Conmutador Local como Nodo de Red

Importancia del Nodo

Los nodos son parte fundamental en cualquier red de telecomunicaciones. Son los encargados de realizar las diversas funciones de procesamiento que requieren cada una de las señales o mensajes que circulan o transitan a través de los enlaces de la red.

Eficiencia del Conmutador Local

Sin central local: Se necesitan 15 líneas

Con central local: Solo 6 líneas

Líneas telefónicas directas:

• N° Abonados = 5
• N° Líneas = (5 * (5 – 1)) / 2 = 10 líneas

• N° abonados = 100
• N° Líneas = 4950 líneas

Características de las RTPC/PSTN

Características principales:

• Ofrece a cada usuario un circuito para señales analógicas con una banda base de 4KHz para cada conversación.
• Esta banda incluye espacios para banda de guarda anti-tralape (anti-aliasing) y para eliminación de interferencias provenientes de las líneas de distribución domiciliar de potencia eléctrica.
• Única red con cobertura y capilaridad nacional, donde por capilaridad se entiende la capacidad que tiene la red para ramificarse progresivamente en conductores que llevan cada vez menor tráfico.
• Capacidad de interconexión con las redes móviles.
• El costo para el usuario por la ocupación del circuito depende de la distancia entre los extremos y la duración de la conexión.
• Normalización para interconexión de RTPCs.
• Consta de Medios de transmisión y Centrales de conmutación.
• Los Medios de transmisión entre centrales se conocen como Troncales, y en la actualidad transportan principalmente señales digitales sincronizadas, usando tecnologías modernas, sobre todo ópticas.
• Los medios de transmisión entre equipos domiciliarios y las centrales (líneas de acceso) son pares de cobre, llamadas líneas de abonado (abonado viene del francés y significa suscriptor).
• Otras formas de acceso del domicilio a la central local (enlaces inalámbricos fijos, cable coaxial, fibra óptica, ISDN o xDSL) no se consideran telefonía básica.

Circuito Analógico

• El cable de par trenzado desde la Oficina Central de Conmutación al domicilio del suscriptor se llama Loop.
• El Loop maneja señales y voz sobre el mismo par trenzado.

Arquitectura RTPC/PSTN

Componentes de la arquitectura:

• Terminal de abonado y línea telefónica de abonado (bucle local)
• Centrales de conmutación de circuitos
• Sistemas de transmisión
• Sistemas de señalización

Para transmitir datos por una red telefónica pública conmutada, se necesita añadir otro elemento a la infraestructura de la RTPC.

Componentes Básicos de la RTPC (PSTN)

• Enlace troncal: Conexión física entre dos centrales telefónicas para transmitir información de señalización de abonados (SS7).
• Bucle local: Cableado entre la central telefónica y el usuario.
• Central telefónica (Exchange): Centro de conmutación local que permite las conexiones físicas entre usuarios.
• RTPC/PSTN: Conjunto de elementos de transmisión y conmutación que enlazan dos equipos terminales mediante un circuito físico.

Funciones de una Oficina Central (OC)

• Señalización con el terminal
• Señalización entre oficinas centrales
• Control
• Conmutación
• Explotación
• Tasación
• Sincronización

LC: circuito de línea, TM: troncal analógica, DTI: troncal digital, CP: procesador de control, T-S-T: red de conmutación, MUX: multiplexor

Comunicación entre dos Usuarios

1. Se levanta el auricular, la central lo identifica y envía una invitación a marcar.
2. La central espera el número marcado para escoger la ruta.
3. Si la línea está ocupada, la central envía una señal (tono ocupado).
4. Si la línea no está ocupada, la central del destino genera una señal de llamada.
5. Al contestar, se detiene la generación de señales.
6. Al terminar, las centrales desconectan la llamada.
7. Se contabiliza el costo de la llamada.

Señalización

La señalización es la forma en que se comunica el equipo.

• Señalización de línea: entre centrales
• Señalización de usuario: entre usuario y central
• Señalización de registro: entre centrales

La señalización da al abonado información de estado (tono de invitación, ocupado, timbrado).

• Colgado (On-Hook): Switch abierto, no hay flujo de corriente.
• Descolgado (Off-Hook): Switch cerrado, tensión de -48 VDC desde la central.
• Discado: Se pulsan botones conectados a un generador de tono interno (DTMF).
• El conmutador mapea los dígitos DTMF a un suscriptor físico.

DTMF (Dual Tone Multi-Frequency)

Método común de envío de información de discado. Cada número se representa por dos tonos simultáneos sobre el canal de voz.

Ringing

La central aplica un voltaje AC que activa la campanilla del teléfono y reproduce un tono de retro llamada (ringback tone).

Conversación

El micrófono convierte la voz en corriente eléctrica que se transmite al otro teléfono.

Llamado Terminado

Al colgar, la corriente DC deja de fluir y la central desconecta la llamada.

Tonos de Progreso de Llamada

• Dial tone: Central lista para aceptar dígitos.
• Ringback tone: Señal de llamada enviada.
• Busy tone: Usuario llamado ocupado.
• Reorder tone (fast busy): Troncales ocupadas o código inválido.

Modulación por Pulsos Codificados (PCM)

Conversión de analógico a digital basada en muestreo, cuantificación y codificación.

Se usa en telefonía digital con multiplexores por división de tiempo (TDM).

Un canal de 64kbps se llama clear channel o toll quality.

• Muestreo: Se toman valores instantáneos de la señal analógica al doble de su frecuencia (8000Hz, 8 bits).
• Cuantificación: Representación de la amplitud con 256 pasos (8 bits).
• Técnicas de cuantificación: Lineal y logarítmica (comportamiento del oído humano).

Ejemplo de Cuantización de Voz

Ley U (Canadá, EEUU, Japón) y Ley A (otros países). Ambas usan escala cuasi-logarítmica con 8 segmentos (+/-) y 16 pasos por segmento.

Codificación

Se usa un código con mayor capacidad de sincronización, detección de errores e inmunidad al ruido.

Conversión Analógico a Digital

1. Muestreo de la señal analógica.
2. Cuantización de las muestras.
3. Codificación en binario.
4. Compresión para disminuir ancho de banda (DSP).

Conversión Digital a Analógico

1. Descompresión.
2. Decodificación.
3. Reconstrucción de la señal analógica (filtro).

Teorema de Nyquist

La velocidad de muestreo debe ser al menos el doble de la frecuencia máxima.

Ejemplo:

• Frecuencia humana al hablar: 200-9000Hz
• Sensibilidad del oído: 20-20000Hz
• Telefonía tradicional: 300-3400Hz
• Velocidad de muestreo digital: 8000 muestras/segundo (hasta 4000Hz)

Codificación Digital de la Voz

• Cada muestra: 8 bits (polaridad, 3 bits segmento, 4 bits pasos)
• Ancho de banda por llamada: 64kbps (8000 muestras/s * 8 bits)
• Redes telefónicas: TDM para combinar múltiples canales de 64kbps (DS-0)

Ventajas de la Comunicación Digital

• Mayores distancias
• Menos sensible al ruido
• Mejor uso del ancho de banda (MUX)
• Mayor seguridad
• Integración voz y datos

Desventajas de la Comunicación Digital

• Niveles de señal de cuantificación igualmente espaciados
• Distorsión de amplitudes
• Errores de cuantificación