telefonia pstn

Ms (c) Oscar Daniel Ibarra Tobar

REDES CONVERGENTES

Compilación Version 1.0, Agosto 2012

Ms (c) Oscar Daniel Ibarra Tobar

TELEFONÍA

Compilación Version 1.0, Agosto 2012

01/05/2023 Profesor Oscar Daniel Ibarra Tobar 3

TELEFONÍA.....Sonido a Distancia

El sonido es una sensación, en el órgano del oído, producida por la perturbación de un medio elástico (normalmente el aire), debido a cambios rápidos de presión, generados por el movimiento vibratorio de un cuerpo sonoro. La función del medio transmisor es fundamental, ya que el sonido no se propaga en el vació. Por ello, para que exista el sonido, es necesaria una fuente de vibración mecánica y también un medio elástico (sólido, líquido o gaseoso) a través del cual se propague la perturbación

El oído capta las ondas sonoras son recibidas por el tímpano, se oyen sonidos entre 20 Hz y 20.000 Hz

LA VOZ HUMANA tienen un rango entre

100 - 10000 Hz



Anchos de Banda

20 100 300 3400 10.000 18.000

Rango de audición

Rango de la voz

Teléfono


Convergencia - Historicamente

La señal mecánica debe ser convertida a una señal eléctrica para poder ser transmitida, esta conversión se realiza en el teléfono, el cual cuenta con un transductor que convierte la señal mecánica en una señal eléctrica de naturaleza analógica.Con esta señal se puede establecer una comunicación 100 % analógica con otro teléfono receptor; sin embargo hay que tener en cuenta que si hay varios abonados(usuarios) es necesario un mecanismo de conmutación para establecer el circuito con el receptor adecuado.

VOZ: Señal mécanica 20 a 10000 Hz TRANSDUCTOR

SEÑAL ELECTRICA: 300 a 3400 Hz



El telefono, originalmente, se compone de dos circuitos: el circuito de conversación y el circuito de señalización.

El circuito de conversación, transmite la voz como una señal eléctrica análoga por la red telefonica y el circuito de señalación se encarga de la marcación de la llamada

La señalización permitirá establecer la llamada


Conmutación Telefónica

La conmutación en telefonía ha pasado por muchas etapas:1. Una conexión en malla (todos con todos) no requiere un nodo central de

conmutación2. Esta solución es inviable porque por cada N usuarios se requiere N*(N-1)/2

enlaces3. Se establece entonces una topología en estrella donde hay varios nodos de

conmutación.

Conexión en malla

Conexión en estrella


Conmutación Manual

La conmutación igualmente ha sufrido una evolución según la tecnología disponible en el momento de la historia.

Conmutación Manual, “Las primeras centralitas de este tipo se crearon en 1878 y hacían uso de un cuadro de conmutación constituido por clavijas y cordones que eran operados manualmente por una operadora, conectando físicamente una línea con otra. La operadora preguntaba al usuario el número con el cual deseaba comunicarse y luego establecía la conexión introduciendo los conectores terminales de un cordón (plugs) en los respectivos Jacks de los abonados”


Conmutación Manual

De este proceso de conmutación manual se puede deducir varios conceptos que aun se utilizan en las técnicas de conmutación actuales: 1. Conmutación de circuitos, la operadora

era la encargada de establecer un circuito físico para realizar la transmisión:

2. El proceso que era llevado por la operadora podría resumirse en las siguientes partes:

• Establecimiento de la comunicación• Mantenimiento de la comunicación • Liberación del canal

Los protocolos de telefonía actual como SIP realizan funciones similares


Conmutación Automáticas

Centrales electromecánicasSe basó en el empleo de un selector electromecánico cuyos puntos de cruce eran contactos de barrido que se movían para seleccionar una salida en función del número marcado por el usuario. La llamada era conectada a través de varios selectores activados progresivamente a medida que se iban marcando las cifras mediante el disco telefónico

Son ejemplos de este tipo: • Centrales paso a paso• Centrales de barras cruzadas

CrossBar


Conmutación Automáticas

Centrales automáticas electrónicas Surgen en la década de los 60´s para remplazar a las centrales electromecánicas debido a su mayor capacidad, velocidad de conmutación, flexibilidad y fiabilidad. La conexión de las vías de voz analógicas se realizaba mediante conmutadores electrónicos (micro-switches a base de “reed relays” o relés de lengueta) y disponían de un órgano central de control formado por procesadores controlados por programa almacenado (SPC/Stored Program Control).

Centrales DigitalesSon centrales controladas también por programa almacenado (SPC), pero en este caso las vías de voz son completamente digitales, Sólo hasta 1976 fue posible la introducción de la primera central digital ESS4 en la red telefónica de larga distancia de los Estados Unidos. Esta central tenía una capacidad muy superior a las existentes y permitía la interconexión a través de enlaces digitales de transmisión PCM. El control de estas centrales presenta las mismas características básicas del control de las centrales electrónicas.


Red Telefónica Publica Conmutada PSTN Public Switched Telephone NetworkPSTN PUBLIC SWITCHED TELEPHONE NETWORK

• La Red Telefónica Publica Conmutada es una red que soporta los servicios de telefonía publica y esta conformada por centrales de conmutación análogas y digitales.

• Los usuarios se denominan abonados• A Los dispositivos de usuario final se les conoce como CPE (Customer Premise

Equipment) • El medio físico típicamente utilizado en la PSTN es el par de cobre• La conexión entre el CPE y el primer nodo de conmutación (ya sea el POP, punto de

presencia, o el CO, Central Office) se conoce como Lazo de Abonado.• La PSTN puede ofrecer servicios a sistemas residenciales o a sistemas empresariales

Sistemas Residenciales

• Línea POTS (Plain Old Telephone Service), El terminal del abonado dispone de: altavoz, micrófono, timbre, teclado, y un generador dual multifrecuencia (DTMF).

• Sistema es alimentado por el par de hilos desde la central que proporciona la ruta de audio y la señalización de llamada.

• Todos los conectores telefónicos existentes en la casa se encuentran cableados en paralelo de forma continua con la Central Office (CO).

• Cada circuito requiere de un par de hilos.• Existe conexión directa (sin Conmutación) con la CO.

Lazo de Abonado

Red Telefónica Publica Conmutada PSTN Public Switched Telephone Network

CO

Abonados A Abonados BRed

Backbonede Transporte

CO CO

CO

Sw Telefónico

Sw Telefónico

Sw Telefónico

Sw Telefónico

Pares de Cobre Pares de Cobre

TRONCALESENTRE CO

TRONCALESENTRE CO

• Los abonados se conectan con las CO, a esta conexión se le conoce como lazo de abonado

• Las CO se encuentran conectadas por una Red de Backbone, esta red de Backbone normalmente es una red en fibra óptica y la voz se transmite de manera digital utilizando técnicas de multiplexación TDM


Red Telefónica Publica Conmutada PSTN Public Switched Telephone NetworkLa comunicación entre el CPE y la CO es análoga y la comunicación entre diferentes COs es digital, de modo que la señal analógica de voz debe digitalizarse, esta conversión A/D se realiza por medio de CODECs, para el caso de la telefonía se utiliza codificación PCM.

La capacidad necesaria para transmitir una llamada telefónica, de manera digital y sin compresión es de 64 Kbps, a esta unidad de medida se conoce como DS0 o Digital Signal Level 0

PCM Pulse Code Modulation

La función de la codificación es convertir una señal análoga a un código digital que la represente de una manera fiel, de este modo se requiere realizar varias etapas que son: la discretización del tiempo (muestreo), la discretizacion de la amplitud (cuantización) y finalmente la codificación .

El muestreo, como se mencionó, en primer lugar se debe discretizar el tiempo continuo de una señal análoga, esto se logra tomando muestras en intervalos iguales de tiempo.

El Teorema de Shannon establece que para digitalizar una señal, se debe muestrear al menos al doble de la frecuencia máxima, como el ancho de banda del canal telefónico es de 4 Khz (300 a 3200 Hz), la frecuencia de muestreo debe ser de 8Khz o dicho de otro modo 8000 muestras por segundo.Como en cada segundo se toman 8000 muestras, cada muestra se realiza cada 125uS


PCM Pulse Code Modulation

Cuantización, al igual que el muestreo, tiene que ver con la discretización pero esta vez de la amplitud en lugar del tiempo.En la cuantizacion se establecen unos niveles que puede tomar la señal y la cantidad de bits necesarios para representar eso niveles.

Con 8 bits se pueden tener 256 diferentes niveles.

Si cada una de las muestras que se toman a 8Khz se necesita una capacidad de 64Kbps


CODECS CON COMPRESIÓN

Según la ITU el CODEC de voz que utiliza PCM y no tiene compresión es el G.711, la voz paquetizada en este códec requiere de 64 Kbps para ser transmitido.

Para optimizar la capacidad que requiere una llamada al ser transmitida se han desarrollado otros codecs que utilizan algoritmos de compresión u otras técnicas de digitalización, en la siguiente tabla se presentan algunos de ellos:


Multiplexación

La multiplexación es una función de algunos elementos de las redes llamados multiplexores MUX, los multiplexores toman varias señales de entrada y producen una sóla señal de salida que combina la señales de entrada.

Existen diferentes técnicas de multiplicación como TDM, FDM, WDM.

Frequency Division Multiplexing (FDM),

Code Division Multiplexing (CDM)

Wavelength Division Multiplexing (WDM).

Time Division Multiplexing (TDM)

En la división por multiplexación de tiempo, se tienen diferentes fuentes y a cada una se le asigna un tiempo para transmitir, de modo que el tiempo total se divide en Slots de tiempo


TDMT.D.M : TIME DIVITION MULTIPLEXING

A4

A3

B4

B3

C4

C3

MUX B2 A2 FR C1 B1 A1B3 FR

SALIDA DEL MUX

CONTROL DE TIEMPO

DIGITAL

FRAME


Multiplexación TDM

• Los DS0 (64 Kbps) son multiplexados en estructuras de mayor jerarquía, los DS1

DS1

Estándar Americano Estándar Europeo

T1 = 24 Usuarios + 1 Canal de Señalización

E1= 30 Usuarios + 2 Canales de Señalización

T1 = 24 DS0 + 8 bitsT1 =1.544 Mbps

E1 = 30 DS0 + 16 bitsE1= 2.048 Mbps

• De igual manera los DS1 se multiplexan es estructuras de mayor jerarquía:

E2 = 8 MbpsE3 = 34 Mbps (34.368 Mbps)E4 = 140 MbpsSTM1 = 63 E1 = 3 E3 = 1 E4 = 140 Mbps


Multiplexación TDM

SDH y SONET


Multiplexación TDM

Las tecnologias de SHD y SONET, utilizan TDM, estas tecnologias recogen el tráfico que vienen en E1 o T1 y lo transportan utilizando TDM

El multiplexor de SDH se llama ADM o Add Drop Multiplexer


Sistema Switcheados

Los usuarios o abonados, en una red PSTN, se conectan por medio del lazo de abonado con la CO, allí el abonado es conectado con el sistema de switcheado.En términos generales la PSTN es una red de switches, estos switches realizan algunas de las siguientes funciones:

• Inicialización de la llamada • Conmutación de la llamada• Mantener la llamada• Finalización de la llamada

Estas funciones suelen ser denominadas señalización yse realizan por medio del Protocolo SS7


Sistema Switcheados

Los swithces de la PSTN están organizados en diferentes jerarquías y clasificaciones, como se muestra en las siguiente figura:


Línea de Abonado Digital

La digitalización de la señal de voz análoga puede llevarse a cabo en diferentes partes del sistema, típicamente la señal viaja de manera análoga en lazo de abonado y se digitaliza en el CO; sin embargo es posible que la conversión se realice directamente en el teléfono y la señal que viaja por el lazo de abonado sea digital, en este caso se tiene una línea de abonado digital

La RDSI (Red Digital de Servicios Integrados) concibe la idea de que se puede transmitir por el lazo de abonado diferentes servicios de una manera integrada, de modo que se puede transmitir no solo voz, sino también datos, así la RDSI requiere de líneas de abonado digital

Estas tecnologías dan pie para que se genere las tecnologías xDSL, como por ejemplo ADSL (línea de abonado digital asimétrica)


Sistema Switcheados

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Características PSTN

• Conmutación de Circuitos• Unidad Básica = Canal PCM = 64 Kbps• TDM• Redes Sincrónicas• Tráfico Sensible al retardo• Servicio con Calidad del Servicio. Único problema es la congestión en el inicio de

una llamada (CAC)• Probabilidad de bloqueo baja• Una vez establecido un canal, se reserva y garantiza todos los recursos.• Codificación G.711, u-law o a-law• Retardo controlado

Arquitectura xDSLAcceso Fijo VOZ + DATOS

Acceso Fijo VOZ + DATOS

Acceso Fijo Voz + Datos + Video

Triple Play

DSL operators

VoiceInternet

TV /Video

telefonia pstn

Technology