Tema 1: Telefonia basica analogica y redes de telecomunicaciones

Introducción a las Redes de Telecomunicaciones

El propósito de cualquier sistema básico de telecomunicaciones es comunicar dos usuarios, permitiendo la transmisión de la información entre ellos. Existen diversos tipos de redes de telecomunicaciones, tanto públicas Como privadas. La telefonía pública consiste en una de las mayores redes de telecomunicaciones a nivel mundial, y se tomará como ejemplo introductorio, a los efectos de presentar los conceptos básicos de telefonía. Su arquitectura consiste en varios componentes, especializados en diferentes funciones. Estos son:

• El terminal telefónico
• Las redes de acceso
• La conmutación
• La transmisión y el transporte
• El sincronismo
• La señalización

En la siguiente figura se muestra, muy esquemáticamente los componentes mencionados. Los terminales telefónicos se encuentran en los extremos de la red, y pueden ser de diverso tipo, tanto fijos como móviles, particulares o corporativos, etc. Estos terminales telefónicos son conectados a los sistemas centrales través de redes de acceso, las que dependen de la tecnología del terminal telefónico. De esta manera hay redes de acceso de cobre, de fibra óptica, con tecnologías inalámbricas, etc.

Señalización Red de Acceso Central de Conmutación Local Terminal Telefónico Fijo Transmisión y Transporte Sincronismo PBX Corporativa Red de Acceso Central de Conmutación Celular Central de Conmutación Local Núcleo de Red Señalización Red de Acceso Terminal Celular

Una de las principales funciones de las redes de telecomunicaciones es la posibilidad de conectar terminales o usuarios entre sí. Esto se logra mediante las funciones de conmutación, las que se realizan en "centrales de conmutación". Estas centrales, a su vez, están interconectadas, por medio de una red de transmisión y transporte.

El sistema de transmisión y transporte se encarga de enviar grandes volúmenes de información y/o canales de voz y video entre puntos específicos, generalmente asociados a centrales de conmutación o centrales de tránsito. Dado que se trata de una red digital, es necesario establecer y mantener el sincronismo de tiempos y frecuencias entre todos los componentes.

Finalmente, es fundamental mantener un sistema de señalización apropiado entre los diversos componentes. En el campo de la telefonía tenemos tres conceptos fundamentales, la comunicación, la transmisión y la distribución.· La comunicación: es el sistema capaz de llevar a cabo la conexión de dos abonados, una central telefónica realiza la función de conmutación entre miles de abonados.

• La transmisión: significa transporte de energía a través de un medio, en telefonía el tipo de energía es eléctrica y los medios utilizados son cables, fibra óptica y el aire.
• La distribución: consiste en hacer llegar la energía hasta el destino final, esta función es proporcionada por las líneas de abonado que se conectan a la red, los terminales telefónicos pueden ser cualquier otro aparato como fax, modem.

En general una línea telefónica de abonado está constituida por dos hilos que se denominan par.

Reseñas históricas

Los primeros teléfonos instalados por Bell, y por la compañía Western Union en 1876, utilizaban un único hilo de cobre por el que se enviaba tanto la señalización como el audio (el retorno era por tierra). Un ejemplo de este teléfono se ve en la siguiente foto:

El sistema de "campanilla" fue ideado y patentado por Thomas A. Watson en 1878, 2 años después de presentada la primer patente de Bell, y ya con la primer central telefónica funcionando en New Haven, Connecticut, con 21 abonados.

En 1881 (con más de 50.000 teléfonos ya en funcionamiento), Graham Bell presentó una patente por un "teléfonos de 2 hilos de cobre".

El sistema de disco conocido hasta hace pocos años, con teléfonos de 2 hilos sin necesidad de cable de tierra, fue originalmente diseñado en 1908. Un ejemplo de este teléfono se ve en la siguiente figura:

En 1933 se instalan las primeras centrales telefónicas públicas automáticas, y junto con ellas los primeros teléfonos de disco.

A comienzos de la década de 1940, se instalaban diversos modelos de aparatos telefónicos, tanto de mesa como de pared. En las siguientes figuras, tomadas del "Manual del Aparatista" de la división Teléfonos de UTE, se ven los modelos de mesa "Siemens", y "Neophone", en láminas del año 1943.

3 2 1 5 LO 890 7 8 9 0 09/11/2008 TORE DIVISION TELEFONOS Serc-on Red APARATOS SIEMENS DE MESA MANUAL DEL APARATISTA INSTALACIONES DE SERVICIOS APROB. LAMINA A 1 15-X#1-43

En 1963 la compañía "Western Electric" lanza al mercado el primer teléfono de tonos, el modelo 1500. Este teléfono tenía 10 botones (0 al 9). El * (asterisco) y el # (numeral) fueron introducidos en 1967, en el modelo 2500. Los teléfonos de tonos están basados en un sistema de señalización diseñado por el Ingeniero L. Schenker en 1960.Con la masificación y universalización de los teléfonos de tonos, los precios de los terminales telefónicos bajaron considerablemente, existiendo actualmente una enorme oferta de modelos, con diversas prestaciones. Los operadores telefónicos han dejado de suministrar los terminales telefónicos, y se ha liberado la adquisición de éstos a los abonados

Básico sobre redes de Telefonía

Un transductor es un dispositivo que transforma (o traduce) una energía de entrada en otra de salida. En telefonía tenemos altavoces, que transforman señales eléctricas en sonido y micrófonos, que transforman el sonido en señales eléctricas.

Un sistema telefónico lo forman además las líneas de transmisión, los transformadores (de adaptación de impedancias), y la batería, que aporta la energía necesaria para el transporte de la señal.

Inicialmente se creó el telégrafo eléctrico, que incorporaba el código Morse para codificar las señales. Después de muchos intentos para transmitir voz, Alexander Graham Bell logró crear el primer teléfono capaz de transmitir voz con calidad aceptable. Para señalar al otro terminal que se deseaba iniciar conversación se accionaba una manivela en un extremo que hacía sonar un timbre en el otro.

YOUVE GOT THE WRONG NUMBER BUT YOUVE GOT THE RIGHT GIRL ARTHUR J.LAMB KERRY MILLS A MILLS

El sonido

Como todas las señales complejas, el sonido entra dentro del teorema de Fourier, que dice que toda señal se puede descomponer en una suma de infinitas señales senoidales puras.

Por otra parte, las señales moduladas tienen un ancho de banda limitado: una señal ethernet ocupa sobre 100MHz, un canal Wi-Fi son 20MHz, uno de TDT 8MHz y así con cualquier señal. En el ámbito del sonido (señal banda base), tenemos:

• El oído humano tiene la capacidad de percibir señales comprendidas entre 20Hz y 20kHz (la frecuencia máxima decae con la edad).
• La voz humana ocupa las frecuencias comprendidas entre 100Hz y 9500Hz.
• Como el ancho de banda anterior es bastante elevado, se toma un rango de frecuencias entre 300Hz y 3400Hz, que es donde se concentra la mayor parte de la potencia de la voz. Es un ancho de banda suficiente para entender la voz del interlocutor.

Esa reducción de ancho de banda permite abaratar el coste de la electrónica utilizada en telefonía.

La red conmutada

Al principio, cuando había pocos teléfonos, se usaba una topología de malla completa o totalmente conexa. Esto requería una cantidad exagerada de cableado que no se utilizaría ni en el caso de que todos los nodos estuviesen conversando.

Así, se decidió pasar a topologías en estrella que albergan centros de conmutación en sus nodos centrales. Pasamos a hablar de red telefónica conmutada (PSTN, Public switched telephone network). La línea que comunica el centro de conmutación con el teléfono del usuario se denomina par, línea o bucle de abonado.

Línea de abonado

Métodos de conmutación

FDMA (acceso múltiple por división de frecuencia , también conocido como FDMA (acrónimo en inglés de Frequency Division Multiple Access) es una técnica de multiplexación usada en múltiples protocolos de comunicaciones, tanto digitales como analógicos, principalmente de radiofrecuencia, y entre ellos en los teléfonos móviles de redes GSM, se usa en TDT, radio FM, Wi-Fi y otros sistemas inalámbricos multicanal para transitar varias señales en el aire. Aquí necesitamos transmitir dos señales en un par (una por cada interlocutor), además del camino que toman las señales para unir el emisor y el receptor.

• Conmutación espacial. (SDM) Se establece un camino entre entrada y salida que dura lo que dure la conversación. Lo mejor para señales analógicas.
• Conmutación temporal (TDM): Se convierten las señales de audio analógico en señales digitales y se envían en trozos de duración fija. La división de tiempo permite alternar la transmisión de los dos interlocutores por el mismo canal. TDMA se usa para transmitir señales digitales.

Estructura jerárquica de la red telefónica

Primeramente, la conmutación era manual. Una operadora conectaba un cable de audio con conectores jack entre emisor y receptor. Después se incorporó a nivel local la conmutación electromecánica, en la que un disco se ajustaba en el centro de conmutación en función de un código que enviaba el teléfono que realizaba la llamada.

Conmutador electromecánico Strowger

Hoy en día se usa conmutación electrónica, basada en semiconductores (como los switches) y no en partes mecánicas. Es más barata y fiable.

La jerarquía de sistemas de conmutación divide la red telefónica en centrales de menor a mayor ancho de banda:

• Centrales locales: Conectan abonados próximos entre sí.
• Centrales primarias: Interconectan centrales locales. Permiten hacer llamadas entre abonados que estén conectados a dos centrales locales.
• Centrales secundarias: Conectan las centrales primarias entre ellas.
• Centrales terciarias o nodales: Se conectan a las centrales secundarias y entre sí formando una malla (hasta las secundarias todo van en estrella).

Central secundaria Sección terciaria Central terciaria o nodal Sección cuaternaria Sección secundaria Central primaria Sección primaria Central local Terminal telefónico

Las líneas que comunican las centrales entre sí son:

• Línea de abonado: Del abonado a la central local.
• Sección primaria: de las centrales locales a la central primaria.
• Red secundaria: unión de centrales primarias a una secundaria.
• Sección cuaternaria: unión en malla de centrales terciarias.

A veces se realizan secciones directas entre centrales que no deberían estar conectadas si siguiesen a rajatabla la clasificación anterior.

Señalización y transmisión de voz