INTRODUCCIÓN A LA TELEFONÍA

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Antes de la telefonía

Métodos precarios para alcanzar mayores distancias tales como señales de humo o silbidos.

Emisarios o mensajeros. A veces morían en el intento.

Servicio postal.

Telégrafo.

Las comunicaciones no eran prácticas antes de la aparición de la telefonía.

Breve historia: Mediados siglo 19

En 1849 Antonio Meucci hace una demostración de un dispositivo capaz de transmitir voz en La Habana. En 1854 hace otra en New York.

En 1860 el alemán Johann Philipp Reis construye una especie de teléfono basado en la idea original de Charles Bourseul.

Un par de años más tarde Innocenzo Manzetti construye el esperado “telégrafo parlante” que él mismo había visionado ya en 1844, pero no se interesa en patentarlo.

Ilustración del teléfono de Reis

Breve historia: Las patentes

En 1871 Meucci suscribió un documento de “aviso de patente” pero no pudo terminar el trámite por su condición económica.

En 1875 Alexander Graham Bell logra patentar un aparato similar y es el primero en hacerlo.

Pocas horas después de Bell, otro inventor llamado Elisha Gray, también trata de patentar un invento similar. Bell y Gray entran en una batalla legal que finalmente Bell gana.

Breve historia: Bell prospera

Bell trata de vender su patente a Western Union pero no se interesan.

Bell prospera por su propia cuenta.

En 1886, ya existían más de 150000 abonados telefónicos en los Estados Unidos.

En un principio Bell fue casi exclusivamente la única compañía en explotar la tecnología debido a sus patentes.

Breve historia: Desarrollo de Tecnología

En 1891 se inventó un teléfono “automático” que permitía marcar directamente.

En 1947, científicos de Bell inventan el transistor y cambian el curso de la historia de la humanidad. En 1948 ganan el Premio Nobel por su trabajo.

En los años 60 se lanzan los primeros satélites de comunicaciones y las comunicaciones entre continentes se facilitan.

Principios transmisión de voz

Ondas acústicas que viajan a través del aire a la velocidad del sonido, esto es a 1244 Km/h (o 340 m/s).

Se atenúan rápidamente por lo que no llegan a grandes distancias.

Es preferible transportar la señal de voz sobre ondas eléctricas, cuya atenuación se puede controlar sobre un cable conductor y se puede llegar a grandes distancias.

La transformación se hace mediante un dispositivo llamado micrófono.

La voz humana (1)

La voz ocupa un amplio espectro de frecuencias que van de graves a agudos en un rango aproximado de 20Hz a 20kHz.

Para transmitir voz "entendible" no es necesario transmitir todas las frecuencias sino un rango mucho menor.

Los teléfonos comerciales solo transmiten un rango aproximado de 300Hz a 3400Hz.

La voz humana (2)

El micrófono

Transforma la presión de las ondas mecánicas que viajan por el aire en ondas eléctricas.

El micrófono de carbón fue muy usado en teléfonos analógicos. Contenía granitos de carbón dentro de una cápsula.

Micrófono electromagnético es muy usado hoy en día.

También el micrófono de ”electret” es muy usado en teléfonos.

Esquema micrófono dinámico

1) Ondas de voz, 2) Diafragma, 3) Bobina, 4) Núcleo ferromagnético, 5) Corriente inducida

1.

2.

3. 4.

5.

Ancho de banda

Término muy ambiguo.

Es una medida de la cantidad de información que podemos transmitir por un medio por unidad de tiempo.

Una medida común para expresar el ancho de banda es ”bits por segundo”. Esta medida también equivale a bits/s, bps o baudios.

Por ejemplo, se usa para medir la capacidad de un enlace de datos. Ej. Enlace a Internet.

Lo podemos ver abreviado como BW por sus siglas en inglés.

Digitalización de voz (1)

Convertir la onda eléctrica analógica en una señal digital. Es decir que pueda ser traducida a unos y ceros.

En la práctica digitalizar la voz no es otra cosa que tomar muestras de la amplitud de la señal a intervalos regulares.

La frecuencia de estos intervalos se calcula mediante el teorema de Nyquist.

La voz digitalizada es más inmune al ruido. La calidad es mejor.

Digitalización de voz (2)

131 125 123 129 128 125 128 129 125 126 131 126 123

118

120

122

124

126

128

130

132

valor

tiempo

10000011 01111101 01111011 01111011

…

Teorema de Nyquist

Establece la mínima frecuencia de muestreo para que la onda se pueda reconstruir en destino igual a la original.

Nyquist sólo determina una frecuencia mínima. Teóricamente los valores muestreados deben ser exactos, pero en la práctica esto se redondea a un número finito de bits.

Esta frecuencia mínima es 2 veces el ancho de banda que se quiere muestrear: fm ≥ 2 BW

Por ejemplo, si en el teléfono se transmite voz de 400Hz a 4,000Hz se necesitará mínimo el doble, es decir 8,000Hz para muestrear esa señal.

Red orientada a circuitos (1)

Se establece un circuito dedicado o exclusivo para cada abonado.

Una vez establecido el circuito, éste ya no puede ser usado por otros.

Este tipo de redes es costoso.

En cada circuito el retardo es constante, lo cual de cierto modo es una ventaja pues no hay jitter.

Es el tipo de redes típico de las empresas de telefonía fija para con los abonados analógicos.

Red orientada a paquetes (1)

Por un mismo medio se puede transmitir simultáneamente diferentes flujos de información.

La información de los diferentes nodos se divide en paquetes, se intercalan y se envían por el mismo medio.

El Internet es un ejemplo de red de paquetes.

En Internet y redes IP en general los paquetes pueden llegar desordenados. Esto puede ocasionar problemas cuando se transmite voz.

Red orientada a paquetes (2)

La PSTN

La Red Pública Telefónica o PSTN (por sus siglas en inglés) es esencialmente una red basada en circuitos. También suele ser llamada RTPC (Red Telefónica Pública Conmutada).

Es la red donde estamos conectados los usuarios de telefonía fija.

Originalmente fue una red analógica pero actualmente es una red en su mayoría digital; por tanto existen dos tipos de circuitos: analógicos y digitales.

Circuitos analógicos

Comúnmente pares de cobre que llegan a los abonados del servicio telefónico y por donde se transmite la señal eléctrica (analógica) de la voz.

Por el mismo circuito se transmite la señalización necesaria para establecer, mantener y terminar una llamada.

También se transmite por aquí cierto voltaje de alimentación de -48 Voltios.

Señalización analógica

Son señales analógicas que viajan por el mismo conductor que la señal de voz.

Sirven para establecer, supervisar, mantener y terminar una llamada.

Intercambian información entre el abonado y la oficina central (OC)

Existen 3 tipos: loop start, ground start y kewlstart, dependiendo de cómo se inicia una llamada.

El más común es loop start.

Se pueden distinguir 6 fases: colgado, descolgado, marcación, conmutación, timbrado, conversación.

1) Colgado: La OC provee un voltaje DC de 48 Voltios y el teléfono actúa como un circuito abierto. Se conoce también como on-hook.

2) Descolgado: El teléfono cierra el circuito poniendo una baja resistencia entre los conductores telefónicos. Cuando la OC se da cuenta envía tono de marcado.

3) Marcación: Puede ser por pulsos o por tonos. Los tonos son pares de frecuencias llamadas DTMFs.

S. Analógica en llamada típica (1)

4) Conmutación: La OC analiza el número marcado y tratará de ubicar el circuito del número destino.

5) Timbrado: La OC envía una señal de ring al destino. También notifica al origen con una señal de ring-back si está timbrando o señal de ocupado si el destino está hablando.

6) Conversación: Si el destinatario contesta se cierra el circuito telefónico.

S. Analógica en llamada típica (2)

Tonos típicos en Señalización analógica

Nota: Estos valores son referenciales y pueden diferir en la realidad dependiendo de la ciudad o compañía telefónica que ofrezca cobertura, así también como de la legislación vigente. En todo caso se pueden modificar a nivel de Elastix.

TonoCaracterísticas

USA EuropaTono de

marcado (dial tone)

Dos tonos continuos de 350 Hz y 440 Hz multiplexados.

Un sólo tono continuo de 425 Hz

Tono de ocupado

Dos tonos multiplexados de 480 Hz y 620 Hz intercalándose en 0.5 segundos de sonido y 0.5 segundos de silencio.

Un sólo tono de 425 Hz, intercalándose en 0.2 seg de sodido y 0.2 seg de silencio. También existe otra cadencia de 0.5 seg de sonido y 0.5 seg de silencio de pero es menos común

Tono de timbrado

(ring tone)

Dos tonos multiplexados de 440 Hz y 480 Hz intercalándose en 2 segundos de sonido y 4 segundos de silencio.

Un solo tono de 425 Hz, intercalándose en 1.5 seg de sonido y 3 seg de silencio. También existe otra cadencia de 1 seg de sonido y 4 seg de silencio.

Tono de ring back

Igual que el ring tone Igual que el rig tone

DTMFs

DTMF viene del inglés Dual-Tone Multi-Frecuency.

Son 2 tonos mezclados.

Sirven para enviar dígitos o ciertos caracteres por la línea analógica.

Enviar dos tonos es más seguro que enviar un sólo tono.

Frecuencias DTMF

  1209 Hz 1336 Hz 1477 Hz 1633 Hz

697 Hz1 2 3

A  ABC DEF

770 Hz4 5 6

BGHI JKL MNO

852 Hz7 8 9

CPRS TUV WXYZ

941 Hz *0

# Doper

El teléfono analógico

No hace falta explicar qué es, todos lo hemos usado.

Un componente al que le prestaremos especial atención es al convertidor de 2 a 4 hilos.

Este componente mezcla el audio del micrófono (señal de ida) con el audio del audífono (señal de venida). Esto es porque el tendido telefónico es de 2 hilos, si fuera de 4 no sería necesario.

Este componente, también llamado convertidor 2H/4H, muchas veces es culpable de introducir eco en la conversación.

Circuitos digitales

Los circuitos digitales son los que llevan información digital. Realmente transportan esa información digital sobre portadoras analógicas.

Llevan información digital muchas veces multiplexada, lo cual optimiza recursos.

Mejoran la señal vs. ruido. Esto se traduce en una mejor calidad de audio.

La unidad más estándar es el DS-0 que representa un canal de 64Kbit/s, luego de esto vienen los múltiplos de DS-0.

Circuitos T-carrier y E-carrier (1)

T-carrier (o portadora-T) fueron diseñados como nomenclatura para circuitos digitales mutiplexados.

Fueron desarrollados por Bell Labs hace más de cincuenta años.

T-carrier en USA, E-carrier en Europa y J-carrier en Japón.

Los más conocidos son los famosos T1 y E1.

Circuitos T-carrier y E-carrier (2)

Un T1 es un circuito digital compuesto de 24 DS-0´s y tiene una capacidad de 1.544 Mbit/s.

Un E1 está compuesto por 32 DS-0´s y trafica 2.048 Mbit/s.

Existe muchos modelos de tarjetas telefónicas digitales compatibles con Asterisk en formato E1/T1

Luego de los T1´s tenemos múltiplos mayores como T2, T3, T4 y T5.

SONET y circuitos ópticos

SONET (Synchronous optical networking) fue desarrollado con el objetivo de contar con una nomenclatura similar a las T-carrier pero usando la tecnología de fibra óptica.

SONET utiliza múltiplos de T3 para sus anchos de banda y su circuito base es el llamado OC-1.

Luego del OC-1 tenemos los OC-3, OC-12, OC-24, OC-48, entre otros.

Señalización digital (1)

Al igual que en la comunicación analógica es necesario señalizar la llamada para establecer, supervisar y colgarla.

Los protocolos se pueden agrupar en dos grupos llamados CAS (Channel Associated Signaling) y CCS (Common Channel Signaling).

Los protocolos CAS transmiten la información de señalización junto con la data.

Los protocolos CSS transmiten la información de señalización en un canal distinto a la data.

Señalización digital (2)

Los protocolos CCS ofrecen algunas ventajas sobre los del tipo CAS.

En el grupo CAS hay dos que nos interesan: Robbed bit y R2.

En el grupo CSS se encuentra un importante protocolo llamado ISDN y es el que más se usa en Asterisk sobre circuitos digitales.

ISDN (1)

ISDN (Integrated Services Digital Network) nos permite transmitir voz y datos simultáneamente sobre pares telefónicos de cobre con calidad superior a las líneas telefónicas analógicas.

Existen dos variaciones llamadas BRI y PRI.

BRI (Basic Rate Interface) es para usuarios finales y está compuesto de 2 canales de datos de 64Kbit/s cada uno, más uno de señalización de 16Kbit/s. En total 144Kbit/s.

Los canales de datos se denominan canales B y los de señalización canales D.

PRI (Primary Rate Interface) se usa para empresas y contiene muchos canales B.

En USA PRI tiene 23 canales tipo B y un canal D (23B+D), todos de 64Kbps, lo que da un total de 1,536Kbps.

En Europa PRI tiene 30 canales tipo B y un canal D (30B+D), todos de 64 Kbps, lo que da un total de 1,984 Kbps.

ISDN (2)

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