La tecnología del teléfono y de la red telefónica ha evolucionado mucho desde que se inventó el teléfono a finales del siglo XIX hasta nuestros días. La tecnología digital se ha ido introduciendo en todo el sistema propiciando una considerable mejora de la calidad y un aumento de los servicios. Veamos la evolución de la tecnología telefónica.
Antonio Meucci inventó el teléfono en 1852, sin embargo, fue Alexander Graham Bell el que registró la patente en 1876. Graham Bell intentó vender este invento a Western Union, la mayor empresa de comunicaciones de Estados Unidos en aquel momento, pero desestimaron la compra por ser «absolutamente inaceptable y sin ninguna utilidad«. Su presidente, Thomas Orton, se refirió al teléfono como un mero juguete muy poco práctico.
En aquellos años hubo visionarios mejores que Orton. Rutherford Birchard Hayes, quien fue presidente de Estados Unidos en aquella época (1877-1881) dijo sobre el teléfono que era «un invento asombroso pero ¿Quién querría alguna vez usar uno?«. Claro que el más clarividente fue Charles H. Duell, Comisionado de la Oficina de Patentes de Estados Unidos, quien dijo en 1899 que “Todo lo que puede ser inventado, ya ha sido inventado”.
Al principio, el teléfono se instalaba para poder hablar entre dos dependencias. Posteriormente se creó una red y el servicio se extendió por todo el mundo. A finales del siglo XX apareció la telefonía móvil (celular) y el teléfono dejó de ser un sistema que intercomunicaba lugares para pasar a ser un sistema que conectaba personas directamente. La aparición de internet ha hecho que el servicio telefónico se vea complementado con una gran cantidad de servicios y se popularizaran, entre otras cosas, las videollamadas.
Los primeros años del teléfono
Desde los primeros tiempos del teléfono, Alexander Graham Bell se esforzó en mejorar el invento que había patentado recientemente. En octubre de 1876 consiguió establecer una transmisión de voz a una distancia de más de 3 kilómetros (2 millas). A él se unieron otros inventores de la época, quienes aportaron mejoras en los equipos y sistemas de transmisión. Por ejemplo, Thomas Alva Edison patentó un transmisor de voz en 1877.
Ese mismo año, 1877, Graham Bell, junto con Sanders y Hubbard (suegro de Bell y abogado experto en patentes), crearon la primera empresa de telefonía, la Bell Telephone Company. Se dedicaron a alquilar teléfonos y franquiciar el servicio. Las primeras líneas telefónicas se contrataban por pares. El cliente seleccionaba qué dos puntos quería interconectar.
Unos meses después, Western Union decidió introducirse en el negocio de la telefonía con unas patentes distintas a las de Bell. Curiosamente, el año anterior, el presidente de Western Union había declarado en una nota interna de la compañía: “El teléfono tiene muchos defectos como para poder considerarlo seriamente como un medio de comunicación”. En 1879, Graham Bell le ganó el juicio a Western Union por infringir su patente, lo que hizo que Western Union se tuviese que retirar de este negocio, dando paso a que se creara una gran compañía telefónica: la American Bell Company con 133.000 clientes.
La primera centralita comercial se puso en funcionamiento en enero de 1878 en New Haven, Connecticut, atendía a 21 teléfonos. Un par de meses después aparecería el primer directorio telefónico, tenía 50 nombres. No obstante, la primera patente de centralita la registró Leroy Firman en 1882.
Hasta 1880, las líneas telefónicas se construían con un solo hilo. El retorno se hacía a través de tierra. Este sistema producía mucho ruido e interferencias que se corrigieron al empezar a utilizarse circuitos de dos hilos.
En 1885 se crearía una nueva compañía para prestar los servicios de larga distancia a la compañía de Bell. A esta nueva compañía se la llamó AT&T (American Telephone and Telegraph).
En 1889 apareció el primer teléfono público de moneda en Hartford, Connecticut. La primera central telefónica automática data de 1889 (instalación de prueba). Podía conectar hasta 100 líneas y fue patentada por Almon Brown Strowger en 1891. Su primera instalación comercial se hizo en 1892 en La Porte, Indiana. Para ese año, la compañía de Bell contaba con más de 240.000 abonados.
Por cierto, Strowger fue también el primero en presentar una patente para un disco de marcación giratorio. Esta patente se otorgó es Estados Unidos el 29 de noviembre de 1892 (patente número 486.909).
Con el cambio de siglo, la compañía American Bell Company contaba con 800.000 clientes. Además existían multitud de pequeñas compañías independientes que contaban con unos 600.000 clientes. A pesar de ello, curiosamente, el desarrollo del teléfono fue mucho más lento que el de la telegrafía. Después de todo, para qué quiere alguien hablar con una persona distante.
Red telefónica conmutada
Fundamentalmente, las redes telefónicas se componen del propio aparato telefónico que se conecta mediante el cableado urbano a la central telefónica local. Por otro lado, todas las centrales locales están interconectadas entre sí mediante centrales intermedias de tránsito.
Las centrales telefónicas constan del cableado que le llega de cada teléfono, de un equipo de conmutación y equipos de transmisión. El equipo de conmutación es el que interconecta los circuitos dependiendo del número marcado. Por su parte, los equipos de transmisión conecta la central con otras centrales telefónicas distantes.
Durante el siglo XX, la mecánica de los primeros equipos de conmutación fue sustituida por mecanismos eléctricos, luego por equipos electrónicos y finalmente por equipos digitales. De la misma forma, los primeros sistemas de transmisión analógicos, con cable coaxial o radio, fueron sustituidos por sistemas digitales sobre fibra óptica o radio digital.
A pesar de esta evolución, la red telefónica seguía siendo una red de conmutación de circuitos. Esto quiere decir que para realizar una comunicación se van interconectando circuitos de los distintos tramos de redes hasta que entre uno y otro participante queda establecida una conexión directa dedicada en exclusividad. En este sistema, se puede decir que entre ambos extremos existe un circuito ininterrumpido que los interconecta durante todo el tiempo que dura la comunicación, independientemente de que se hable o no. En este escenario es lógico que las comunicaciones telefónicas se cobren por tiempo de duración de la llamada.
A la red telefónica se le ha venido a llamar red telefónica conmutada (RTC), red telefónica básica (RTB), o por sus siglas en inglés: PSTN (Public Switched Telephone Network, ‘Red pública telefónica conmutada’) o GSTN (General Switched Telephone Network, ‘Red telefónica conmutada general’). Adicionalmente, a la RTB que disponía de sistemas digitales de transmisión entre centrales se le dio el nombre de RDI (Red Digital Integrada). Por otro lado, a finales de los años ochenta apareció una nueva tecnología conocida como Red Digital de Servicios Integrados o RDSI (en inglés ISDN, Integrated Services Digital Network). Esta tecnología permitía la interconexión digital extremo a extremo, de terminal a terminal, tanto para voz como para datos. Esto suponía utilizar aparatos telefónicos digitales, transmisión digital y conmutación digital. Se seguían conmutando circuitos, pero eran digitales. De hecho, uno de los usos más comunes de la RDSI fue el establecimiento de videoconferencias.
En conclusión, tanto las primeras redes analógicas como las más modernas redes RDI o RDSI eran redes de conmutación de circuitos que establecían un circuito dedicado de extremo a extremo al comenzar la comunicación y lo liberaban al terminar.
Características de la red telefónica analógica
Una línea telefónica es el par de hilos de cobre que llega a casa desde la central, y por extensión, también recibe este nombre el propio servicio telefónico. Desde el punto de vista técnico, una línea telefónica analógica podía transmitir cualquier frecuencia comprendida entre los 300 y los 3.400 Hz., lo que quiere decir que el ancho de banda es de 3.100 Hz (3.400-300 Hz). Para hacernos una idea, el ancho de banda del télex era de 120 Hz y el de un canal analógico de televisión de 5 MHz.
La voz humana emite frecuencias que pueden llegar a los 10 KHz, pero como la línea telefónica corta todas las frecuencias superiores a los 3.400 Hz, este es el origen de que la voz por teléfono tuviera originariamente ese sonido tan particular.
No obstante, la línea telefónica analógica se utilizaba también para ofrecer otros servicios, como son el fax o la transmisión de datos. En esos casos, un ancho de banda de 3.100 Hz limitaba la velocidad de transmisión de datos a 56 Kbps. Con la tecnología ADSL esté límite se amplió a casi 20 Mbps. Esto quiere decir que la red telefónica analógica permite establecer comunicaciones de voz de gran calidad pero tiene grandes limitaciones para la transmisión de datos.
Aportación de la tecnología digital
Los sonidos son movimientos ondulatorios del aire que son captados por el oído y transmitidos al cerebro, que los interpreta. El sonido, y por tanto la voz, por naturaleza, es analógico. Los primeros teléfonos utilizaban un micrófono formado por gránulos de carbón para convertir las variaciones de la presión de las ondas sonoras en variaciones del flujo de la corriente eléctrica. Una unidad similar en el otro extremo convierte las variaciones de corriente en una vibración de la membrana que produce ondas de presión acústica fieles a las originales.
Como se ha visto anteriormente, las señales analógicas fluyen de forma continua tomando cualquier valor dentro de su rango. Por su parte, las señales digitales sólo toman dos valores: 0 o 1 (señales digitales binarias).
El gran inconveniente de las señales analógicas es que se ven afectadas, con relativa facilidad, por los ruidos introducidos por el entorno y por los propios sistemas empleados en su transmisión. Los ruidos e interferencias son de naturaleza analógica, igual que la señal, con lo que en el extremo distante no es fácil distinguir qué parte de la señal recibida se corresponde con la original y qué otra parte se corresponde con el ruido. Por el contrario, las señales digitales tienen la gran ventaja de ser muy resistentes al ruido, ya que en el extremo distante se pueden identificar muy bien los ceros y los unos originales y separarlos de la señal analógica del ruido.
Por tanto, la gran ventaja de la tecnología digital es que facilita considerablemente la diferenciación de la información digital de cualquier efecto del entorno. Esta ventaja es aplicable tanto para la transmisión, como para el almacenamiento o gestión. Esto ha hecho que toda la tecnología analógica inicial se haya ido sustituyendo poco a poco por la nueva tecnología digital. Este hecho marcó la evolución de la tecnología telefónica durante las dos últimas décadas del siglo XX.
La conmutación de paquetes
Las primeras redes digitales se utilizaron para la transmisión de datos. Esto es, eran redes que utilizaban los bancos y las empresas para interconectar sus centros de datos. Estas redes de datos estaban completamente separadas de las redes telefónicas. Las redes de datos utilizaban una tecnología distinta a la de las redes telefónicas y muy orientadas a garantizar la privacidad de la información que transportaban. Esta tecnología es la conocida como conmutación de paquetes.
La historia de la conmutación de paquetes comenzó a finales de los años sesenta. La Unión Soviética había lanzado el satélite Sputnik en 1957, se estaba en plena guerra fría, y Estados Unidos quería estar seguro de estar a la cabeza de la tecnología militar. En ese ambiente, el Departamento de Defensa de Estados Unidos cayó en la cuenta de que la tecnología empleada por la tecnología tradicional, la conmutación de circuitos, era demasiado frágil para resistir el más mínimo ataque, y mucho menos la tan temida guerra nuclear. Si se destruía una conexión entre dos centrales importantes o quedaba una central fuera de servicio, buena parte de las telecomunicaciones de defensa podrían quedar inutilizadas.
Este hecho llevó a que, en 1969, los señores Bolt, Beranek y Newman diseñaran y desarrollaran una red experimental conocida como Arpanet. La idea era conseguir una red con una tecnología tal que asegurase que la información llegara al destino aunque parte de la red quedase destruida. Esta nueva tecnología, propia de las comunicaciones digitales, se conoce con el nombre de conmutación de paquetes.
Mediante la conmutación de paquetes, toda la información que sale de un terminal origen es troceada en bloques de una determinada longitud, llamados paquetes. A cada paquete se le añade una cabecera al comienzo del mismo con toda la información necesaria para que se pueda mover por la red de forma independiente y encontrar el camino para llegar al destino. En la cabecera se incluye, por ejemplo, la identificación del terminal de destino o el número de secuencia del paquete. Si en un momento dado queda bloqueada una ruta o un equipo de comunicaciones, los paquetes que iban a utilizar esos medios son enrutados de forma automática por caminos alternativos sin que se interrumpa la comunicación. Arpanet se convertiría en internet unos años después.
En aquellos años surgieron muchas redes públicas de conmutación de paquetes con sus propios protocolos. En paralelo, internet iba creciendo en el sector académico y militar.
El problema del tiempo real en internet
Las redes de conmutación de paquetes se crearon para transmitir datos bancarios, empresariales o militares. Esto es, se pensaron para asegurar que cada bit que saliera del terminal de origen llegase al terminal de destino. No importaba si había que retransmitir algunos paquetes, si unos paquetes tardan más en llegar que otros o el retardo que tuvieran. Lo más importante era ofrecer una garantía total de fidelidad. Los pequeños retardos de las redes de datos (del orden de milisegundos) no tienen la más mínima importancia a la hora de transmitir un balance bancario o una orden de pago.
Las redes de conmutación de paquetes fueron una excelente solución para las aplicaciones empresariales y gubernamentales. Los servicios de las redes públicas existentes se fueron trasladando poco a poco a internet.
El gran problema de internet vino cuando se intentó retransmitir voz o vídeo en tiempo real. Para la voz o el vídeo lo importante es que llegue la información en tiempo real. No importa tanto si se pierden pequeños fragmentos, lo importante es que el resultado siga siendo comprensible (se admiten pérdidas de hasta el 5%). La voz necesita tener una velocidad de transmisión constante y con el menor retardo posible. En principio, internet no podía ofrecer esto.
Con el paso del tiempo, la red internet ha ido tomando unas dimensiones colosales y el servicio telefónico ha ido evolucionando hasta integrarse completamente con esta tecnología. La evolución de la tecnología telefónica ha permitido que las redes de conmutación de circuitos originales se vayan sustituyendo por redes de conmutación de paquetes, como internet. A pesar de los retos que este tipo de redes tienen que vencer para transmitir voz y vídeo, el hecho es que utilizan mejor los recursos y permiten ofrecer un conjunto más amplio de servicios.
La solución de internet a la transmisión de voz
La pregunta es: cómo hacemos para que un servicio que necesita poder transmitir con una cadencia constante pueda funcionar en un entorno que no está pensado para ello. Para lograrlo ha sido necesario desarrollar un conjunto de protocolos que corrija estos defectos. No ha sido fácil. Además, el comienzo de la VoIP fue más competitivo que colaborativo. Cada fabricante desarrollaba sus propias soluciones que funcionaban exclusivamente con sus propios productos.
Para favorecer la interoperabilidad, los organismos de normalización publicaron sus estándares. En el mundo de la VoIP existen dos organismos claves: La Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT o ITU, International Telecommunications Union), con sede en Ginebra y la Sociedad Internet (ISOC, Internet Society). Estos organismos publicaron los estándares principales que definen cómo debe Internet manejar los paquetes que transportan voz.
El resultado fue un conjunto complejo de protocolos que siguen el siguiente modelo:
- Protocolo de transporte en tiempo real (RTP, Real-time Transport Protocol, RFC 3350). Protocolos que hacen posible que la información llegue al destino con la misma cadencia de tiempo con la que se introduce en el origen y con un retardo mínimo.
- Protocolo de control de RTP (RTCP, RTP Control Protocol, RFC 3350). Realiza un seguimiento de la calidad de la conexión RTP.
- Protocolo de reserva de recursos (RSVP, Resource Reservation Protocol, RFC 2205). Realiza una asignación de recursos para asegurar el ancho de banda necesario entre origen y destino.
- Protocolo de retransmisión en tiempo real (RTSP, Real-Time Streaming Protocol, RFC 2326). Asegura el envío de flujos de datos en tiempo real.
- Protocolo multicast (RFC 1112 y 2236). Este protocolo permite que la información generada en un punto se puede transmitir a múltiples destinos sin tener que reenviarla a cada uno de ellos. Este sistema es útil para el servicio de conferencias.
- Protocolo de descripción de la sesión (SDP, Session Description Protocol, RFC 2327). Facilita el intercambio de las características de la emisión.
- Protocolo de anuncio de sesión (SAP, Session Announcement Protocol, RFC 2974). Son paquetes que se envían periódicamente para identificar las sesiones que están abiertas y que pueden ser de interés para el usuario final.
Este conjunto de protocolos permite el intercambio de datos en tiempo real, tanto de voz como de vídeo. En cualquier caso, las empresas siguen ofreciendo sus soluciones particulares para diferenciarse de la competencia. No obstante, la mayoría de los equipos incluyen adicionalmente la posibilidad de funcionar siguiendo el estándar.
La evolución de la tecnología telefónica empezó con una red analógica de conmutación de circuitos que establecía una conexión de extremo a extremo antes de poder empezar la conversación (orientada a la conexión). Posteriormente se mejoraron todos sus componentes, pasando a ser digitales. Posteriormente internet lo ocupó todo porque era una red de conmutación de paquete que utilizaba muy bien sus recursos. Sin embargo, para que la voz (y el vídeo) funcionen bien en internet ha habido que diseñar complejos protocolos que hagan posible reservar recursos y establecer una conexión extremo a extremo antes de poder empezar la conversación. Por suerte, toda esta complejidad ha venido acompañada de una serie de servicios complementarios que hacen que el servicio telefónico de hoy sea muy distinto al de antaño.
Más información
En este artículo se ha abordado la evolución de la tecnológica telefónica de una forma muy resumida. Básicamente se relatan los hitos tecnológicos más relevantes. Este contenido forma parte de un conjunto de artículos que abordan de forma detallada cómo funciona la telefonía sobre internet. Puede acceder al índice de estos contenidos en el artículo: VoIP. La telefonía de Internet. No obstante, si tiene interés en algún tema concreto particular, por favor, utilice el buscador de contenidos que tenemos en la cabecera del blog.
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