Sistemas de Telefonía 04/06/2019

2 ¿Qué problema soluciona los sistemas de telefonía?

Arquitectura y components de un Sistema de telefonía 1.El terminal telefónico 2.Las redes de acceso 3.La conmutación 4.La transmisión y el transporte 5.El sincronismo 6.La señalización

4 1.-El terminal telefónico Breve reseña historica 1876: Primeros teléfonos instalados por Bell y Western Union, un solo hilo. 1881: Graham Bell y el teléfono de dos hilos. 1908: Teléfono de disco con dos hilos. 1963: Primer teléfono de tonos 1967: Se introduce en los teléfonos el * y el #. …….

5 Circuito de audio de un teléfono analógico Debe contener un auricular y un micrófono Artificio histórico: La resistencia eléctrica del carbón varia con la presión a la que es sometida. <<< Micrófono de carbón.

Circuito de audio de un teléfono analógico Con el avance de la electrónica, se reemplaza al micrófono de carbón por sensores especializados que entregan señales muy pequeñas las cuales son amplificadas. Un primer desafío es mandar la transmisión y recepción por un mismo par de hilos.

7 Señalización entre centrales y telefónos analógicos

8 Selección del destino de la conversación En un inicio, la selección del destino de la conversación lo realizaba la operadora de manera manual:

9 Selección del destino de la conversación Primera versión “automática”:

10 Selección del destino de la conversación (teléfono de disco)

11 Selección del destino de la conversación (teléfono de tonos)

12 Selección del destino de la conversación (teléfono de tonos)

13 Indicación del progreso de la llamada… Se presentan tres opciones: 1.Libre tono audible “constancia de llamada” 2.Ocupado tono audible “ tono de ocupado” 3.Otros estados otros tonos o mensajes pregrabados “el número que ha seleccionado no es correcto”..

14 Indicación de recepción de una nueva llamada… Los primeros teléfonos eran activados por un electroimán, que a su vez era accionado por una corriente alterna, la que provenía del al central telefónica. Los teléfonos modernos disponen en lugar de la campanilla, un circuito electrónico que detecta la señal de timbrado y genera una señal de audio.

La señal de timbrado 15

Conexión de teléfonos analógicos a las centrales telefónicas Battery Overvoltage protection Ringing Supervision Codec Hybrid Test 16 Los Teléfonos se conectan a las centrales (publicas o privadas) mediante un par de cobre. El par de cobre es conectado a la central, en unas interfaces que tienen las funciones señaladas en la izquierda.

2. La Red de Acceso 17 La tecnología de acceso con mas años esta basada en cables de cobre, que conectan a los abonados con las centrales telefónicas. Normalmente presentan una arquitectura de estrella. Las redes de acceso, basados en cables de cobre – iniciaron su servicio para telefonía analógica, sin embargo esta siendo utilizada para brindar servicios de datos de alta velocidad, mediante “Digital Suscriber loop” o bucle digital de abonado (ADSL, HDSL, VDSL y otras)

HOMEWORK 2 A. De acuerdo a libre elección entre alumnos, forme grupo de 6 personas. B. Elija por grupo por sorteo un tema de red de acceso entre los siguientes: ADSL Asymmetric digital subscriber loop HDSL High bit rate digital subscriber loop VDSL Very high rate digital subscriber loop FTTC Fiber to the curb FTTB Fiber to the building FTTH Fiber to the home c.Con la participación de todos los integrantes del grupo, prepare una monografía (formato doc o pdf), además presente un resumen ejecutivo en formato ppt, el cual será presentado por dos integrantes del grupo, los expositores serán elegidos por el docente, la nota será grupal. Envío personal al hasta el domingo 9 de junio 5pm. La exposición será el martes 11 de 18

Estructura de la monografía  Titulo (de acuerdo al tema elegido).  Tabla de Contenido.  Índice de Cuadros, gráficas y figuras.  Introducción.  Generalidades.  Desarrollo del Tema. (10 hojas como mínimo)  Reseñas bibliográficas (5 documentos de calidad académica como mínimo)  Conclusiones.  Bibliografías. 19

Red Telefónica Pública Conmutada (PSTN)

Temario Red de Telefonía Pública Elementos de su arquitectura Topología de la Red de Conmutación Telefónica Telefonía Digital Conexión entre Centrales Plan de Numeración

Red de conmutación de circuitos especializada en el transporte de tráfico de voz Ofrece un servicio full duplex, de bajo retardo extremo a extremo Red de Telefonía Pública

API Funciones de base Distribución Codificación Conmutación Transmisión

24 Funciones de base Distribución Colecta la voz del emisor y distribuye la voz al receptor sobre el lazo de abonado Se manejan señales analógicas sobre un par de cobre Direccionamiento físico de la terminal telefónica Codificación (Telefonía Digital) La central telefónica que colecta la voz transforma esta señal analógica en una señal digital Digitalización PCM (G.711): Ancho de banda: 4 KHz muestras/segundo y 8 bits/muestra => 64 Kbps.

Funciones de base Conmutación Encuentra una ruta entre los dos abonados Uso de la conmutación de circuitos Una vez que se establece la conexión, se tiene un circuito de transmisión bidireccional dedicado entre los dos abonados. Este circuito tiene un ancho de banda de Hz y presenta un retardo de propagación constante Red jerárquica a nivel mundial Plan de Numeración Número 10 cifras

Funciones de base Transmisión Transporta la señal de voz codificada Jerarquías de multiplexaje  plesiocrona PDH  síncrona SDH

Elementos de su Arquitectura

API Red de Acceso Abonado Dispositivos que se conectan a la red Terminal de usuario (teléfono, modem, faxes, etc) Lazo local o de abonado enlace entre el abonado y la red (centro de conmutación más próximo) Normalmente está constituido por un par trenzado (varias decenas de km) Centrales Centros de conmutación de la red encargada de enlazar usuarios pertenecientes a la misma zona o habilitar enlaces en el backbone para llamadas a larga distancia. Si los abonados se conectan directamente a ellos se llaman centrales finales Un misma central final puede servir a miles de abonados

API Red Troncal Red de conmutación (backbone) conjunto de centrales de conmutación unidas entre si que ofrecen cobertura nacional e internacional Red de Transporte (Líneas principales o troncales) son las líneas que unen los conmutadores del backbone Pueden transportar múltiples circuitos de voz usando multiplexación en frecuencia (FDM) o en tiempo (TDM)

API Nodo de Conmutación Consta fundamentalmente de 3 partes: Conmutador digital Proporciona un camino para la señal de una forma transparente entre dos dispositivos que estén conectados. Interfaz de red Incluye las funciones y el hardware necesario para conectar los dispositivos a la red. Unidad de control Realiza las siguientes tareas: Establece las conexiones: gestiona y confirma la petición, determina si el destino está libre y construye el camino a través del conmutador. Mantiene la conexión Libera la conexión en respuesta a una solicitud de las estaciones o por causas propias

API La Central Telefónica El objetivo básico de la central telefónica es establecer el enlace entre dos abonados que desean establecer una comunicación Para ello dispone de un conjunto de órganos de transmisión de tráfico, etapas de conmutación y medios de control y señalización, que permiten la interconexión de líneas de abonado y/u otros circuitos de telecomunicación, conforme lo requieren los diferentes abonados que llaman Sus funciones básicas son: Concentrar el tráfico que proviene de fuentes con baja actividad sobre medios de transmisión comunes Encaminar la información de una fuente hacia el destino, según un itinerario fijo o variable a través de la red

API Funciones básicas Función de espera Debe reconocer cuando un usuario quiere comunicar con otro, es decir cuando el abonado procede a descolgar su aparato Función de aviso Debe indicar al abonado, mediante diversos tonos, el proceso que sigue su llamada (si tiene éxito, se completa o es rechazada) Tonos más comunes: “invitación a marcar” (el abonado sabe que dispone de línea) “llamada” (se ha completado la llamada y el abonado llamado está libre) “ocupado” el abonado llamada tiene establecido otra comunicación “línea muerta” el número marcado no tiene asignado ningún abonado Función de recepción de información numérica Necesaria para el intercambio de información (marcación) entre el abonado y la central

API Funciones básicas Función de control Encargada de establecer la comunicación interpretando la información recibida y elaborando las órdenes necesarias para gobernar las selecciones que son consecuencia de la numeración recibida, al mismo tiempo que efectúa la prueba de ocupación de los diversos órganos de la central. Función de selección Encargada de elegir la ruta que ponga en comunicación a dos abonados pertenecientes a la misma central o a distintas centrales. Función de transmisión Encargada del intercambio de información y señalización. Función de supervisión Una vez establecida la comunicación, detecta y corrige cualquier incidencia en los diferentes elementos que intervienen en ella. Funciones auxiliares Tarificación, identificación de abonadas, transferencia de llamadas, prioridades, rutas alternativas, etc

API La Central Pública (CO, Central Office) Es un dispositivo que interconecta circuitos de los usuarios en un área local (p.e. Ciudad) La CO es un edificio en el que se concentran la líneas telefónicas de todos los usuarios y constituye un medio de interconexión La CO ofrece a todos los usuarios (abonados) una conexión entre sí Sin embargo ninguna CO cuenta con los recursos para conmutar a todos los usuarios simultáneamente. Sería muy costoso e innecesario, pues la mayor parte del tiempo, únicamente un porcentaje reducido de abonados ocupan el teléfono al mismo tiempo Congestión o bloqueo, en casos excepcionales -> “Probabilidad de bloqueo” Bloqueo: Se produce cuando la red es incapaz de conectar dos estaciones debido a que todos los posibles caminos están siendo utilizados. En una red bloqueante se puede producir el bloqueo, lo que puede ser aceptable en tráfico de voz (suponiendo llamadas cortas y que no todos los usuarios llaman al mismo tiempo) pero menos eficaz o aceptable en tráfico de datos.

API Línea Análoga (Comercial) Corresponde a un canal de voz. Permite conectar cualquier dispositivo o aparato telefónico análogo compatible Teléfonos convencionales, facsímiles, módems, visores de Caller ID, etc, Centrales multilíneas y otras centralitas Permite optar a servicios adicionales (Conferencia, transferencias de llamadas, casilla de voz, etc.) Para conexiones a Internet admite usualmente velocidades máximas de 56 Kb/s (módem V.90)

Línea Análoga: Conexiones Puertas Interfaces físicas y eléctricas entre la CO y una Troncal o Línea de terminal Línea Trayectoria de comunicación entre CO y equipo terminal (teléfono) Analógicas o digitales Instalación Telefónica Interior Acometida Red de acceso

API Línea Análoga: Conexiones

API Línea Análoga: Conexiones El teléfono es conectado al sistema por un par de alambres llamado Tip & Ring Término que indica los extremos de transmisión y de recepción de un circuito de lazo local de dos hilos El usuario descuelga (“Off Hook”) para marcar Esto causa que el loop se cierre indicando que está listo para marcar La Central mantiene un voltaje un el lazo de abonado, nominalmente 48 V dc, llamado voltaje de batería Cuando el teléfono esta descolgado, un interruptor en la central corta el paso de corriente. Al descolgar el teléfono se cierra este interruptor y empieza a fluir corriente en el circuito local (loop) y se inicia el procedimiento para producir el tono de discar R(ing) T(ip)

API Red Telefónica Pública Conmutada Cada CO está conectada a las demás CO en una amplia red de comunicaciones conocida como “Red Telefónica Pública Conmutada” Lazo Local (Local Loop) Líneas de 2 hilos (Tip & Ring) Central Office - Termina el Local Loop - Termina la Troncal Línea Troncales CO PSTN CO

Topología de la Red de Conmutación Telefónica

API Introducción Las redes telefónicas tienen una estructura altamente jerárquica Para poder interconectar entre sí las centrales telefónicas es preciso disponer de mecanismos que permitan multiplexar diferentes conversaciones sobre un mismo canal físico De lo contrario habría que tender cables de muchos pares para dar cabida a la gran cantidad de comunicaciones que se establecen entre ellas Dicha multiplexación ha de ser mayor a medida que se asciende en la jerarquía, ya que el número de comunicaciones crece conforme se sube de nivel. La multiplexación puede realizarse básicamente de dos maneras: por frecuencia (FDM) o por tiempo (TDM). Generalmente se utiliza la TDM ya que se puede utilizar de forma más eficiente en redes digitales, que son las habituales hoy en día

API Topología Jerárquica El acceso a la red se efectúa conectando el terminal telefónico al Centro de Conmutación Local (CL) El CL se conecta a la denominada Central Primaria (CP) mediante circuitos de baja frecuencia o sistemas de transmisión múltiplex Las centrales primarias se conectan a las Centrales Secundarias y estas a la Terciarias, etc. Ventajas : Disminuye el número de enlaces con respecto a un red totalmente mallada Facilita la tarificación, el crecimiento de la red y el encaminamiento Desventajas: No hay redundancia Cuanto más se sube de nivel más recursos intervienen y por tanto el control del establecimiento de llamada es más complejo. Soluciones: Establecimiento de rutas directas entre centrales del mismo nivel jerárquico y a través de centrales tandem

API Topología Jerárquica Estructura tradicional Centrales primarias, secundarias, terciarias y cuaternarias Jerárquica Estructurada en niveles Local Tránsito Internacional

API Jerarquía de las Centrales Telefónicas Clase 1Centro Regional Clase 2 Centro Seccional / Distrital Clase 3 Centro Primario Clase 4Centro de Factuación Clase 5Central/End Office (CO o EO)

API Clase 5 Clase 4 Clase 3 Clase 4 Conmutación de Circuitos Jerarquía de las Centrales Telefónicas

API Estructura jerárquica del sistema telefónico de AT&T millones de teléfonos centrales finales centrales de facturación 230 centrales primarias 67 centrales seccionales 10 centrales regionales (completamente interconectadas)

API Estructura Jerárquica Tránsito y Local Centrales de Tránsito Centrales Locales Central Internacional Centrales Locales Centrales de Tránsito               

API Circuito Telefónico Internacional CL CP ABONADO A CLCP ABONADO B RED LOCAL RED TRONCAL RED INTERNACIONAL CS CTerCT CTer Circuito a 2 hilos Circuito a 4 hilos Teléfono Bobina híbrida CL Centro local CP Centro primario CS Centro secundario CTer Centro terciario CT Centro de tránsito internacional Nota: En el caso de centrales locales digitales el paso de dos a cuatro hilos se hace en ellas

Telefonía Digital

API Telefonía Digital La telefonía digital para la interconexión de centrales se empezó a introducir en la década de 1960, fundamentalmente por los siguientes motivos: Simplifica la multiplexación de conversaciones en un mismo cable (los equipos son más baratos) La señal digital se puede regenerar mediante repetidores, que no degradan la señal. En el caso de transmisión analógica se tenían que utilizar amplificadores que introducían una distorsión por lo que había que limitar el número máximo de amplificadores por los que podía pasar la señal Permite mayores capacidades, ya que es posible multiplexar más conversaciones sobre un mismo cable Con sistemas de transmisión avanzados se pueden aplicar técnicas de compresión con lo que se consigue aumentar aún más la capacidad En 1972 se instalan las primeras centrales digitales privadas PBX

API Telefonía Digital En 1976 es instalada la primer central telefónica pública que realizaba digitalización de la voz y conmutación digital La digitalización se producía dentro de la central telefónica. Los aparatos telefónicos continuaban siendo analógicos, con señalización por corriente de lazo A comienzos de la década de 1980 se sentaron las bases conceptuales para una nueva red telefónica, con tecnología digital hasta los terminales de abonado: ISDN (“Integrated Services Digital Networks”) Con ISDN se proponía llegar digitalmente hasta los abonados, y brindar servicios de valor agregado de telefonía y datos

API Telefonía Digital Hoy en día casi toda la infraestructura de comunicación entre centrales telefónicas es digital Por tanto cuando dos abonados establecen una comunicación telefónica a través de la red su conversación esta siendo digitalizada mediante un codec en la central telefónica de la que dependen, de forma que la comunicación discurre de forma digital en todo el trayecto excepto el lazo de abonado de cada uno de ellos Asi pues entre centrales telefónicas una conversación ocupa un canal de 64 Kb/s

API Topología Central Local Central Local Central de Tránsito Central Telefónica primaria Central de Tránsito Lazo de abonado Lazo de abonado Enlaces entre centrales Códec Señal Analógica ( Hz) Señal Digital (64 Kb/s) Señal Analógica ( Hz) Teléfono analógo Teléfono analógo

Conexión entre Centrales

API Conexión entre Centrales La llamada que sale de nuestra central tiene que llegar hasta la central donde está la persona o teléfono destino No es posible realizar un mallado total Se hace necesaria la multiplexación del enlace troncal entre centrales: Sistema TDM: Time Division Multiplex Circuito exclusivo para la comunicación

API Switches y Multiplexers Switch es una matriz de rutas que proporcionan una ranura de tiempo (Time Slots) para la transmisión libre de error Multiplexers (MUX) Permitir a varios usuarios compartir el medio físico de la transmisión Para transportar varias conversaciones (o comunicaciones de datos) por un mismo troncal físico: TDMA (Time Division Multiplex Access) FDMA (Frequency Division Multiplex Access) CDMA ( Code Division Multiplex Access) WDM (división por longitud de onda)

API TDM y FDM La multiplexación por división en tiempo (TDM, Time Division Multiplexing) permite que varias señales compartan una única línea de transmisión separándolas en el tiempo en diferentes intervalos temporales (slots) Las muestras se organizan secuencialmente para formar una trama de n slots Un slot puede corresponder a un bit/byte/bloque de datos El origen y el destino de los datos son conocidos en cada slot por lo que se NO requiere direccionamiento FDM (Frequency Division Multiplex) Multiplexión por división en frecuencias Haciendo uso de modulaciones enviamos cada canal en una banda de frecuencias distinta. Luego en cada receptor se debe demodular para devolver la transmisión a banda base, o a su banda natural

API Multiplexación: TDMA y FDMA FDMA Frecuencia Tiempo TDMA Frecuencia Tiempo 4 usuarios

API FDM: Multiplexión por división en frecuencias

API TDM: Time Divition Multiplexing A4 A3 B4 B3 C4 C3 MUX B2A2FRC1B1A1B3FR SALIDA DEL MUX CONTROL DE TIEMPO DIGITAL FRAME

API División en el espacio Las rutas son físicamente independientes Muchos puntos de cruce Es ineficiente el uso de puntos Matriz de conexiones o puertas semiconductoras habilitadas por una Unidad de Control Matriz de conexiones o puertas semiconductoras habilitadas por una Unidad de Control

API División en el espacio - Telefonía Lazo de abonado Troncal Lazo de abonado Central acceso Conexión temporal Central tránsito Medios de transmisión Central tránsito

EXAMEN PARCIAL El martes 25 de Junio habrá examen parcial, favor de traer solo papel, lapicero y calculadora. Este archivo contiene todos los temas que se examinaran. Traer guardapolvo para ingresar al examen en el Laboratorio. Gracias! 63