Telefonía Analógica

Las líneas telefónicas analógicas que se instalaban hace ya varias décadas, tenían un modo de funcionamiento que en estos tiempos se consideraría simplista, pero que llegó a ser bastante confiable y efectivo, a tal punto que algunas de sus técnicas (como la señalización por DTMF o la línea de 48V) se siguen usando en la actualidad.

Es de admirar el ingenio y dedicación que mostraron los ingenieros de aquellos tiempos, para diseñar redes de telefonía completamente funcionales, en una época en que no existían aún los transistores.

Resultaría difícil comprimir, en tan solo unas líneas, la abundante cantidad de estándares, equipos, técnicas y tecnologías que se desarrollaron como base para el servicio de la telefonía pública analógica. Existen libros completos al respecto, mientras que los equipos han quedado obsoletos y algunos forman parte ya de museos especializados.

En este artículo solo recordaré solo algunas de las características de las líneas telefónicas analógicas, basadas en ensayos realizados con las mismas, más que en las especificaciones técnicas. La descripción se centra en la parte que corresponde al abonado y no en las centrales.

La Red de Telefonía Pública

La base de la telefonía fija tradicional era la PSTN o RTC (Red de Telefonía Pública Conmutada). Esta red incluía diversos equipos interconectados entre los que destacaban las centrales de conmutación, como las míticas Pentaconta de los años 60, muy usadas en España.

Podría resultar algo injusto llamar Telefonía analógica a las Redes de Telefonía fija tradicional, porque la tecnología que sustentaba a las centrales, aún en sus modelos electromecánicos era realmente digital, aunque en base 10 o12, como la misma numeración telefónica. Sin embargo, nos referimos a ella como analógica porque la voz usaba canales de transmisión completamente analógicos.

El objetivo de las líneas telefónicas eran la transmisión de voz y la señalización respectiva. Para tal fin se diseñó un curioso sistema basado en una central o centralita que se conectaba a los aparatos telefónicos mediante un sencillo cable de dos hilos, que no necesitaba blindaje.

La línea telefónica que llegaba al abonado era un sencillo cable que portaba 48V de corriente contínua, en circuito abierto. Este voltaje era suficientemente alto como para asegurarse una señalización eficiente (basada en corrientes) disminuyendo las pérdidas por la resistencia del cable que a su vez no tenía que ser muy grueso. Por otro lado, el voltaje de 48V no era tan alto como para representar un gran peligro para la salud humana.

Además, como se describirá más adelante, la corriente que podía proveer la central al aparato telefónico del abonado, era suficiente para que este pudiese funcionar sin requerir ser alimentado externamente. De esta forma la telefonía podía llegar a zonas donde no llegaba aún la red eléctrica y no requería de baterías.

En resumen, una línea telefónica podía llevar, en dos simples hilos de cobre, voz, señalización diversa y energía eléctrica suficiente para el aparato telefónico. Esta tecnología «ancestral», que ha permanecido olvidada por largo tiempo, ha sido retomada en las nuevas redes PoE sobre cables UTP que admiten también 48V y que está teniendo gran aceptación en una época en donde resulta pecado pensar que hayan redes de telefonía donde no hay electricidad.

Señalización

Como ya se indicó las redes de telefonía usaban dos simples hilos de cobre para transmitir tanto la voz como la señalización ¿Cómo lo hacían?

Primeramente, se debe indicar que la línea telefónica se comportaba como una fuente de alimentación de 48 VDC (con unos voltios más o voltios menos) con una impedancia interna de algo de 1.2K.

Este sencillo esquema nos da una idea de lo que debemos esperar y lo que no podemos hacer. El valor de R puede variar de una central a otra y se ve afectado también por la resistencia interna del mismo cable telefónico. Puede tener un valor de hasta 1.5K. La fuente de alimentación es precisamente el voltaje de línea aproximado de 48V, pero que puede variar tanto como desde 36V hasta 60V.

Esta es la situación que tenemos cuando tenemos el teléfono colgado y conectado a una línea telefónica analógica operativa.

Normalmente el aparato telefónico se comporta como un circuito abierto. Cuando se levanta el auricular, el aparato telefónico se comporta como una resistencia que consume algo de 30mA, ocasionando que el voltaje de línea caiga a unos 9 voltios o menos, que es la tensión que sirve para alimentar los circuitos del teléfono.

El estado de descolgado, detectado por la central como una corriente estable, es parte de la señalización, e indica a la central que el abonado está listo para realizar una llamada.

El valor exacto al que cae el voltaje de línea depende de los parámetros eléctricos reales de la línea telefónica y también del aparato telefónico, así que es muy variable, pero las centrales analógicas eran bastante tolerante en cuanto a estos valores, porque trabajaban principalmente con corrientes en lugar de voltajes.

Así los equipos telefónicos tienen libertad, y deben ser a su vez tolerantes, a diversos voltajes de trabajo. En la práctica, los teléfonos tienen impedancias de 470 ohmios o menos. El valor máximo de la impedancia del aparato telefónico que permiten algunas centrales es de 1500 ohmios. Pero una carga mayor, que consuma unos pocos miliamperios, aunque no funcionará bien para la señalización de la llamada si será detectada como una corriente de fuga por las centrales telefónicas más modernas, inhabilitando la línea.

La señal de voz

La impedancia del aparato telefónico es fija pero tiene ligeras variaciones con la voz del abonado que habla por el auricular, de modo que su voz se superpone como un pequeño rizado sobre el voltaje de línea de aproximadamente 9V, cuando el teléfono está descolgado.

Por otro lado, cuando se ha establecido una llamada, la voz del abonado remoto aparece también modulada sobre el voltaje de línea de modo que el aparato telefónico pueda separar esta información de la componente DC de la línea telefónica.

La información del audio local se modula sobre el voltaje de línea, cuando el teléfono se encuentre descolgado, pudiendo llegar a ser tan alto como 8 Vp-p si se fuerza. Comúnmente, en una conversación normal, el nivel de voz se pasea por 1Vp-p, para el hablante local. Para el hablante lejano los niveles son casi siempre mucho menores.

La siguiente imagen muestra como puede cambiar el voltaje de la línea, que en este caso es de 6V, con una modulación fuerte de voz local.

Existen diversas técnicas que se diseñaron en su momento (como complejas redes de compensación de audio) para suprimir la voz local y amplificar la voz remota, mucho más débil, de modo que se cancele el eco en el aparato local, pero mucha de estas técnicas dependían de las impedancias totales (incluyendo al cable del abonado) y algunas veces no eran tan efectivas.

Este problema de supresión de la voz local se pudo haber evitado si se hubiera usando un par de hilos adicional, de modo que se tuviera un circuito separado para la voz saliente y otro entrante, pero era claro que el costo de tales líneas hubiera sido muy elevado.

Para aprovechar al máximo los recursos de las líneas de transmisión del par de hilos de cobre, los ingenieros fijaron el ancho de banda máximo para la voz, sin perder legibilidad, a frecuencias que iban desde 200Hz o 300Hz hasta 3.2Khz o 3.4KHz. Este ancho de banda se mantuvo como estándar hasta tiempos recientes (en donde algunas veces se reservó la banda de 3.2KHz a 4Khz para señalización) y solo se empezó a superar en redes de telefonía inteligentes que podían ampliar o reducir el ancho de banda de acuerdo a la disponibilidad.

Llamada saliente

Para realizar una llamada desde el aparato telefónico, se descuelga y se realiza la marcación. Luego se podía producir la contestación o no, dependiendo de la disponibilidad del abonado destino.

La secuencia de pasos, indicando el voltaje de la línea se muestra en el siguiente diagrama:

Después de la marcación, si la llamada era contestada, lo común era que la central generara el cambio de polaridad de la línea como forma de señalizar que ha habido contestación y que se inicia la tarificación. Esta información es útil para que desde el lado del abonado se pueda detectar el inicio y fin de la llamada. Este cambio de polaridad sin embargo, no era obligatorio en todos los países y muchas operadoras no la proporcionaban.

La marcación del número destino se debía hacer al descolgar la línea y solo después de que la central diera el tono de «invitación a marcar». La marcación podía ser de dos tipos:

• Por pulsos.
• Por tonos DTMF.

La marcación por pulsos eran pequeñas interrupciones de circuito telefónico, que se necesitaba para que pudieran trabajar las antiguas centrales electromecánicas. Esta era la única opción que ofrecían los antiguos teléfonos rotatorios o con disco de marcar.

Más recientemente, cuando se pudieron implementar comercialmente los circuitos de detección de tonos (como los PLL), se usó la marcación por DTMF que es una ingeniosa técnica que combina dos tonos para identificar un dígito telefónico.

Los tonos se ubicaron convenientemente en el rango audible para usar el mismo canal de voz, de modo que si se puede enviar voz se puede enviar DTMF también.

Las frecuencias se eligieron específicamente para que no se interfieran con sus armónicos, de modo que la detección se pueda hacer de modo seguro y no requirieran mucho filtrado.

La señalización por DTMF ha tenido gran aceptación no solo en redes de telefonía fija sino también para señalizar repetidores, como control remoto, o en cualquier sistema que pueda llevar señal de voz.

Actualmente los generadores y detectores de DTMF se pueden obtener con circuitos integrados especializados e inclusive se pueden generar por software y un simple generador de pulsos.

Llamada entrante

La secuencia de trabajo de la línea telefónica en una llamada entrante es muy similar excepto que esta empieza cuando el aparato telefónico detecta la señal de timbrado que es una señal alterna sobre la línea telefónica.

En timbrado el voltaje es alterno (como se esperaba) con un valor de 200V pico a pico o algo menor, con una frecuencia de 20 Hz con un punto de referencia negativo (-48V) o positivo (48V) dependiendo de la central a la que esté conectada la línea. El voltaje de la línea, cuando se contesta, también puede ser positivo o negativo dependiendo de si la central ofrece o no inversión de polaridad.

La necesidad de generar una señal alterna de tal magnitud para señalizar una llamada entrante obedece al hecho de que, en los primeros tiempos de la telefonía, los aparatos telefónicos eran circuitos pasivos que carecían de sistemas de detección elaborados que pudieran filtrar y amplificar señales débiles. Por ello, la forma más simple para que estos sencillos aparatos pudieran detectar una señal de llamada entrante era una señal alterna (que pudiera ser filtrada con un simple condensador conectado a un timbre con electroimán) sin consumir energía en estado pasivo (teléfono colgado).

Por otro lado, también era fácil generar esta señal alterna de timbrado, desde el lado del abonado llamante, usando un alternador que podía ser activado inclusive de forma manual, como en su momento lo hicieron los antiguos teléfonos a manivela, como el mostrado en la siguiente figura:

La telefonía analógica tradicional está desapareciendo lentamente, pero mucho de su esencia todavía sobrevive en tecnologías más modernas, como la telefonía VoIP, que incluye equipos que mantienen aún compatibilidad con sistemas tan antiguos como la marcación por pulsos.