UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNAD Escuela de Ciencias Bsicas, Tecnologa e Ingeniera Redes y Servicios Telematicos - Ing. Esp. Edgar Rodrigo Enrquez Rosero

REDES TELEFNICAS

La telefona implica la transmisin de sonido sobre distancias. Este sonido es a menudo voz,

aunque tambin puede ser msica o datos. La Red Telefnica Pblica Conmutada (RPTC),

construida en muchos pases durante el ltimo siglo tena la funcin bsica de transportar voz.

Pero es un hecho que las empresas e individuos de hoy pueden transmitir voz, datos, imgenes,

video y otros tipos de informacin sobre esta red. Antes de discutir como la transmisin ocurre

electrnicamente es importante considerar la naturaleza del sonido humano y como se propaga.

El sonido se produce por las cuerdas vocales, instrumentos musicales, aviones, el viento, y

millones de otras fuentes. El sonido es creado por regiones de alta y baja presin en el aire

circundante que estimulan el odo interno para generar impulsos que el cerebro reconoce como

sonido. El aire es el medio de transmisin de sonido.

Como en toda transmisin mecnica, sonido incurre en prdidas a medida que se aleja de la

fuente, llegando a ser cada vez ms dbil. Esto es porque su energa, concentrada en su totalidad

al emitirse, se extiende a medida que las ondas se desplazan. Se convierte tambin en dbil y

suave debido forma inelstica en que molculas de aire chocan unas con otras. Estas prdidas

limitan la distancia a la que un discurso inteligible puede ser enviado a travs del aire. Se puede,

sin embargo, amplificar el sonido que sale de la fuente, pero incluso esto limita la transmisin de

sonido a distancias de 900 metros o menos, esto es lo que generalmente se denomina el efecto

doopler. Por lo tanto, la transmisin de sonido en distancias ms largas requiere mecanismos

distintos a la transmisin mecnica por el aire.

La invencin del telfono en 1876 marc el comienzo de nuestra capacidad para enviar

conversaciones de voz en distancias largas. Es un dispositivo para convertir energa mecnica en

energa elctrica de ida y vuelta. Esta conversin tcnica signific que una seal que modelaba la

onda de presin de voz, podra ser enviada por alambres de cobre y peridicamente poda ser

amplificada para superar las prdidas elctricas. Con esto se logr la transmisin a travs cientos o

miles de kilmetros, en lugar de slo a unos pocos cientos de metros permitidos por sla

transmisin mecnica del aire.

Sistemas de transmisin analgicos

En las primeras redes telefnicas, la informacin de voz analgica era transportada en banda

ancha de extremo a extremo a travs de todos los elementos de la red. Las lneas de acceso a la

red transportaban representaciones elctricas de seales de voz en banda ancha. Las oficinas

centrales (switches) soportaban miles de conexiones elctricas para trasmitir seales y los

sistemas de transmisin por lo tanto eran optimizados para el transporte de seales en banda

ancha entre oficinas centrales. Para ser econmicos y eficientes, muchas seales de banda

angosta (ie. 4000 Hz), cada una representando una conversacin de voz eran multiplexadas en el

sistema de transmisin para ser transportadas entre oficinas centrales. En la figura se ilustra como

varios canales de banda angosta se multiplexan en uno de banda ancha.

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Cada canal de 4000 Hz es capaz de transportar una conversacin telefnica de voz desde una

oficina central a otra y, bajo este criterio, los sistemas de transmisin analgica metlica crecieron

de manera jerrquica operando por muchos aos pero con sus respectivos inconvenientes. A este

esquema de multiplexacin se le denomin multiplezacinin por divisin de frecuencias (FDM /

Frequency Division Multiplexing)

La desventaja ms significativa de la tecnologa de transmisin FDM es el problema de la calidad

de las seales. A medida que una seal de banda ancha atraviesa un canal de transmisin pierde

energa debido al medio (cables de cobre) en un proceso llamado atenuacin. Para compensar

esta prdida de seal se idearon sistemas de amplificacin, pero as como se amplificaban las

seales tambin se amplificaba el rudo inherente a los cables, causando un efecto acumulativo a

medida que las seales atravesaban muchos amplificadores, de manera que al final las seales

quedaban tan distorsionadas como ilegibles.

Un inconveniente adicional asociado con la tecnologa FDM era el costo para preservar calidad de

la seal sobre la distancia, requiriendo una lgica electrnica muy costosa, aumentando a medida

que se expandan las redes. Por estas razones, el uso de tecnologa FDM en las redes telefnicas

analgicas ha cambiado en favor de las tcnicas digitales.

Transmisin digital ptica

A principios de los 80s, la tecnologa de fibra ptica comenz a utilizarse para entregar servicios

telefnicos DS-3 y los sistemas de fibra empleados para ste propsito eran asincrnicos en

naturaleza, utilizando multiplexacin por divisin del tiempo (TDM / Time Division Multiplexing)

sobre cable de fibra ptica monomodo para transportar mltiples canales DS-3 entre oficinas

centrales y las tasas de transferencia digital eran del orden de los 565 Mbps. El mayor problema

con los sistemas de transmisin digital ptica, es que los equipos utilizados deban ser del mismo

proveedor ya que no exista el concepto de compatibilidad entre proveedores, razn por la que se

cre el estndar Red ptica Sincrnica (SONET / Synchronous Optical Network) el cul es un

estndar para el transporte de telecomunicaciones en redes de fibra ptica.

A continuacin se presenta la jerarqua de canales SONET. En el mbito de SONET las seales son

referidas como Seales de Transporte Sincrnico (STS / Synchronous Transport Signal).

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Como se aprecia en la jerarqua, las seales SONET de alta velocidad son mltiplos exactos de las

seales de baja velocidad. As el servicio STS-3 en 155.52 Mbps es exactamente 3 veces el servicio

STS-1 tasa de 51.84 Mbps. De igual manera, el servicio STS-12 (en el rango 622.08 Mbps) es

exactamente 4 veces el servicio STS-3 y 12 veces el servicio STS-1.

En conclusin SONET surgi como un estndar para unificar las tasas de transferencia de

informacin en comunicaciones digitales facilitando la interoperabilidad entre redes de

transmisin ptica.

Ondas de radio

En 1876, Alexander Graham Bell resolvi el problema de la comunicacin a larga distancia al

inventar el telfono, donde la onda de presin de voz se convierte en una seal elctrica que se

transporta sobre un par de lneas de cobre. Cuando la seal se atenua a cierto nivel, es amplificada

y continua hacia su destino.

En 1896, Guglielmo Marconi logr enviar las ondas electromagnticas durante varios kilmetros.

La informacin enviada fueron seales de telegrafa y Marconi denomin este procedimiento

como radio. En 1901, Marconi transmiti el primer mensaje de radio de manera transatlntica.

En 1905, Reginald Fessenden utiliz la radio por primera vez para la transmisin de voz y msica y

muchas personas aficionadas al uso del cdigo morse de manera inalmbrica se sorprendieron al

escuchar la voz de Fessenden describiendo los resultados de las competencias de yates en Nueva

York. En 1921, se produjo la primera transmisin de una emisora de radio en el mundo y ocurri

en los Estados Unidos.

Con la acelerada evolucin del fenmeno de las ondas de radio, las personas pronto se dieron

cuenta que si usaban frecuencias de radio de forma no regulada pronto vendra el caos, razn por

la que en 1912 se emiti en los Estados Unidos la primera regulacin sobre las ondas de radio,

obligando a todo el tuviera un transmisor de radio a registrarlo con el Departamento de Comercio;

pero no estableci regulacin alguna con respecto al uso del espectro electromagntico, donde se

ubican todos los tipos de emisiones de ondas electrmagnticas, desde las que poseen baja

frecuencia hasta aquellas en alta frecuencia. Por esta razn, all se encuentran clasificadas las

ondas en ondas infrarrojas, rayos X, ondas de luz, ondas ultravioleta y ondas de radio entre otras.

Las ondas de radio se ubican en la franja que v desde los 30 KHz hasta los 300 MHz.

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Toda transmisin de ondas de radio, sin importar que frecuencias sean usadas, utiliza un

procedimiento denominado modulacin que se constituye en la base de este tipo de

transmisiones. La seal elctrica se amplifica y se enva a un dispositivo denominado modulador.

El modulador combina una onda portadora, (una onda senoidal de alta frecuencia) y la voz seal,

alterando bien sea la amplitud, la frecuencia o la fase de la seal transportada.

Una vez que la seal portadora ha sido modificada por la seal de voz en el modulador, es enviada

a un transmisor, donde su nivel de potencia es ajustado y aplicado a una antena. La vibracin de

electrones en la antena crean un campo electromagntico a su alrededor de ese campo

electromagntico irradia a travs espacio a la velocidad de la luz.

Tecnologa celular

La tecnologa de transmisin celular naci en 1940 y se comenz a difundir en 1980. Evolucion

para solucionar los inconvenientes ocasionadas por las fallas en las transmisiones de dispositivos

en movimiento y actualmente es de las tecnologas en mayor expansin. Los principios esenciales

de las transmisiones de radio celular son los siguientes:

Baja potencia de los dispositivos transmisores y cobertura de pequeas zonas.

Reuso de Frecuencias para aumentar la eficiencia del espectro de radio.

Divisin de las reas geogrficas en celdas para incrementar la cantidad de usuarios.

La tecnologa celular aument la capacidad de sistemas de telefona mvil pero nunca solucion

los problemas asociados con la capacidad de un simple canal de radio analgico. Para aumentar la

capacidad de un canal analgico la radio celular rpidamente se est transformando de analgica

a digital.

Estructura de una Red de Telefona Celular

La caracterstica esencial de la telefona celular es la cobertura geogrfica y bajo esta

consideracin el rea a cubrir por la red celular es dividida en pequeas reas llamadas celdas.

Cada celda consta de unos pocos kilmetros y posee un trasmisor de baja potencia. El transmisor

utiliza una frecuencia particular en la celda y las frecuencias usadas en las celdas adyacentes son

diferentes para asegurar la no interferencia de seales. El reducir el rea de cobertura era

posible para reutilizar las frecuencias en las celdas no adyacentes y crear as ms canales de

usuarios simultneos. Existen patrones de reuso de celdas en configuraciones 4, 7 y 12. A pesar de

este enfoque para ampliar la cobertura y cantidad de usuarios del sistema Celular, los actuales

sistemas se encuentran muy saturados en muchas zonas, y es por esto que la creacin de

capacidad adicional ha motivado la migracin de la tecnologa analgica a la tecnologa digital en

estos sistemas, los cuales pueden incrementar la capacidad dentro de una celda entre 3 y 8 veces.

En el centro del sistema se encuentran un conjunto de celdas que conforman el rea de cobertura

del servicio. Cada celda posee una estacin base con una antena que comunica al usuario mvil

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usando las tcnicas de trasmisin de radio. La estacin base es conectada por un enlace troncal

cableado con el Centro de Conmutacin de telefona Mvil (MSC / Mobile Switching Center),

algunas veces llamado Oficina de Conmutacin de Telefona Mvil (MTSO / Telephone Mobile

Switching Center).

El MSC es el corazn y el cerebro del sistema de telefona celular, aqu los usuarios son

autenticados y se registra la informacin de facturacin. Tambin provee servicios correo de voz,

identificacin de llamada, reenvo de llamadas. El MSC es el sitio donde el sistema Mvil se

conecta con el resto del mundo. Existe un enlace troncal desde el MSC a una oficina central

(switch) de la Red Telefnica Pblica Conmutada para comunicar los usuarios mviles con usuarios

en el resto del mundo (fijos o mviles). En el centro de cada celda se encuentra la Estacin Base la

cual es responsable por la transmisin y recepcin de seales areas, por la asignacin de canales,

la conexin al MSC y el manejo de los errores de comunicacin local. El equipo necesario para

realizar estas tareas consiste de una o ms antenas, un sistema de energa, transmisores,

receptores, un controlador y un enlace de comunicaciones con el MSC.

Referencias

TANENBAUM, Andrew S. Redes de Computadores,, Prentice Hall, Madrid, 2003, 4 Ed.

KUROSE James F. y ROSS Keith W. Redes de computadores Un enfoque descendente basado en Internet, Pearson Addison Wesley, Madrid, 2004, 2 Ed.

STALLINGS, William, Comunicaciones y redes de computadores. Prentice-Hall, Madrid, 2000. 2 Ed.

HALSALL, Fred, Comunicacin de datos, redes de computadores y sistemas abiertos. Pearson Addison Wesley, Mxico, 1998, 4 Ed.

GRANADOS, Gerardo. Mterial didctico del curso de Redes y Servicios Telemticos. UNAD. 2010