basado en ondas electromagnéticas aerotransportadas ( transmisión de radio ). ^[10] En diciembre de 1901, establecería la comunicación inalámbrica entre Gran Bretaña y Terranova, lo que le valió el Premio Nobel de Física en 1909 (que compartió con Karl Braun ). ^[11] En 1900, Reginald Fessenden pudo transmitir de forma inalámbrica una voz humana. El 25 de marzo de 1925, el inventor escocés John Logie Baird demostró públicamente la transmisión de imágenes de siluetas en movimiento en los grandes almacenes Selfridges de Londres . En octubre de 1925, Baird logró obtener imágenes en movimiento con sombras de medios tonos , que fueron, según la mayoría de los relatos, las primeras imágenes de televisión reales. ^[12] Esto condujo a una demostración pública del dispositivo mejorado el 26 de enero de 1926 nuevamente en Selfridges . Los primeros dispositivos de Baird se basaban en el disco de Nipkow y, por ello, se los conoció como televisión mecánica . Fue la base de las transmisiones semiexperimentales que realizó la British Broadcasting Corporation a partir del 30 de septiembre de 1929.

El primer satélite estadounidense que transmitió comunicaciones fue el Proyecto SCORE en 1958, que utilizaba una grabadora para almacenar y reenviar mensajes de voz. Se utilizó para enviar un saludo navideño al mundo del presidente estadounidense Dwight D. Eisenhower . En 1960, la NASA lanzó un satélite Echo ; el globo de película PET aluminizada de 100 pies (30 m) sirvió como reflector pasivo para comunicaciones por radio. El Courier 1B , construido por Philco , también lanzado en 1960, fue el primer satélite repetidor activo del mundo. Los satélites en la actualidad se utilizan para muchas aplicaciones, como usos en GPS, televisión, Internet y telefonía.

Telstar fue el primer satélite comercial de comunicaciones activo con retransmisión directa . Perteneciente a AT&T como parte de un acuerdo multinacional entre AT&T, Bell Telephone Laboratories , la NASA, la Oficina General de Correos británica y la Oficina Nacional de Correos francesa para desarrollar comunicaciones por satélite, fue lanzado por la NASA desde Cabo Cañaveral el 10 de julio de 1962, el primer lanzamiento espacial patrocinado de forma privada. Relay 1 se lanzó el 13 de diciembre de 1962 y se convirtió en el primer satélite en transmitir a través del Pacífico el 22 de noviembre de 1963. ^[13]

La primera y más importante aplicación histórica de los satélites de comunicación fue la telefonía de larga distancia intercontinental . La red telefónica pública conmutada fija retransmite las llamadas telefónicas desde teléfonos fijos a una estación terrestre , donde luego se transmiten a una antena parabólica receptora a través de un satélite geoestacionario en órbita terrestre. Las mejoras en los cables de comunicaciones submarinos , mediante el uso de fibra óptica , provocaron cierta disminución en el uso de satélites para telefonía fija a finales del siglo XX, pero todavía dan servicio exclusivamente a islas remotas como la isla Ascensión , Santa Elena , Diego García y la isla de Pascua , donde no hay cables submarinos en servicio. También hay algunos continentes y algunas regiones de países donde las telecomunicaciones terrestres son raras o inexistentes, por ejemplo, la Antártida , además de grandes regiones de Australia, Sudamérica, África, el norte de Canadá, China, Rusia y Groenlandia .

Después de que se estableciera el servicio telefónico comercial de larga distancia a través de satélites de comunicación, a partir de 1979 también se adaptaron a satélites similares una serie de otras telecomunicaciones comerciales, entre ellas los teléfonos móviles por satélite , la radio por satélite , la televisión por satélite y el acceso a Internet por satélite . La primera adaptación de la mayoría de estos servicios se produjo en la década de 1990, cuando los precios de los canales de transpondedores de satélite comerciales siguieron bajando significativamente.

El 11 de septiembre de 1940, George Stibitz pudo transmitir problemas usando un teletipo a su calculadora de números complejos en Nueva York y recibir los resultados calculados en el Dartmouth College en New Hampshire . ^[14] Esta configuración de una computadora centralizada o computadora mainframe con "terminales tontas" remotas siguió siendo popular durante la década de 1950 y la de 1960. Sin embargo, no fue hasta la década de 1960 que los investigadores comenzaron a investigar la conmutación de paquetes , una tecnología que permite enviar fragmentos de datos entre diferentes computadoras sin pasar primero por una computadora mainframe centralizada. Una red de cuatro nodos surgió el 5 de diciembre de 1969. Esta red pronto se convirtió en ARPANET , que en 1981 constaría de 213 nodos. ^[15]

El desarrollo de ARPANET se centró en el proceso de Solicitud de comentarios y el 7 de abril de 1969 se publicó la RFC 1. Este proceso es importante porque ARPANET acabaría fusionándose con otras redes para formar Internet, y muchos de los protocolos de comunicación de los que depende Internet hoy en día se especificaron mediante el proceso de Solicitud de comentarios. En septiembre de 1981, la RFC 791 introdujo el Protocolo de Internet versión 4 (IPv4) y la RFC 793 introdujo el Protocolo de control de transmisión (TCP), creando así el protocolo TCP/IP del que depende gran parte de Internet hoy en día.

La fibra óptica se puede utilizar como medio para telecomunicaciones y redes informáticas porque es flexible y se puede agrupar en cables. Es especialmente ventajosa para las comunicaciones a larga distancia, porque la luz se propaga a través de la fibra con poca atenuación en comparación con los cables eléctricos. Esto permite cubrir largas distancias con pocos repetidores .

En 1966, Charles K. Kao y George Hockham propusieron fibras ópticas en los Laboratorios STC (STL) en Harlow , Inglaterra, cuando demostraron que las pérdidas de 1000 dB/km en el vidrio existente (en comparación con 5-10 dB/km en el cable coaxial) se debían a contaminantes, que potencialmente podrían eliminarse.

La fibra óptica fue desarrollada con éxito en 1970 por Corning Glass Works , con una atenuación suficientemente baja para fines de comunicación (alrededor de 20 dB /km), y al mismo tiempo se desarrollaron láseres semiconductores de GaAs (arseniuro de galio) que eran compactos y por lo tanto adecuados para transmitir luz a través de cables de fibra óptica para largas distancias.

Tras un periodo de investigación que comenzó en 1975, se desarrolló el primer sistema comercial de comunicaciones por fibra óptica, que funcionaba con una longitud de onda de alrededor de 0,8 μm y utilizaba láseres semiconductores de GaAs. Este sistema de primera generación funcionaba con una velocidad de bits de 45  Mbps y con una distancia entre repetidores de hasta 10 km. Poco después, el 22 de abril de 1977, General Telephone and Electronics envió el primer tráfico telefónico en directo a través de fibra óptica con una velocidad de transmisión de 6 Mbit/s en Long Beach, California.

El primer sistema de cable de fibra óptica de red de área amplia del mundo parece haber sido instalado por Rediffusion en Hastings, East Sussex, Reino Unido, en 1978. Los cables se colocaron en conductos por toda la ciudad y tenían más de 1000 abonados. Se utilizaban en aquella época para la transmisión de canales de televisión, que no estaban disponibles debido a problemas de recepción local.

El primer cable telefónico transatlántico que utilizó fibra óptica fue el TAT-8 , basado en la tecnología de amplificación láser optimizada de Desurvire. Entró en funcionamiento en 1988.

A finales de la década de 1990 y hasta el año 2000, los promotores de la industria y las empresas de investigación como KMI y RHK predijeron aumentos masivos en la demanda de ancho de banda de comunicaciones debido al mayor uso de Internet y la comercialización de varios servicios de consumo intensivos de ancho de banda, como el video a pedido . El tráfico de datos del Protocolo de Internet estaba aumentando exponencialmente, a un ritmo más rápido que el aumento de la complejidad de los circuitos integrados bajo la Ley de Moore . ^[16]

Transmisor (fuente de información) que toma información y la convierte en una señal para su transmisión. En electrónica y telecomunicaciones, un transmisor o radiotransmisor es un dispositivo electrónico que, con la ayuda de una antena , produce ondas de radio . Además de su uso en radiodifusión , los transmisores son componentes necesarios de muchos dispositivos electrónicos que se comunican por radio , como los teléfonos móviles ,

Medio de transmisión por el que se transmite la señal. Por ejemplo, el medio de transmisión de los sonidos suele ser el aire, pero los sólidos y los líquidos también pueden actuar como medios de transmisión de sonido. Muchos medios de transmisión se utilizan como canal de comunicaciones . Uno de los medios físicos más comunes utilizados en redes es el cable de cobre . El cable de cobre se utiliza para transportar señales a largas distancias utilizando cantidades relativamente bajas de energía. Otro ejemplo de medio físico es la fibra óptica , que ha surgido como el medio de transmisión más utilizado para las comunicaciones de larga distancia. La fibra óptica es una fina hebra de vidrio que guía la luz a lo largo de su longitud.

La ausencia de un medio material en el vacío también puede constituir un medio de transmisión de ondas electromagnéticas como la luz y las ondas de radio .

Receptor ( sumidero de información ) que recibe y convierte la señal en la información requerida. En las comunicaciones por radio , un receptor de radio es un dispositivo electrónico que recibe ondas de radio y convierte la información que transportan en una forma utilizable. Se utiliza con una antena . La información producida por el receptor puede estar en forma de sonido (una señal de audio ), imágenes (una señal de vídeo ) o datos digitales . ^[17]

Las comunicaciones por cable utilizan cables de comunicación subterráneos (con menos frecuencia, líneas aéreas), amplificadores de señales electrónicas (repetidores) insertados en cables de conexión en puntos específicos y aparatos terminales de varios tipos, dependiendo del tipo de comunicaciones por cable utilizadas. ^[18]

La comunicación inalámbrica implica la transmisión de información a distancia sin la ayuda de cables o cualquier otra forma de conductor eléctrico. ^[19] Las operaciones inalámbricas permiten servicios, como comunicaciones de largo alcance, que son imposibles o poco prácticos de implementar con el uso de cables. El término se utiliza comúnmente en la industria de las telecomunicaciones para referirse a los sistemas de telecomunicaciones (por ejemplo, transmisores y receptores de radio, controles remotos, etc.) que utilizan alguna forma de energía (por ejemplo, ondas de radio , energía acústica, etc.) para transferir información sin el uso de cables. ^[20] La información se transfiere de esta manera tanto a distancias cortas como largas. ^{[ cita requerida ]}

Un ingeniero de equipos de telecomunicaciones es un ingeniero electrónico que diseña equipos como enrutadores, conmutadores, multiplexores y otros equipos informáticos/electrónicos especializados diseñados para ser utilizados en la infraestructura de la red de telecomunicaciones.

Un ingeniero de redes es un ingeniero informático que se encarga de diseñar, implementar y mantener redes informáticas. Además, supervisa las operaciones de red desde un centro de operaciones de red , diseña la infraestructura troncal o supervisa las interconexiones en un centro de datos .

Un ingeniero de oficina central es responsable de diseñar y supervisar la implementación de equipos de telecomunicaciones en una oficina central (CO para abreviar), también conocida como centro de cableado o central telefónica ^[21]. Un ingeniero de CO es responsable de integrar nueva tecnología en la red existente, asignar la ubicación del equipo en el centro de cableado y proporcionar energía, sincronización (para equipos digitales) e instalaciones de monitoreo de alarmas para el nuevo equipo. El ingeniero de CO también es responsable de proporcionar más energía, sincronización e instalaciones de monitoreo de alarmas si actualmente no hay suficientes disponibles para soportar el nuevo equipo que se está instalando. Finalmente, el ingeniero de CO es responsable de diseñar cómo se distribuirán las enormes cantidades de cable a varios equipos y marcos de cableado en todo el centro de cableado y supervisar la instalación y puesta en marcha de todos los nuevos equipos.

Como ingenieros estructurales , los ingenieros de CO son responsables del diseño estructural y la colocación de estanterías y bahías para que se instalen los equipos, así como para que se coloque la planta en ellos.

Como ingenieros eléctricos , los ingenieros de CO son responsables del diseño de resistencia , capacitancia e inductancia (RCL) de todas las nuevas plantas para garantizar que el servicio telefónico sea claro y nítido y que el servicio de datos sea limpio y confiable. Se requieren cálculos de atenuación o pérdida gradual de intensidad ^{[ cita requerida ]} y pérdida de bucle para determinar la longitud y el tamaño del cable necesarios para brindar el servicio solicitado. Además, se deben calcular y proporcionar los requisitos de energía para alimentar cualquier equipo electrónico que se coloque en el centro del cable.

En general, los ingenieros de CO han visto surgir nuevos desafíos en el entorno de CO. Con la llegada de los centros de datos, las instalaciones de protocolo de Internet (IP), los sitios de radio celular y otros entornos de equipos de tecnología emergente dentro de las redes de telecomunicaciones, es importante que se implemente un conjunto consistente de prácticas o requisitos establecidos.

Se espera que los proveedores de instalaciones o sus subcontratistas proporcionen los requisitos con sus productos, características o servicios. Estos servicios pueden estar asociados con la instalación de equipos nuevos o ampliados, así como con la eliminación de equipos existentes. ^{[22] [23]}

Hay que tener en cuenta otros factores como:

• Normativa y seguridad en la instalación
• Eliminación de material peligroso
• Herramientas de uso común para realizar la instalación y desmontaje de equipos

Los ingenieros de planta externa (OSP) también suelen denominarse ingenieros de campo, porque suelen pasar mucho tiempo en el campo tomando notas sobre el entorno civil, aéreo, sobre el suelo y subterráneo. ^{[ cita requerida ]} Los ingenieros de OSP son responsables de llevar la planta (cobre, fibra, etc.) desde un centro de cableado hasta un punto de distribución o punto de destino directamente. Si se utiliza un diseño de punto de distribución, se coloca una caja de interconexión en una ubicación estratégica para alimentar un área de distribución determinada.

La caja de interconexión , también conocida como interfaz de área de servicio , se instala para permitir que las conexiones se realicen más fácilmente desde el centro de cableado hasta el punto de destino y para ocupar menos instalaciones al no tener instalaciones dedicadas desde el centro de cableado hasta cada punto de destino. Luego, la planta se lleva directamente a su punto de destino o a otro pequeño recinto llamado terminal, desde donde también se puede acceder a la planta, si es necesario. Estos puntos de acceso son los preferidos ya que permiten tiempos de reparación más rápidos para los clientes y ahorran a las compañías operadoras de telefonía grandes cantidades de dinero.

Las instalaciones de la planta pueden suministrarse mediante instalaciones subterráneas, ya sea directamente enterradas o a través de conductos o, en algunos casos, colocadas bajo el agua, mediante instalaciones aéreas como postes telefónicos o de electricidad, o mediante señales de radio de microondas para largas distancias donde cualquiera de los otros dos métodos es demasiado costoso.

Como ingenieros estructurales , los ingenieros de OSP son responsables del diseño estructural y la colocación de torres celulares y postes telefónicos, así como del cálculo de las capacidades de los postes telefónicos o eléctricos existentes sobre los que se está agregando una nueva planta. Los cálculos estructurales son necesarios cuando se perforan en áreas de mucho tráfico, como carreteras, o cuando se conectan a otras estructuras, como puentes. También se debe tener en cuenta el apuntalamiento para zanjas o pozos más grandes. Las estructuras de conductos a menudo incluyen revestimientos de lodo que deben diseñarse para soportar la estructura y soportar el entorno que la rodea (tipo de suelo, áreas de mucho tráfico, etc.).

Como ingenieros eléctricos , los ingenieros de OSP son responsables del diseño de resistencia, capacitancia e inductancia (RCL) de todas las nuevas plantas para garantizar que el servicio telefónico sea claro y nítido y que el servicio de datos sea limpio y confiable. Se requieren cálculos de atenuación o pérdida gradual de intensidad ^{[ cita requerida ]} y pérdida de bucle para determinar la longitud y el tamaño del cable necesarios para brindar el servicio solicitado. Además, se deben calcular y proporcionar los requisitos de energía para alimentar cualquier equipo electrónico que se coloque en el campo. El potencial de tierra se debe tener en cuenta al colocar equipos, instalaciones y plantas en el campo para tener en cuenta los rayos, la intercepción de alto voltaje de instalaciones de la compañía eléctrica que no están conectadas a tierra correctamente o que están rotas, y de varias fuentes de interferencia electromagnética.

Como ingenieros civiles , los ingenieros de OSP son responsables de elaborar planos, ya sea a mano o mediante software de diseño asistido por computadora (CAD), sobre cómo se ubicarán las instalaciones de la planta de telecomunicaciones. A menudo, cuando se trabaja con municipios, se requieren permisos para excavar o perforar y se deben realizar dibujos para ello. A menudo, estos dibujos incluyen aproximadamente el 70% de la información detallada necesaria para pavimentar una carretera o agregar un carril de giro a una calle existente. Se requieren cálculos estructurales cuando se perforan en áreas de mucho tráfico, como autopistas, o cuando se conectan a otras estructuras, como puentes. Como ingenieros civiles, los ingenieros de telecomunicaciones proporcionan la columna vertebral de las comunicaciones modernas para todas las comunicaciones tecnológicas distribuidas en las civilizaciones actuales.

Una característica exclusiva de la ingeniería de telecomunicaciones es el uso de cables con núcleo de aire, que requiere una extensa red de equipos de manejo de aire, como compresores, colectores, reguladores y cientos de kilómetros de tuberías de aire por sistema que se conectan a cajas de empalme presurizadas, todas diseñadas para presurizar esta forma especial de cable de cobre para mantener la humedad afuera y proporcionar una señal limpia al cliente.

Como embajador político y social , el ingeniero de OSP es la cara y la voz de una empresa operadora de telefonía ante las autoridades locales y otras empresas de servicios públicos. Los ingenieros de OSP a menudo se reúnen con municipios, empresas de construcción y otras empresas de servicios públicos para abordar sus inquietudes y educarlos sobre cómo funciona y opera la empresa de telefonía. ^{[ cita requerida ]} Además, el ingeniero de OSP tiene que conseguir bienes raíces en los que colocar instalaciones externas, como una servidumbre para colocar una caja de interconexión.

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

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