Ingeniería de telecomunicaciones

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, quien desarrolló el registrador , una terminal telegráfica que integraba un dispositivo de registro para grabar mensajes en cinta de papel. Este dispositivo 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, D.C. y Baltimore el 24 de mayo de 1844. El invento patentado resultó lucrativo y, para 1851, las líneas telegráficas en Estados Unidos abarcaban más de 20 000 millas (32 000 kilómetros). ^{[ 3 ]}

El primer cable telegráfico transatlántico exitoso se completó el 27 de julio de 1866, permitiendo las telecomunicaciones transatlánticas por primera vez. Los cables transatlánticos anteriores, instalados en 1857 y 1858, solo funcionaron durante unos pocos días o semanas antes de fallar. ^{[ 4 ]} El uso internacional del telégrafo ha sido a veces denominado el " Internet victoriano ". ^{[ 5 ]}

Los primeros servicios telefónicos comerciales se establecieron en 1878 y 1879 a ambos lados del Atlántico, en las ciudades de New Haven y Londres . Alexander Graham Bell poseía la patente principal del teléfono necesario para dichos servicios en ambos países. La tecnología creció rápidamente a partir de entonces, construyéndose líneas interurbanas y centrales telefónicas en todas las ciudades importantes de 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 por radio. Sin embargo, no existió ninguna conexión por cable hasta la inauguración de TAT-1 el 25 de septiembre de 1956, que proporcionaba 36 circuitos telefónicos. ^{[ 9 ]}

En 1880, Bell y su coinventor, 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 implementaron por primera vez en comunicaciones militares y por fibra óptica .

Durante varios años a partir de 1894, el inventor italiano Guglielmo Marconi construyó el primer sistema completo de telegrafía inalámbrica comercialmente exitoso basado en ondas electromagnéticas aéreas ( transmisión de radio ). ^{[ 10 ]} En diciembre de 1901, estableció 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 logró transmitir una voz humana de forma inalámbrica. 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 tonos de semitono , que según la mayoría fueron las primeras imágenes de televisión verdaderas. ^{[ 12 ]} Esto llevó 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 lo tanto, se conocieron como la televisión mecánica . Constituyeron la base de las emisiones semiexperimentales realizadas por la British Broadcasting Corporation a partir del 30 de septiembre de 1929.

El primer satélite estadounidense en retransmitir comunicaciones fue el Proyecto SCORE en 1958, que utilizaba una grabadora para almacenar y enviar mensajes de voz. Se utilizó para enviar un saludo navideño al mundo del presidente estadounidense Dwight D. Eisenhower . En 1960, la NASA lanzó el satélite Echo ; este globo de película de PET aluminizado de 30 metros (100 pies ) de diámetro servía como reflector pasivo para las comunicaciones por radio. El Courier 1B , construido por Philco y lanzado también en 1960, fue el primer satélite repetidor activo del mundo. Actualmente, los satélites se utilizan para numerosas aplicaciones, como GPS, televisión, internet y telefonía. 

Telstar fue el primer satélite comercial de comunicaciones activo con retransmisión directa . Pertenecía 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 PTT (Oficina Nacional de Correos) francesa para desarrollar comunicaciones por satélite. Fue lanzado por la NASA desde Cabo Cañaveral el 10 de julio de 1962, siendo el primer lanzamiento espacial patrocinado por el sector privado. Relay 1 fue lanzado 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 comunicaciones fue la telefonía intercontinental de larga distancia . La red telefónica pública conmutada fija retransmite las llamadas telefónicas desde teléfonos fijos a una estación terrestre , donde se transmiten a una antena receptora mediante un satélite geoestacionario en órbita terrestre. Las mejoras en los cables de comunicaciones submarinos , mediante el uso de fibra óptica , provocaron una disminución en el uso de satélites para telefonía fija a finales del siglo XX, pero aún prestan 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 existen algunos continentes y regiones de países donde las telecomunicaciones terrestres son escasas o inexistentes, por ejemplo la Antártida , además de grandes regiones de Australia, Sudamérica, África, el norte de Canadá, China, Rusia y Groenlandia .

Tras el establecimiento del servicio telefónico comercial de larga distancia mediante satélites de comunicación, a partir de 1979 se adaptaron a satélites similares otros servicios de telecomunicaciones comerciales, como la telefonía móvil por satélite , la radio por satélite , la televisión por satélite y el acceso a Internet por satélite . La adaptación más temprana de la mayoría de estos servicios se produjo en la década de 1990, a medida que los precios de los canales de transpondedores satelitales comerciales seguían bajando considerablemente.

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

El desarrollo de ARPANET se centró en el proceso de Solicitud de Comentarios (RFC 1), y el 7 de abril de 1969 se publicó la RFC 1. Este proceso es importante porque ARPANET se fusionaría posteriormente con otras redes para formar Internet, y muchos de los protocolos de comunicación en los que se basa 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 en el que se basa gran parte de Internet actualmente.

La fibra óptica se puede utilizar como medio para telecomunicaciones y redes informáticas debido a su flexibilidad y a que se puede agrupar en cables. Resulta especialmente ventajosa para las comunicaciones de larga distancia, ya que la luz se propaga a través de la fibra con poca atenuación en comparación con los cables eléctricos. Esto permite cubrir grandes distancias con pocos repetidores .

En 1966, Charles K. Kao y George Hockham propusieron el uso de 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 lo 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 a largas distancias.

Tras un periodo de investigación que comenzó en 1975, se desarrolló el primer sistema comercial de comunicaciones por fibra óptica, que operaba a una longitud de onda de aproximadamente 0,8  μm y utilizaba láseres semiconductores de GaAs. Este sistema de primera generación funcionaba a una velocidad de 45 Mbps con repetidores espaciados hasta 10 km. Poco después, el 22 de abril de 1977, General Telephone and Electronics transmitió el primer tráfico telefónico en directo a través de fibra óptica a una velocidad 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 instalaron en conductos por toda la ciudad y contaban con más de 1000 abonados. En aquel entonces, se utilizaban 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 durante el año 2000, promotores de la industria y 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 diversos servicios de consumo intensivos en ancho de banda, como el vídeo bajo demanda . El tráfico de datos del Protocolo de Internet estaba aumentando exponencialmente, a un ritmo más rápido que el que había aumentado la complejidad de los circuitos integrados según la Ley de Moore . ^{[ 16 ]}

Las comunicaciones por cable utilizan cables de comunicación subterráneos (con menos frecuencia, líneas aéreas), amplificadores de señal electrónica (repetidores) insertados en los cables de conexión en puntos específicos y aparatos terminales de diversos tipos, según el tipo de comunicación por cable utilizada. ^{[ 18 ]}

La comunicación inalámbrica implica la transmisión de información a distancia sin la ayuda de cables ni ningún otro tipo 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 usa comúnmente en la industria de las telecomunicaciones para referirse a 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 cortas como a largas distancias.

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 encargado del diseño, la implementación y el mantenimiento de 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 central telefónica es responsable del diseño y la supervisión de la implementación de equipos de telecomunicaciones en una central telefónica (CO, por sus siglas en inglés), también conocida como centro de telecomunicaciones o central telefónica ^{[ 21 ].} Un ingeniero de CO es responsable de integrar la nueva tecnología en la red existente, asignar la ubicación del equipo en el centro de telecomunicaciones 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 distribuirá la gran cantidad de cable a los diversos equipos y bastidores de cableado en todo el centro de telecomunicaciones y supervisar la instalación y puesta en marcha de todo el nuevo equipo.

Los ingenieros de planta externa (OSP, por sus siglas en inglés) también suelen ser llamados ingenieros de campo, ya que pasan mucho tiempo en el terreno tomando notas sobre el entorno civil, tanto aéreo como subterráneo. Los ingenieros de OSP son responsables de llevar el cableado (cobre, fibra, etc.) desde un centro de telecomunicaciones hasta un punto de distribución o destino directo. 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 facilitar las conexiones desde el centro de cableado hasta el punto de destino y reduce la carga de trabajo al no requerir instalaciones dedicadas desde el centro de cableado a cada punto de destino. El cableado se lleva directamente al punto de destino o a un pequeño recinto llamado terminal, desde donde también se puede acceder al cableado, si es necesario. Estos puntos de acceso son preferibles, ya que permiten tiempos de reparación más rápidos para los clientes y ahorran grandes cantidades de dinero a las compañías telefónicas.

Las instalaciones de la planta pueden suministrarse mediante infraestructura subterránea, ya sea enterradas directamente o a través de conductos o, en algunos casos, sumergidas bajo el agua; mediante infraestructura aérea, como postes telefónicos o eléctricos; o mediante señales de radio por microondas para largas distancias, cuando cualquiera de los otros dos métodos resulte demasiado costoso.

Subroles

Como ingenieros estructurales , los ingenieros de OSP son responsables del diseño estructural y la ubicación de torres celulares y postes telefónicos, así como del cálculo de la capacidad de carga de los postes telefónicos o eléctricos existentes a los que se añade nueva infraestructura. Se requieren cálculos estructurales al perforar bajo zonas de tráfico intenso, como autopistas, o al conectar estructuras a otras, como puentes. También se debe considerar el apuntalamiento para zanjas o pozos de mayor tamaño. Las estructuras de conductos suelen incluir revestimientos de lodo que deben diseñarse para soportar la estructura y resistir las condiciones ambientales circundantes (tipo de suelo, zonas de tráfico intenso, etc.).

Como ingenieros eléctricos , los ingenieros de OSP son responsables del diseño de resistencia, capacitancia e inductancia (RCL) de toda la nueva infraestructura para garantizar un servicio telefónico nítido y claro, y un servicio de datos limpio y fiable. Se requieren cálculos de atenuación o pérdida gradual de intensidad y de pérdida de bucle para determinar la longitud y el calibre del cable necesarios para proporcionar el servicio solicitado. Además, se deben calcular y suministrar los requisitos de potencia para alimentar cualquier equipo electrónico que se instale en el campo. El potencial de tierra debe tenerse en cuenta al instalar equipos, instalaciones e infraestructura en el campo para compensar las descargas atmosféricas, la intercepción de alta tensión proveniente de instalaciones de la compañía eléctrica con conexión a tierra inadecuada o averiadas, y de diversas fuentes de interferencia electromagnética.

Como ingenieros civiles , los ingenieros de redes externas (OSP) son responsables de elaborar planos, ya sea a mano o mediante software de diseño asistido por computadora (CAD), sobre la ubicación de las instalaciones de telecomunicaciones. A menudo, al trabajar con municipios, se requieren permisos para excavaciones o perforaciones, y se deben realizar los planos correspondientes. Estos planos suelen incluir aproximadamente el 70 % de la información detallada necesaria para pavimentar una carretera o añadir un carril de giro a una calle existente. Se requieren cálculos estructurales al perforar bajo zonas de tráfico intenso, como autopistas, o al conectar con otras estructuras, como puentes. Como ingenieros civiles, los ingenieros de telecomunicaciones proporcionan la infraestructura de comunicaciones moderna para todas las comunicaciones tecnológicas distribuidas por las civilizaciones actuales.

En ingeniería de telecomunicaciones, los cables con núcleo de aire se utilizan junto con sistemas de manejo de aire, que incluyen compresores, colectores, reguladores y redes de tuberías de aire. Estos sistemas mantienen la presurización dentro de las cajas de empalme para reducir la entrada de humedad y garantizar la integridad de la señal en los cables de cobre.

Como embajador político y social , el ingeniero de redes externas (OSP) representa a la compañía telefónica ante las autoridades locales y otras empresas de servicios públicos. Los ingenieros de OSP suelen reunirse con municipios, constructoras y otras compañías para atender sus inquietudes e informarles sobre el funcionamiento de la red telefónica. Además, el ingeniero de OSP debe obtener terrenos donde instalar instalaciones externas, como una servidumbre de paso para colocar una caja de interconexión.