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Telefonía
El sistema telefónico convencional, conocido en inglés por la sigla POTS (Plain Old
Telephone Service) (Servicio Telefónico
Ordinario Antiguo), es un sistema con
arquitectura en estrella, donde cada
terminal de abonado se conecta a una
central conmutadora automática a
través de un par de conductores
exclusivos para cada terminal.
Esto constituye lo que se denomina la
red conmutada pública de telefonía.
Básicamente, la central opera como un
centro conmutador, donde se detecta el
estado de cada terminal de abonado, se
recepcionan las solicitudes de llamada,
se notifica al abonado llamado de la
existencia
de
un
intento
de
comunicación por parte de otro abonado
y se enlazan, como paso final, dos
abonados entre sí para que puedan
comunicarse.
Características principales
El sistema opera con una sola línea de 2 conductores, entre la central y la terminal del
abonado (aparato telefónico).
Este par de conductores es básicamente una linea balanceada de par trenzado, con
una impedancia característica de 600 ohms.
La central envía permanentemente una tensión contínua de 48 V hacia la terminal de
abonado, con la finalidad de proveerla de la necesaria alimentación para su operación
y, además, para realizar la acción de sensado del estado de dicha terminal (teléfono
colgado o descolgado).
Principio básico de operación
En
el
diagrama
simplificado, se ilustra la
estructura interna básica
del aparato telefónico.
El interruptor de dos
posiciones S1 es el
gancho u horquilla donde
reposa el tubo telefónico
mientras está colgado. En la condición de “colgado”, el interruptor S1 se encuentra en
la posición A, con lo que la linea queda conectada a un capacitor y el circuito de
“timbre” o “campanilla” (ring, en inglés). En esta situación, la tensión contínua que
envía la central queda bloqueada por el capacitor, no circulando corriente por la línea.
Por tanto, la central “ve” un circuito abierto y de este modo detecta que el abonado
tiene el teléfono colgado.
Si otro abonado solicita comunicarse a esta terminal, la central desconecta la tensión
contínua de 48V y en su lugar envía una tensión alterna sinusoidal de
aproximadamente 100V de pico. Esta tensión se mantiene durante un corto intervalo
de tiempo, luego se suspende durante otro intervalo, luego se repite el primer paso, y
así sucesivamente. Esta señal, denominada “señal de campanilla”, posee una
frecuencia de 20 a 30 Hz y, de acuerdo al diseño del capacitor del circuito, este ofrece
una baja reactancia capacitiva a la misma, por lo que dicha tensión queda aplicada al
circuito de “ringer” o “campanilla”, produciendo una señal sonora que avisa la
existencia de la llamada entrante.
Si ahora el abonado levanta el tubo de su aparato, el interruptor S1 se conmuta a la
posición B. En estas condiciones, a demás, encontramos que el interruptor S3 está
normalmente cerrado y la línea se conecta ahora al circuito vocal, el cual posee una
baja resistencia de CC.
Ahora se produce una circulación de corriente entre la central y el aparato telefónico,
lo que le indica a la central que este ahora está descolgado. Inmediatamente la central
cesa el envío de la tensión de campanilla y conecta la línea de ambos abonados entre
sí, para que se produzca la comunicación.
El circuito básico que ahora se establece es el siguiente:
Aquí no se ha ilustrado la tensión contínua de línea, para facilitar la comprensión del
funcionamiento.
La operación es como sigue: el micrófono de la izquierda genera tensiones
proporcionales a los sonidos que capta y los inyecta en el punto medio del
transformador simétrico T1. La corriente del micrófono se divide por igual entre los dos
bobinados de T1, pero circulando en sentidos opuestos (una hacia la derecha y otra
hacia la izquierda), con lo que no hay inducción posible en el bobinado secundario,
donde está conectado el auricular. De este modo, el abonado no se escucha a sí
mismo. La mitad de la corriente del micrófono se desvía por la resistencia de 600
ohms (que cumple la única función de balancear la corriente que circula por el
bobinado izquierdo del transformador) y la otra mitad circula hacia la derecha, hasta el
aparato remoto del otro abonado.
En dicho aparato, la corriente circula por el primer bobinado de T2, induciendo una
corriente en el secundario del mismo y reproduciendo el sonido en el auricular
correspondiente, con lo que se ha logrado la comunicación izquierda-derecha.
El proceso inverso tiene lugar de la misma forma, ya que ambos circuitos son
simétricos.
En el caso que el abonado desee iniciar una llamada, primero levantará el tubo, con lo
cual comenzará a circular corriente por la línea, indicándole así a la central este hecho.
La central, entonces, enviará una señal sinusoidal de aproximadamente 440 Hz, con
una amplitud de cerca de 3Vpp (señal de “Libre”) y quedará a la espera de la
marcación del número a llamar.
El procedimiento siguiente, depende del aparato del abonado. Si es un aparato
antiguo, podrá utilizar marcación por pulsos. En caso contrario, empleará marcación
multifrecuente. Ambos métodos se explican más adelante.
Señales utilizadas en el sistema telefónico
Señalización de Colgado/Descolgado
El aparato telefónico puede estar en dos
situaciones
claramente
diferenciadas:
colgado o descolgado.
En el primer caso, el aparato se comporta
como un circuito abierto para corriente
contínua y entonces, la tensión en la línea
será de 48V.
Al descolgar el aparato, queda cerrado el circuito de CC a través del sistema de
comunicación, bajando entonces la tensión en los bornes del aparato a un valor
promedial de 10V a 15V, circulando una corriente por la línea que sirve para indicarle a
la central el nuevo estado de la terminal de abonado.
Señal de Libre
Cuando se descuelga el aparato, la central
reconoce esto porque comienza a circular
corriente hacia el abonado. Entonces,
procede a enviar una señal sinusoidal de
aproximadamente 400Hz y 3Vpp de amplitud,
conocida como señal de libre. Esta señal
alterna se superpone a la contínua
permanente, tal como se ilustra en el gráfico
de la derecha.
Esta señal se reproduce como un tono contínuo en el auricular del teléfono, que es la
indicación de que se puede solicitar una llamada, porque la línea está disponible y la
central espera por la marcación del abonado.
Marcación por pulsos
Cuando la terminal de abonado está
descolgada, y está recibiendo señal de
libre desde la central, puede marcar un
número de abonado al cual desea
comunicarse.
La marcación puede realizarse en dos
modalidades, siendo una de ellas la
marcación por pulsos.
Esta forma de marcación se activa en el circuito de la figura mediante el interruptor S2,
el cual se abre y cierra alternativamente para generar pulsos de señalización. El ciclo
de cada pulso es de 100 mS de período, con
60 mS de tiempo de apertura y 40 mS de
tiempo de cierre. Cada dígito se marca con un
número de ciclos igual al número marcado,
excepto el dígito “0” que utiliza 10 pulsos.
Entre cada dígito se deja un espacio mínimo
de tiempo de 600 mS, para que la central
pueda diferenciar un número de otro.
Marcación por tonos
En los sistemas actuales, la marcación se realiza
mediante un código de señales de audio denominado
DTMF (Dual Tone Multi Frequency)(Doble tono Multi
Frecuente).
Las normas adoptadas asignan a cada tecla del aparato
telefónico una pareja de frecuencias completamente
predefinidas.
El teclado conforma una matriz de 3 columnas y 4 filas,
correspondiéndole a cada fila y a cada columna una
frecuencia específica, como se ilustra a la derecha.
Cuando se presiona una tecla, un sistema electrónico interno, alojado en el aparato
telefónico, genera dos señales sinusoidales simultáneas, ambas de la misma amplitud
(aproximadamente 5Vpp) y con las frecuencias correspondientes a la fila y la columna
que ocupa la tecla mencionada.
Por ejemplo, si se presiona la tecla “5”, se generará un tono de 770 Hz (fila) y otro de
1336 Hz (columna).
En la central, un circuito decodificador reconoce los tonos y los traduce en los dígitos
marcados.
Señal de campanilla
Cuando un abonado debe ser
notificado de la intención de
llamada de otro abonado, la
central envía una señal de
“campanilla”, la cual se ilustra
en el oscilograma de la
izquierda.
En
estas
circunstancias,
la
central
remueve la tensión contínua de
48 V que envía normalmente
hacia el abonado y la sustituye
por una tensión alterna,
sinusoidal, de aproximadamente 100Vp y con una frecuencia de 20 a 25 Hz.
Esta tensión se interrumpe periódicamente, para generar sucesivos “timbrazos” que
alerten al abonado de la llamada entrante. Debe tenerse presente que esta señal es la
de mayor amplitud que podemos encontrar en los sistemas telefónicos y la única que
puede provocar fuertes descargas si estamos en contacto con la línea.
Señal de ocupado y Señal de llamada
Cuando un abonado realiza una llamada, la central le envía tonos de diferentes
frecuencias o con cadencias de encendido/apagado diferenciados, para señalizar que
dicha llamada está en curso o que el abonado remoto está ocupado (tiene el aparato
descolgado).
Cualquiera de estas u otras señalizaciones, son siempre señales sinusoidales de
aproximadamente 3 Vpp.
Identificación de abonado llamante
Un servicio adicional que puede prestar la compañía telefónica es el sistema de
identificación de abonado llamante (Caller ID, por su denominación en inglés).
Cuando se tiene contratado este servicio, la central envía hacia el abonado, entre la
primer señal de ring y la segunda, un código binario en formato de tonos de audio que
contiene codificado el número del abonado que llama.
Una de las técnicas utilizadas es modulación FSK (Frequency Shift Keying)
(Codificación por desplazamiento de frecuencia).
En general, se usa una velocidad de 1200 baudios, empleando un ciclo de 1200 Hz
para representar el “1” binario y dos ciclos de 2400 Hz para el “0”.
Es necesario disponer de un decodificador adecuado (“captor”) para interpretar esta
señal y visualizarla en un display.
La señal posee una amplitud similar a las demás, en el orden de los 3 a 5 Vpp.
Comunicación vocal
Una vez establecida la comunicación entre dos abonados, las señales sonoras que
captan los micrófonos se transforman en señales eléctricas analógicas y se envían por
la línea telefónica para que exciten los auriculares y vuelvan a ser reproducidas como
vibraciones sonoras.
Esta señal de “audio” se envía con el mismo nivel que el resto, siendo de
aproximadamente 3 Vpp en el extremo receptor.
El ancho de banda asignado para el servicio telefónico es de banda angosta, estando
limitado a 300-3000 Hz.
Esto es suficiente para garantizar la inteligibilidad de los mensajes, pero es insuficiente
para la trasmisión musical, donde la gama de frecuencias requeridas debería ser
mucho más amplia.