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La red telefónica

Se explicará a “grosso modo” el funcionamiento de un equipo terminal (teléfono) y su interfaz con una central telefónica. En otras entregas se espera profundizar poniendo énfasis en la normativa de la telefónica española (NET-90), FCC aparte 68 y la venezolana (ET-ATA-005) en cuanto a equipos terminales se refiere para luego comenzar otro ciclo referido a la clasificación y funcionamiento de las centrales telefónicas.

Les invito a leer la historia de las telecomunicaciones empezando por el telégrafo, para abreviar el largo de esta nota. El estudio de las redes telefónicas es algo complicado; para empezar, los manuales técnicos de la Bell, fueron escritos en un lenguaje “alienigeno” combinando términos antiguos junto con otros muy complejos; luego, apareció la F.C.C. que agregó un carácter legal al “Lenguaje Bell” con su “Parte 68“. Se debe recordar que la Bell funcionó como un monopolio en el mayor tiempo de su existencia y este hecho contribuyó a la invención de un lenguaje aislado de la jerga ingenieril de la época.

La Red Telefónica se creó alrededor de 70 años antes de que fuese inventado el transistor; esto obliga a comprender, tanto la manera de cómo las computadoras y sus interfaces interactúan con la red, así como también los teléfonos que trabajaron en 1920, pues en la evolución de la Red Telefónica se quiso que ésta fuese compatible con los primeros aparatos. Si en un museo se decide a conectar un antiguo aparato telefónico, éste funcionará satisfactoriamente.


Ilustración 1 Diagrama simplificado de una Central Local y sus Abonados o Suscriptores

Esta es una de las maravillas de la Red Telefónica hoy en día, lo que la hace más difícil de mantener, ya que cualquier equipo nuevo que se diseñe deberá ser compatible con ella.

El diseño de equipos para ser conectados a la red telefónica actualmente es una tarea difícil. A despecho de su magnitud y complejidad, ésta cumple tareas sencillas para el usuario; empezando con un par de terminales a los cuales el “abonado” se conecta. Estos cables llegan a una Central, la que interactúa con el abonado hasta establecer una conversación con otro usuario mediante una matriz de conmutación, ver Ilustración 1. Existe comunicación entre centrales mediante los “Troncales” previa compresión de la voz y multiplexación en tiempo o frecuencia. Por los momentos, nos concentraremos en los equipos terminales y como interactúan con la central telefónica.

En la Central Telefónica, existen baterías de 48 V en corriente continua, las cuales “energizan” los equipos terminales conectados a ella. Dependiendo de la distancia entre el abonado y la central, la impedancia de la línea en DC puede variar entre 400 a 1750 W, por otra parte; la impedancia AC es de alrededor de 600 W, la cual corresponde a la impedancia característica de un cable bifilar, usado comúnmente en telefonía.

Cuando el teléfono está en “colgado”, la impedancia del equipo terminal es grande, no drenando corriente de las baterías de la Central; al descolgarse el teléfono, comienza a circular corriente (dependiendo de cuánto consuma el equipo terminal para alimentar su circuitería interna), de esta manera, la Central detecta que el usuario desea comunicarse y envía una señal o tono (de 350 a 440 Hz, a un nivel de -13 dBm) de invitación a marcar. En Venezuela el tono es de 425 Hz (a modo de referencia: la nota musical “LA” natural es de 440 Hz).


Ilustración 2: Diagrama simplificado de un lazo de suscriptor

Para comunicarse con otro usuario, se marcan los números que corresponden al código de ese usuario, para ello; el teléfono abre el circuito o lazo en forma intermitente, (ver Ilustración 2) haciendo que la Central lo interprete, estableciendo conexión con el abonado de destino, a esto se le conoce como marcación decádica. Dependiendo del número marcado, la Central se conectará a otras Centrales, o directamente al abonado, si éstos comparten la misma Central. Así, la Central conectada al abonado destino comprueba que esté desocupado (si el teléfono está ocupado, presentará baja impedancia) y enviará al abonado origen un tono de ocupado (entre 480 y 620 Hz, a -24 dBm). Para avisar al abonado destino, la Central superpone a la alimentación de ese abonado una tensión alterna de 40 a 130 Vrms, 25 Hz; esto es lo que hace sonar el timbre.

Cuando el abonado receptor descuelga cambia la corriente drenada por el lazo del subscriptor, este cambio es detectado por la Central mediante un relé sensor, ver Ilustración 2, la cual suspenderá la señal de timbre e iniciará la conexión con el abonado emisor que llamó.

Vemos entonces que, esta comunicación, entre el abonado y la central, es como una conversación tendiente a establecer, principalmente, la dirección a quien se desea llamar; a esta conversación se le conoce como señalización y, a la dirección, codificación o número telefónico de destino.

Cuando el teléfono es público (también denominados monederos y/o tarjeteros) necesita de una señalización adicional, conocida como “pulso de cobro”. Este pulso lo envía la Central y, por cada pulso, el teléfono público efectúa un “cobro”; esto es, se descuenta cierto monto en Bs. de la tarjeta o monedas insertadas.

La tecnología actual ha sustituido el sistema de interrupciones consecutivas para marcar un número telefónico por el sistema multifrecuencial o DTMF (DTMF es el acrónimo de Dual Tone Multi Frecuency), esto es: se envían dos tonos que la central decodifica mediante filtros especiales, conociendo en forma instantánea qué dígito se marcó , este sistema supera al decádico por que no hay que esperar tanto tiempo para que la central detecte tantas interrupciones, según el número marcado. Este sistema fue posible por el desarrollo de circuitos integrados que generan estos tonos desde el equipo terminal, consumiendo poca corriente de la red y sustituyendo el sistema mecánico de interrupción-conexión (el anticuado disco marcador) así como los relés y switch cross-bar. Sin embargo, el funcionamiento del sistema así como los parámetros eléctricos no han cambiado mucho; tanto es así, que existe una prueba conocida como POTS (“Plain Old Telephone Service”) consistente en hacer funcionar el teléfono sin central de tal manera de asegurar las comunicaciones en caso de desastre u otro acontecimiento. Para ilustrar esto, podríamos intentar abriendo un teléfono con disco (el del abuelo) y otro con teclado.

Hasta 1956, AT&T mantuvo un monopolio en el uso de la red telefónica estadounidense, esto tuvo una gran ventaja pues cubrió todo el territorio de teléfonos, tanto así, que hoy en día Estados Unidos posee un poco menos del 50% de los teléfonos en el mundo!. Solo sus equipos podían ser conectados y solo AT&T podía proveer servicio local y de larga distancia. En 1956 el caso “Hushaphone” y más tarde en 1968 “Carterphone” rompieron este monopolio, permitiendo que otras compañías se interconectaran con la red telefónica, tratando que la interconexión no causara ningún daño a la misma. En primer lugar, la compañía telefónica suplió una interfase conocida como el DAA (“Data Access Arrangement”= arreglo para el acceso de datos). A través del DAA se lograba preservar la integridad de la red aunque hubieron ciertas desventajas en su uso, uno de ellos era que había que pagar por el y el otro era que se dependía de la cooperación de la Bell System para desarrollar y negociar equipos telefónicos los cuales debían ser compatibles con dicho arreglo.

Con el crecimiento de la comunicación de datos, la FCC se vio en la necesidad de estandarizar para permitir la interconexión directa a la red telefónica sin el uso del DAA. Este proceso se completó en 1976 cuando la FCC promulgó las normas contenidas en el parte 68 (Título 47 del código de regulaciones federales apartes 20-69). Su propósito era y es proveer un estándar uniforme para la protección de la red telefónica de daños provocados por conexiones de equipo terminal. Análogamente; la CANTV ha elaborado sus normas (que en lo relativo a este trabajo son las normas para teléfonos de suscriptor DE-110601 y las normas para teléfonos públicos DE-120803, siendo estas más exigentes (y difíciles de mantener) por la variedad de equipos conectados a su red, donde toda clase de tecnologías coexisten, desde las más antiguas, hasta las más modernas, y provenientes de diversas partes del globo.

Uno de los detalles de la normativa de la FCC es que basándose en los parámetros circuitales de la red (aún vigente) se desarrolló un modelo para simular la central y la línea de suscriptor (ver Ilustración 3). Los componentes están en su mayoría en pares para evitar ruido en modo común (mejor conocido como “Hum”), a continuación; detallaremos lo que simula cada elemento circuital: La tensión de 48 [Vdc] es la batería de la central y puede tener valores entre 42 y 56 [V] el cambio de polaridad es utilizado en algunos países (Reino Unido) para señalización de cobro en teléfonos públicos, los inductores corresponden a los relés sensores de colgado-descolgado del abonado, las resistencias simulan cuan distante esta la central del suscriptor o abonado; como en Venezuela se usa (comúnmente) el cable 0,4 [mm] de diámetro (ver Anexo I) se tienen 280 [W/km] que simulan en el presente trabajo una longitud de 400/280 [km]@1,43[km]; a modo de ejemplo y para tener un orden de magnitud, la mayor distancia soportada en el lazo de suscriptor sin que degenere la calidad de voz y señalización es de casi 4 [km]. Los condensadores de acoplo eliminan la componente DC de la batería de la central “leyendo” en Ro la señal transmitida por el abonado, esta impedancia debe corresponder a la impedancia característica de la línea de transmisión para las frecuencias vocales, un valor aproximado es 2×300 [W] para un intervalo de frecuencias entre 300[Hz] y 3400[Hz].


Ilustración 3: simulador de lazo de suscriptor-central

 

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