Ingeniería en Telecomunicaciones: Integración de sistemas de comunicación para robótica autónoma

Por Fouad Sabry

"Ingeniería de telecomunicaciones", escrito por Fouad Sabry, ofrece una exploración en profundidad del campo vital de las telecomunicaciones. Este libro es una lectura esencial para profesionales, estudiantes y entusiastas en el campo de la ciencia robótica. Comprender los aspectos tecnológicos, políticos y prácticos de las telecomunicaciones es más importante que nunca, ya que la conectividad impulsa el panorama global. Con un enfoque claro en las regiones y tecnologías clave, este libro cierra la brecha entre la teoría y la práctica en las telecomunicaciones modernas.

Ingeniería de telecomunicaciones-este capítulo sienta las bases, explicando los conceptos clave y el papel de las telecomunicaciones en la ingeniería.

Telecomunicaciones en China-un análisis detallado de la evolución de las telecomunicaciones en China y su influencia global.

Telecomunicaciones en Rusia-explora la infraestructura de telecomunicaciones de Rusia y sus desafíos en la era moderna.

Telecomunicaciones en Tanzania-examina el crecimiento de Tanzania en telecomunicaciones y su impacto en la conectividad regional.

Repetidor-Presenta el concepto de repetidores y analiza su función en la transmisión de señales y la mejora de la red.

Medio de transmisión-Analiza diversos medios de transmisión, como la fibra óptica, los cables de cobre y los sistemas inalámbricos.

Comunicación de datos-Explora cómo se transmiten los datos, centrándose en los protocolos, el cifrado y los estándares de red.

Inalámbrico-Una inmersión profunda en las tecnologías de comunicación inalámbrica y sus aplicaciones en la sociedad actual.

Política de telecomunicaciones de los Estados Unidos-Una descripción general de la política de telecomunicaciones de los Estados Unidos y su efecto en el mercado global.

Última milla (telecomunicaciones)-Se centra en los desafíos y las soluciones para la "última milla" crítica en las redes de comunicación.

Acceso a Internet-Abarca la importancia del acceso a Internet en la sociedad moderna y la infraestructura necesaria para brindarlo.

Dúplex (telecomunicaciones)-Explora el concepto de comunicación dúplex y su importancia en la eficiencia de la red.

Circuito de dos hilos-examina el papel de los circuitos de dos hilos en las telecomunicaciones, centrándose en la simplicidad y la fiabilidad.

Historia de las telecomunicaciones-rastrea la historia de las telecomunicaciones, destacando los hitos clave y los avances tecnológicos.

Fibra hasta la x-profundiza en las tecnologías de fibra óptica, centrándose en la fibra hasta el hogar y los modelos comerciales.

Red de computadoras-una exploración de las redes de computadoras, su diseño y su conexión con las telecomunicaciones.

Backhaul (telecomunicaciones)-se centra en la red de backhaul, esencial para mantener una comunicación eficiente a largas distancias.

Comunicación por cable-analiza la evolución y la relevancia continua de los sistemas de comunicación por cable en las telecomunicaciones.

Telecomunicaciones-ofrece una visión amplia de las telecomunicaciones, que abarca las tendencias emergentes y los desafíos globales.

Derecho de las comunicaciones-explora el marco legal que rodea a las telecomunicaciones, incluidas las regulaciones y los desafíos de política.

Telecomunicaciones en Burkina Faso-ofrece una mirada profunda al panorama, los desafíos y el crecimiento de las telecomunicaciones en Burkina Faso.

El libro cubre de manera integral las perspectivas tecnológicas, políticas y regionales de las telecomunicaciones. Al leer este libro, los profesionales, estudiantes y entusiastas obtendrán información valiosa sobre la ingeniería de telecomunicaciones y su papel fundamental en la configuración del futuro de la conectividad,

• Idioma: Español
• Editorial: Mil Millones De Conocimientos [Spanish]
• Fecha de lanzamiento: 2 ene 2025

Vista previa del libro

CapÃtulo 1 : Ingeniería de Telecomunicaciones

Una materia de la ingeniería electrónica se conoce como ingeniería de telecomunicaciones, y su objetivo principal es crear y desarrollar métodos de comunicación que puedan tener lugar a distancia. Hay un amplio espectro de tareas involucradas, desde el diseño fundamental de circuitos hasta el desarrollo estratégico de masas. Es responsabilidad de un ingeniero de telecomunicaciones diseñar y supervisar la instalación de diversos equipos e instalaciones de telecomunicaciones. Estos incluyen sistemas de conmutación electrónica complejos, así como otros tipos de instalaciones de servicio telefónico, cableado de fibra óptica, redes de Protocolo de Internet (IP) y sistemas de transmisión de microondas. También es posible encontrar solapamiento entre la ingeniería de radiodifusión y la ingeniería de telecomunicaciones.

El tema de la ingeniería conocido como telecomunicaciones abarca una amplia gama de subcampos, incluida la ingeniería eléctrica, civil y de seguridad. Los ingenieros técnicos en el campo de las telecomunicaciones son responsables en última instancia de la prestación de servicios de transferencia de datos de alta velocidad. Cuando se trata de diseñar la arquitectura de la red de telecomunicaciones, hacen uso de una amplia gama de equipos y medios de transporte. Los tipos de medios de transporte más frecuentes que utilizan las telecomunicaciones cableadas en la actualidad son los cables de par trenzado, los cables coaxiales y las fibras ópticas. Los ingenieros que se especializan en telecomunicaciones también ofrecen soluciones que giran en torno a los modos inalámbricos de comunicación y transferencia de información. Estas soluciones incluyen servicios de telefonía inalámbrica, comunicaciones por radio y satélite, Internet, Wi-Fi y tecnologías de banda ancha.

En términos generales, los ingenieros de telecomunicaciones son los responsables de diseñar los sistemas de telecomunicaciones. Estos ingenieros se originaron a partir de los avances tecnológicos que ocurrieron en el sector del telégrafo a finales del siglo XIX, así como en las industrias de la radio y la telefonía a principios del siglo XX. La televisión, la radio y los teléfonos son ejemplos de dispositivos que son comunes en varias regiones del mundo. Hoy en día, las telecomunicaciones son omnipresentes y los equipos que facilitan el proceso también son comunes. Además, hay varias redes que conectan estos dispositivos. Algunos ejemplos de estas redes incluyen redes informáticas, redes telefónicas públicas conmutadas (PSTN), redes de radio y redes de televisión. Uno de los numerosos ejemplos de telecomunicaciones es la comunicación que tiene lugar entre ordenadores a través de Internet. Se ha estimado que los ingresos generados por la industria de las telecomunicaciones representan poco menos del tres por ciento del producto mundial bruto, debido al importante papel que desempeña en la economía mundial.

Samuel Morse construyó por separado una versión del telégrafo eléctrico, que intentó demostrar el 2 de septiembre de 1837, pero no tuvo éxito. Al poco tiempo, se le unió Alfred Vail, responsable del desarrollo del registro. El registro era un terminal de telégrafo que integraba un dispositivo de registro para registrar mensajes en cinta de papel. El 6 de enero de 1838, esto se demostró con éxito a una distancia de tres millas (cinco kilómetros), y finalmente se demostró a una distancia de cuarenta millas (sesenta y cuatro kilómetros) entre Washington, Distrito de Columbia. para el 24 de mayo de 1844, en Baltimore. La idea a la que se le concedió una patente resultó ser rentable, y para el año 1851, los cables de telégrafo en los Estados Unidos habían atravesado más de 20.000 millas (32.000 kilómetros).

El 27 de julio de 1866 se construyó con éxito el primer cable telegráfico transatlántico, que permitió por primera vez comunicarse a través del Océano Atlántico. Los primeros cables transatlánticos, que se instalaron en 1857 y 1858, apenas estuvieron operativos durante unos días o semanas antes de que dejaran de funcionar repentinamente. Ha habido ocasiones en las que el término Internet victoriano se ha utilizado para referirse al uso internacional del telégrafo.

Tanto New Haven como Londres, ubicadas en lados opuestos del Océano Atlántico, fueron los lugares donde se establecieron los primeros servicios telefónicos comerciales en los años 1878 y 1879. Alexander Graham Bell era el legítimo propietario de la patente principal del teléfono, que era esencial para la prestación de esos servicios en ambas jurisdicciones. Después de este punto, la tecnología avanzó a un ritmo rápido, lo que finalmente condujo a la construcción de líneas interurbanas y al establecimiento de centrales telefónicas en todas las ciudades importantes de los Estados Unidos a mediados de la década de 1880. A pesar de esto, la comunicación de voz transatlántica no estuvo disponible para los clientes hasta el 7 de enero de 1927, cuando se estableció una conexión utilizando la radio. Sin embargo, antes de que se estableciera el TAT-1 el 25 de septiembre de 1956, no había conexión por cable. Esta fue la primera vez que se pusieron a disposición 36 líneas telefónicas.

Mediante el uso de haces de luz modulados que fueron proyectados por fototeléfonos, Bell y Charles Sumner Tainter, quien también fue coinventor, hicieron la primera llamada telefónica inalámbrica en todo el mundo en el año 1880. Cuando se implementaron por primera vez en las comunicaciones militares y de fibra óptica, las ideas científicas que sustentaron su diseño no se utilizarían durante algunas décadas.

El primer sistema de telegrafía sin hilos completo y comercialmente efectivo fue construido por el inventor italiano Guglielmo Marconi en el transcurso de varios años a partir de 1894. Esta tecnología se basaba en la transmisión de ondas electromagnéticas a través del aire (transmisión por radio). En diciembre de 1901, desarrollaría la comunicación inalámbrica entre Gran Bretaña y Terranova, lo que finalmente le valdría el Premio Nobel de Física en 1909 (que compartió con Karl Braun). En el año 1900, Reginald Fessenden estableció la capacidad de transmitir una voz humana de forma inalámbrica. Selfridges, una tienda departamental en Londres, fue el lugar donde el inventor escocés John Logie Baird dio una demostración pública de la transmisión de imágenes de siluetas en movimiento el 25 de marzo de 1925. En octubre de 1925, Baird tuvo éxito en la adquisición de imágenes en movimiento con tonos de semitonos, que tuvieron la distinción de ser las primeras películas auténticas de televisión, según la mayoría de los testigos. Esto finalmente resultó en una demostración pública del aparato modificado que tuvo lugar una vez más en Selfridges el 26 de enero de 1926. Como resultado del hecho de que los dispositivos iniciales de Baird dependían del disco de Nipkow, llegaron a ser conocidos como la televisión mecánica. A partir del 30 de septiembre de 1929, sirvió como base para las transmisiones semiexperimentales que llevó a cabo la British Broadcasting Corporation.

Durante el año 1958, Estados Unidos lanzó el Proyecto SCORE, que fue el primer satélite en transmitir comunicaciones. Esta nave espacial utilizaba una grabadora para almacenar y transmitir mensajes de voz. Se utilizaba para enviar una felicitación navideña desde Estados Unidos al resto del mundo. El presidente Dwight D. Eisenhower fue la persona a cargo. En 1960, la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio (NASA) lanzó con éxito un satélite Echo. El globo de película de PET aluminizado, que medía 100 pies (30 metros) de altura, se utilizó como reflector pasivo para las comunicaciones por radio. El primer satélite repetidor activo en el mundo fue el Courier 1B, que fue construido por Philco y lanzado en el mismo año, 1960. Hoy en día, los satélites se utilizan para una amplia variedad de propósitos, que incluyen, entre otros, las áreas de GPS, televisión, Internet y aplicaciones telefónicas.

El satélite Telstar fue el primer satélite comercial de comunicaciones en ser un satélite activo de retransmisión directa. Como parte de un acuerdo multinacional para desarrollar comunicaciones por satélite, que incluía a AT&T, Bell Telephone Laboratories, la NASA, la Oficina General de Correos británica y la PTT (Oficina Nacional de Correos) francesa, fue lanzado por la NASA desde Cabo Cañaveral el 10 de julio de 1962. Este lanzamiento fue el primer lanzamiento espacial patrocinado por el sector privado. El acuerdo fue firmado por AT&T, Bell Telephone Laboratories y la NASA. El Relay 1 fue el primer satélite en transmitir sobre el Océano Pacífico el 22 de noviembre de 1963. Fue lanzado el 13 de diciembre de 1962 y se convirtió en el primer satélite en hacerlo.

Los satélites de comunicaciones se utilizaron inicialmente para las telecomunicaciones intercontinentales de larga distancia, que fue la aplicación más temprana y significativa de estos satélites en la historia. La red telefónica pública conmutada fija se encarga de retransmitir las llamadas telefónicas de los teléfonos fijos a una estación terrena. Desde allí, las llamadas se retransmiten a una antena parabólica receptora para su transmisión por un satélite geoestacionario que está en órbita alrededor de la Tierra. Hubo una ligera disminución en la utilización de satélites para la telefonía fija en la última parte del siglo XX como resultado de los avances en los cables de comunicaciones submarinos que fueron posibles gracias a la utilización de la fibra óptica. Sin embargo, los satélites siguen prestando un servicio limitado a islas remotas como la Isla Ascensión, Santa Elena, Diego García y la Isla de Pascua, donde no hay cables submarinos en funcionamiento. También hay ciertos continentes y algunas secciones de países donde las telecomunicaciones fijas son extremadamente poco comunes o inexistentes. Una de esas regiones es la Antártida, junto con vastas regiones de Australia, América del Sur, África, el norte de Canadá, China, Rusia y Groenlandia.

Tras el establecimiento del servicio telefónico comercial de larga distancia mediante el uso de satélites de comunicación, a partir de 1979 se adaptaron muchas otras telecomunicaciones comerciales a satélites similares. Estas telecomunicaciones incluían teléfonos móviles por satélite, radio por satélite, televisión por satélite y acceso a Internet por satélite. A medida que los precios de los canales comerciales de transpondedores por satélite continuaron cayendo a un ritmo significativo a lo largo del decenio de 1990, la mayoría de estos servicios comenzaron a adaptarse por primera vez.

Usando un teleimpresor, George Stibitz pudo enviar problemas a su Calculadora de Números Complejos en Nueva York el 11 de septiembre de 1940. Luego recibió los resultados computados en el Dartmouth College en New Hampshire. Esto ocurrió el 11 de septiembre. A lo largo de la década de 1950 y en la década de 1960, este diseño de una computadora centralizada o una computadora central con terminales tontos remotos continuó siendo una opción popular. Sin embargo, no fue hasta la década de 1960 que los académicos comenzaron a examinar la conmutación de paquetes, que es una tecnología que permite transmitir fragmentos de datos entre varias computadoras sin pasar primero por un mainframe centralizado u otro intermediario. El 5 de diciembre de 1969 se creó una red formada por cuatro nodos. Casi de inmediato, esta red evolucionó hasta convertirse en ARPANET, que finalmente incluiría 213 nodos en el año 1981.

El 7 de abril de 1969, se publicó el documento de Solicitud de Comentarios (RFC) 1. El desarrollo de ARPANET se centró en el proceso de solicitud de comentarios. Este método es importante porque ARPANET se combinaría más tarde con otras redes para formar Internet, y el proceso de solicitud de comentarios fue responsable de especificar un número significativo de los protocolos de comunicación que Internet utiliza actualmente. Tanto el Protocolo de Internet versión 4 (IPv4) como el Protocolo de Control de Transmisión (TCP) se lanzaron en septiembre de 1981 mediante la Solicitud de Comentarios (RFC) 791 y 793, respectivamente. Esto dio lugar a la creación del protocolo TCP/IP, que es la base sobre la que funciona la mayor parte de Internet en la actualidad.

Debido a su flexibilidad y al hecho de que se puede agrupar en cables, la fibra óptica se puede utilizar como medio para la implementación de redes informáticas y telecomunicaciones. Debido al hecho de que la luz viaja a través de la fibra con una atenuación mínima en comparación con las líneas eléctricas, es particularmente ventajosa para las comunicaciones a larga distancia. Como resultado de esta situación, se hace posible el uso de un pequeño número de repetidores.

En 1966, Charles K. Kao y George Hockham presentaron fibras ópticas en STC Laboratories (STL) en Harlow, Inglaterra. Demostraron que las pérdidas de 1000 dB/km en el vidrio existente se debían a impurezas, que teóricamente podían eliminarse. Esto fue en comparación con las pérdidas de 5-10 dB/km en el cable coaxial.

Corning Glass Works tuvo éxito en el desarrollo de fibra óptica en 1970, con una atenuación lo suficientemente baja para fines de comunicación (alrededor de 20 dB/km). 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. La fibra óptica fue capaz de lograr este éxito.

El primer sistema comercial de comunicaciones de fibra óptica se construyó en 1975, después de un período de investigación que comenzó en 1975. Este sistema utilizaba láseres semiconductores de GaAs y funcionaba a una longitud de onda de aproximadamente 0,8 μm. Con un espaciado de repetidores de hasta 10 kilómetros, este sistema de la primera generación era capaz de funcionar a una velocidad de bits de 45 megabits por segundo. Long Beach, California, fue el lugar donde General Telephone and Electronics transmitió la primera comunicación telefónica en vivo utilizando fibra óptica a una velocidad de 6 megabits por segundo. Este hecho tuvo lugar el 22 de abril de 1977.

Se cree que Rediffusion fue la empresa que instaló el primer sistema de cable de fibra óptica de red de área amplia del mundo en 1978 en la ciudad de Hastings, que se encuentra en East Sussex, Reino Unido. Además de contar con más de mil abonados, los cables se instalaron en conductos a lo largo de toda la ciudad. Durante ese período de tiempo, se utilizaron para la transmisión de canales de televisión que no estaban disponibles debido a dificultades con la recepción local.

El TAT-8, que se basó en la tecnología de amplificación láser optimizada de Desurvire, fue el primer cable telefónico transatlántico en emplear fibra óptica. En el año 1988 inició sus operaciones.

Debido al aumento del uso de Internet y a la comercialización de diversos servicios de consumo que requieren un uso intensivo del ancho de banda, como el vídeo a la carta, 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 desde finales de la década de 1990 hasta el año 2000. Esto se debió al hecho de que el tráfico de datos del Protocolo de Internet estaba aumentando exponencialmente, a un ritmo más rápido que la velocidad a la que la complejidad de los circuitos integrados había aumentado de acuerdo con la Ley de Moore.

Un transmisor, también conocido como fuente de información, es un dispositivo que recibe datos y los transforma en una señal inalámbrica para su transmisión. En los campos de la electrónica y las telecomunicaciones, un transmisor, a menudo conocido como transmisor de radio, es una pieza de equipo electrónico que permite producir ondas de radio con la ayuda de una antena. Además de su uso en la radiodifusión, los transmisores son elementos componentes esenciales de una amplia variedad de dispositivos electrónicos que se comunican por radio, como los teléfonos móviles.

El medio de transmisión a través del cual se transmite la señal. Por ejemplo, el aire suele ser el medio que se utiliza para la transmisión de sonidos; Sin embargo, los sólidos y líquidos también son capaces de funcionar como medios de transmisión del sonido. Se utiliza una amplia variedad de medios de transmisión como canales de comunicación. Se sabe que el cable de cobre es uno de los medios físicos más utilizados en el campo de las redes. El uso de alambre de cobre permite utilizar cantidades comparativamente modestas de energía en la transmisión de señales a grandes distancias. Otro ejemplo de medio físico es la fibra óptica, que se ha convertido en el medio de transmisión que se utiliza con mayor frecuencia para las comunicaciones a larga distancia. El vidrio se utiliza para crear fibra óptica, que es una hebra delgada que se usa para guiar la luz a lo largo de su