بنیادهای اولیه: از اپتیکی تلگراف تا سیگنال های الکتریکی

مدتها قبل از ساموئل مورس، انسان به دنبال راه هایی برای برقراری ارتباط فراتر از محدوده صدا یا بینایی بود. تمدن های باستان از سیگنال های دود، ضربه درام و برج های semaphore استفاده کردند. عصر مدرن مهندسی مخابرات، با این حال، با تلگراف نوری اختراع شده توسط کلود Chappe در سال 1792، این سیستم از برج های تیزهوشی برای انتقال پیام های بصری در سراسر فرانسه استفاده کرد، با این وجود این که قبلاً با سرعت های محدود و محدود به آن دسترسی داشتند.

انقلاب واقعی با برق آمد.در 1830s، ساموئل مورس، ساخت و ساز بر روی کار توسط دیگران مانند ویلیام کوک و چارلز وانستون، تلگراف الکتریکی و الفبای کد مورس را توسعه داد، این سیستم پیام های زمینی را به پالس های الکتریکی منتقل شده بر سیم های مس تبدیل کرد: اولین تظاهرات عمومی در سال 1844 نشان داد تولد خطوط ارتباطات الکتریکی راه دور طولانی تلگراف به زودی باعث ایجاد فاصله های انتقال داده شده و تکرار شبکه های خبری در سیستم های پخش شده است.

انقلاب بی سیم: هرتز، مارکونی و رادیو

اواخر قرن نوزدهم کشف امواج الکترومغناطیسی توسط هیتسریش اوتز در سال 1887 مشاهده کرد، اگرچه هرتز ارتباطات عملی را پیش بینی نکرد، آزمایش های او ثابت کرد که امواج رادیویی می توانند انتقال داده و دریافت کنند. Guglielmo Marconi این پدیده را به کار گرفته و اولین تلگراف بی سیم عملی را در سال 1901 ایجاد کرد، او اولین سیگنال بی سیم ترانس آتلانتیک را از Cornwall به نور جدید انتقال داد و به نظر می رسید که مهندسان رادیو (به نظر می رسد که به سرعت آن را به مهندسی رادیو اکتیوی رادیو (به نظر می رسد).

ظهور تلویزیون

تلویزیون ارتباطات بصری را اضافه کرد، و خواستار پهنای باند بیشتر در سیستم های مکانیکی اولیه در دهه ۱۹۲۰ شد تا تلویزیون های الکترونیکی را تا دهه ۱۹۳۰ به طور کامل پخش کرد، به لطف مخترعانی مانند فیلو فارنزورث و ولادیمیر Zworykin، مهندسان ارتباطات با موانع جدید مواجه شدند: همگام سازی ویدئو و استانداردهای صوتی، توسعه (به عنوان مثال، NTSC، PALAM)، و انتقال سیگنال های اتصال و انتقال سیگنال های صوتی در سال 1950.

ماهواره ها و اتصال جهانی

پرتاب اسپوتنیک در سال 1957 پتانسیل ماهواره های مصنوعی را نشان داد.اولین ماهواره ارتباطی فعال، Telstar، که در سال 1962 راه اندازی شد، سیگنال های تلویزیونی را در سراسر مهندسی ماهواره اقیانوس اطلس معرفی کرد: مکانیک مداری، تولید برق (د پنل های خورشیدی)، کنترل حرارتی و تاخیر سیگنال به دلیل مدارهای ژئوپلتیک (حدود 35،786 کیلومتر ارتفاع) باعث شد تا پخش جهانی زنده، مانند ماهواره ای که من به دنبال آن ها بودیم، سیستم های مخابراتی کوچک ماهواره ای که به سرعت ساخت اینترنت را کاهش می دادند.

تحول دیجیتال: از آنالوگ تا IP

تغییر از آنالوگ به سیستم های ارتباطی دیجیتال که در دهه 1960 آغاز شد، شاید عمیق ترین تحول در مورد تنظیم پالس کد (PCM)، اختراع شده توسط Alec Reeves در سال 1937 بود، اما بعدا اجرا شد، اجازه داد صدا به بیت های دیجیتال (کد IP) تبدیل شود، توسعه شبکه های متصل به IP (ISDN) در 1980s اختصاص داده شده با هدف ارائه شبکه های اتصال دیجیتال نهایی (پیشرفته شده در پروتکل اتصال IP) متصل به اتصال، اتصال، اتصال مستقیم (IP) با اتصال IP سوئیچ شده توسط پروتکل اتصال IP سوئیچ شده است.

فیبر نوری: Backbone

هیچ انقلاب دیجیتال بدون فیبر نوری. چارلز کاو در سال 1966 کار بر روی فیبر نوری او را به یک جایزه نوبل به دست آورد. مهندسان به توسعه فیبرهای سیلیکا و منابع لیزر کم ضرر، قادر به انتقال ترابیت-پر ثانیه - Dense طول موج چندگانه (DWDM) اجازه می دهد چندین طول موج برای به اشتراک گذاشتن یک فیبر، ظرفیت چند برابر کابل در حال حاضر نزدیک به اقیانوس ها، حمل و نقل از این ماهواره های دقیق و انتقال دقیق است.

شبکه های موبایل: از 1G تا 5G

تلفن همراه سریع ترین تکامل را دیده است که هر نسل، پارادایم های مهندسی جدیدی را به ارمغان آورده است.

1G (1980) : صدای آنالوگ

نسل اول از سیستم پیشرفته تلفن همراه (AMPS) در آمریکای شمالی و تلفن همراه نوردیک (NMT) در اروپا استفاده می کرد خدمات صوتی پایه اما از محدودیت ظرفیت، امنیت ضعیف (بازخوردگان آسان) و هیچ گونه گردش بین مهندسان استفاده از فرکانس و تقسیم سلولی به افزایش ظرفیت، ایجاد پایه برای نظریه سلولی رنج می برد.

2G (1990) : صدای دیجیتال و متن

سیستم جهانی ارتباطات موبایل ( GSM) به استاندارد غالب 2G تبدیل شد.آن را دیجیتالی کرد، پیام متنی SMS را معرفی کرد و از سیم کارت برای هویت مشترک استفاده کرد. TDMA (Time Division Multi Access) اجازه داد تا کاربران متعدد در هر فرکانس، 2.5G افزایش مانند GPRS داده های بسته، فعال کردن مهندسین اینترنت تلفن همراه تمرکز بر استفاده کارآمد، کنترل قدرت و اصلاح کدگذاری.

3G (2000s): Mobile Broadband

اتحادیه بین المللی مخابرات (ITU) استانداردهای IMT-2000.UMTS (W-CDMA) و CDMA2000 از دسترسی چندگانه کد-division استفاده کردند، نرخ داده ها را تا 2 Mbps ارائه می دهند، این باعث می شود مرور وب، ایمیل و قابلیت های اولیه تلفن هوشمند شامل دستی نرم تر، نرخ های متغیر و قابلیت همکاری.

۴G (۲۰۱۰) : شبکه های All-IP

LTE (Long Term Evolution) یک وقفه تمیز از گذشته سوئیچ مدار را نشان داد.این یک شبکه تمامIP با OFDMA (یاthogonal Frequency Division Multi Access) و MIMO (چندین خروجی ورودی چندگانه) بود. Peak سرعت بیش از 100 Mbps کاهش یافت.

5G: مرز فعلی

5G فقط سریعتر نیست؛ برای سه مورد استفاده طراحی شده است: پهنای باند موبایل (eMBB)، ارتباطات با کیفیت بالا (URLLC) و ارتباطات گسترده دستگاه های نوع ماشین (mMTC) با استفاده از تکنولوژی جدید رادیو (NR) با فرکانس انعطاف پذیر، تابش پرتو و طیف میلیمتری (۲۴ گیگاهرتز) و بالاتر از مهندسان با استفاده از شبکه های انرژی ضعیف (سرعت اتصال به سرعت بالا)

نوآوری های مهندسی کلیدی هر نسل را زیر پا می گذارند

  • Modulation و کدگذاری: از QPSK به 256-QAM و فراتر از آن، هر نسل بهبود بهره وری طیفی.
  • ] دسترسی چند جانبه: FDMA، TDMA، CDMA، OFDMA - هر کدام به کاربران بیشتری در هر طیف اجازه می دهند.
  • فناوری آنتenna: MIMO، پرتو، MIMO عظیم (صدها عنصر) به طور چشمگیری افزایش ظرفیت.
  • تکامل شبکه: از PSTN مدار به هسته های 5G مجازی سازی ابری.
  • استفاده از نمونه: رادیو شناختی، اشتراک گذاری طیف پویا و دسترسی به مجوز.

اینترنت اشیا و محاسبات Edge

مهندسی مخابرات در حال حاضر فراتر از ارتباطات انسانی به تعاملات ماشین به ماشین (M2M) گسترش می یابد.Narrowband IoT (NB-IoT) و LTE-M اتصال کم قدرت گسترده (LPWA) برای سنسورها، متر های هوشمند و ردیاب های دارایی را فراهم می کند. پردازش نزدیک به شبکه دسترسی رادیویی، کاهش تأخیر برای تجزیه و تحلیل های واقعی نیاز به سیستم های ارتباطی گسترده (مدیریت ارتباطات) و سیستم های ارتباطی، به روز رسانی های ارتباطی، و هماهنگ سازی ارتباطات شبکه های ارتباطی گسترده است.

مسیر های آینده: 6G، کوانتومی و فراتر از آن

در حالی که 5G هنوز هم در حال حاضر 6G (که حدود 2030 تخمین زده می شود) اهداف شامل نرخ داده های ترابیت در ثانیه، تاخیر زیر میلی ثانیه، سنجش یکپارچه و ارتباطات و فراگیر AI. Terahertz (100 گیگاهرتز تا 1 هرتز) و سطوح هوشمند منعکس کننده تحت بررسی ارتباطات، به ویژه توزیع کلیدی کوانتومی (QKD)، وعده های رمزگذاری پایدار و استفاده از طریق هواپیماهای بدون انرژی، به عنوان ایستگاه های ضد انرژی پایدار، یکپارچه می شوند.

نتیجه گیری

از اولین کلید تلگراف مورس تا پرتوهای 5G امروز، مهندسی مخابرات جهان را به طور بی وقفه ای کوچک کرده است.هر نسل تنگناهای زمان خود را حل کرد - از راه، سرعت، پهنای باند، تاخیر - در حالی که ایجاد امکانات جدید برای اتصال انسان و نوآوری است، مهندسان که این سیستم ها با مشکلات بی سابقه مواجه شده و راه حل هایی را اختراع کردند که ما به عنوان حرفه ای کوانتومی به دنبال آن هستیم و نه به عنوان فن آوری های حیاتی و نه به عنوان فن آوری های تکاملی ادامه می دهد.

برای مطالعه بیشتر، منابع (FLT:0) را در استانداردهای تلفن همراه ، استانداردهای ارتباطات IEEE] و GPP مشخصات برای 5G و فراتر از مشورت کنید.