TEMA 1: Evolución histórica de las telecomunicaciones 1. Aparición de las redes de telecomunicación La comunicación de información entre dos personas distantes, ya sea oral, escrita o gestual precisa que al menos una de ellas se desplace a un punto de encuentro con la otra. Dependiendo de la distancia puede ser preciso contar con unas vías adecuadas y un sistema de desplazamiento lo bastante eficiente para que se cumpla una de las premisas básicas de la comunicación: que sea rápida y eficaz. No tiene sentido que un mensajero nos informe de que un ciclón está avanzando sobre nuestra ciudad tres días después de que el ciclón haga estragos en ella. Podríamos considerar el origen de las telecomunicaciones en tiempos muy remotos, cuando la información a transmitir se enviaba a través de mensajeros, que a pie o a caballo recorrían grandes distancias. El uso de mensajero es poco eficiente pues los mensajes pueden perderse, ser interceptados, y, en cualquier caso, el retraso que sufren los hace poco válidos en ciertas situaciones. Las redes de telecomunicación tratan de crear medios dedicados que ahorren tiempo evitando el desplazamiento físico del mensajero a lo largo de todo el recorrido, proporcionando así una comunicación eficiente. Cualquier sistema de telecomunicación estable necesita de una infraestructura y unos gastos que sólo pueden ser sufragados por una entidad poderosa. Por ello los primeros sistemas de telecomunicación eran siempre por y para el servicio del estado. En el pasado los primeros sistemas de telecomunicación aparecen pronto en aquellos pueblos que por su expansión guerrera se vieron obligados a contar con algún medio de envío rápido de noticias: señales luminosas, de humo, sonidos de tambor,... Los cartagineses utilizaron las antorchas para comunicarse en la larga marcha a través de los Alpes de Aníbal contra Roma. Los romanos llegaron a tener un sistema de señales de fuego combinado con columnas de humo que permitía comunicar sus diferentes campamentos. En 1340 la Marina castellana adoptó la telegrafía de señales mediante gallardetes de diferentes colores que comunicaban órdenes y noticias codificados a las naves que luchaban contra el reino de Aragón. En el siglo XVI, las comunicaciones interiores de los tercios de España se realizaban mediante toques de tambor, con un código de señales que permitían transmitir las órdenes. R. Estepa Notas de ARSS 1
Del sargento mayor dependía directamente el tambor general o tambor mayor, cuya misión era comunicar, mediante señales acústicas de su caja, las órdenes del alto mando al resto de los tambores. Era éste cargo de gran responsabilidad. Además de conocer todos los toques de ordenanza debía saber comunicar las órdenes de combate: arma furiosa, batalla soberbia, retirara presurosa, También estaba obligado a conocer los toques de otros ejércitos: franceses, alemanes, ingleses, italianos, turcos y moriscos. Esta misión era ayudada por trompetas para evitar que se perdieran las órdenes en la confusión y estruendo de la batalla El Cautivo. Jesús Sánchez Adaliz Estas redes primitivas permitían la rápida transmisión de un conjunto muy limitado de signos, pero no una comunicación completa con un vocabulario relativamente amplio. Las primeras redes de telecomunicación propiamente dichas surgen con la aparición de la telegrafía óptica, que permite sustituir a la mensajería, por cuanto facilitan la transmisión de cualquier tipo de mensaje (vocabulario amplio). Datan de la revolución francesa, cuando Claude Chappe, ideó una red óptica-mecánica cuyos nodos consistían en una columna con una barra perpendicular en su extremo y dos brazos móviles fijados en dicha barra. Combinando las distintas posiciones de la barra y los brazos era posible fijar hasta 196 figuras distintas. En principio cada una de estas combinaciones correspondía a una sílaba, adoptando un código similar al de la taquigrafía, aunque posteriormente se sustituyó por otro basado en un diccionario o vocabulario de 92 páginas con 92 palabras en cada página, siendo necesario sólo dos símbolos por palabra. R. Estepa Notas de ARSS 2
Dicho equipo (semáforo) se instalaba encima de una torre en puntos elevados para hacerlo visible desde lejos. Las torres distaban una de otras aproximadamente 10 Km, y los semáforos se pintaban de negro para ser distinguidos con claridad (aunque no era posible transmitir mensajes por la noche). La primera línea telegráfica puesta en marcha data de 1794, y consistía en 22 estaciones que cubrían una distancia de 240 kilómetros, uniendo Lille con París. Esta línea permitía transmitir un mensaje en menos de 6 minutos, frente a las 30 horas necesarias para un mensajero a caballo. En menos de una década el telégrafo de Chappe se extendía por Europa. En España no será hasta el 20 de junio de 1831 cuando se envió el primer despacho por telegrafía óptica. Se utilizaba el sistema del español Lerena, perteneciente a la escuela inglesa y mucho más rápido en transmisión que el de Chappe. Tenía también la ventaja de que las torres se podían situar a 2 leguas y media como máximo, lo que alargaba la red considerablemente. Pero para un estado endeudado como el Español entonces, una empresa de tales características tenía un alto costo: 25.000 reales por torre y 1.500 por lente (de procedencia inglesa), a lo que había que sumar gastos de mantenimiento. Por ello, el 8 de octubre de 1835 se ordenaba a Lerena que cesase en la dirección de Los Reales Telégrafos. Los trabajos para la realización de una red telegráfica nacional no se retoman hasta 1845, con la construcción de la línea principal Marid-Irún con 52 torres en 9 provincias, que a su vez enlazaba con Francia a partir de la frontera gracias a una torre óptica Chappe que transmitía a París. El 2 de octubre de 1846 se envió el primer telegrama por dicha línea. Se configura una red estatal que envía mensajes oficiales y garantiza el secreto en la comunicación según se dispone en el reglamento de 1846. Las líneas proyectadas son: Madrid con Valencia, Barcelona, Sevilla, Cáceres, Badajoz, La Coruña y Zaragoza; así como Zaragoza con Pamplona y Lérida, y Albacete con Cartagena. Hubo algunas dificultades en la implantación de esta red, por ejemplo en Sevilla no consintieron que se instalara el telégrafo en la Torre del Oro y hubo que buscarle otro emplazamiento. Los trabajadores eran de tres clases: ingenieros (que decidían el emplazamiento de las torres), torreros (ejecutores de los servicios de transmisión, conocían el significado de los textos que transmitían y se decodificaban en los extremos) y subalternos. En 1851 se afirmaba que, de Valladolid a Madrid un mensaje tardaba no más de 1/4 de hora si el día era despejado, por lo que el sistema resulta extremadamente rápido en comparación con el mensajero terrestre. Los primeros telegrafistas era personal licenciado del Ejército, acostumbrados a condiciones duras de trabajo (intrusiones, asaltos, aislamiento,...). 2. La telegrafía eléctrica R. Estepa Notas de ARSS 3
El telégrafo eléctrico fue uno de los primeros inventos que surgieron como aplicación de los descubrimientos de Ampere y Faraday. Consiste en un aparato que transmite mensajes codificados a larga distancia mediante impulsos eléctricos que circulan a través de un cable conductor. Fue Joseph Henry quién, en 1829, construyó el primer telégrafo eléctrico. Sin embargo, la persona que le dio el gran impulso fue el estadounidense Samuel Morse, quién el 1844 llevó a cabo la primera transmisión telegráfica entre Washinton y Baltimore. El telégrafo consiste básicamente en una batería con un extremo conectado a un manipulador o conmutador. Cuando éste es accionado se cierra el circuito eléctrico que tiene conectado un electroimán en la estación receptora. Al cerrar el circuito, el electroimán atrae a un estilete que puede imprimir una marca en una hoja de papel que gira. En lugar del estilete se puede colocar algún dispositivo que produzca sonido. De esta forma se logra transmitir la señal de un extremo a otro. Morse completó su invento con un alfabeto que permitía representar las letras y números basándose en tres símbolos: el punto, una pulsación corta de manipulador, la raya o una pulsación larga y el silencio, para diferenciar las letras y las palabras. En 1866 se instaló el primer cable trasatlántico que unía América con Europa, permitiendo así la interconexión de ambas redes telegráficas. La telegrafía eléctrica se había impuesto ya por esta época en otros países de Europa desarrollada al amparo del ferrocarril, donde las compañías tenían su propia red que coincidía con el trazado de la línea. En España la primera línea ferroviaria en funcionamiento, de Mataró a Barcelona, contó sorprendentemente con un servicio de telegrafía óptica, lo que constituyó una excepción pues las posteriores líneas se sirvieron de la telegrafía eléctrica para sus comunicaciones. Si la telegrafía óptica apareció con bastante retraso en España respecto a vecinos como Francia, la telegrafía eléctrica no lo hizo con tanta diferencia. Hacia 1863 el mapa telegráfico tenía ya una cierta complejidad con 7 líneas radiales y una red periférica que cubría costas y fronteras. A esta red básica se sumaban una serie de R. Estepa Notas de ARSS 4
líneas de socorro por si algún tramo de la red básica fallaba. El sistema de transmisión más utilizado al comienzo fue el Wheastone de dos agujas, pero pronto se optó por el Morse que facilitaba las comunicaciones internacionales, dejando el Wheastone para la transmisión interior. 3. El invento del teléfono y las redes de telefonía En febrero de 1876, Alexander Graham Bell registra la patente de su teléfono basado en el principio de la resistencia variable. Este teléfono, en esencia, consta de un transmisor y un receptor unidos por un hilo metálico a través del cual pasa la electricidad. Las vibraciones en la membrana del transmisor originan variaciones eléctricas en el circuito gracias a un electroimán (originalmente se conseguía con una solución ácida líquida). Al actuar sobre el electroimán del equipo receptor, estas variaciones eléctricas producen vibraciones mecánicas en una membrana que son réplica de las vibraciones sufridas en la membrana del transmisor. En principio se podía hablar y escuchar por un solo tubo, pero para mayor comodidad se separó en dos piezas. El teléfono pasó a evolucionar rápidamente, lo que permitió incrementar la calidad de la voz transmitida y la distancia de alcance. En 1877, año en que se crea la empresa Bell, Thomas Edison patenta un transmisor mejorado que se basa en un bloque con un granulado de carbón que varía su densidad y conductividad en función de la presión de la onda sonora incidente. El esquema básico del teléfono es el siguiente: 48 v + - El cable por el que se transmite la corriente eléctrica variable que envía el emisor se conecta a un electroimán, cuyo extremo se encuentra unido por medio de una lengüeta metálica a un diafragma que produce el sonido. Las primeras comunicaciones telefónicas se llevaban a cabo uniendo los teléfonos directamente, por lo que dos personas que deseen hablar, tan sólo deben comprar un R. Estepa Notas de ARSS 5
teléfono y unirlo con un cable hasta el otro. Esto implicaría que para conversar con tres personas necesitaríamos, como se aprecia en la figura, seis cables y doce aparatos telefónicos. Si consideramos N personas, el número de cables necesarios será de N (N- 1)/2, del orden de N 2. Así mismo será necesario disponer de N (N-1) aparatos telefónicos, por lo que el coste de la instalación crece rápidamente a medida que incrementamos el número de usuarios. Para disminuir costes, y teniendo en cuenta que en un instante determinado sólo se está hablando con una persona, es posible tener un dispositivo (conmutador) que permita seleccionar la línea que se pretende utilizar, por lo que tan sólo hará falta un teléfono y un conmutador por usuario, aunque continuamos necesitando aproximadamente N 2 líneas telefónicas. No obstante el coste de la instalación sigue siendo elevado debido al precio de las líneas, que es proporcional a la distancia entre usuarios. Además, resulta ineficiente pues un usuario sólo puede utilizar una línea en un instante de tiempo, quedando el resto ociosas. Pensemos que para 10.000 usuarios sería necesario instalar 50 millones de líneas, lo que dificulta la escalabilidad de la solución, que tan sólo será válida para pocos usuarios y siempre que no se encuentren muy alejados. R. Estepa Notas de ARSS 6
Un paso adelante en la solución de este problema se puede llevar a cabo separando la conmutación de los usuarios. De esta forma todos los usuarios llevan una línea hasta el conmutador, disminuyendo en número de líneas necesarias hasta N (al igual que el número de equipos telefónicos). En el conmutador terminarán todas las líneas en unos conectores. Una persona, llamada operadora, se encargará de puentear los dos conectores correspondientes a los usuarios que deseen mantener una comunicación. a De esta forma, pasamos de tener una línea dedicada para cada usuario destino, a tener líneas compartidas entre todos los usuarios, con lo que el rendimiento aumenta. En 1878 aparece el primer tablero de conmutación manual con capacidad para 21 abonados, aunque los últimos tableros utilizados tenían una capacidad de hasta 10.500 abonados. Cuando el número de abonados crece en exceso, y la distancia entre estos y la central de conmutación resulta elevada, se hace rentable tener una nueva central de conmutación y dividir a los abonados entre ambas. Para facilitar la comunicación entre dichas centrales se establecen unas líneas especiales denominadas enlaces, frente a las líneas que conectan los abonados con sus centrales, denominadas extensiones o bucles de abonado. En la figura se representa un ejemplo de comunicación para dos centrales con cuatro abonados cada una. R. Estepa Notas de ARSS 7
Cuando dos abonados pertenecientes a distintas centrales deseen hablar entre sí, la operadora deberá utilizar un enlace disponible entre ambas centrales. Si dichos enlaces no estuvieran disponibles (ocupados con otras conexiones) la llamada no podrá efectuarse. Este hecho nos lleva a la aparición de un problema desconocido hasta ahora: la pérdida de llamadas por saturación en los enlaces, concepto que aparece ligado al uso compartido de enlaces entre varios usuarios. El número de enlaces siempre resulta sensiblemente inferior al de líneas de abonado, ya que no todos los usuarios de una central suelen llamar en el mismo instante de tiempo ni tampoco las llamadas van siempre dirigidas a otro conmutador. Cuando el número de centrales es pequeño y no están geográficamente muy separadas, compensará económicamente unir todas las centrales entre si, pero cuando la red crezca deberemos aplicar la misma solución de antes: unir las centrales a otra central dedicada exclusivamente a la conmutación entre ellas. Esta solución proporciona la ventaja de la escalabilidad, pues el número de líneas y teléfonos necesarios es igual al número de abonados. Así mismo permite un control centralizado y la ordenación geográfica de la red. En España se realizó en 1878 la primera prueba telefónica, aunque no hubo legislación al respecto hasta 1882, año en la que la Administración se atribuye la titularidad de la red que se vaya creando, aunque permite que ésta sea instalada por iniciativa privada. En 1886 existen en España tres centrales privadas: la más antigua en Barcelona con 602 abonados, 346 alberga la de Madrid y 64 la de Valencia. Las primeras instalaciones consistían en cables aéreos desde las casas hasta los postes R. Estepa Notas de ARSS 8
telefónicos de la central o directamente entre los abonados, lo que originó un caos debido a la gran cantidad de hilos que cruzaban la calle. La red telefónica continuó su evolución en el siglo XX con las centrales automáticas basadas en electromecánica, lo que originó la aparición de señalización entre el teléfono y las centrales automáticas. De esa época datan los teléfonos con marcación por pulsos que aun hoy, un siglo después, continúan vigentes. Los bucles de abonado se regularon para ir por el subsuelo evitando así el caos en que estaban sumidas las ciudades. Con la aparición de los primeros transistores y la entrada en escena del mundo digital las centrales de conmutación evolucionaron como grandes computadoras que funcionaban según un programa almacenado. El transporte de la voz se digitalizó, lo que permitió compartir los medios de transmisión entre miles de conversaciones. Posteriormente también la señalización fue digitalizada, lo que dio lugar a la aparición de nuevos servicios sobre la misma red telefónica. Aparecerán redes especializadas en el transporte digital de gran capacidad basadas en fibra óptica y redes exclusivamente dedicadas a la señalización, a la gestión y al mantenimiento. Todo ello será tratado en temas sucesivos, pero no ha de olvidarse que el funcionamiento básico de las redes de telefonía es el mismo expuesto en este capítulo y basado en la conmutación de circuitos; es decir, la asignación de un camino o circuito por el tiempo que dure la comunicación, y su posterior liberación. 4. La radiodifusión En 1821 Michael Faraday descubrió la inducción eléctrica, logrando corriente eléctrica a través del movimiento de un conductor alrededor de un imán permanente. Así pues, consiguió realizar el primer generador de corriente eléctrica a partir de la energía mecánica. En 1864 Maxwell publica su teoría dinámica sobre campos electromagnéticos, donde establece sus ecuaciones que demuestran que la radiación electromagnética se incrementa rápidamente con la frecuencia, es decir, para una señal de una potencia determinada se detectan más ondas R. Estepa Notas de ARSS 9
electromagnéticas radiadas cuanto mayor es la frecuencia de dicha señal. Para poder hablar de transmisión vía radio, es necesario generar una onda electromagnética de alta frecuencia. Podemos definir radio como la transmisión y recepción de señales electromagnéticas de alta frecuencia sin medio conductor. La generación de señales eléctricas de alta frecuencia se lograba, en principio, mediante el encendido y apagado de un circuito eléctrico con un interruptor. Las primeras transmisiones vía radio eran señales de morse, por lo que la información se basaba en la presencia o no de señal en el receptor. En 1888 se lograba transmitir a más de 300Km una señal telegráfica vía radio, aunque no fue hasta finales de ese mismo año cuando el científico alemán Heinrich Hertz, logró emitir y recibir ondas electromagnéticas con fiabilidad. En 1901 Marconi consiguió con radiotelegrafía enviar señales atravesando el océano Atlántico, y siguió trabajando para mejorar la fiabilidad de los aparatos emisores y receptores. En 1904 aparecieron los primeros receptores basados en cristal, que actuaban como el encendido y apagado de un circuito, y que permanecieron en uso hasta mediados de 1915, donde el invento del tubo de vacío triodo permitió un desarrollo espectacular de la telefonía sin cables. En junio de 1920 se transmite la primera difusión pública mediante un radio teléfono de Marconi de 15 KW, y en 1921 los primeros programas de entretenimiento. Las emisoras operan en A.M., donde la amplitud de la señal de alta frecuencia respondía a la señal vocal de información. Nace en 1922 la British Broadcasting Corporation (BBC) para la emisión de programas de radiodifusión, pasando en el 1936 también a producir programas de la recién aparecida televisión. En las redes de difusión, sean de radio o de televisión, la información se transmite desde un punto emisor a varios receptores a la vez, atravesando para ello diferentes estaciones repetidoras. Las redes presentadas en este capítulo poseen estructuras estables dedicadas a dar servicio a la red. Estas redes han perdurado, con modificaciones, durante todo el siglo XX y nada hace prever su completa desaparición a principios del XXI. R. Estepa Notas de ARSS 10