UNIVERSIDAD YACAMBU
VICERECTORADO DE INVESTIGACION Y POSTGRADO
ESPECIALIZACION EN GERENCIA
MENCION REDES Y TELECOMUNICACIONES
TESIS
DE POSTGRADO
Formulación de una Estrategia de Digitalización de Redes para una Empresa Privada de Telecomunicaciones
Autor: Ing. Felipe Herrera G.
Actualizado el 26/10/02
Orientación Teórica Básica del Estudio
Explicación del Diseño del Estudio
Organización de la Tesis (partes que la constituyen)
Cronograma de Actividades de la Tesis
Capítulo I. Planteamiento del Problema de Investigación
Capítulo II. Objetivos de la Investigación
Capítulo III. Justificación e Importancia de la Investigación
Capítulo IV. Consideraciones Generales
Capítulo V. Esquema del Marco Teórico
I.- Descripción de una Red Pública de Telecomunicaciones
b.) Estructura General de una Red de Telecomunicaciones
II.- Principios Generales de Digitalización de Redes de Telecomunicaciones
a.) Aspectos Básicos de la Digitalización
b.) Digitalización de la Red de Transmisión
c.) Digitalización de la Red de Conmutación
d.) Sincronización de Redes de Telecomunicaciones
e.) Señalización en Redes Digitales
III.- Estrategias de Digitalización de Redes de Telecomunicaciones
a.) Generalidades de las Estrategias de Digitalización
b.) Estrategia de Superposición
e.) Estrategias de Digitalización en Areas Primarias, Locales e Interurbanas
IV.- Criterio Técnico para la Selección de la Alternativa de Digitalización
a.) Análisis de los Puntos de Peso
V.- Criterios Económicos para la Selección de la Alternativa de Digitalización
a.) Conceptos Básicos de Análisis Económico
d.) Tasa de Rendimiento o Retorno
Capítulo VII. Glosario de Términos
a.) Términos de Telecomunicaciones
b.) Términos Económico-Financieros
Capítulo VIII. Premisas de la Investigación
Capítulo IX. Consideraciones Generales
Capítulo X. Tipo de Investigación
Capítulo XI. Diseño de la Investigación
a.) Procedimiento Metodológico
b.) Operacionalización de las Variables
c.) Recolección de los Datos
d.) Análisis de los Datos
CUARTA PARTE
INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS
Capítulo XII. Resultados
Capítulo XIII. Interpretación de Resultados
QUINTA PARTE
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Capítulo XIV. Conclusiones
Capítulo XV. Recomendaciones
Capítulo XVIII. Otras Fuentes de Información
Propósito
General del Estudio. 
Con el presente proyecto se pretende formular la estrategia que una operadora privada de redes de telecomunicaciones públicas debería considerar antes de introducir nuevos elementos de tecnología digital en su red mixta analógica-digital.
Para ello se describirán los aspectos generales de la digitalización de las redes públicas de telecomunicaciones; se especificarán las características fundamentales de las estrategias de digitalización, tales como la necesidad de introducción de servicios digitales, el costo de la inversión inicial y la vigencia de la red existente; se compararán las estrategias de digitalización basándose en criterios técnicos (metodología de análisis de los puntos de peso, considerando los estados actual y requerido de la red, tipo y cantidad de equipos necesarios y tiempo disponible para la digitalización), y económicos (valor presente neto, retorno sobre la inversión, punto de equilibrio y flujo de efectivo); y se formulará la estrategia de digitalización más conveniente, basándose en los criterios técnicos y económicos indicados anteriormente.
En la mayoría de los países, la evolución de las redes de telecomunicaciones públicas no sólo se realiza con la intención de expandir económicamente la red existente, sino también para facilitar la introducción de nuevos servicios, cuando se necesiten, y mejorar la calidad de dicha red. Esta evolución ha conducido a una creciente digitalización de las redes de telecomunicaciones.
La digitalización de una red de telecomunicaciones pública es la introducción de transmisión digital y de componentes de conmutación digitales dentro de dicha red. La digitalización es la base para el despliegue de las redes integradas, que proporcionan conectividad de extremo a extremo a fin proveer una amplia variedad de servicios, a los cuales los usuarios tienen acceso mediante un conjunto de interfaces.
Aunque la digitalización es necesaria para posibilitar la introducción de nuevos servicios de telecomunicaciones, no es posible digitalizar toda una red en un solo paso, porque la inversión inicial y los recursos necesarios serían enormes. La digitalización tiene que hacerse por etapas, debe ser un proceso paulatino. Por lo tanto, es importante que cada empresa elabore su propia estrategia de digitalización para establecer dónde, cuándo y cómo se darán los diversos pasos de la digitalización.
La estrategia de digitalización que deba adoptarse variará de empresa a empresa, dependiendo de la demanda de la red actual, de la política de la empresa y de la configuración geográfica del área a servir, entre otros aspectos. Sin embargo, al final es la economía negociada versus los servicios suministrados lo que dicta dicha estrategia. En general, es necesario un análisis técnico y económico detallado de las varias combinaciones potenciales de estrategias de digitalización, aplicables a todos los segmentos de la red, para lograr una solución óptima.
El Comité Consultivo Internacional de Telefonía y Telegrafía (CCITT) de la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT) inició en 1966 los primeros estudios para normar el funcionamiento de redes digitales.
A finales de los años 70, en muchos países del mundo los abonados tenían acceso al servicio telefónico automático por medio de una red universal de amplia cobertura, basada en la tecnología analógica, teniendo como unidad básica el ancho de banda vocal de 4 kHz.
Para los años 80 comienza a tomar posición en la red la tecnología digital y al mismo tiempo se incrementa la necesidad de servicios no telefónicos, los cuales se encuentran con limitaciones en velocidad y calidad, debido al uso del módem para transmitir textos, gráficos y datos. Esto provoca la aparición de diferentes redes para diferentes servicios, tales como la conmutación de paquetes (X.25) para manejar datos a baja velocidad.
Con el avance de la digitalización en la conmutación y transmisión a nivel de la unidad básica digital de 64 kbps, y para evitar que un abonado tenga múltiples terminales que responden a diferentes servicios, se introduce el concepto de red digital integrada (RDI), a fin de suministrar los servicios por medio de una conexión única y de manera simultánea. Los análisis se consolidaron hasta que en 1984 se vió que la red digital integrada evolucionaría a partir de la red telefónica por ser la más grande e interconectada en el mundo, se basaría en el tipo digital y se integraría entre áreas de conmutación y transmisión. Con las RDI, es posible llegar a todos lados y recibir todo tipo de informaciones, se dispone de telefonía, acceso y consulta a bancos de datos, telemetría, televisión por cable, acceso a Internet, videoconferencia, telesupervisión y una amplia gama de servicios de información.
En 1977, J. H. Dejean y G. Robin, plantearon que la introducción de la conmutación digital en una red analógica existente, llevaba consigo el hecho de que los elementos digitales tenían que soportar el costo del equipo de interconexión entre las señales analógicas y las digitales; y debido a que este equipo representaba un elemento importante del costo de la red, era necesario planificar cuidadosamente la transición, lo cual se traducía en contemplar en las estrategias de digitalización dos aspectos fundamentales. Por una parte, seleccionar la mejor configuración de la red digital con relación al entorno existente, así como establecer principios que regularan la conexión entre las redes analógica y digital. En segunda instancia, especificar las características deseables de los sistemas de conmutación y de transmisión digitales con el fin de alcanzar el mejor compromiso en cuanto a sus aspectos técnicos y económicos sobre una amplia gama de aplicaciones.
En 1980, Caballero, De los Rios y Puebla, concluyeron que la introducción de los sistemas digitales en la red analógica podía modificar los pesos relativos, en costo, de algunos de los elementos que constituyen la red. Como consecuencia, la estructura óptima de la red podría cambiar. La modificación dependería de la arquitectura de cada sistema de conmutación digital. Además, para ellos no existía una estrategia de aplicación general que hiciera que la evolución de la red analógica a digital se verificara en forma óptima. A cada caso particular, sería aplicable un proceso óptimo de evolución. Sostuvieron que las estrategias de evolución generales debían considerarse solamente como guías para plantear el problema correspondiente a cada caso concreto, el cual debería ser estudiado con detenimiento, dado el gran interés económico que tenía la adopción de la estrategia óptima.
En 1984, Ackzell y Bigi, del Grupo Autónomo Especializado (GAS 9), formado en la VII Asamblea Plenaria del CCITT, concluyeron que los factores tecnológicos y económicos relativos a los sistemas digitales promoverían a largo plazo la digitalización de la mayor parte de las redes de telecomunicaciones. Las redes digitales tendrían que tratar solamente dígitos binarios, por lo que la transmisión, el procesamiento lógico, el almacenamiento, etc. de los bits podría realizarse con una tecnología muy concentrada, que ocupara poco espacio y que resultara económica si se produjera en grandes cantidades. Adicionalmente, consideraron que la creciente utilización de técnicas digitales en las redes de telecomunicaciones, se debería principalmente a tres factores: las características tecnológicas de los sistemas digitales, la posibilidad de conseguir mayores reducciones del costo, y la demanda de servicios de comunicaciones digitales.
También en 1984, S. Armbrust argumentó que el hecho de que las redes digitales debían ser establecidas en sustitución de las redes analógicas existentes, no implicaba que la digitalización debía hacerse en una sola etapa. La conversión de unas en otras debía realizarse gradualmente, en función de las expansiones del tráfico telefónico, teniendo en cuenta la vida útil de los equipos y de las líneas analógicas instaladas. Además, esta conversión de la red analógica en digital debía también tener en cuenta los aspectos económicos de implantación. Adicionalmente, Armbrust planteó que la sustitución indiscriminada de las instalaciones analógicas existentes por instalaciones digitales nuevas, no siempre era el mejor camino ni era una solución viable. Por lo tanto, en esas condiciones era importante que se elaboraran recomendaciones y reglas que orientaran las fases de transición de la implementación de instalaciones digitales en las redes de telecomunicaciones analógicas existentes.
Finalmente en 1992, Roberto García Miranda planteó que la carencia de estrategias de digitalización daría lugar a redes desequilibradas y suboptimizadas, con problemas de interconectividad, innecesariamente costosas y sin utilizar las superiores tecnologías digitales. Además, a pesar de que habían muchos problemas técnicos complejos involucrados en la digitalización, se deberían recomendar algunas pautas claras. Sin embargo, la estrategia debería ser lo suficientemente flexible para tomar en cuenta eventos futuros no previsibles. Adicionalmente, indicó que muchos planes de digitalización consideraban la digitalización de la red por medio de una estrategia pragmática, con una gran parte de la red de larga distancia como isla digital y superposiciones digitales en las ciudades más grandes. Su filosofía fundamental era optimizar el uso del equipo existente y la eficiencia de las nuevas inversiones, evitando la ampliación injustificada de la red analógica existente, minimizando las conversiones analógico-digitales, y utilizando centrales combinadas digitales de tránsito y enlaces entre centrales digitales, aunque no a nivel local.
El proceso de integración de los sistemas de transmisión y conmutación digital lleva al concepto de Red Digital Integrada, la cual utiliza conexiones establecidas por conmutación digital para la transmisión de señales digitales. El proceso de digitalización de una red de telecomunicaciones surge de la ampliación, renovación y modernización de la misma. Aunque la digitalización es necesaria para posibilitar la introducción de nuevos servicios de telecomunicaciones, no es posible digitalizar toda una red en un solo paso, porque la inversión inicial y los recursos necesarios serían enormes. La digitalización tiene que hacerse por etapas, debe ser un proceso paulatino. Por lo tanto, es importante que cada empresa elabore su propia estrategia de digitalización para establecer dónde, cuándo y cómo se darán los diversos pasos de la digitalización.
En general, existen tres estrategias principales de digitalización: estrategia de superposición, estrategia de isla y estrategia pragmática. La estrategia de superposición se emplea para crear una red digital extendida en una amplia área geográfica, sobrepuesta a la red analógica existente. La estrategia de isla consiste en iniciar la digitalización proporcionando capacidad digital completa dentro de ciertas áreas geográficas limitadas, llamadas islas digitales. En la mayoría de los casos ni una estrategia de superposición pura, ni tampoco una estrategia de isla por sí sola, ofrecen una solución satisfactoria. En vez de esto, se tiene que llegar a un compromiso, que es la denominada estrategia pragmática. Esta estrategia busca lograr la mejor economía posible versus los servicios suministrados, por medio de la optimización del uso del equipo existente y de la efectividad de la nueva inversión. La estrategia pragmática implica que al evolucionar una red hacia su configuración requerida, partes de la misma pueden modernizarse por aplicación de superposición y otras partes pueden ser actualizadas por islas digitales.
Orientación
Teórica Básica del Estudio.
A fin de orientar el presente proyecto de investigación, en el marco teórico se presentarán los principales componentes del tema objeto de estudio, sus características fundamentales, sus propiedades más resaltantes y su comportamiento bajo determinadas condiciones, con el propósito de obtener un conocimiento detallado de su funcionamiento y operatividad, que permita determinar fortalezas y debilidades existentes que posibiliten el planteamiento de diversos cursos de acción y la eventual selección de uno de ellos basado en los criterios técnicos y económicos más beneficiosos bajo las condiciones particulares que caracterizan la situación a analizar.
Para ello es imprescindible considerar los conceptos básicos y la estructura general de una red pública de telecomunicaciones, a fin de comprender los aspectos fundamentales relacionados con la transmisión y la conmutación analógica y digital, así como con la señalización telefónica y la sincronización de redes. También es fundamental, plantear los principios generales de la digitalización de redes de telecomunicaciones públicas, en particular lo referente a sus aspectos básicos, la digitalización de las redes de transmisión y conmutación, y la participación de la señalización y la sincronización en la digitalización de las redes. Adicionalmente, es importante presentar las generalidades de las estrategias de digitalización de redes de telecomunicaciones públicas, así como los tipos de estrategias comúnmente aceptados.
Por su parte, el análisis técnico y económico detallado de las posibles combinaciones potenciales de estrategias de digitalización, necesario para lograr una selección adecuada de la estrategia a seguir, requiere explicar en qué consisten los criterios técnicos y económicos seleccionados para analizar las alternativas de digitalización. Por ello, la explicación de la metodología del análisis de los puntos de peso, como criterio técnico, y de la relación costo-beneficio, como criterio económico, es imprescindible para comprender la manera como se basará la selección de la estrategia de digitalización en estos criterios.
Explicación
del Diseño del Estudio.
Basado en el tema de estudio seleccionado, el enfoque que se le dará a la investigación será uno de naturaleza factible. El proyecto se basará inicialmente en la utilización de la bibliografía seleccionada a fin de extraer los conceptos principales que permitirán estructurarlo desde el punto de vista de la operatividad del sistema a estudiar. En segunda instancia, basado en la revisión bibliográfica, se tomarán los componentes constitutivos en cada una de las etapas del proceso para, a partir de ellos, ubicar los datos requeridos (mediante entrevistas a personal especializado, revisión de estadísticas, etc.), y establecer las relaciones necesarias que, finalmente, conducirán a efectuar el análisis técnico-económico que permitirá comparar las estrategias y formular la alternativa más conveniente en función de las características y limitaciones particulares del estudio.
La investigación se centrará exclusivamente en una red de telecomunicaciones públicas, en donde los elementos principales de conmutación son centrales que funcionan por conmutación de circuitos; se excluirá la red de acceso, es decir, se considerará solamente hasta el elemento de conmutación local, y no se incluirán centrales de conmutación móviles, sólo fijas.
La tendencia mundial para redes de telecomunicaciones globales a mediano plazo, es hacia una red totalmente digital. En la década que se inicia, casi todas las ampliaciones, mejoras y reemplazos de sistemas existentes, extensiones a nuevas áreas y oferta de nuevos servicios se basarán en la tecnología digital. Por lo tanto, es importante establecer una estrategia de digitalización que defina todo el desarrollo de las redes públicas en el futuro, la cual debe ser flexible, frecuentemente actualizada y que cubra no solamente la transición inmediata hacia una red digital integrada, sino también hacia nuevas arquitecturas de redes y conceptos de servicios considerados en la red digital de servicios integrados o en algun concepto equivalente.
Organización de la Tesis
(partes que la constituyen).
La tesis bajo consideración se estructurará basándose en la descripción de una red de telecomunicaciones públicas, en el estudio del proceso de digitalización de este tipo de red, en el análisis de las estrategias de digitalización y en la selección técnico-económica de la estrategia de digitalización de red pública más adecuada para una empresa privada de telecomunicaciones, bajo las condiciones particulares que delimitan el estudio y que se especificaron en la explicación del diseño.
Estructuralmente, la Tesis de Grado estará organizada en siete partes.
En la primera parte se estructurará formalmente la motivación de esta investigación. Se presentará el problema específico en términos concretos y explícitos. Con el establecimiento de los objetivos, se especificará lo que se pretende lograr con el proyecto.
Además de definir los objetivos concretos de la investigación, en esta parte se planteará el problema que se estudiará mediante la inclusión de una serie de preguntas, las cuales resumirán en buena parte en qué consistirá el proyecto, y sugerirán las actividades conducentes para su realización.
Aparte de lo anteriormente expuesto, en este capítulo se justificará el estudio exponiendo las razones para llevarlo a cabo. Se explicará porqué es conveniente realizarlo y cuales son los beneficios que se derivarán de él.
La segunda parte consistirá en sustentar teóricamente el estudio, lo cual implicará analizar y exponer los aspectos teóricos, las investigaciones y los antecedentes considerados relevantes para el correcto enfoque del trabajo. Con esta aproximación documental se pretenderá describir, explicar y predecir el hecho a estudiar, organizar el conocimiento sobre el tema y orientar la investigación desde el punto de vista teórico.
La elaboración del marco teórico abarcará, entre otros aspectos, la revisión de la literatura correspondiente y la adopción de la perspectiva teórica considerada por el autor como la más convincente y adecuada para los fines que pretende el proyecto. La revisión de la literatura consistirá en detectar y consultar la bibliografía y otros materiales considerados útiles para los propósitos del estudio, de donde se extraerá y recopilará la información relevante y necesaria para soportar conceptualmente el proyecto.
En el marco teórico, se presentarán argumentos relacionados con el problema de investigación que aparezcan en investigaciones similares, se expondrán las situaciones o circunstancias en las que surge el problema, y también se situará dicho problema en un contexto más amplio, basado en principios existentes para explicarlo.
En él se condensará todo lo pertinente a la literatura que se tiene sobre el tema a investigar, y los fundamentos teóricos presentados permitirán exponer una serie de conceptos que constituirán un cuerpo unitario y no simplemente un conjunto arbitrario de definiciones, por medio del cual se sistematizarán, clasificarán y relacionarán entre sí los fenómenos particulares estudiados.
El marco metodológico, tercera parte, contemplará inicialmente la definición del tipo de investigación a realizar. Basado en la revisión de la literatura y en el enfoque que el autor dará al estudio, este será uno de naturaleza factible. La revisión de la literatura reveló que la investigación podrá comenzarse con una aproximación diagnóstica, debido a la existencia de suficientes variables a estudiar que permitirán iniciar el estudio de esta manera.
En lo que respecta al diseño del proyecto, se definirá la población que se estudiará y se justificará la utilización en la realización del proyecto, de toda la población y no de una muestra de ella. Al definir la población, se posibilitará la identificación de suficientes aspectos de ciertas características que contribuirán a la selección de las variables. En el apartado de operacionalización, se presentará en detalle la definición de las categorías y/o variables del estudio, y los tipos y valores que podrán asumir las mismas.
El aspecto referente a la recolección de datos describirá los métodos que se utilizarán para la toma de la información necesaria a fin de obtener resultados confiables y válidos. Los datos que se recogerán serán casi exclusivamente de naturaleza documental, es decir, recolectados de entrevistas, manuales, observaciones, etc.
El análisis de los datos obtenidos que se incluirá en este tercer capítulo, permitirá extraer de ellos la información necesaria para intentar responder a las preguntas planteadas al comienzo del estudio. El análisis consistirá fundamentalmente en la categorización, ordenación y manipulación de los datos para resumirlos de una manera comprensible y poder extraer resultados en función de las interrogantes de la investigación.
La interpretación de resultados que constituirá la cuarta parte, consistirá primeramente en comprender la naturaleza de los hallazgos y dar sentido a lo encontrado en la población que se va a investigar. En segunda instancia, se explorarán posibles asociaciones no esperadas existentes entre los datos obtenidos. La generalización de los resultados como última fase de la interpretación se validará, a fin de conocer si estos pueden aplicarse a poblaciones similares a la seleccionada.
La quinta parte consistirá en la realización de inferencias a partir de los aspectos estudiados y en la extracción de conclusiones respecto a los resultados encontrados. Incluirá la descripción, el diagnóstico y la explicación del problema objeto de estudio, atendiendo al contexto donde se situará, a fin de lograr un significado más amplio en conexión a los resultados de la investigación y aclarar algunos conceptos relativos a las variables consideradas.
A partir del análisis e interpretación de los resultados, se intentará especificar y mostrar el conjunto de aspectos y propiedades que configuran el problema estudiado, en correspondencia con las variables que han sido establecidas en la investigación, determinando la significación y el alcance de las mismas.
En este capítulo también se harán propuestas de mejoras y actualizaciones pertinentes en función de la aplicabilidad y factibilidad técnica de las soluciones planteadas, de la disponibilidad de tiempo y recursos de la empresa considerada, y de la alineación de las recomendaciones con la visión y misión de esta.
La sexta parte consistirá en relacionar las referencias bibliográficas consultadas para elaborar el proyecto de investigación. Se incluirán tanto las denominadas fuentes bibliográficas clásicas, fundamentalmente libros y revistas, como fuentes electrónicas inclusive multimedia, en las que el texto puede estar acompañado de imágenes, sonido, gráficos, animación y/o video.
Finalmente, en la séptima parte se harán consideraciones respecto a la evolución de la red digital integrada hacia la red digital de servicios integrados, considerándola como una etapa de digitalización avanzada, a partir de sus aspectos estructurales más sobresalientes (conmutación, transmisión y red de acceso) bajo la óptica de las actuales tendencias en las telecomunicaciones (ATM, SDH, DWDM, ADSL y FTTH).
Desde el punto de vista conceptual, el proyecto estará organizado, en siete partes.
En la primera parte se hará una descripción de una red pública de telecomunicaciones, en donde se presentarán conceptos básicos, estructura general de la red, principios de transmisión analógica y digital, de conmutación analógica, de señalización telefónica y de sincronización de redes.
En la segunda parte, se plantearán los principios generales de digitalización de redes de telecomunicaciones, y consistirá de cinco subtemas fundamentales: aspectos básicos de la digitalización, digitalización de la red de transmisión, digitalización de la red de conmutación, sincronización de redes de telecomunicaciones y señalización en redes digitales.
La tercera sección consistirá en el planteamiento de las estrategias de digitalización de redes de telecomunicaciones, y constará de cinco subsecciones: generalidades de las estrategias de digitalización, estrategia de superposición, estrategia de isla, estrategia pragmática y estrategias de digitalización en áreas primarias, locales e interurbanas.
En el cuarto apartado se explicarán los criterios técnicos y económicos para la selección de las alternativas de digitalización. Los criterios técnicos que se considerarán son el estado actual y requerido de la red (en las áreas de transmisión y conmutación), los tipos, características y especificaciones técnicas de los equipos necesarios, la cantidad de equipos requeridos y el tiempo disponible para la digitalización. Los criterios económicos serán el valor presente neto, el retorno sobre la inversión, el punto de equilibrio y el flujo de efectivo.
La quinta sección tratará de la selección de la estrategia de digitalización basada en criterios técnicos (metodología de análisis de los puntos de peso), y en criterios económicos (costo de equipos requeridos, presupuesto disponible y relación costo-beneficio).
La sexta parte presentará las conclusiones derivadas del estudio y mostrará los cursos de acción a seguir basados en lo determinante de las conclusiones que se obtengan y en la disponibilidad técnica y financiera que presente la empresa bajo consideración.
El séptimo apartado incluirá recomendaciones respecto a la evolución de una red hacia la RDSI, la evolución de la transmisión hacia la Jerarquía Digital Sincrónica (SDH) y la Multiplexación por División de la Longitud de Onda (WDM), la evolución de la conmutación hacia el Modo de Transferencia Asíncrono (ATM), así como la evolución de la red de acceso hacia la Línea Digital Asimétrica al Suscriptor (ADSL) y la Fibra Optica al Abonado (FTTH).
Cronograma
de Actividades de la Tesis.
En función de los objetivos planteados y del procedimiento metodológico especificado, a continuación se presenta el plan de trabajo que está guiando la ejecución de la presente investigación.
El plan de ejecución permite exponer operativa y gráficamente cada una de las etapas que se pretende completar en un determinado período de tiempo, a fin de culminar el estudio propuesto.
Plan de Ejecución
Capítulo
I. Planteamiento del Problema de Investigación.
En la mayoría de los países, la evolución de las redes de telecomunicaciones públicas no sólo se realiza con la intención de expandir económicamente la red existente, sino también para facilitar la introducción de nuevos servicios, cuando se necesiten, y mejorar la calidad de dicha red. Esta evolución ha conducido a una creciente digitalización de las redes de telecomunicaciones.
La digitalización de una red de telecomunicaciones pública es la introducción de transmisión digital y de componentes de conmutación digitales dentro de dicha red. La digitalización es la base para el despliegue de las redes integradas, que proporcionan conectividad de extremo a extremo a fin proveer una amplia variedad de servicios, a los cuales los usuarios tienen acceso mediante un conjunto de interfaces.
Aunque la digitalización es necesaria para posibilitar la introducción de nuevos servicios de telecomunicaciones, no es posible digitalizar toda una red en un solo paso, porque la inversión inicial y los recursos necesarios serían enormes. La digitalización tiene que hacerse por etapas, debe ser un proceso paulatino. Por lo tanto, es importante que cada empresa elabore su propia estrategia de digitalización para establecer dónde, cuándo y cómo se darán los diversos pasos de la digitalización.
La estrategia de digitalización que deba adoptarse variará de empresa a empresa, dependiendo de la demanda de la red actual, de la política de la empresa y de la configuración geográfica del área a servir, entre otros aspectos. Sin embargo, al final es la economía negociada versus los servicios suministrados lo que dicta dicha estrategia. En general, es necesario un análisis técnico y económico detallado de las varias combinaciones potenciales de estrategias de digitalización, aplicables a todos los segmentos de la red, para lograr una solución óptima.
En 1977, J. H. Dejean y G. Robin, plantearon que la introducción de la conmutación digital en una red analógica existente, llevaba consigo el hecho de que los elementos digitales tenían que soportar el costo del equipo de interconexión entre las señales analógicas y las digitales; y debido a que este equipo representaba un elemento importante del costo de la red, era necesario planificar cuidadosamente la transición, lo cual se traducía en contemplar en las estrategias de digitalización dos aspectos fundamentales. Por una parte, seleccionar la mejor configuración de la red digital con relación al entorno existente, así como establecer principios que regularan la conexión entre las redes analógica y digital. En segunda instancia, especificar las características deseables de los sistemas de conmutación y de transmisión digitales con el fin de alcanzar el mejor compromiso en cuanto a sus aspectos técnicos y económicos sobre una amplia gama de aplicaciones.
En 1980, Caballero, De los Ríos y Puebla, concluyeron que la introducción de los sistemas digitales en la red analógica podía modificar los pesos relativos, en costo, de algunos de los elementos que constituyen la red. Como consecuencia, la estructura óptima de la red podría cambiar. La modificación dependería de la arquitectura de cada sistema de conmutación digital. Además, para ellos no existía una estrategia de aplicación general que haga que la evolución de la red analógica a digital se verifique en forma óptima. A cada caso particular, sería aplicable un proceso óptimo de evolución. Sostuvieron que las estrategias de evolución generales debían considerarse solamente como guías para plantear el problema correspondiente a cada caso concreto, el cual debería ser estudiado con detenimiento, dado el gran interés económico que tenía la adopción de la estrategia óptima.
En 1984, Ackzell y Bigi, del Grupo Autónomo Especializado (GAS 9), formado en la VII Asamblea Plenaria del CCITT, concluyeron que los factores tecnológicos y económicos relativos a los sistemas digitales promoverían a largo plazo la digitalización de la mayor parte de las redes de telecomunicaciones. Las redes digitales tendrían que tratar solamente dígitos binarios, por lo que la transmisión, el procesamiento lógico, el almacenamiento, etc. de los bits podría realizarse con una tecnología muy concentrada, que ocupara poco espacio y que resultara económica si se produjera en grandes cantidades. Adicionalmente, consideraron que la creciente utilización de técnicas digitales en las redes de telecomunicaciones, se debería principalmente a tres factores: las características tecnológicas de los sistemas digitales, la posibilidad de conseguir mayores reducciones del costo, y la demanda de servicios de comunicaciones digitales.
También en 1984, S. Armbrust argumentó que el hecho de que las redes digitales debían ser establecidas en sustitución de las redes analógicas existentes, no implicaba que la digitalización debía hacerse en una sola etapa. La conversión de unas en otras debía realizarse gradualmente, en función de las expansiones del tráfico telefónico, teniendo en cuenta la vida útil de los equipos y de las líneas analógicas instaladas. Además, esta conversión de la red analógica en digital debía también tener en cuenta los aspectos económicos de implantación. Adicionalmente, Armbrust planteó que la sustitución indiscriminada de las instalaciones analógicas existentes por instalaciones digitales nuevas, no siempre era el mejor camino ni era una solución viable. Por lo tanto, en esas condiciones era importante que se elaboraran recomendaciones y reglas que orientaran las fases de transición de la implementación de instalaciones digitales en las redes de telecomunicaciones analógicas existentes.
Finalmente en 1992, Roberto García Miranda planteó que la carencia de estrategias de digitalización daría lugar a redes desequilibradas y suboptimizadas, con problemas de interconectividad, innecesariamente costosas y sin utilizar las superiores tecnologías digitales. Además, a pesar de que había muchos problemas técnicos complejos involucrados en la digitalización, se deberían recomendar algunas pautas claras. Sin embargo, la estrategia debería ser lo suficientemente flexible para tomar en cuenta eventos futuros no previsibles. Adicionalmente, indicó que muchos planes de digitalización consideraban la digitalización de la red por medio de una estrategia pragmática, con una gran parte de la red de larga distancia como isla digital y superposiciones digitales en las ciudades más grandes. Su filosofía fundamental era optimizar el uso del equipo existente y la eficiencia de las nuevas inversiones, evitando la ampliación injustificada de la red analógica existente, minimizando las conversiones analógico-digitales, y utilizando centrales combinadas digitales de tránsito y enlaces entre centrales digitales, aunque no a nivel local.
A fin de evaluar la situación de partida de la empresa en cuanto a su nivel de digitalización, determinar las condiciones necesarias para cubrir la demanda de nuevos servicios mediante la digitalización, y posteriormente establecer dónde, cuándo y cómo cumplir las etapas de digitalización de la red, es conveniente realizar una serie de cuestionamientos referentes a la estrategia de digitalización a seguir.
Con relación al estado actual de digitalización de la red, es necesario conocer las respuestas a las siguientes preguntas:
En lo que respecta al estado requerido de digitalización, deberían responderse las siguientes preguntas:
La selección de la estrategia de digitalización, debería ser en función de la solución de las siguientes cuestiones:
Capítulo II. Objetivos de la
Investigación.
General: Formular la estrategia que una operadora privada de redes de telecomunicaciones públicas debe considerar antes de introducir nuevos elementos de tecnología digital en su red mixta analógica-digital.
Capítulo
III. Justificación e Importancia de la Investigación. La tendencia mundial para redes de telecomunicaciones globales a mediano plazo, es hacia una red totalmente digital. En la década que se inicia, casi todas las ampliaciones, mejoras y reemplazos de sistemas existentes, extensiones a nuevas áreas y oferta de nuevos servicios se basarán en la tecnología digital.
Por lo tanto, es importante establecer una estrategia de digitalización que defina todo el desarrollo de las redes públicas en el futuro, la cual debe ser flexible, frecuentemente actualizada y que cubra no solamente la transición inmediata hacia una red digital integrada, sino también hacia nuevas arquitecturas de redes y conceptos de servicios considerados en la red digital de servicios integrados o en algun concepto equivalente.
Con este proyecto se pretende formular la estrategia que una operadora privada de redes de telecomunicaciones públicas debe considerar antes de introducir nuevos elementos de tecnología digital en su red mixta analógica-digital.
Se estima que la estrategia que mejor se adaptará a las características de la red existente será la pragmática y que la componente de isla de dicha estrategia pragmática contribuirá de manera más acentuada que la componente de superposición en el caso particular que se considerará.
Capítulo
IV. Consideraciones Generales.
A fin de cumplir con el objetivo general y los objetivos específicos planteados para el presente proyecto de investigación, en el marco teórico se presentarán los principales componentes del tema objeto de estudio, sus características fundamentales, sus propiedades más resaltantes y su comportamiento bajo determinadas condiciones, con el propósito de obtener un conocimiento detallado de su funcionamiento y operatividad, que permita determinar fortalezas y debilidades existentes que posibiliten el planteamiento de diversos cursos de acción y la eventual selección de uno de ellos basado en los criterios técnicos y económicos más beneficiosos bajo las condiciones particulares que caracterizan la situación a analizar.
Para ello es imprescindible considerar los conceptos básicos y la estructura general de una red pública de telecomunicaciones, a fin de comprender los aspectos fundamentales relacionados con la transmisión y la conmutación analógica y digital, así como con la señalización telefónica y la sincronización de redes.
También es fundamental, plantear los principios generales de la digitalización de redes de telecomunicaciones públicas, en particular lo referente a sus aspectos básicos, la digitalización de las redes de transmisión y conmutación, y la participación de la señalización y la sincronización en la digitalización de redes.
Adicionalmente, es importante presentar las generalidades de las estrategias de digitalización de redes de telecomunicaciones públicas, así como los tipos de estrategias comúnmente aceptados.
Por su parte, el análisis técnico y económico detallado de las posibles combinaciones potenciales de estrategias de digitalización, necesario para lograr una selección adecuada de la estrategia a seguir, requiere explicar en qué consisten los criterios técnicos y económicos seleccionados para analizar las alternativas de digitalización. Por ello, la explicación de la metodología del análisis de los puntos de peso, como criterio técnico, y de la relación costo-beneficio, como criterio económico, es imprescindible para comprender la manera como se basará la selección de la estrategia de digitalización en estos criterios.
La digitalización de una red de telecomunicaciones pública es la introducción de transmisión digital y de componentes de conmutación digitales dentro de dicha red. El proceso de integración de los sistemas de transmisión y conmutación digital lleva al concepto de Red Digital Integrada, la cual utiliza conexiones establecidas por conmutación digital para la transmisión de señales digitales. El proceso de digitalización de una red de telecomunicaciones surge de la ampliación, renovación y modernización de la misma.
Aunque la digitalización es necesaria para posibilitar la introducción de nuevos servicios de telecomunicaciones, no es posible digitalizar toda una red en un solo paso, porque la inversión inicial y los recursos necesarios serían enormes. La digitalización tiene que hacerse por etapas, debe ser un proceso paulatino. Por lo tanto, es importante que cada empresa elabore su propia estrategia de digitalización para establecer dónde, cuándo y cómo se darán los diversos pasos de la digitalización.
En general, existen tres estrategias principales de digitalización: estrategia de superposición, estrategia de isla y estrategia pragmática. La estrategia de superposición se emplea para crear una red digital extendida en una amplia área geográfica, sobrepuesta a la red analógica existente. La estrategia de isla consiste en iniciar la digitalización proporcionando capacidad digital completa dentro de ciertas áreas geográficas limitadas, llamadas islas digitales.
En la mayoría de los casos ni una estrategia de superposición pura, ni tampoco una estrategia de isla por sí sola, presentan una negociación satisfactoria. En vez de esto, se tiene que llegar a un compromiso, que es la estrategia pragmática. Esta estrategia busca lograr la mejor economía posible versus los servicios suministrados, por medio de la optimización del uso del equipo existente y de la efectividad de la nueva inversión. La estrategia pragmática implica que al evolucionar una red hacia su configuración requerida, partes de la misma pueden modernizarse por aplicación de superposición y otras partes pueden ser actualizadas por islas digitales.
La estrategia de digitalización que deba adoptarse variará de empresa a empresa, dependiendo de la demanda de la red actual, de la política de la empresa y de la configuración geográfica del área a servir, entre otros aspectos. Sin embargo, al final es la economía negociada versus los servicios suministrados lo que dicta dicha estrategia.
A finales de los años 70, en muchos países del mundo los abonados tenían acceso al servicio telefónico automático por medio de una red universal de amplia cobertura, basada en la tecnología analógica, teniendo como unidad básica el ancho de banda vocal de 4 kHz. Para los años 80 comienza a tomar posición en la red la tecnología digital y al mismo tiempo se incrementa la necesidad de servicios no telefónicos, los cuales se encuentran con limitaciones en velocidad y calidad, debido al uso del módem para transmitir textos, gráficos y datos. Esto provoca la aparición de diferentes redes para diferentes servicios, tales como la conmutación de paquete para manejar datos a baja velocidad.
Con el avance de la digitalización en la conmutación y transmisión a nivel de la unidad básica digital de 64 kbps, y para evitar que un abonado tenga múltiples terminales que responden a diferentes servicios, se introduce el concepto de red digital integrada (RDI), a fin de suministrar los servicios por medio de una conexión única y de manera simultánea.
Los análisis se consolidaron hasta que en 1984 se vió que la red digital integrada evolucionaría a partir de la red telefónica por ser la más grande e interconectada en el mundo, se basaría en el tipo digital y se integraría entre áreas de conmutación y transmisión.
La aproximación teórica que fundamentará la investigación se centrará exclusivamente en una red de telecomunicaciones públicas, en donde los elementos principales de conmutación son centrales que funcionan por conmutación de circuitos; se excluirá la red de acceso, es decir, se considerará solamente hasta el elemento de conmutación local, y no se incluirán centrales de conmutación móviles, sólo fijas.
Se estima que la estrategia que mejor se adaptará a las características de la red existente será la pragmática y que la componente de isla de dicha estrategia pragmática contribuirá de manera más acentuada que la componente de superposición en el caso particular que se considera.
Capítulo V. Esquema del Marco
Teórico.
I.- Descripción de una Red Pública de Telecomunicaciones.
II.- Principios Generales de Digitalización de Redes de Telecomunicaciones.
III.- Estrategias de Digitalización de Redes de Telecomunicaciones.
IV.- Criterio Técnico para la Selección de la Alternativa de Digitalización.
V.- Criterios Económicos para la Selección de la Alternativa de Digitalización.
VI.- Glosario de Términos.
VII.- Premisas de la Investigación.
I.-
Descripción de una Red Pública de Telecomunicaciones.
La telecomunicación es la tecnología que hace posible la comunicación a distancia. Considerando a la comunicación en la forma conceptual más simple, se tiene por una parte el origen o fuente de la información; por otro lado, el destino de la misma, y, entre ambos, el canal de comunicación encargado de enlazarlos entre sí.
Dentro del canal de comunicación hay que distinguir tres partes básicas. La primera, denominada genéricamente transmisor, se encarga de modificar o cambiar la naturaleza de las señales que recibe de la fuente. La segunda, el medio de transmisión, recibe las señales convenientemente modificadas por el transmisor y las transporta hasta el punto deseado. Y por último el receptor, recoge las señales del medio, las vuelve a transformar a su naturaleza original y las entrega en su destino (ver Figura 1).
Fig 1. Esquema de una comunicación en su forma conceptual más sencilla. Por una parte se tiene el origen de la información, por la otra el destino de la misma y entre ambos, el canal de comunicación encargado de enlazarlos entre sí.
Las redes de telecomunicaciones son el medio para interconectar a los usuarios. Cuando se habla de redes, a menudo se dice que una comunicación se inicia u origina en una fuente de tráfico (término que cuantifica el uso de la red), y se recibe o termina en un destino de tráfico. Por lo tanto, una red de telecomunicaciones se puede considerar como el desarrollo sistemático de la interconexión de medios de transmisión, de tal manera que un usuario se pueda conectar con cualquier otro de la red.
En lo que se refiere a una energía de información original, como la de la voz humana, un requisito principal de una red de telecomunicaciones consiste en la conversión de la información original a una forma eléctrica para generar una señal electrónica de información. Esto se consigue por medio de un transductor adecuado, denominación general que se da a cualquier dispositivo que transforma, cuando ello es necesario, una cierta forma de energía en otra diferente. En el caso de comunicación de voz, el teléfono posee un microteléfono que contiene dos transductores electroacústicos, el audífono o receptor y el micrófono o transmisor. El micrófono convierte energía acústica en eléctrica y el audífono realiza el proceso inverso.
Vista desde otra perspectiva, la red también se puede considerar como un agrupamiento de centros de interconexión o conmutación (centrales telefónicas para el caso de comunicaciones de voz) que interoperan entre sí y permiten la comunicación entre los usuarios. De aquí que los centros de conmutación sean los puntos nodales o nodos de la red (ver Figura 2).
Fig 2. Red de telecomunicaciones vista como agrupamiento de centros de conmutación (A, B y C).
Por conmutación se entiende el proceso mediante el cual se establece y mantiene un enlace de comunicación capaz de permitir el intercambio de información entre dos usuarios cualesquiera.
Las distintas redes de telecomunicación se pueden clasificar en función de la técnica de conmutación empleada. En general, se tienen las redes basadas en la conmutación de circuitos, de paquetes o de mensajes, cada una adecuada para proporcionar determinados servicios. En general, las redes de conmutación de circuitos son las empleadas tradicionalmente para cursar el tráfico de voz, ya que no introducen retardo, al que la misma es muy sensible, llegando incluso a hacer ininteligible una conversación si es muy elevado.
Por conmutación de circuitos se entiende la técnica que permite que dos terminales, emisor y receptor, se comuniquen a través de un circuito único y específico, establecido para tal propósito antes del inicio de la misma y liberado una vez que ha terminado, quedando en este caso a disposición de otros usuarios para su utilización de igual forma.
Las redes de telecomunicaciones surgen en un principio como redes netamente telefónicas (para transmisión de voz), a partir de la invención del teléfono por Alexander Graham Bell en 1876, como respuesta a la necesidad de interconectar los diversos usuarios que deseaban establecer una comunicación vocal.
Aunque en un principio era de iniciativa privada, ésta pronto se convierte en pública (además en régimen de monopolio en la mayoría de los países) y cobra un protagonismo y una importancia tal que desborda las más optimistas previsiones desde sus inicios hasta nuestros días, convirtiéndose en el medio de comunicación por excelencia.
Con el desmembramiento en Estados Unidos de ATT en 1984, se inició un proceso de privatización en una gran cantidad de países del mundo (incluyendo Venezuela en 1991), que culminó con el traspaso de las redes de telecomunicaciones nuevamente a manos privadas, aunque continuaron manteniendo su carácter de servicio público.
Al ser un servicio público, cualquiera puede utilizarlo y tener acceso a través de él a multitud de aplicaciones telemáticas o de otro tipo; su uso masivo y su desarrollo hacen que esta red sea la más importante de todas cuantas existen, y no sólo para las comunicaciones vocales, sino para transmisión de textos, datos o imágenes.
b.-
Estructura General de una Red de Telecomunicaciones.
Tradicionalmente, las redes de telecomunicaciones se han dividido en dos partes básicas: transmisión y conmutación. La transmisión se ocupa del transporte de una señal eléctrica desde un punto "X" hasta un punto "Y"; por su parte la conmutación, se ocupa de conectar "X" con "Y" y no con "Z".
Una red de telecomunicaciones la componen básicamente los medios de transmisión y las centrales de conmutación, y como elemento imprescindible, pero fuera de ella, el terminal de usuario (teléfono en el caso de voz). La estructura de la red debe tener una disposición que le permita adaptarse a las necesidades de sus usuarios, optimizando al mismo tiempo su gestión y administración.
La imposibilidad de tener permanentemente conectados a todos los usuarios entre sí, con dedicación exclusiva de ciertos medios para su uso, hace necesario el empleo de un sistema que permita establecer el enlace para la comunicación solamente durante el tiempo que ésta dure. Los sistemas que consiguen una mayor eficacia son los centros de conmutación en sus diversas modalidades. Estos centros conectan entradas con salidas. La entrada puede ser la línea del usuario que llama, y la salida, la línea del usuario llamado. Con los conmutadores se reduce el número de enlaces, lo que realmente es una forma de concentración que aumenta la eficacia de la red.
Las líneas telefónicas que conectan a un abonado con su central se conocen como líneas o circuitos de abonado. Las líneas telefónicas que conectan un centro de conmutación con otro se conocen como troncales en Norteamérica y como enlaces en Europa, ver Figura 3. Los abonados tienen acceso al resto de la red por medio de la central a la que se encuentran conectados; esta central se conoce como central local.
Fig 3. Diagrama simplificado de una planta telefónica. A y B representan centros de conmutación (oficinas centrales).
Dependiendo de la distribución geográfica, se tienen tres tipos de redes de conmutación de circuitos, las llamadas "urbanas" o de corta distancia, las "interurbanas" o de larga distancia y las "internacionales".
En las redes urbanas se incluyen los circuitos de abonado y los de enlace entre centrales locales, para transmisión en banda base o baja frecuencia. Normalmente están constituidos por pares de conductores que, al agruparse, forman el llamado "cable de pares", que puede contener hasta varios cientos de ellos
Las redes interurbanas son las encargadas de proporcionar los enlaces entre centrales localizadas en diferentes ciudades; ello hace que las distancias sean mayores y se deban utilizar cables de distintas características a los antes mencionados, con menores pérdidas.
Una central local tiene cierta área de servicio y todos los abonados localizados en esa área obtienen su servicio a través de dicha central. En contraste con el término área interurbana o de larga distancia, el área local es el área geográfica que contiene cierto número de centrales locales; cualquier llamada dentro del área local no generará cargos extras por larga distancia.
Las centrales internacionales son las encargadas de cursar el tráfico entre diferentes países. La interconexión entre estas centrales se realiza mediante enlaces de alta capacidad y fiabilidad, constituidos fundamentalmente por enlaces terrestres, submarinos o vía satélite, repartiéndose al menos entre dos de ellos por razones de seguridad.
El gran número de usuarios y el alto tráfico que una red de telecomunicaciones debe poder soportar, hace que sea necesario no sólo el agruparlos por áreas geográficas, sino también hacerlos depender de varias centrales de conmutación que tengan acceso entre sí o a través de otras. Aparece el concepto de "jerarquía": dado que el número máximo de usuarios que una central admite es limitado, mayor o menor dependiendo de su categoría, es necesario una vez que este se supera, el concurso de más centrales de conmutación para atenderlos, y cuando el de estas centrales es alto, se necesitan a su vez otras centrales de mayor nivel para gobernar la comunicación entre ellas.
En una red jerárquica se pueden dar varios niveles, pero cada central de un nivel depende solamente de otra de nivel superior, aunque la tendencia es a conectar a más de una por razones de seguridad, asegurándose así el establecimiento de rutas entre usuarios del servicio telefónico. Para resolver el problema de interconexión entre centrales que tienen el mismo nivel, con objeto de no tener que escalar toda la estructura para establecer una comunicación entre usuarios pertenecientes a centrales diferentes, se utilizan enlaces que constituyen lo que se llama red complementaria; ésta a veces se usa también para establecer los enlaces entre centrales separadas por dos o más grados de jerarquía.
Una red jerárquica tiene niveles asociados a los órdenes de importancia de las centrales que constituyen la red y ciertas restricciones con relación al flujo de tráfico. Se pueden establecer rutas de alto uso entre cualquier par de centrales en la red, si las intensidades de tráfico y las distancias justifican económicamente esta medida. Una vez que se establecen rutas de alto uso, se ofrece primero el tráfico a estas rutas y el desbordamiento se cursa sobre la estructura jerárquica, hacia el siguiente nivel superior y, después, de nuevo hacia abajo. Una red jerárquica se caracteriza por disponer de un conjunto de rutas finales desde la fuente hasta el destino. Una ruta final no permite desbordamiento.
En la actualidad existen básicamente dos tipos de redes jerárquicas, las del tipo ATT, que se usa generalmente en Norteamérica, y la red CCITT, que se utiliza típicamente en Europa y en las zonas del mundo bajo influencia de la jerarquía europea, incluyendo Venezuela. En lo que se refiere al enrutamiento, la diferencia entre dichos tipos es pequeña. Cada una tiene cinco niveles o rangos en la jerarquía (ver Figura 4) aunque la del tipo CCITT permite un sexto nivel.
Fig 4. Estructura de niveles jerárquicos de una red telefónica de cobertura nacional.
En las del tipo CCITT, la terminología distingue entre centrales tándem y centrales de tránsito. Aunque ambos tipos de central realizan la misma función, es decir, la conmutación de troncales, una central tándem atiende áreas locales y se encuentra en los niveles más bajos de la jerarquía. Una central de tránsito realiza la función de conmutación de troncales en áreas interurbanas o de larga distancia. En la terminología CCITT, las troncales son las conexiones en los órdenes más altos. Los centros primarios son centrales que reúnen el tráfico para interconectarlo con la red de larga distancia.
Los sistemas de transmisión analógica consisten en canales de comunicación en los cuales los parámetros de la señal transportada varían de forma relativamente suave y pueden obtener valores de amplitud dentro de todo el margen dinámico del canal.
En la transmisión analógica se espera que la señal reconstruida desde el receptor esté tan poco distorsionada como sea posible. La calidad del sistema se mide en función de la fidelidad de la señal recibida. Generalmente, esta señal difiere de la señal original transmitida debido a la influencia de defectos en el canal de comunicación tales como ruido, interferencia y distorsión.
Durante el proceso de transmisión, la señal va pasando de nodo en nodo. La distancia entre nodos reduce el nivel de la señal transmitida (la señal va perdiendo potencia en función de la distancia, (Figura 5). Si la transmisión es analógica, es necesario que cada cierta distancia la señal deba amplificarse para efectivamente alcanzar su destino lejano.
Fig 5. Efecto de la distancia sobre la atenuación. a = Constante de Atenuación.
En los nodos se realiza un proceso de amplificación de la señal que llega (señal + ruido) y esta combinación es la que se propaga hasta el siguiente nodo de la red (siendo afectada nuevamente por esa adición de ruido) y así sucesivamente.
La relación señal a ruido es una medida de cuán fuerte es la señal deseada respecto al ruido que la afecta. En el proceso de transmisión analógico, esta relación se ve degradada en función del número de amplificaciones que atraviesa en el trayecto de propagación (ver Figura 6).
Figura 6. Relación Señal a Ruido como función del número de amplificadores (1,2,..., L).
El punto fundamental de la transmisión analógica es el canal telefónico o canal de voz. El "canal de voz" implica una ocupación espectral, ya sea que la trayectoria de voz se lleve a cabo mediante par físico, radio o fibra óptica. El contenido básico de la señal de voz ocupa una banda de frecuencias estrecha (300 a 3400 Hz). Por tanto, se puede decir que el canal nominal telefónico ocupa la banda de 0 a 4 kHz, aunque en realidad ocupa un rango de 3100 Hz (ver Fig 7).
Fig 7. Rango de la señal de voz
En la transmisión analógica, la tensión entre los conductores de la línea varía en función del sonido recogido por el micrófono, siendo estas variaciones detectadas por el receptor y transformadas de nuevo en sonido por el auricular.
El canal de voz se puede ver como un filtro pasabanda. La señal toma un tiempo finito para pasar a través del filtro; el tiempo está en función de la velocidad de propagación, la cual varía según el medio de transmisión que se use; esta velocidad también tiende a variar con la frecuencia debido a las características eléctricas asociadas con ella y tiende a incrementarse hacia el centro de la banda y disminuir en los extremos.
La señal eléctrica analógica generada por el teléfono, que se transmite sobre un canal de voz y que ha de ser transportada a lo largo de la red hasta alcanzar su destino final, sufre diferentes formas de distorsión; es decir, la señal de salida del canal se distorsiona de tal manera que deja de ser la réplica exacta de la señal de entrada.
Una forma de distorsión se denomina distorsión de atenuación y resulta de la respuesta imperfecta en amplitud-frecuencia. La distorsión por atenuación se evitaría si todas las frecuencias en la banda de paso estuvieran sujetas exactamente a la misma pérdida (o ganancia). Sin embargo, cualquiera que sea la transmisión, algunas frecuencias se atenúan más que otras. En un canal de voz, la distorsión por atenuación se mide en relación a una frecuencia de referencia. El CCITT especifica 800 Hz como referencia, lo que se usa en Europa, Africa y partes de América Latina (entre ellas Venezuela), mientras que en Norteamérica, es común usar 1000 Hz.
El tiempo finito que toma la señal para pasar a través de toda la longitud de un canal de voz o de cualquier red se llama retardo. Retardo absoluto es el retardo que sufre la señal con la frecuencia de referencia al pasar a través del canal. El tiempo de propagación varía según las diferentes frecuencias, ya que el frente de onda de una frecuencia llega antes que el frente de onda de otra frecuencia dentro de la banda de transmisión. Por lo tanto, se puede decir que hay corrimiento de fase. La señal modulada no se debe distorsionar si el corrimiento de fase cambia de manera uniforme con la frecuencia. La señal se distorsiona a la salida en relación con la de entrada.
En lo que respecta al nivel, este se entiende como la intensidad de señal o la intensidad del ruido. En la mayoría de los sistemas de telecomunicación, nivel significa nivel de potencia y se mide en dBm, dBW u otra unidad de potencia como el picowatt. Si los niveles se mantienen muy elevados, se sobrecargan los amplificadores dando por resultado el aumento de los efectos de intermodulación o de diafonía; si los niveles son muy bajos, se reduce la calidad del servicio que recibe el usuario.
El ruido en su definición más amplia, consiste en cualquier señal no deseable en un circuito de comunicación (ver figura 8). El ruido y su reducción es probablemente la consideración individual de más importancia en la transmisión analógica. Es el factor de más peso en la limitación del funcionamiento de un sistema.
Fig 8. Ruido en el canal de voz.
Generalmente, el ruido se divide en cuatro categorías: ruido térmico (ruido Johnson), ruido de intermodulación, diafonía y ruido "impulsivo".
El ruido térmico se presenta en todos los medios de transmisión y en todos los equipos de comunicación. Tiene su origen en el movimiento aleatorio de los electrones y se caracteriza por la distribución uniforme de energía sobre todo el espectro de frecuencia.
En un sistema de comunicación, cada elemento del equipo y el medio de transmisión contribuyen al ruido térmico si la temperatura del elemento o del medio está arriba del cero absoluto. El ruido térmico es el factor que fija el límite inferior de sensibilidad de un sistema de recepción. Ruido térmico es un término para designar el ruido que produce la agitación térmica. La expresión "ruido blanco" se refiere a la distribución aproximadamente uniforme de la energía respecto a la frecuencia en el espectro. El ruido térmico es directamente proporcional al ancho de banda y a la temperatura.
El ruido de intermodulación (IM) resulta de la presencia de efectos de intermodulación. Si dos señales con frecuencias F1 y F2 pasan a través de un dispositivo o medio no lineal, se tendrán como resultado efectos de IM, los cuales son componentes no pertenecientes a la frecuencia de la señal. Estos componentes pueden estar presentes dentro o fuera de la banda de interés para el dispositivo. Los productos de intermodulación pueden ser ocasionados por las armónicas de las señales en cuestión, ya sea como productos entre armónicas, o como una, otra o ambas señales. Los productos aparecen cuando las dos (o más) señales se mezclan entre sí. Las causas del ruido de intermodulación pueden ser:
Por su parte, la diafonía se refiere al acoplamiento no deseable entre trayectorias de señal, lo que ocasiona que una señal se escuche en un circuito adyacente. Fundamentalmente son tres las causas de la diafonía: 1.) Acoplamiento eléctrico en el medio de transmisión, 2.) Control inadecuado de la respuesta en frecuencia (filtros defectuosos o mal diseñados) y 3.) Funcionamiento no lineal de sistemas analógicos multiplexados en frecuencia (MDF-FDM).
Hay dos tipos de diafonía: la inteligible, en la que por lo menos existen cuatro palabras que son inteligibles para quien escucha una conversación ajena en un período de 7 segundos, y la ininteligible, que resulta de cualquier otra forma de disturbio de un canal sobre otro. La diafonía inteligible es la más perjudicial, ya que distrae al usuario que escucha. La diafonía que se recibe varía con el volumen de voz del usuario que perturba, con la pérdida desde el usuario que perturba hasta el punto de diafonía, con la pérdida de acoplamiento entre los dos circuitos que se consideran y con la pérdida desde el punto de diafonía hasta el usuario que escucha.
El ruido impulsivo consiste en pulsos irregulares o picos de ruidos de corta duración y amplitud relativamente alta. Estos picos se llaman frecuentemente "disparos". El ruido de impulsos sólo degrada muy poco las comunicaciones de voz, pero puede degradar notablemente el índice de errores en los circuitos de datos.
La relación señal a ruido, por su parte, expresa en decibeles, la cantidad en que el nivel de la señal sobrepasa al del ruido dentro de un ancho de banda específico, y viene dada por:
(S/R)dB = Nivel (Señal en dBm) – Nivel (Ruido en dBm)
Dependiendo del tipo de comunicación que se va a transmitir, se requiere una relación mínima señal a ruido para satisfacer al cliente o hacer funcionar el equipo de recepción con un criterio específico.
A tal efecto, se pueden especificar las siguientes relaciones de señal a ruido (S/R) en los equipos terminales correspondientes:
En transmisión analógica, el transporte de señales agrupadas en canales capaces de transferir cada uno de ellos desde unas decenas hasta varios miles de comunicaciones, a fin de optimizar los medios de transmisión, se realiza mediante lo que se conoce como Multiplexación por División de Frecuencia (Frecuency DivisionMultiplexing – FDM), el cual es un método para asignar una banda única de frecuencias a cada canal de comunicación dentro de un espectro de frecuencias comparativamente ancho del medio de transmisión (ver Fig. 9).
Fig 9. Multiplexión por división de frecuencias (MDF - FDM). Se asigna una banda única de frecuencias a cada canal de comunicación (1, 2,..., n) dentro de un espectro de frecuencias comparativamente ancho del medio de transmisión.
El canal de comunicación puede ser un canal de voz con 4 kHz de ancho de banda, un canal telegráfico de 120 Hz, un canal de radiodifusión de 15 kHz, un canal de datos de 48 kHz o un canal de televisión de 4,2 MHz.
En FDM, un Grupo estándar como lo define el CCITT ocupa la banda de frecuencias de 60 a 108 kHz y contiene 12 canales de voz. Cada canal de voz es el nominal de 4 kHz y ocupa el espectro de 300 a 3400 Hz; el restante 0,6 kHz es una separación que evita la interferencia de voz entre canales adyacentes. El Grupo se forma por la mezcla de cada uno de los 12 canales de voz con la frecuencia portadora particular que se asocia al canal. Por convención, en la banda de 60 a 108 kHz el canal de voz 1 ocupa el segmento de frecuencias más alto, entre los 104 a 108 kHz (ver Figura 10).
Fig 10. Estructura del Grupo estándar del CCITT.
Similarmente, un Supergrupo contiene cinco Grupos CCITT estándar, equivalentes a 60 canales de voz. Antes de su traslación, el Supergrupo ocupa la banda de frecuencias de 312 a 552 kHz. Cada Grupo que forma el Supergrupo se traslada en frecuencia a la banda del Supergrupo al mezclarse con la frecuencia portadora que le corresponde. Las frecuencias portadoras son: 420 kHz para el Grupo 1; 468 kHz para el Grupo 2; 516 kHz para el Grupo 3; 564 kHz para el Grupo 4; y 612 kHz para el 5.
Análogamente, un Grupo Maestro básico (Mastergroup) contiene cinco Supergrupos (300 canales de voz) y ocupa el espectro de 812 a 2044 kHz. Se forma por la traslación de los cinco Supergrupos estándar y cada uno de ellos ocupa la banda de 312 a 552 kHz, por un proceso similar al que se usa para formar el Supergrupo a partir de los cinco Grupos CCITT estándar. Finalmente, un Supergrupo Maestro (Supermastergroup) contiene tres Grupos Maestros y ocupa la banda de 8516 a 12388 kHz con un total de 900 canales de voz. La figura 11 presenta un cuadro resumen de la jerarquía FDM.
Fig 11. Resumen de la jerarquía de Multiplexión por División de Frecuencias (FDM).
La conversación telefónica requiere inherentemente la transmisión en ambos sentidos. Cuando se transportan las dos direcciones (emisión y recepción) sobre el mismo par de hilos, se dice que la transmisión es por dos hilos. La definición más apropiada para los fines de transmisión y conmutación es denominarla operación a dos hilos, ya que por el mismo medio de transmisión eléctrico, o trayectoria, se manejan las señales de una sola conversación en ambos sentidos.
La conexión de usuario en el extremo cercano a la red de larga distancia es a través de un enlace a dos hilos; del mismo modo, el usuario en el extremo lejano también se conecta a la red de larga distancia a través de un enlace a dos hilos. Los teléfonos en casas y oficinas se conectan al centro de conmutación local (Central) por medio de circuitos a dos hilos.
Los sistemas de portadora y de radio requieren que las señales de una conversación individual con sentido opuesto estén sobre canales de transmisión o trayectorias separadas (o en períodos mutuamente excluyentes). Por lo tanto, se tienen dos hilos para la trayectoria de transmisión y dos para la de recepción; es decir, un total de cuatro hilos para la conversación telefónica bidireccional.
Prácticamente todas las conexiones telefónicas de larga distancia pasan a través de enlaces a cuatro hilos, ya que al efectuarse la unión (multiplexación) de comunicaciones con otras ciudades, se necesitan cuatro hilos para transmitir la conversación, debido a que se emplean circuitos amplificadores, los cuales son unidireccionales.
La operación para convertir de dos a cuatro hilos se realiza por medio de un equipo terminal llamado usualmente "juego terminal", el cual contiene una bobina balanceada (una híbrida; ver Figura 12).
Fig 12. Conversión 2/4 hilos con bobinas híbridas. Con estas bobinas se pasa de una comunicación a dos hilos (usuario con la central) a otra a cuatro hilos (entre centrales).
En términos telefónicos (frecuencia vocal) la híbrida es un transformador, y se puede considerar como un divisor de potencia con cuatro conectores, cada uno para un par de hilos. La misión de la bobina híbrida es adaptar el circuito a dos hilos del bucle de abonado a los cuatro hilos que conforman un circuito interurbano (un par para transmisión y otro para recepción). Si esta adaptación fuese perfecta, no habría retorno de señal en ninguno de los dos sentidos, pero como esto normalmente no ocurre así, ya que la impedancia de cada bucle de abonado es diferente por serlo su longitud, se producen desacoplamientos que hacen que parte de la señal transmitida, en el extremo receptor, se induzca en el circuito contrario resultando en una señal que se mezcla con la generada en dicho extremo y que es captada como un eco, que si es muy grande puede molestar considerablemente.
Por esta causa, se ha hecho necesario el empleo de circuitos "supresores de eco" que, o bien abren el circuito de retorno para evitar que la señal inducida llegue al emisor, o bien introducen pérdidas altas en el mismo para que llegue muy debilitada y no moleste. El inconveniente que presentan es que con su empleo solamente se puede mantener la conversación en un único sentido, lo que convierte la línea en semidúplex.
Últimamente, se han introducido los "canceladores de eco" cuya función es similar pero ejecutada de forma diferente, con la introducción de filtros adaptativos que eliminan toda la señal de retorno que tenga parecido con la emitida, por lo que se puede mantener la conversación en ambos sentidos de manera simultánea (full-duplex).
Cualquier señal que pase a través de una híbrida sufrirá una pérdida nominal de 3,5 dB. Sin embargo, en conexiones cortas de abonado, se usan algunas híbridas con pérdidas mayores, como son las híbridas especiales de tipo resistivo.
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