1

PROCESAMIENTO DIGITAL DE SEÑALES

ContenidoIntroducción a la Telefonía................................................................2

Telefonía Analógica...........................................................................6

Telefonía Digital................................................................................9

Telefonía IP......................................................................................11

2

Introducción a la TelefoníaEl Teléfono

Dispositivo de telecomunicación diseñado para transmitir conversación por medio de señales eléctricas.

El visionario hombre que inventó el teléfono fue Antonio_Meucci (1741) que lo bautizó como teletrófono, entre otras innovaciones técnicas.Durante mucho tiempo, Alexander Graham Bell (1876) fue considerado el inventor del teléfono. Sin embargo, Bell no fue el inventor de este aparato, sino solamente el primero en patentarlo. Así, el 11 de junio de 2002, el Congreso de Estados Unidos aprobó la resolución 269 por la que se reconoció que el inventor del teléfono había sido Antonio Meucci y no Alexander Graham Bell.

Evolución del teléfono y su utilización

Desde su concepción original se han ido introduciendo mejoras sucesivas tanto en el propio aparato telefónico, como en los métodos y sistemas de explotación de la red

En lo que se refiere al propio aparato telefónico, se pueden señalar varias cosas:

• La introducción del micrófono de carbón, que aumentaba de forma considerable la potencia emitida y por tanto el alcance máximo de la comunicación.

• El dispositivo “antilocal” para evitar la perturbación en la audición causada por el ruido ambiente del local donde está instalado el teléfono.

• La marcación por pulsos mediante el denominado disco de marcar.

• La marcación por tonos multifrecuencia.

La introducción del micrófono de electret o electret, prácticamente usado en todos los aparatos modernos, que mejora de forma considerable la calidad del sonido.

Funcionamiento

Un teléfono está formado por dos circuitos funcionando juntos: el circuito de conversación, que es la parte analógica, y el circuito de marcación, que se encarga de la marcación y llamada. Tanto las señales de voz como las de marcación y llamada, así como la alimentación comparten el mismo par de hilos. Es una línea equilibrada de 600Ω de impedancia y lo más llamativo es que las señales procedentes del teléfono y las que se dirigen a él viajan por ella simultáneamente.

3

Aur

MicZc= 600 ohmios

R= 600 ohmios

L1 L2

L3

El circuito de conversación:

Consiste de cuatro componentes principales: la bobina híbrida, el auricular, el micrófono de carbón y una impedancia de 600Ω para equilibrar la híbrida. Estos componentes se conectan según el circuito de la figura. La señal que se origina en el micrófono se reparte a partes iguales entre L1 y L2. La primera va a la línea y la segunda se pierde en la carga, pero L1 y L2 inducen corrientes iguales y de sentido contrario en L3, que se cancelan entre sí, evitando que la señal del micrófono alcance el auricular.

La señal que viene por la línea recorre L1, que induce una corriente igual en L2, de modo que por el micrófono no circula señal. Sin embargo, tanto L1 como L2 inducen en L3 la corriente que se lleva al auricular.

El circuito de conversación real es algo más complejo: añade un varistor a la entrada para mantener la polarización del micrófono a un nivel constante, independientemente de lo lejos que esté la central local, y conecta el auricular a la impedancia de carga para que el usuario tenga una pequeña realimentación y pueda oír lo que dice. Sin ella, tendería a gritar.

Circuito de marcación

Finalmente, el circuito de marcación mecánico, formado por el disco que, cuando retrocede, acciona un interruptor el número de veces que corresponde al dígito. El cero tiene 10 pulsos. El timbre va conectado a la línea a través del "gancho", que es un conmutador que se acciona al descolgar. Una corriente alterna de 75 V en la línea hace sonar el timbre.

Marcación por tonos

Como la línea alimenta el micrófono a 48 V, esta tensión se puede utilizar para alimentar, también, circuitos electrónicos. Uno de ellos es el marcador por tonos. Mediante un teclado que contiene los dígitos y alguna tecla más (* y #), cuya pulsación produce el envío de dos tonos simultáneos para cada pulsación. La frecuencia de estos tonos varía entre europa (CCITT - UIT-T) y EEUU. Estos circuitos podían ser tanto bipolares (I2L, normalmente) como CMOS y añadían nuevas prestaciones como repetición del último número (redial) o memorias para marcación rápida pulsando una sola tecla.

4

Timbre

El timbre electromecánico consistente en un electroimán que acciona un badajo que golpea la campana a la frecuencia de la corriente de llamada (20 Hz) se ha visto sustituido por generadores de llamada electrónicos que, igual que el timbre electromecánico, funcionan con la tensión de llamada (75 V de corriente alterna). Suelen incorporar un oscilador de periodo en torno a 0'5 s que conmuta la salida entre dos tonos producidos por otro oscilador. El circuito va conectado a un pequeño altavoz piezoeléctrico. Resulta curioso que se busquen tonos agradables para sustituir la estridencia del timbre electromecánico, cuando éste había sido elegido precisamente por ser muy molesto para obligar así al usuario a atender la llamada.

Conversión de la voz en corriente

Los primeros aparatos estaban equipados con una batería que se conectaba a través del micrófono a la línea (sistema de batería local) y la corriente se modulaba en función del cambio de

5

resistencia que éste experimentaba con el sonido; éstos necesitan de un magneto para generar la corriente de llamada. Hoy se aplica el mismo principio, pero la batería esta en la central (sistema de batería central) y los micrófonos de gránulos de carbón se reemplazan por otros electromagnéticos; la corriente continua que circula por la línea se utiliza para señalización

La señal eléctrica, modulada por la voz, recibida en el teléfono se transforma en sonido por medio del auricular, que suele ser electromagnético y transforma estas variaciones en sonido, ya que al variar la corriente varía el campo magnético y la membrana del auricular oscila reproduciendo fielmente el sonido original.

El caso de la Telefonía es mucho más antiguo pues la invención del teléfono data de principios del siglo pasado (1900) y por décadas la tecnología utilizada no cambió en esencia, aunque maduró de forma considerable y es a finales del siglo pasado y principios de este (2000) que da un salto considerable gracias a la telefonía celular y la telefonía digital. Aún falta tiempo, para que los usuarios de nuevos servicios como la telefonía IP sean tan comunes como los son la telefonía fija o la telefonía móvil.

VoIP, Telefonía sobre Internet DECT, Teléfono inalámbrico GSM, 3G Telefonía celular TDM, CDMA

En cuanto a los métodos y sistemas de explotación de la red telefónica se puede señalar:

La telefonía fija o convencional, es aquella que hace referencia a las líneas y equipos que se encargan de la comunicación entre terminales telefónicos no portables, y generalmente enlazados entre ellos o con la central por medio de conductores metálicos.

La central telefónica de conmutación manual

Interconexión mediante la intervención de un operador/a de distintos teléfonos, creando de esta forma un primer modelo de red. La introducción de las centrales telefónicas de conmutación automática, constituidas mediante dispositivos electromecánicos, de las que han existido, y en algunos casos aún existen, diversos sistemas (rotatorios, barras cruzadas y otros más complejos

6

Telefonía Analógica. Consiste en el envió de voz por medio de un conductor en corriente continua. Por lo tanto

utiliza valores continuos.

Gracias a la diferencia de valores del voltaje que es enviado, se puede graduar la voz del emisor hasta el receptor.

Los teléfonos análogos utilizan un voltaje de 48v para alimentar la bocina, y se utiliza este mismo voltaje para alimentar a todo el circuito del teléfono.

La llamada es transmitida gracias a la onda de sonido que genera la voz, induciendo la corriente y así transmitir la voz, ya que son variables continuas.

Acepta ambas modalidades de marcación.

PSTN: red de telefonía pública conmutada.

PBX: Central telefónica privada.

Local loops: enlace entre teléfono domestico y compañía de teléfonos.

CO: centrales de Oficina, conmutador de la compañía de teléfonos.

Trunk: circuito de conexión entre: dos CO, entre PBXs, entre PBX y CO, etc…

Teléfono: analógico o digital.

Central Office Switch (CO)

Envia la llamada a: Teléfono de otro usuario, si pertenece al mismo CO. A otro conmutador CO A un grupo de conmutadores. Funciones: Provee energía eléctrica alabonado. Monitorea circuito abierto o cerrado. Genera tono de discado. Registra el digito discado. Genera el timbre de llamada a los abonados.

7

La PSTN, está compuesta por una serie de conmutadores CO.

PBX.

Conmutador utilizado en ambientes de empresa privada. Permite la conexión entre los usuarios internos con la PSTN. El objetivo es tener pocas líneas alquiladas para dar el servicio aun gran número de usuarios internos. Bajar costos. Configuración de anexos, inicio y terminación de llamadas Genera tono de marcado y permite recibir voltaje de timbrado.

Señalización/Supervisión

Señalización de lado origen: envío de dígitos discados a través de PBX y CO PBX y CO rutean la señal discada. Señalización de lado destino: el CO de destino genera voltaje de timbrado.

8

On hook / off hook

Supervisión: On hook; solo está activo el timbrado Off hook; se cierra un circuito y la CO envía tono de discado Timbrado; le llega el voltaje de timbrado al usuario destino (indicación de llamada entrante), al usuario origen le llega tono de discado correcto.

TroncalesTroncal Privada. Troncal CO. Troncal Interoffice

La interfaz Foreign eXchange Subscriber o FXS es el puerto por el cual el abonado accede a la línea telefónica, ya sea de la compañía telefónica o de la central de la empresa. En otras palabras, la interfaz FXS provee el servicio al usuario final (teléfonos, módems o faxes). Los puertos FXS son por lo tanto los encargados de: _ Proporcionar tono de marcado. _ Suministrar tensión (y corriente) al dispositivo final. Para entender mejor el concepto piense en el caso de un hogar tradicional. La interfaz FXS es el punto donde se conectan los teléfonos del hogar. La interfaz FXS sería entonces la roseta de telefonía de la casa. La interfaz Foreign eXchange Office o FXO es el puerto por el cual se recibe a la línea telefónica. Los puertos FXO cumple la funcionalidad de enviar una indicación de colgado o descolgado conocida como cierre de bucle. Un ejemplo de interfaz FXO es la conexión telefónica que tienen los teléfonos analógicos, fax, etc. Es por ello que a los teléfonos analógicos se les denomina “dispositivos FXO”. A modo de resumen se quiere destacar que dos puertos se pueden conectar entre sí con la condición de ser de distinto tipo, es decir, FXO y FXS son siempre pareja (similar a un enchufe macho/hembra).

9

Telefonía Digital

Consiste en el envío de voz por medio de un conductor. En este caso, se utilizan valores discretos, también conocido como binario.

Su voltaje varia según el equipo, el estándar es de 7,5v para un teléfono con visor y teclas programables que va conectado a la toma de corriente de 220v.

Acepta ambas modalidades de marcación.

Tiene otras funciones además de llamar. Como es la conexión a interne vía DSL.

Es una de las telefonías mas ocupadas a nivel global.

Permite el uso de teclas programables, IVR y grabadoras.

Su esquema de llamado es el mismo de la línea analógica.

RDSI

Los trabajos de desarrollo de la Red Digital de Servicios Integrados (RDSI o ISDN, en inglés Integrated Services Digital Network) comenzaron en la década de 80 sin embargo ésta no sería comercializada hasta principios de los años 90. Se esperaba que la RDSI pudiera revolucionar la industria de las comunicaciones telefónicas como hoy día se espera que lo pueda hacer la VoIP. Sin embargo, y aunque las compañías telefónicas pusieron mucho empeño en extenderlo al mayor número de lugares posibles, muchos consideran la RDSI un fracaso debido a que todo lo que prometía no se pudo llevar a cabo. Lo cierto es que la RDSI nunca terminó de despegar ya que cuando lo estaba haciendo surgió otra tecnología que tuvo una implantación mucho más barata y rápida, la Asymmetric Digital Subscriber Line o ADSL.

La RDSI permite que en una línea coexistan múltiples canales, pudiendo contener cada uno de ellos datos, (canales B) o señalización (canales D). Además la RDSI no se limita sólo a la transmisión de voz. Cada canal tiene un ancho de banda de 64 Kbps, de forma que pueden emplearse canales B y D para la transmisión de datos (éstos últimos siempre que no haya datos de señalización). Precisamente esta característica dota a la RDSI de una mayor flexibilidad frente a la que poseen las líneas RTB ya que los canales pueden ser reconfigurados sobre la marcha para que transmitan voz o datos. Tal y como se muestra en la figura la línea RDSI básica también conocida como BRI o Basic Rate Interface tiene tres canales (dos canales B y un canal D), de forma que pueden realizarse dos llamadas telefónicas de forma simultánea en una única BRI. Los usuarios finales de este tipo de línea fueron, en principio, empresas relativamente pequeñas.Desafortunadamente, cuando esta versión de la RDSI fue lanzada al público otros tipos de medios y servicios ya habían evolucionado de forma que ofrecían más ancho de banda sin la complejidad y

10

el coste asociados a ésta. Todavía existen algunos usuarios de líneas BRI (emplean ésta principalmente para videoconferencia debido a su ancho de banda fijo), pero en la mayoría de los casos se encuentran en proceso de cambio hacia la ADSL, cable o algún tipo de tecnología inalámbrica. A diferencia de la versión BRI de RDSI, la PRI o Primary Rate Interface posee dos versiones, una de 31 (30 canales B y 1 canal D) y otra de 24 canales (23 canales B y 1 canal D), respectivamente. Su implantación ha sido mayor que la de la BRI y normalmente constituye la lo que permite que puedan realizarse 30 o 23 llamadas telefónicas al mismo tiempo elección para instalaciones de un tamaño considerable. Además, sus costes son proporcionalmente menores que los asociados a BRI.

E1/T1 Un T1 es un acceso digital que dispone de 24 canales, pudiéndose realizar en todos los canales, menos en uno, una llamada.Mientras que el T1 es muy común en Estados Unidos y Japón, en Europa se emplea con mayor frecuencia el E1. A diferencia del T1, E1 dispone de 32 canales en vez de 24. Los accesos T1 y los accesos E1 tienen que señalizar las llamadas de alguna manera, esto lo consiguen mediante lo que se conoce como Señalización por Robo de Bit o Robbed Bit Signaling, es decir, que cada cierto tiempo se usa un bit de cada canal para así señalizar y enviar información a través de la línea T1 o mediante multiplexación del bit en un canal común, algo que se emplea sobre todo en Europa (E1). Usar T1 y E1 para proporcionar datos y voz a la vez es muy común. En esta ocasión, algunos de los canales de las líneas son asignados para ser usados para datos y otros sonasignados para ser usados para voz. Incluso se puede dar el caso de que existan canales sin usar.

Los proveedores de servicios pueden proporcionar en este caso precios más bajos de lo normal,ya que, por ejemplo, unos cuantos canales podrían ser para voz, otros para conectarse a Internety un último grupo podría ser para conectarse de forma privada a otra oficina de la organización. En definitiva si se requieren tener por ejemplo de 8 a 16 líneas así como conexión de datos, tanto un T1 como un E1 (dependiendo de la zona donde estemos) podrían constituir una buena elección.

11

Telefonía IP La telefonía sobre IP es, como dice su nombre, el envió de la voz sobre los protocolos de

internet.

Cabe destacar que ToIP no es lo mismo que la VoIP. La diferencia es que, la ToIP añade todas las funciones de la telefonía digital y su calidad es mucho mayor, ya que, se requiere como mínimo 4 MOS.

Utiliza teléfonos especiales IP, aunque también puede utilizar teléfonos análogos conectados a un ATA.

Puede utilizar tanto centrales virtuales como centrales telefónicas IP, también puede usar una PBX hibrida.

Puede llamar a cualquier lugar del mundo sin la necesidad de un carrier, siempre y cuando el receptor también tenga un numero IP y este conectado a internet.

El servicio no funciona si no esta conectado a internet.

Algunos teléfonos IP pueden ser PoE.

También puede usar un teléfono virtual, llamado Softphone.

Bajo costo en llamadas.

VoIP

Tecnología que usa el protocolo IP para gestionar el envío de voz,esto significa que la voz se digitaliza, y se envía en grupos de bits (paquetes) a través de una red IP, estos paquetes viajan sobre la red.

12

Para la telefonía se utilizan diferentes tipos de conductores, tales como: Cables UTP: Generalmente se utilizan los cables UTP Cat. 3, Pin telefónico o UTP Cat 5, 5e y

6. Solo se utiliza un par por equipo. En el caso de la VoIP y ToIP por el cable que lleve el internet.

Cable Coaxial: Se utiliza el cable coaxial RG-6 u RG-11. Se utiliza para la ToIP. Fibra Óptica

Los teléfonos IP son una parte importante de la arquitectura VoIP. A día de hoy estos terminales han evolucionado (ofreciendo una gran funcionalidad) como videoteléfonos IP, soluciones de movilidad basadas en redes IP, sistemas multimedia “todo-en-uno” completamente flexibles o unidades capaces de videoconferencia con muchos usuarios. De hecho, la revolución no se producirá debido a la nueva forma que tenemos de conectar los teléfonos cuando se emplea VoIP, sino a la posibilidad que darán estos teléfonos de comunicarse de la forma que exactamente se desea. En la actualidad, los teléfonos IP son, en su gran mayoría, muy similares al resto deteléfonos tradicionales. Sin embargo, si nos fijamos detenidamente en su aspecto exterior se puede apreciar que existen ciertas diferencias:

_ Disponen de al menos un puerto de conexión RJ-45 en lugar del tradicional RJ-11. _ Suelen disponer de pantalla para mostrar información relevante. _ Incorporan varios botones programables que pueden usarse para diferentes funcionalidades. _ Conector de auriculares. Los teléfonos IP se pueden encontrar a precios asequibles debido principalmente a que existen una gran cantidad de fabricantes, distribuidores y modelos. Dependiendo de sus características y posibilidades podríamos clasificar los teléfonos IP en tres categorías:

• Gama baja. Constituyen la mayoría y son aquellos que recuerdan más a los teléfonos tradicionales. Éstos proporcionarán un buen servicio para realizar llamadas por VoIP a otros terminales de la red o a través de proxys, aunque disponen de pocas funcionalidades extra. Entre las mismas cabe destacar el soporte para varios idiomas o la personalización de tonos de llamada y melodías

• Gama media. Son muy parecidos a los teléfonos IP básicos pero añaden nuevas funcionalidades que los anteriores no poseen. Además suelen tener una pantalla más avanzada y grande, así como más conexiones hardware de las que tienen los básicos. Por ejemplo, es habitual que dispongan de pantalla retro iluminada, capacidades de VLAN e incluso la posibilidad de registrar varias líneas conOperadores IP diferentes.

• Gama Avanzada. Estos teléfonos suelen incluir pantallas a color y muchas otras funciones extras como la posibilidad de configurar el acceso a un servidor LDAP de una organización o acceso Web a través de la pantalla del teléfono.

Gateways y adaptadores analógicos

13

Un adaptador de teléfono analógico, normalmente conocido como Analog Telephone Adaptor o ATA, se puede describir brevemente como un dispositivo que convierte señales empleadas en las comunicaciones analógicas a un protocolo de VoIP. Concretamente estos dispositivos se emplean para convertir una señal digital (ya sea IP o propietaria) a una señal analógica que pueda ser conectada a teléfonos o faxes tradicionales, y a la inversa, convierte una señal analógica en una señal digital. Estos adaptadores podrían ser descritos como gateways ya que su función es justamente la de pasarela entre el mundo analógico y el IP. Sin embargo, el uso popular del término gateway de telefonía describiría mejor un adaptador telefónico multipuerto, generalmente con funciones de enrutamiento más complejas.

Aunque con estos adaptadores telefónicos no se puede disfrutar de todas las funciones y ventajas que ofrece la telefonía IP, éstos seguirán existiendo mientras exista la necesidad de conectar estándares incompatibles y viejos dispositivos a nuevas redes. Esta dependencia hacia estos viejos dispositivos irá desapareciendo poco a poco, como lo hizo en su momento la dependencia hacia el módem.

CODECs

Ancho de Banda Cuando el ancho de banda de una red no es lo suficientemente grande, la red se satura y no podemos mantener una conversación Relación de algoritmos de compresión y ancho de banda requerido: G.711 PCM 64kbps G.726 ADPCM 16,24,32,40 kbps G.727 E-ADPCM 16,24,32,40 kbps G.729 CS-ACELP 8 kbps G.728 LD-CELP 16 kbps G.723.1 CELP 6.3 / 5.3 kbps

Protocolo SIP

14

El protocolo de inicio de sesión (protocolo de capa 3 en el modelo OSI). Protocolo de señalización para crear, modificar, y terminar sesiones (llamadas telefónicas por Internet, y conferencias multimedia). SIP hace uso de servidores Proxy para la localización de usuarios, implementa políticas de ruteo. Funciona por encima de varios diversos protocolos del transporte. Las aplicaciones SIP usan el puerto 5060 para UDP y TCP.

Protocolo RTP (Real-time Transport Protocol).Trabaja en capa 4 (de transporte), utilizado para la transmisión de información en tiempo real, por ejemplo audio y vídeo en una video-conferencia. RTP es el verdadero portador para el contenido de voz y video que intercambianlos participantes en una sesión establecida por SIP.

15