Capítulo 1 INTRODUÇÃO A TELEFONIA

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Antes da telefonia

–  Métodos precários para alcançar maiores distâncias, como sinais de fumaça e assobios.

–  Emissários ou mensageiros. Ás vezes, eles morreriam na tentativa.

–  Serviço postal.

–  Telégrafo.

–  As comunicações não eram práticas antes do surgimento da telefonia.

–  Em 1849 Antonio Meucci faz uma demonstração de um dispositivo capaz de transmitir voz em Havana. Em 1854 faz outra em New York.

–  Em 1860 o almeão Johann Philipp Reis constrói uma espécie de telefone basedo na idéia de Charles Bourseul.

–  Um par de anos mais tarde, Innocenzo Manzetti constrói o esperado “telégrafo falante” que ele mesmo havia visionado em 1844, mas não se interesseou em patenteá-lo.

Breve história: Meados do século 19

Ilustração do Telefone de Reis

Breve história: As patentes

–  Em 1871 Meucci assinou um documento de “aviso de patentes” mas não pode terminar o trâmite por sua condição económica.

–  Em 1875 Alexander Graham Bell consegue patentear um aparelho similiar e é o primiero a faze-lo.

–  Poucas hora depois de Bell, outro inventor chamado Elisha Gray, também trata de patentear uma invenção similar. Bell e Gray entram em uma batalha legal que finalmente Bell ganha.

Breve história: Bell prospera

–  Bell trata de vender a sua patente a Western Union mas não se interessam.

–  Bell prospera por sua conta própria.

–  Em 1886, já existiam mais de 150,000 assinantes telefónicos nos Estados Unidos.

–  No princípio Bell foi quase exclusivamente a única companhia em explorar a tecnologia devido as suas patentes.

–  Em 1891 inventou-se um telefone “automático” que permitia marcar diretamente.

–  Em 1947, cientistas de Bell inventam o transistor e mudam o curso da história da humanidade. Em 1948 ganham o Prêmio Nobel pelo seu trabalho.

–  Nos anos 60s os primeiros satélites de comunicações e as comunicações entre os continentes se facilitam.

Breve história: Desenvolvimento da Tecnologia

–  Ondas acústicas que viajam através do ar na velocidade do som, isto é a 1244 Km/h (o 340 m/s).

–  Se enfraquecem rapidamente não alcançando grandes distâncias.

–  É preferível transportar o sinal de voz sobre as ondas elétricas cujo o enfraquecimento se pode controlar sobre um cabo condutor podendo chegar a grandes distâncias.

–  A transformação se faz por um dispositivo chamado microfone.

Princípios de transmissão de voz

A voz humana (1)

–  A voz ocupa um amplo espectro de frequência que vai do grave ao agudo em uma escala aproximada de 20Hz a 20kHz.

–  Para transmitir a voz ”entendível” não é necessário transmitir todas as frequências senão uma escala muito menor.

–  Os telefones comerciais somente transmitem uma escala aproximada de 400Hz a 4kHz.

A voz humana (2)

Human voice spectrum

REL

ATIV

E IN

TEN

SIT

Y

FRECUENCY

50 100 200 500 1000 2000 5000 10000

O microfone

–  Transforma a pressão das ondas mecânicas que viajam pelo ar em ondas el elétricas.

–  O microfone de carvão foi muito utilizado nos telefones analógicos. Continham granitos de carvão dentro de uma cápsula.

–  Microfone electromagnético é muito utilizado hoje em dia.

–  Também o microfone de ”electret” é muito utilizado em telefones.

Esquema microfone dinâmico

1) Ondas de voz, 2) Diafragma, 3) Bobina, 4) Núcleo ferromagnético, 5) Corrente induzida

1.

2.

3. 4.

5.

Largura de banda

–  Termo muito ambiguo.

–  É uma medida da quantidade de informação que podemos transmitir por um meio por unidade de tempo.

–  Uma medida comum para expressar a largura de Banda é ”bits por segundo”. Esta medida também equivale a bits/s, bps ou baudios.

–  Por exemplo, se utiliza para medir a capacidade de um link de dados. Ex. Links para Internet.

–  Podemos vê-lo abreviado como BW por suas siglas em inglês.

Digitalização de voz (1)

–  Converter a onda elétrica analógica em um sinal digital. É dizer que possa ser traduzidas em uns e zeros.

–  Na prática digitalizar a voz não é outra coisa que tomar amostras da amplitude do sinal a intervalos regulares.

–  A frequência desses intervalos se calcula mediante o teorema de Nyquist.

–  A voz digitalizada é mais imune ao ruído. A qualidade é melhor.

Digitalização de voz (2)

131 125 123 129 128 125 128 129 125 126 131 126 123 122

123

124

125

126

127

128

129

130

131

132

value

time

10000011 01111101 01111011 01111011 …

Teorema de Nyquist

–  Estabelece a frequência mínima de amostra para que a onda possa se reconstruir no destino igual a da original.

–  Nyquist somente determina uma frequência mínima. Teoricamente os valores de amostra devem ser exatos, mas na prática isso se arredonda a um número finito de bits.

–  Esta frequência mínima é duas vezes a largura da banda que se quer mostrar. fm ≥ 2 BW

–  Por exemplo, se em um telefone se transmite a voz de 400Hz a 4,000Hz será necessário no mínimo o dobro, é dizer 8,000Hz para mostrar este sinal.

Redes orientada a circuitos (1)

–  Se establece un circuito dedicado o exclusivo para cada abonado.

–  Uma vez estabelecido o circuito, este já não pode ser utilizado por outros.

–  Este tipo de redes é custoso.

–  Em cada circuito o retardo é constante, no qual de certo modo é uma vantagem, pois não há jitter.

–  É o tipo de rede tipica das empresas de telefonia fixa para com os assinantes analógicos.

Redes orientadas a pacotes (1)

–  Pelo mesmo meio se pode transmitir simultaneamente diferente fluxos de informação.

–  A informação dos diferentes nós se dividem em pacotes, se intercalam e se enviam pelo mesmo meio.

–  A Internet é um exemplo de rede de pacotes.

–  Na Internet e redes IP em geral os pacotes podem chegar desordenados. Isto pode ocacionar problemas quado se transmite a voz.

Redes orientadas a pacotes (2)

A PSTN

–  A Rede Pública Telefónica ou PSTN (por suas em inglês) é esencialmente uma rede baseada em circuitos. Também chamada RTPC (Rede Telefónica Pública Comutada).

–  É a rede estamos conectados os utilizadores de rede fixa.

–  Originalmente foi uma rede analógica, mais atualmente é uma rede em sua maioria digiral; Portanto existem dois tipos de circuitos: analógicos e digitais.

Circuitos analógicos

–  Habitualmente pares de cobre chegam aos assinantes do serviços telefónico e por onde se transmite o sinal elétrico (analógica) da voz.

–  Pelo mesmo circuito se transmite a sinalização necessária para estabelecer, manter e terminar uma chamada.

–  Também se transmite por aquí uma tensão de -48 Volts.

Sinalização analógica

–  São sinais analógicos que viajam pelo mesmo condutor que o sinal de voz.

–  Servem para estabelecer, supervisiona, manter e terminar uma chamada.

–  Interncambiam informações entre o assinante e o escritório central (EC).

–  Existem 3 tipos: loop start, ground start y kewlstart, dependendo de como se inicia uma chamadas.

–  O mais comum é o loop start.

–  Podem-se distinguir 6 fases: Gancho, fora do gancho, discando, comutação de toque e conversação.

1) Gancho: O EC fornce uma voltagem de 48 Volts e o telefone atua como um circuito aberto. Conhece-se também como on-hook.

2) Fora do Gancho: O telefone fecha o circuito colocando uma baixa

resistencia entre os condutores telefónicos. Quando o EC perceber envia o tom de discando.

S. Analógica em chamada típica (1)

3) Discando: Pode ser por pulsos ou por tons. Os tons são pares de de frequências chamadas de DTMF´s.

4) Comutação: O EC analisa o número marcado e tratará de localizar o

circuito do número de destino. 5) Toque: O EC envia um sinal de ring ao destino. Também notifica a

origem com um sinal de ring-back se esta tocando o sinal de ocupado se o destino estiver falando.

6) Conversação: Se o destinatário responde ou fecha o circuito

telefónico.

S. Analógica em chamada típica (2)

Estes valores são referenciais e podem mudar na realidade dependendo da cidade ou companhia telefónica que ofereça cobertura, assim tabém como a legislação vigente. Em todo caso pode-se modificar o nivel Elastix.

Tono Características

USA Europa Tom de

discagem (dial tone)

Dois tons contínuos de 350 Hz y 440 Hz multiplexados. Um só tom contínuo de 425 Hz

Tom de ocupado Dois tons multiplexados de 480 Hz y 620 Hz intercalando-se em 0.5 segundos de som e 0.5 segundos de silêncio.

Um só tom de 425 Hz, intercalando-se em 0.2 seg de som e 0.2 seg de silêncio. Também existe outra cadencia de 0.5 seg de som e 0.5 seg de silêncio, más é comum.

Tom de toque (ring tone)

Dois tons multiplexados de 440 Hz y 480 Hz intercalando-se em 2 segundos de som e 4 segundos de silêncio.

Um só tom de 425 Hz, intercalando-se em 1.5 seg de som e 3 seg de silêncio. Também existe outra cadencia de 1 seg de som e 4 seg de silêncio.

Tom de ring back Igual ao ring tone Igual ao rig tone

Tons típicos em Sinalização analógica

DTMFs

–  DTMF vem do inglês Dual-Tone Multi-Frecuency.

–  São 2 tons mistos.

–  Servem para evitar dígitos ou certos caracteres pela linha analógica.

–  Enviar 2 tons é mais seguro que enviar um só tom.

Frequências DTMF

  1209 Hz 1336 Hz 1477 Hz 1633 Hz

697 Hz 1 2 3

A   ABC DEF

770 Hz 4 5 6

B GHI JKL MNO

852 Hz 7 8 9

C PRS TUV WXYZ

941 Hz * 0

# D oper

O telefone analógico

–  Não faz falta explicar o que é, todos nós temos utilizado.

–  Um componente na qual prestaremos especial atenção é o conversor de 2 a 4 fios.

–  Este componente mescla o áudio do microfone (sinal de ida) com o áudio do auricular (sinal de vinda). Isso é porque a linha telefonica são de 2 fios, se fosse de 4 não sería necessário.

–  Este componente também chamado conversor 2H/4H, muitas vezes é culpado de introduzir eco na conversação.

Circuitos digitais

–  Os circuitos digitais são os que levam informação digital. Realmente transportam essas informação digital por transportadoras analógicas.

–  Levam informação digital muitas vezes multiplexada, no qual otimiza recursos.

–  Melhora o sinal vs. Ruído. Isso se traduz em uma melhor qualidade de áudio.

–  A unidade padrão é DS-0 que representa um canal de 64Kbit/s, logo depois destes vem os múltiplos de DS-0.

Circuitos T-carrier e E-carrier (1)

–  T-carrier (ou portadora-T) foram desenhados como nomenclatura para circuitos digital mutiplexados.

–  Foram desenvolvidos por Bell Labs, há mais de cinquenta anos.

–  T-carrier nos USA, E-carrier na Europa e J-carrier no Japón.

–  Os mais conhecidos são os famososo T1 e E1.

Circuitos T-carrier e E-carrier (2)

–  Um T1 é um circuito digital composto de 24 DS-0´s e tem uma capacidade de 1.544 Mbit/s.

–  Um E1 está composto por 32 DS-0´s e trafega 2.048 Mbit/s.

–  Existem muitos modelos de placas telefónicas digitais compativeis com Asterisk em formato E1/T1

–  Logo depois dos T1´s, temos múltiplos maiores como T2, T3, T4 e T5.

SONET e circuitos óticos

–  SONET (Synchronous optical networking) foi desenvolvido com o objetivo de contar com uma nomenclatura similar as de T-carrier porém usando a tecnonologia de fibra ótica.

–  SONET utiliza múltiplos de T3 para a sua largura de banda e o seu circuito base é chamado de OC-1.

–  Logo depois do OC-1 temos os OC-3, OC-12, OC-24, OC-48, entre outros.

Sinalização digital (1)

–  Tal como na comunicação analógica é necessário sinalizar a chamadas, supervisionar e desligá-la.

–  Os protocolos podem-se agrupar em dois grupos chamados CAS (Channel Associated Signaling) e CCS (Common Channel Signaling).

–  Os protolocos CAS transmitem a informação de sinalização junto com a data.

–  Os protocolos CSS transmitem a informação de sinaliação em canal distino do da data.

Sinalização digital (2)

–  Os protocolos CCS oferecem algumas vantagens sobre os do tipo CAS.

–  No grupo CAS há dois que nos interessam: Robbed bit y R2.

–  No grupo CSS se encontra um importante protocolo ISDN e é o que mais se utilizar em Asterisk sobre os circuitos digitais.

ISDN (1)

–  ISDN (Integrated Services Digital Network) nos permite transmitir voz e datos simultaneamente sobre pares telefónicos de cobre com qualidade superior a ao das linhas analógicas.

–  Existem duas variações, chamadas BRI e PRI.

–  BRI (Basic Rate Interface) é para utiilizadores finais e está composto de 2 canais de datos de 64Kbit/s cada um, mais um de sinalziação de 16Kbit/s. Num total 144Kbit/s.

–  Os canais de dados denominan-se canais B e os de sinalização D.

ISDN (2)

–  PRI (Primary Rate Interface) se utiliza para empresas e contém muitos canais B.

–  Nos USA PRI tem 23 canales tipo B e um canal D (23B+D), todos de 64Kbps, o que dá um total de 1,536Kbps.

–  Na Europa PRI tem 30 canais tipo B e um canal D (30B+D), todos de 64 Kbps, o que dá um totla de 1,984 Kbps.