El teléfono es un dispositivo de telecomunicaciones que convierte el sonido, normalmente la voz humana, en señales eléctricas para su transmisión a distancia mediante cables o de forma inalámbrica, lo que permite una conversación en tiempo real entre partes que no se encuentran en el rango de audición directa.[1] Funciona utilizando un micrófono para capturar vibraciones de audio, convirtiéndolas en señales que viajan a través de una red, y un altavoz en el extremo receptor para reconvertirlas en sonido audible.[2]
La invención del teléfono práctico se atribuye a Alexander Graham Bell, quien recibió la primera patente estadounidense el 7 de marzo de 1876, describiendo un aparato para "transmitir telegráficamente sonidos vocales u otros sonidos". experimentos con transmisión de sonido, incluidas contribuciones de inventores como Antonio Meucci, quien desarrolló un dispositivo básico de comunicación por voz en 1849; En 2002, la Cámara de Representantes de Estados Unidos aprobó una resolución reconociendo el trabajo de Meucci en la invención del teléfono, aunque la patente de Bell aseguró los derechos fundacionales.
Tras su invención, el teléfono transformó rápidamente las comunicaciones globales, con la primera línea telefónica comercial instalada entre Boston y Somerville, Massachusetts, en 1877, y cerca de 600.000 teléfonos en uso en todo el sistema Bell en 1900.[7] Los primeros modelos presentaban un micrófono de carbono simple y un transmisor alimentado por batería, y evolucionaron a finales del siglo XIX y principios del XX para incluir centralitas para conectar llamadas manualmente, que los operadores utilizaban para enrutar conexiones en redes urbanas en crecimiento. A mediados del siglo XX, innovaciones como el dial giratorio en la década de 1890 y la marcación por tonos en la década de 1960 automatizaron la colocación de llamadas, mientras que la introducción de la marcación directa a distancia en 1951 permitió a los usuarios conectar llamadas de larga distancia sin la asistencia de un operador.
La evolución del teléfono continuó hacia formas inalámbricas, y Martin Cooper de Motorola realizó la primera llamada con un teléfono móvil portátil el 3 de abril de 1973, utilizando un dispositivo prototipo que pesaba alrededor de 2 libras y operaba en redes celulares. Esto allanó el camino para los teléfonos móviles comerciales en 1983 y, en la década de 1990, la integración de funciones digitales como mensajes de texto y acceso a Internet, que culminó en los teléfonos inteligentes que combinan telefonía con capacidades informáticas.[10] En 2025, hay aproximadamente 9.200 millones de suscripciones de telefonía móvil en todo el mundo, y las llamadas de voz a menudo se complementan con alternativas basadas en datos, como las videoconferencias, lo que altera fundamentalmente las interacciones sociales, económicas y culturales.[11]
Teléfonos
Introducción
El teléfono es un dispositivo de telecomunicaciones que convierte el sonido, normalmente la voz humana, en señales eléctricas para su transmisión a distancia mediante cables o de forma inalámbrica, lo que permite una conversación en tiempo real entre partes que no se encuentran en el rango de audición directa.[1] Funciona utilizando un micrófono para capturar vibraciones de audio, convirtiéndolas en señales que viajan a través de una red, y un altavoz en el extremo receptor para reconvertirlas en sonido audible.[2]
La invención del teléfono práctico se atribuye a Alexander Graham Bell, quien recibió la primera patente estadounidense el 7 de marzo de 1876, describiendo un aparato para "transmitir telegráficamente sonidos vocales u otros sonidos". experimentos con transmisión de sonido, incluidas contribuciones de inventores como Antonio Meucci, quien desarrolló un dispositivo básico de comunicación por voz en 1849; En 2002, la Cámara de Representantes de Estados Unidos aprobó una resolución reconociendo el trabajo de Meucci en la invención del teléfono, aunque la patente de Bell aseguró los derechos fundacionales.
Tras su invención, el teléfono transformó rápidamente las comunicaciones globales, con la primera línea telefónica comercial instalada entre Boston y Somerville, Massachusetts, en 1877, y cerca de 600.000 teléfonos en uso en todo el sistema Bell en 1900.[7] Los primeros modelos presentaban un micrófono de carbono simple y un transmisor alimentado por batería, y evolucionaron a finales del siglo XIX y principios del XX para incluir centralitas para conectar llamadas manualmente, que los operadores utilizaban para enrutar conexiones en redes urbanas en crecimiento. A mediados del siglo XX, innovaciones como el dial giratorio en la década de 1890 y la marcación por tonos en la década de 1960 automatizaron la colocación de llamadas, mientras que la introducción de la marcación directa a distancia en 1951 permitió a los usuarios conectar llamadas de larga distancia sin la asistencia de un operador.
La evolución del teléfono continuó hacia formas inalámbricas, y Martin Cooper de Motorola realizó la primera llamada con un teléfono móvil portátil el 3 de abril de 1973, utilizando un dispositivo prototipo que pesaba alrededor de 2 libras y operaba en redes celulares. Esto allanó el camino para los teléfonos móviles comerciales en 1983 y, en la década de 1990, la integración de funciones digitales como mensajes de texto y acceso a Internet, que culminó en los teléfonos inteligentes que combinan telefonía con capacidades informáticas.[10] En 2025, hay aproximadamente 9.200 millones de suscripciones de telefonía móvil en todo el mundo, y las llamadas de voz a menudo se complementan con alternativas basadas en datos, como las videoconferencias, lo que altera fundamentalmente las interacciones sociales, económicas y culturales.[11]
Historia
Invención y desarrollo temprano
La invención del teléfono surgió de experimentos de mediados del siglo XIX sobre la transmisión eléctrica de sonido, basándose en avances anteriores de la telegrafía. El inventor italiano Antonio Meucci desarrolló uno de los primeros dispositivos de comunicación de voz conocido como teletrofono alrededor de 1849 mientras trabajaba en Cuba, utilizando una membrana vibratoria conectada a un electroimán para transmitir la voz a través de cables entre las habitaciones de su residencia. En 1854, Meucci lo había perfeccionado hasta convertirlo en un sistema práctico para la transmisión de voz a corta distancia, aunque las limitaciones financieras limitaron su desarrollo posterior después de su inmigración a los Estados Unidos en 1850. En 1871, Meucci presentó una advertencia de patente ante la Oficina de Patentes de Estados Unidos describiendo su "telégrafo de cueva" para transmitir sonidos vocales telegráficamente, pero caducó debido a tarifas impagas en 1874.
El inventor alemán Johann Philipp Reis avanzó estas ideas con su teléfono Reis, demostrado públicamente por primera vez el 26 de octubre de 1861 ante la Sociedad de Física de Frankfurt. El dispositivo de Reis presentaba una membrana vibratoria unida a un contacto de platino que interrumpía un circuito eléctrico para transmitir tonos musicales y algunos sonidos del habla a distancias de hasta 100 metros, aunque tenía problemas con una articulación de voz clara. Entre 1861 y 1863, Reis construyó tres modelos iterativos, y la versión final utilizaba un contacto de filo de platino revestido de corcho para modular la corriente en función de las vibraciones del sonido, lo que le valió el reconocimiento por ser pionero en la transmisión de sonido eléctrico.
Alexander Graham Bell, un inventor escocés centrado en telégrafos armónicos para múltiples señales simultáneas, logró el primer teléfono práctico en 1876. Los primeros trabajos de Bell incluyeron el telégrafo armónico de 1875, que utilizaba lengüetas sintonizadas para transmitir tonos, lo que llevó a su diseño de transmisor líquido presentado bajo la patente estadounidense 174,465 el 14 de febrero de 1876, para "Mejora en telegrafía" que permitía la transmisión de sonido vocal a través de ondulaciones. corrientes.[18] El 10 de marzo de 1876, en Boston, Bell transmitió con éxito la primera frase inteligible: "Sr. Watson, venga aquí, quiero verlo", a su asistente Thomas Watson utilizando un teléfono experimental con estructura de horca, un modelo impulsado por sonido con una membrana tensa sobre un electroimán. Este avance siguió a los prototipos anteriores de marco de horca de Bell de finales de 1875, que producían sonidos parecidos a voces confusos pero allanaron el camino para un habla más clara.
Ese mismo día, el inventor estadounidense Elisha Gray presentó una advertencia de patente para un telégrafo armónico adaptado para voz, describiendo un transmisor de resistencia variable a base de agua casi idéntico al enfoque de Bell, presentado pocas horas después de la solicitud de patente completa de Bell. La Oficina de Patentes de Estados Unidos concedió la patente a Bell el 7 de marzo de 1876, lo que provocó intensas disputas legales sobre la prioridad, incluidas reclamaciones de supresión de advertencias e intercambio de información. En 1879, un tribunal de circuito federal falló a favor de Bell en el importante caso inicial, afirmando sus reclamaciones de invención contra rivales como la Western Union Telegraph Company, aunque persistieron más apelaciones. La Corte Suprema de Estados Unidos confirmó las patentes de Bell en 1888 por un estrecho margen de 4 a 3 en los Casos del Teléfono, solidificando su reconocimiento legal como inventor del teléfono a pesar de los debates en curso que involucraban a Meucci y Reis. En 2002, la Cámara de Representantes de los Estados Unidos aprobó una resolución (H.Res. 269) reconociendo el trabajo pionero de Antonio Meucci y honrándolo por su papel en la invención del teléfono.[23]
Comercialización y expansión
Tras la exitosa patente del teléfono en 1876, Alexander Graham Bell, junto con los patrocinadores financieros Gardiner Greene Hubbard y Thomas Sanders, formaron Bell Telephone Company el 9 de julio de 1877 en Boston, Massachusetts, para comercializar la invención y gestionar sus patentes. Esta entidad inicialmente operó sin capital formal, pero rápidamente consiguió inversiones, incluidas las de Sanders, para respaldar la fabricación y el despliegue.[25] El primer producto comercializable de la empresa fue el teléfono magnético de 1877, un instrumento estilo caja de madera que combinaba funciones de transmisor y receptor, con un generador de manivela para producir corriente de señalización mediante inducción electromagnética, lo que permitía alertas confiables al operador sin baterías externas.
La viabilidad comercial avanzó significativamente con el transmisor de carbono de Thomas Edison, patentado como patente estadounidense 474.230 el 3 de mayo de 1892 (presentada el 27 de abril de 1877), que utilizaba un micrófono de gránulos de carbono para amplificar el volumen y la claridad de la voz, abordando las débiles señales del diseño original de base líquida de Bell. Esta mejora, concedida a Bell después de un acuerdo de 1879 con Western Union, hizo prácticas las conversaciones a larga distancia y estimuló una adopción generalizada. En 1882, la American Bell Telephone Company adquirió Western Electric Manufacturing Company, estableciéndola como el brazo de fabricación exclusivo de equipos telefónicos en los Estados Unidos, incluida la producción de los primeros conmutadores manuales que conectaban a múltiples suscriptores a través de operadores.
La expansión global del teléfono se aceleró en la década de 1880, cuando la International Bell Telephone Company, fundada en 1879 en Bruselas, supervisó las operaciones europeas. En la década de 1880, el inventor ruso Pavel Golubitsky desarrolló un micrófono de carbono mejorado (1883) y propuso un suministro de energía mediante batería central (1885-1886), conceptos clave para centrales y redes telefónicas.[30] La primera línea telefónica internacional en Europa se abrió entre París y Bruselas en enero de 1887, abarcando 195 millas y utilizando cables aéreos para conectar las centrales de las ciudades. Para 1900, se habían establecido redes telefónicas en Europa (por ejemplo, más de 900.000 suscriptores en Alemania), Asia (por ejemplo, la central japonesa de Tokio operativa desde 1883 y alrededor de 9.000 líneas en la India) y América Latina (por ejemplo, el sistema de Brasil introducido en 1881 con menos de 10.000 usuarios).
En Estados Unidos, Bell Telephone Company mantuvo su dominio a través de su monopolio de patentes hasta que las patentes clave expiraron entre 1893 y 1894, lo que provocó desafíos antimonopolio y el surgimiento de compañías telefónicas independientes que construyeron redes paralelas. A principios de 1900, estos independientes sumaban más de 6.000, atendían a más de 1 millón de suscriptores y desafiaban el control de Bell, aunque persistían las disputas de interconexión.
avances del siglo XX
La invención del dial giratorio por Almon Brown Strowger, un empresario de pompas fúnebres de Kansas City, Missouri, marcó un cambio fundamental hacia la telefonía automatizada. Strowger desarrolló el dispositivo en medio de sospechas de que los operadores telefónicos estaban desviando llamadas de su negocio, lo que lo llevó a solicitar una patente para una central telefónica automática en 1889, que fue concedida como patente estadounidense 447,918 el 10 de marzo de 1891. Este mecanismo de interruptor paso a paso utilizaba orificios para los dedos en un dial para generar pulsos eléctricos para enrutar llamadas sin intervención humana. Una patente posterior, la estadounidense 486.909, expedida el 29 de noviembre de 1892, perfeccionó la interfaz de dial giratorio, permitiendo a las personas que llamaban seleccionar conexiones directamente. La primera central automática comercial que utilizó esta tecnología se abrió en La Porte, Indiana, en 1892, con una adopción más amplia en 1897 cuando la central telefónica automática Strowger amplió las instalaciones, redujo la dependencia de los conmutadores manuales y mejoró la eficiencia en las redes urbanas en crecimiento.
Los diseños de teléfonos de principios del siglo XX evolucionaron desde modelos verticales montados en la pared hasta formas más fáciles de usar. El teléfono de candelabro, introducido por Western Electric en la década de 1910, presentaba un soporte de transmisor alto y delgado con un receptor separado, que ofrecía una ergonomía mejorada con respecto a las unidades cuadradas anteriores y al mismo tiempo mantenía la compatibilidad con las líneas existentes. Este diseño dominó el uso residencial y comercial durante la década de 1920. En 1927, Western Electric presentó el primer auricular de escritorio integrado, que combinaba el transmisor y el receptor en una única unidad ergonómica montada sobre una base redondeada, lo que simplificó la fabricación y la interacción del usuario. Esta innovación sentó las bases para modelos posteriores como la serie 202 en la década de 1930, enfatizando la durabilidad y el atractivo estético en la telefonía producida en masa. A finales de la década de 1920, estos juegos de escritorio se convirtieron en estándar, lo que facilitó una adopción más amplia en los hogares.
La mitad del siglo XX trajo componentes electrónicos transformadores a la telefonía. En diciembre de 1947, los científicos John Bardeen, Walter Brattain y William Shockley de los Laboratorios Bell demostraron el primer transistor de contacto puntual, un dispositivo semiconductor de estado sólido que amplificaba señales sin la fragilidad y el calor de los tubos de vacío. Este avance, anunciado públicamente en 1948, permitió la miniaturización de los equipos telefónicos, lo que condujo a teléfonos y equipos de conmutación más compactos y confiables en la década de 1950. Los circuitos transistorizados redujeron el consumo de energía y las necesidades de mantenimiento, allanando el camino para sistemas portátiles y automatizados que mejoraron la escalabilidad de la red.
Principios técnicos
Conversión acústica a eléctrica
En los teléfonos tradicionales, el proceso de conversión acústica a eléctrica comienza en el transmisor, donde las ondas sonoras de la voz del hablante se capturan y transforman en una señal eléctrica proporcional a las variaciones acústicas. Luego, esta señal se transmite a través de la línea telefónica al receptor del otro extremo, donde se reconvierte en ondas sonoras audibles. Las primeras innovaciones en este mecanismo fueron iniciadas a través de patentes de Alexander Graham Bell en 1876, que describía un transmisor que utilizaba una armadura vibratoria para inducir corrientes ondulatorias que imitaban sonidos vocales, y de Thomas Edison, quien introdujo un diseño más práctico a base de carbono en 1877 (patente estadounidense 474.230, presentada en 1877, expedida en 1892).
El micrófono de gránulos de carbono, un diseño fundamental de Edison, sirve como transmisor central en los primeros teléfonos analógicos y en muchos posteriores. Las ondas de presión sonora inciden sobre un diafragma delgado conectado a una cámara que contiene gránulos de carbono sueltos intercalados entre electrodos metálicos. A medida que el diafragma vibra, comprime o afloja los gránulos, variando la resistencia de contacto RRR dentro del circuito. Con una corriente de línea constante III suministrada por la central telefónica (normalmente 20-50 mA), el voltaje de salida VVV se modula según la ley de Ohm:
donde los cambios en RRR (de aproximadamente 100 a 1000 ohmios) corresponden directamente a la entrada acústica, produciendo una corriente modulada que codifica la señal de voz. Este principio de resistencia variable proporcionó mayor sensibilidad y salida en comparación con diseños electromagnéticos anteriores, lo que permitió una transmisión más clara a largas distancias.
En el extremo receptor, el auricular emplea un receptor electromagnético para invertir el proceso. La señal de CA entrante fluye a través de bobinas enrolladas en los polos de un imán permanente, generando campos magnéticos fluctuantes que atraen y hacen vibrar un diafragma de hierro dulce colocado cerca. Estas vibraciones del diafragma desplazan las moléculas de aire circundantes, recreando ondas de presión que coinciden con la frecuencia y amplitud del sonido original. El imán permanente garantiza un funcionamiento eficiente al mantener un campo de polarización constante, con las variaciones de CA superpuestas para impulsar el diafragma sin requerir energía adicional. Los diseños típicos mantienen un pequeño espacio de aire (alrededor de 0,3 a 0,4 mm) entre el diafragma y los polos magnéticos para optimizar la sensibilidad y evitar la distorsión.[43]
Para garantizar una reproducción de voz inteligible y al mismo tiempo conservar el ancho de banda y minimizar el ruido, los sistemas telefónicos están diseñados para la banda de frecuencia de voz de 300 a 3400 Hz. Este rango captura los armónicos fundamentales del habla humana, excluyendo las frecuencias más bajas por debajo de 300 Hz (que transmiten poco contenido lingüístico) y las más altas por encima de 3400 Hz (que añaden una inteligibilidad mínima pero aumentan la susceptibilidad a las interferencias). El ancho de banda limitado, que abarca aproximadamente 3,1 kHz, permite un procesamiento y transmisión de señales eficientes en las primeras redes analógicas.
La operación full-duplex, que permite hablar y escuchar simultáneamente a través de una sola línea de dos cables, se ve facilitada por el circuito transformador híbrido en cada teléfono. Esta configuración utiliza un circuito puente con transformadores para aislar la ruta de transmisión (señal de micrófono local) de la ruta de recepción (señal de línea entrante), dirigiendo cada una de manera adecuada y cancelando los ecos. Un componente clave es la red de equilibrio, que comprende inductores y condensadores sintonizados para imitar la impedancia de la línea (normalmente 600-900 ohmios con elementos reactivos como condensadores de 2 µF), lo que garantiza un efecto local mínimo (escuchar la propia voz) y una separación efectiva de la señal.[45]
Las señales eléctricas generadas son de bajo nivel: el micrófono de gránulos de carbono emite normalmente entre 1 y 10 mV para una entrada de voz normal, lo que refleja su alta sensibilidad a las variaciones de presión. Esto se amplifica dentro del teléfono o en la central para alcanzar niveles de línea de aproximadamente -10 dBm, proporcionando potencia suficiente para la transmisión a través de la red telefónica pública conmutada sin una atenuación excesiva.[46]
Transmisión y conmutación de señales.
En los sistemas telefónicos analógicos, las señales se transmiten a través de líneas de transmisión de dos hilos que consisten en cables de cobre de par trenzado, que transportan señales de voz bidireccionales en el rango de frecuencia de aproximadamente 300 a 3400 Hz.[47] Estos pares minimizan la interferencia electromagnética mediante torsión, lo que permite conexiones de bucle local confiables desde los teléfonos de los suscriptores hasta las oficinas centrales.[48] La atenuación de la señal en dichas líneas surge de pérdidas resistivas y aumenta con la frecuencia y la distancia; la atenuación AAA en decibelios por kilómetro viene dada por
dB/km, donde PinP_{\text{in}}Pin y PoutP_{\text{out}}Pout son las potencias de entrada y salida, respectivamente.[49] Para los típicos cables de par trenzado de 0,5 mm utilizados en telefonía, la atenuación máxima es de alrededor de 8,25 dB/km, aunque los valores varían según el calibre del conductor y la carga.[49]
Los primeros cambios de señal se basaban en tableros de distribución manuales introducidos en 1878, donde los operadores usaban enchufes de cable para conectar físicamente las líneas entrantes y salientes en una central, estableciendo circuitos para la transmisión de voz. Este método, que requiere mucha mano de obra, manejó volúmenes crecientes de llamadas, pero estaba limitado por la velocidad humana y las tasas de error.[50] Para automatizar el enrutamiento, Almon Strowger desarrolló el interruptor electromecánico paso a paso en 1891, que utilizaba selectores en forma de dedos impulsados por pulsos de marcación para enrutar progresivamente las llamadas a través de bancos de contactos sin la intervención del operador.
Los intercambios centralizados empleaban marcación por pulsos, donde un dial giratorio generaba interrupciones en la corriente del circuito para codificar dígitos; por ejemplo, el dígito 0 produjo 10 pulsos por segundo al abrir el circuito 10 veces en un intervalo de 1 segundo.[52] Los selectores automáticos en la central contaban estos pulsos para hacer avanzar los interruptores y conectar a la parte llamada.[51] En 1938, los sistemas de conmutación de barras transversales mejoraron la eficiencia utilizando rejillas electromagnéticas de barras horizontales y verticales, donde los solenoides seleccionaban puntos de cruce para formar caminos, reduciendo el desgaste y permitiendo conexiones más rápidas y confiables que los mecanismos paso a paso.
Los protocolos de señalización facilitaron el establecimiento y la supervisión de las llamadas: el timbre se iniciaba superponiendo un voltaje de CA de 75 a 90 V a 16 a 25 Hz en la línea para activar el timbre del teléfono llamado, mientras que la detección de descolgado se basaba en una corriente de bucle de CC de 20 a 50 mA que fluía a través del bucle del abonado cuando se levantaba el auricular. Para la transmisión a larga distancia, Mihajlo Pupin introdujo en 1899 bobinas de carga (inductores espaciados a lo largo de líneas para satisfacer la condición de Heaviside para una propagación sin distorsión), ampliando el alcance de la voz clara al contrarrestar los desequilibrios capacitivos e inductivos. Desde la década de 1940, los sistemas de retransmisión por microondas complementaron las líneas alámbricas, utilizando enlaces de radio con línea de visión en frecuencias de alrededor de 4 a 6 GHz para retransmitir canales de voz multiplexados a lo largo de cientos de kilómetros con una latencia mínima.
Variantes con sonido
Las variantes del teléfono alimentadas por sonido funcionan sin baterías ni fuentes eléctricas externas, aprovechando la energía acústica de la voz del usuario para generar la corriente de transmisión. El mecanismo central implica un diafragma que vibra en respuesta a ondas sonoras, modulando mecánicamente un micrófono de gránulos de carbono; esta vibración comprime o afloja los gránulos entre los electrodos, variando su resistencia eléctrica y produciendo una corriente de bajo nivel que refleja la señal de voz. En el extremo receptor, esta corriente impulsa un transductor electromagnético similar para recrear las ondas sonoras, lo que permite la comunicación bidireccional a través de conexiones por cable.[58] Este diseño autoalimentado garantiza el funcionamiento en escenarios de corte de energía, aunque la señal generada permanece débil y sin amplificar.[59]
Estas variantes ganaron prominencia en aplicaciones militares a principios del siglo XX, particularmente a partir de la década de 1910, como herramientas confiables para las comunicaciones de campo en entornos austeros. El teléfono de campo accionado por sonido EE-108, fabricado por Connecticut Telephone and Electrical, ejemplifica los diseños de esta época; Desarrollado a finales de la década de 1930 y ampliamente utilizado durante la Segunda Guerra Mundial hasta la Guerra de Corea, admitía enlaces de voz a través de cables emparejados, con alcances efectivos de hasta aproximadamente 15 kilómetros en condiciones ideales. Estos teléfonos eran esenciales para la coordinación táctica, conectando las posiciones avanzadas con los centros de mando sin depender de una infraestructura de poder centralizada.[60]
En términos de diseño, los teléfonos con sonido suelen incorporar un auricular compacto y duradero que combina el micrófono y el altavoz en una sola unidad, a menudo recubierto de cuero o lona para su portabilidad y protección contra los peligros ambientales. Al carecer de marcación giratoria o de botón, dependen de cableado directo punto a punto, con un generador magnético manual en la base para producir señales de timbre a través de corriente inducida en la línea. Esta simplicidad facilitó una rápida instalación en zonas de combate, priorizando la robustez sobre la conveniencia.[60]
Las principales limitaciones surgen de las limitaciones inherentes a la potencia generada por voz: la intensidad de la señal es insuficiente para hablar en voz baja, lo que a menudo requiere que los usuarios griten directamente al transmisor para una recepción inteligible, y la distancia de transmisión está severamente restringida por la resistencia de la línea y la falta de amplificación, y rara vez excede unos pocos kilómetros en un cable estándar.[59] La interferencia de ruido y la necesidad de estar muy cerca del dispositivo reducen aún más la usabilidad en entornos dinámicos.[59]
En las aplicaciones contemporáneas, los teléfonos con sonido perduran en nichos especializados donde la independencia de poder es primordial, como los sistemas marítimos en buques de guerra para enlaces de emergencia entre barcos o dentro de barcos durante apagones o daños en batalla. También sirven en intercomunicadores de aviación para la coordinación entre la cabina y la tierra o la tripulación en escenarios de aeronaves sin motor, y como teléfonos de emergencia de respaldo en sitios industriales o silvestres remotos, lo que garantiza comunicaciones vitales cuando fallan las redes eléctricas.[61][58] Estos sistemas siguen siendo valorados por su confiabilidad a prueba de fallas, a menudo integrados como circuitos auxiliares en embarcaciones modernas junto con alternativas motorizadas.[61]
Teléfonos analógicos
Primeros diseños comerciales
Los primeros diseños de teléfonos analógicos comercialmente viables surgieron a finales de la década de 1870, basándose en el transmisor de carbono inventado por Francis Blake, que mejoraba la claridad de la voz mediante el uso de carbono granulado para variar la resistencia eléctrica en respuesta a las ondas sonoras. En 1878, el teléfono transmisor Blake se presentó como un modelo vertical de madera con una boquilla separada para hablar y un auricular para escuchar, lo que permitía a los usuarios sostener el receptor en un oído mientras hablaban por el transmisor fijo, un diseño que marcó el cambio de transmisores experimentales basados en líquidos a unidades prácticas y producibles en masa. Esta configuración abordó las primeras limitaciones acústicas y se convirtió en un estándar para las instalaciones iniciales de Bell System, con más de 600.000 unidades fabricadas en 1901.
En la década de 1890, los teléfonos magnéticos montados en la pared se volvieron frecuentes, particularmente en áreas rurales y semirrurales donde no había energía central disponible. Estos dispositivos con carcasa de roble o nogal incorporaban una manivela conectada a un generador magnético, que producía corriente alterna para hacer sonar la campana en el extremo receptor sin depender de la energía de la batería para la señalización. El diseño generalmente incluía un transmisor y un receptor separados montados en una caja con bisagras, lo que permitía líneas multipartitas comunes en las comunidades agrícolas, y permanecieron en uso durante décadas debido a su simplicidad y durabilidad en entornos fuera de la red.
El modelo de candelabro, introducido por Western Electric en 1904 como soporte de escritorio número 20B, representó una evolución más compacta para hogares y oficinas urbanas. Este soporte alto y delgado de latón o niquelado sostenía el transmisor a la altura de la boca, junto con un receptor de mano que los usuarios llevaban a la oreja, lo que reducía la necesidad de montarlo en la pared y mejoraba la portabilidad dentro de una habitación.[66] El diseño persistió hasta la década de 1930, con millones de unidades producidas, ya que equilibraba la funcionalidad con el atractivo estético en configuraciones de escritorio.[63]
Hawthorne Works de Western Electric, operativa desde 1905 en Cicero, Illinois, aumentó la producción a millones de unidades anualmente en la década de 1910, aprovechando técnicas de línea de montaje para reducir los costos desde un equivalente de aproximadamente tres días de salario (aproximadamente 3 dólares en términos laborales de 1880) a menos de 10 dólares por unidad en 1900.
Para mayor comodidad, los primeros teléfonos de la década de 1910 comenzaron a combinar el transmisor y el receptor en una sola unidad ergonómica, lo que permitía el manejo con una sola mano y reducía el volumen de componentes separados.[66] Estos accesorios, inicialmente probados en aplicaciones militares, pasaron a modelos comerciales a fines de la década de 1910, simplificando la interacción del usuario tanto en diseños de escritorio como de pared.
Modelos residenciales y de negocio.
Los equipos de escritorio Western Electric 102 y 202, introducidos a finales de la década de 1920, marcaron los primeros teléfonos de escritorio residenciales ampliamente adoptados con un único auricular integrado y mecanismo de marcación, reemplazando los diseños anteriores de transmisor y receptor separados. Estos modelos, con sus bases redondas o cuadradas y circuitos anti-tono local para conversaciones más claras, se convirtieron en elementos básicos en los hogares estadounidenses durante la década de 1930, enfatizando la durabilidad y la facilidad de uso para las llamadas diarias.[70]
Las innovaciones en materiales mejoraron la durabilidad en la década de 1940, cuando se adoptó la baquelita, un plástico termoestable moldeable y resistente al calor inventado por Leo Baekeland, para las carcasas de los teléfonos, como en el modelo 302 a partir de 1941, reemplazando al metal para evitar la deformación y permitir el moldeado en masa.
En 1937, el modelo 302 de Western Electric introdujo más mejoras, incluida una carcasa de baquelita o zinc fundido a presión que albergaba el timbre y los componentes de red internamente por primera vez en un conjunto de abonados, reduciendo las necesidades de cableado externo. Este diseño icónico de dial giratorio, a menudo en negro, estableció el estándar estético para los teléfonos de mediados de siglo. El modelo 500 posterior, lanzado en 1949 y producido hasta 1984, solidificó este legado con su construcción totalmente de plástico, un timbre antitintineo mejorado para minimizar los sonidos intrusivos del timbre y componentes modulares para facilitar el mantenimiento, sirviendo como el teléfono residencial omnipresente durante más de tres décadas.
El teléfono Princess de 1959, un modelo compacto de cabecera de Western Electric, estaba destinado al uso personal con su delgada forma ovalada, esfera iluminada para marcar en condiciones de poca luz y función de luz nocturna opcional, disponible en colores pastel para atraer a las mujeres como una extensión decorativa. Comercializado con el lema "Es pequeño... Es encantador... Se ilumina", priorizó la portabilidad y la estética manteniendo la funcionalidad analógica estándar.
Para entornos empresariales, los sistemas telefónicos clave de Bell System surgieron en la década de 1950, con múltiples botones de línea, funcionalidad de espera y capacidades de intercomunicación en una sola unidad para administrar varias extensiones sin la intervención del operador. Esto permitió a los trabajadores de oficina seleccionar y retener llamadas directamente, mejorando la eficiencia en las pequeñas y medianas empresas. Complementándolos, los sistemas analógicos de centralita privada (PBX), comercializados por AT&T desde 1902 pero perfeccionados a mediados del siglo XX, permitieron realizar llamadas internas entre oficinas a través de centralitas centralizadas, enrutando las llamadas entre extensiones antes de conectarse a líneas externas.
Mecanismos de marcación
Los mecanismos de marcación en los teléfonos analógicos permiten a los usuarios iniciar llamadas generando señales eléctricas que indican a la central telefónica que se conecte al número deseado. Los dos métodos principales utilizados históricamente fueron los impulsos de desconexión de bucle (LD), asociados con diales giratorios, y la señalización multifrecuencia de doble tono (DTMF), conocida como tono. Estos sistemas evolucionaron para automatizar el establecimiento de llamadas, reemplazando las operaciones manuales de la centralita, y la marcación rotativa entró en uso comercial por primera vez en Bell System en 1919 en Norfolk, Virginia. DTMF siguió en 1963, ofreciendo una entrada más rápida y versátil.[82][83]
El impulso de desconexión de bucle funciona interrumpiendo mecánicamente la corriente continua (CC) en el circuito de bucle local entre el teléfono y la central. Cuando un usuario gira el dial hasta un dígito y lo suelta, un mecanismo accionado por resorte abre y cierra el circuito un número de veces igual al valor del dígito; por ejemplo, el dígito 1 produce una interrupción, mientras que el dígito 0 produce diez. Esto ocurre a una frecuencia de pulso estándar de 10 pulsos por segundo (10 Hz), y cada pulso consta de un período de interrupción (circuito abierto) seguido de un período de conexión (circuito cerrado) en una proporción de 60/40 (60 % de interrupción, 40 % de conexión). La pausa mínima entre dígitos es de 300 milisegundos para permitir que la central registre cada dígito.[84] Este enfoque electromecánico era fiable en los primeros intercambios automáticos, pero requería una sincronización precisa para evitar errores.[84]
La señalización multifrecuencia de doble tono (DTMF), introducida por Bell System el 18 de noviembre de 1963, utiliza generación de tonos electrónicos en lugar de interrupción mecánica. Al presionar una tecla en el teclado de tonos se produce un par de tonos de audio simultáneos, uno de un grupo de baja frecuencia (697 Hz, 770 Hz, 852 Hz o 941 Hz) y otro de un grupo de alta frecuencia (1209 Hz, 1336 Hz, 1477 Hz o 1633 Hz), transmitidos a través del canal de voz. Por ejemplo, el dígito 1 genera 697 Hz y 1209 Hz. Cada tono dura aproximadamente 100 milisegundos, lo que permite una señalización más rápida que la pulsación LD.[82][85] El sistema admite una matriz de teclado 4x4, que incluye teclas no numéricas (A–D) para aplicaciones especializadas, aunque los teléfonos de consumo estándar utilizan 12 teclas.[85]
El pulso LD ofrecía una alta confiabilidad en entornos ruidosos debido a su simplicidad basada en CC, pero era lento: marcar un solo dígito alto como 9 tomaba entre 1,5 y 2 segundos, incluido el tiempo de retorno y las pausas. Por el contrario, DTMF proporcionó un inicio de llamadas más rápido (menos de 1 segundo por dígito), errores reducidos y compatibilidad con servicios de datos como módems al evitar interrupciones de circuitos. A pesar del cambio a DTMF y sistemas digitales, el soporte heredado persiste en las modernas redes telefónicas públicas conmutadas (PSTN) y configuraciones de voz sobre IP (VoIP) a través de convertidores de pulso a tono, que detectan interrupciones de LD y regeneran señales DTMF equivalentes para compatibilidad.[84]
Teléfonos digitales
Transición de analógico
La transición a la telefonía digital comenzó con el desarrollo de la modulación por impulsos codificados (PCM), una técnica inventada por el ingeniero británico Alec Reeves en 1937 mientras trabajaba en los Laboratorios Internacionales de Teléfono y Telégrafo de París. PCM codifica señales de voz analógicas en formato digital muestreando la forma de onda de audio a una velocidad de 8 kHz (el doble del componente de frecuencia más alta del habla telefónica (4 kHz)) y cuantificando cada muestra en un valor de 8 bits, que representa 256 niveles discretos. Esto da como resultado una velocidad de bits estándar de 64 kbps por canal de voz, lo que permite una transmisión digital sólida a través de la infraestructura existente.[86][87][88]
La implementación práctica se aceleró en la década de 1960 con la introducción del sistema portador T1 por parte de Bell Labs en 1962, que multiplexaba 24 canales de voz codificados en PCM en un único flujo digital de 1,544 Mbps a través de líneas de cobre de par trenzado. La estructura de trama T1 incluye 24 canales de ocho bits más un bit de trama para sincronización, con señalización de bits robados (donde el bit menos significativo de ciertas tramas se toma prestado para información de control sin degradar significativamente la calidad de la voz), lo que permite una integración eficiente de la señalización en el flujo de datos. Complementando esto, Bell Labs implementó el Sistema de Conmutación Electrónica No. 1 (#1 ESS) en 1965, el primer interruptor de control de programa almacenado a gran escala para telefonía digital conmutada por circuitos, que utilizaba procesadores electrónicos para enrutar llamadas dinámicamente y reemplazar interruptores electromecánicos paso a paso.
En la década de 1980, el cambio se extendió al bucle local que conectaba a los suscriptores con las oficinas centrales, donde las líneas analógicas del antiguo servicio telefónico (POTS) estaban cada vez más interconectadas con redes digitales a través de terminales digitales remotos (también conocidos como sistemas portadores de bucle digital). Estos terminales, ampliamente implementados en esa década, convirtieron múltiples líneas de suscriptores analógicas en sitios remotos en troncales digitales multiplexadas para su transmisión de regreso a la oficina central, reduciendo la necesidad de largos recorridos analógicos y permitiendo una expansión escalable en áreas suburbanas y rurales. Los beneficios clave de esta transición digital incluyeron una reducción significativa del ruido y la distorsión (inmunes a la interferencia electromagnética que plagaba las líneas analógicas) y una mayor capacidad de red a través de la multiplexación por división de tiempo, lo que permitió más llamadas por par de cables. Además, los métodos de compresión como la modulación diferencial adaptativa de código de pulso (ADPCM) redujeron a la mitad la velocidad de bits a 32 kbps por canal manteniendo la voz con calidad de peaje, optimizando aún más el ancho de banda.
La adopción global cobró impulso con los pilotos de la Red Digital de Servicios Integrados (RDSI) en la década de 1980, que probaron la conectividad digital de extremo a extremo para voz y datos a través de la red telefónica pública conmutada. En la década de 1990, la mayoría de las redes telefónicas centrales del mundo habían hecho la transición a arquitecturas totalmente digitales, con los sistemas PCM y T-carrier formando la columna vertebral de un servicio confiable y de alta capacidad.[94][95]
Voz sobre IP (VoIP)
La voz sobre IP (VoIP) permite la comunicación de voz a través de redes IP de conmutación de paquetes, transmitiendo audio digitalizado como paquetes de datos en lugar de circuitos dedicados, lo que permite una telefonía más flexible y rentable en comparación con los sistemas tradicionales. Este enfoque aprovecha la infraestructura de Internet para enrutar llamadas globalmente, integrándose a menudo con conexiones de banda ancha para sesiones multimedia fluidas.[96]
El estándar H.323, desarrollado por la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT) y aprobado por primera vez en 1996, proporciona un conjunto de protocolos integral para comunicaciones multimedia a través de redes de paquetes, incluidos mecanismos para el establecimiento de llamadas, el control y el transporte de medios utilizando el Protocolo de transporte en tiempo real (RTP) y el Protocolo de control de transporte en tiempo real (RTCP). H.323 admite el registro de terminales, el control de admisión y la gestión del ancho de banda, lo que facilita sesiones audiovisuales confiables en entornos como redes de área local.[96]
Por el contrario, el Protocolo de inicio de sesión (SIP), estandarizado por el Grupo de trabajo de ingeniería de Internet (IETF) en RFC 2543 en 1999 y posteriormente perfeccionado en RFC 3261, sirve como un protocolo de señalización ligero para iniciar, mantener y finalizar sesiones en tiempo real, utilizando direcciones URI en el formato sip:usuario@dominio para identificar a los participantes.[97] SIP opera en la capa de aplicación, lo que permite la interoperabilidad entre diversos dispositivos y redes al separar la señalización de los flujos de medios, que normalmente son manejados por RTP.[98]
Los sistemas VoIP dependen de códecs de audio para comprimir y descomprimir señales de voz para una transmisión eficiente; por ejemplo, G.711 utiliza modulación de código de pulso (PCM) a 64 kbps para ofrecer audio sin comprimir con calidad de pago adecuado para enlaces de gran ancho de banda, mientras que G.729 emplea compresión de predicción lineal excitada por código algebraico de estructura conjugada (CS-ACELP) para lograr velocidades de 8 kbps, ideal para escenarios con ancho de banda limitado. Para mitigar la variación del retraso de los paquetes, conocida como jitter, los terminales VoIP incorporan buffers de jitter que almacenan temporalmente los paquetes entrantes y los reordenan para una reproducción fluida, evitando interrupciones en el flujo conversacional.[99]
La calidad de servicio (QoS) en VoIP enfrenta desafíos debido a la variabilidad de la red, donde la latencia unidireccional debe permanecer por debajo de 150 ms para mantener una calidad de audio comparable a la de la red telefónica pública conmutada, ya que exceder este umbral introduce ecos y retrasos notables.[100] La pérdida de paquetes, a menudo inferior al 1 % en condiciones óptimas, se aborda mediante algoritmos de ocultación que interpolan muestras de audio faltantes en función de los datos circundantes, lo que garantiza la continuidad sin artefactos audibles.[101]
Red digital de servicios integrados (RDSI)
La Red Digital de Servicios Integrados (ISDN) representa un estándar de telecomunicaciones con conmutación de circuitos desarrollado en la década de 1980 para permitir la transmisión digital de voz, datos y otros servicios a través de líneas telefónicas de cobre existentes, proporcionando una ruta de actualización de los sistemas analógicos mediante la digitalización de las comunicaciones de extremo a extremo. Estandarizada por la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT-T), la RDSI divide la capacidad de transmisión en canales portadores (B) para datos de usuario y un canal de datos (D) para señalización y control, lo que permite que múltiples servicios compartan la misma línea sin interferencias. Esta arquitectura admitía velocidades de hasta varios megabits por segundo, lo que facilitaba aplicaciones que requerían mayor ancho de banda que la telefonía analógica tradicional.
ISDN ofrece dos interfaces principales: la interfaz de velocidad básica (BRI) y la interfaz de velocidad primaria (PRI). El BRI, adecuado para uso residencial y de pequeñas empresas, consta de dos canales B de 64 kbps para voz o datos y un canal D de 16 kbps para señalización, lo que produce una velocidad de bits total de 144 kbps después de tener en cuenta la sincronización y los gastos generales. En contraste, el PRI apunta a instalaciones más grandes y agrega múltiples canales B; en Norteamérica y Japón, ofrece 23 canales B a 64 kbps cada uno más un canal D de 64 kbps, logrando un total de 1,544 Mbps (alineado con el entramado T1), mientras que en Europa y otros lugares, ofrece 30 canales B más un canal D para 2,048 Mbps (estándar E1). Estas interfaces utilizan modulación de código de pulso (PCM) para la codificación digital de señales analógicas, y cada canal B transporta 8 bits por muestra a 8 kHz de muestreo para voz de 64 kbps.
El control y señalización de llamadas en RDSI se gestiona a través del canal D utilizando protocolos estandarizados. En Europa y en la mayoría de las implementaciones internacionales (Euro-ISDN), el Sistema de señalización de abonado digital n.° 1 (DSS1) maneja los procedimientos de capa 3 para la configuración, el mantenimiento y la desconexión de la conexión, tal como se define en la Recomendación UIT-T Q.931. Las implementaciones norteamericanas emplean National ISDN-1 (NI-1), una variante adaptada para conmutadores regionales como AT&T 5ESS y Northern Telecom DMS-100, lo que garantiza la compatibilidad con la infraestructura local y al mismo tiempo mantiene la funcionalidad central Q.931. Estos protocolos admiten funciones como identificador de llamadas, llamada en espera y servicios complementarios como el desvío de llamadas.
La RDSI alcanzó su máxima adopción en la década de 1990 para aplicaciones como el fax digital (Grupo 4), la videoconferencia a 128 kbps (uniendo dos canales B) y el acceso temprano a Internet a través de módems de acceso telefónico integrados con líneas BRI, que ofrecían velocidades de hasta 128 kbps antes del surgimiento de la tecnología de línea de abonado digital asimétrica (ADSL).[105] Las empresas valoraron su confiabilidad para transmitir audio de alta calidad y datos sin comprimir a través de circuitos dedicados, con un uso notable en configuraciones de teleconferencia y transmisión remota.[106]
Teléfonos inalámbricos
Sistemas inalámbricos
Los teléfonos inalámbricos, también conocidos como teléfonos inalámbricos, son dispositivos que funcionan con baterías que utilizan radiofrecuencias para establecer enlaces inalámbricos de corto alcance entre un teléfono y una estación base, lo que permite la movilidad dentro de un hogar u oficina sin un cable físico. Estos sistemas suelen funcionar a distancias de 50 a 300 metros, según la tecnología y el entorno, y conectan la estación base a la red telefónica pública conmutada (PSTN) para llamadas externas.[110]
La primera generación de teléfonos inalámbricos surgió en la década de 1980 como sistemas analógicos que operaban en las bandas de 40 a 50 MHz, como 46,60 a 46,98 MHz para estaciones base y 48,75 a 49,51 MHz para teléfonos móviles, según las regulaciones de la FCC. Estos primeros modelos ofrecían un alcance limitado de unos 50 a 100 metros y eran muy susceptibles a la interferencia de fuentes como luces fluorescentes u otros dispositivos de radio, lo que provocaba una mala calidad de audio y frecuentes interrupciones. Para mitigar la congestión y la interferencia, la FCC requería la selección automática de canales entre 10 y 15 frecuencias emparejadas, con una intensidad de campo limitada a 10.000 µV/m a 3 metros para garantizar un funcionamiento de baja potencia.
Las normas inalámbricas digitales abordaron estas limitaciones, siendo la más destacada las telecomunicaciones inalámbricas digitales mejoradas (DECT), normalizadas por el Instituto Europeo de Normas de Telecomunicaciones (ETSI) en 1992.[110] DECT opera en la banda 1,88-1,90 GHz utilizando 10 frecuencias portadoras espaciadas a 1,728 MHz, proporcionando hasta 120 canales dúplex mediante acceso múltiple por división de tiempo (TDMA).[110] Incorpora cifrado a través del cifrado estándar DECT (DSC), un cifrado de flujo que ofrece seguridad de 64 bits en las primeras implementaciones, posteriormente mejorado a algoritmos basados en AES-128 para mejorar la privacidad y la resistencia a las escuchas ilegales. Esto da como resultado un audio más claro, interferencias reducidas y un alcance ampliado de hasta 300 metros en exteriores, lo que hace que DECT sea adecuado para espacios interiores más grandes.[110]
La estación base en los sistemas inalámbricos sirve como concentrador central y se conecta a la PSTN a través de un conector telefónico analógico estándar RJ-11 para enrutar las llamadas a la red cableada.[111] Administra múltiples teléfonos y admite una transferencia fluida (donde una llamada en curso cambia de un teléfono o base a otro sin interrupción) a través de procedimientos de transferencia internos o externos definidos en los protocolos DECT.[112] En la década de 2000, muchos teléfonos inalámbricos cambiaron a la banda ISM sin licencia de 2,4 GHz, empleando técnicas de espectro ensanchado por salto de frecuencia (FHSS) o espectro ensanchado de secuencia directa (DSSS) para mejorar la calidad de la señal y mitigar la interferencia de dispositivos coexistentes como Wi-Fi.[113] Estos modelos, certificados según las reglas FCC Parte 15 para dispositivos de espectro extendido, mejoraron la confiabilidad en entornos de radio concurridos y al mismo tiempo mantuvieron la compatibilidad con funciones similares a DECT.[113]
Los sistemas inalámbricos modernos enfatizan la conveniencia del usuario con características tales como soporte para múltiples teléfonos por base (a menudo ampliables a 6 o más) y funcionalidad de intercomunicación incorporada, que permite la comunicación directa entre teléfonos para llamadas internas o buscapersonas.[114] La duración de la batería suele proporcionar entre 10 y 30 horas de conversación y hasta 400 horas en espera, alimentada por celdas Ni-MH recargables que se cargan a través de la base.[115] El cumplimiento normativo sigue regido por la Parte 15 de la FCC, que limita las emisiones y exige códigos de seguridad para evitar el acceso no autorizado, y evoluciona junto con la integración de capacidades VoIP en estaciones base para el funcionamiento híbrido analógico-digital. Esta progresión permite que las bases inalámbricas se conecten directamente a redes IP, admitiendo voz sobre IP (VoIP) junto con las líneas PSTN tradicionales para una mayor flexibilidad.[116]
teléfonos móviles celulares
Los teléfonos móviles, también conocidos como teléfonos móviles, representan un avance fundamental en telefonía al permitir la comunicación portátil de voz y datos en amplias áreas a través de una red de estaciones base terrestres. A diferencia de los sistemas inalámbricos de línea fija o de corto alcance, las redes celulares dividen las regiones geográficas en celdas más pequeñas, cada una de las cuales cuenta con una estación base que se conecta a un centro de conmutación móvil, lo que permite a los usuarios mantener llamadas mientras se mueven entre las celdas. Esta infraestructura respalda una movilidad fluida y un uso eficiente del espectro, lo que constituye la columna vertebral de la telefonía inalámbrica moderna.[117]
La primera generación (1G) de sistemas celulares surgió en 1983 con el estándar Advanced Mobile Phone System (AMPS) en Estados Unidos, operando a 800 MHz mediante acceso múltiple por división de frecuencia (FDMA). AMPS empleó transmisión analógica y admitió tamaños de celda que oscilaban entre 1 y 20 km, según el terreno y la densidad urbana, para brindar cobertura en áreas metropolitanas como Chicago, donde se lanzó el primer servicio comercial el 13 de octubre de 1983. El dispositivo portátil comercial inaugural fue el Motorola DynaTAC 8000X, que facilitó el debut del sistema, basándose en prototipos anteriores; En particular, una llamada de demostración en 1973 realizada por Martin Cooper de Motorola a Joel Engel de Bell Labs destacó el potencial de la tecnología celular portátil.
La transición a los sistemas digitales de segunda generación (2G) comenzó en 1991, con el estándar del Sistema Global para Comunicaciones Móviles (GSM) implementado por primera vez en Europa a 900 MHz y luego ampliado a 1800 MHz utilizando acceso múltiple por división de tiempo (TDMA). En Estados Unidos, 2G adoptó TDMA a través de AMPS digitales (D-AMPS) y acceso múltiple por división de código (CDMA) a través de IS-95, operando principalmente a 800 MHz y 1900 MHz, lo que marcó un cambio hacia la codificación digital para mejorar la seguridad y la eficiencia. Una innovación clave en 2G fue la introducción del servicio de mensajes cortos (SMS) en 1992, cuando el ingeniero Neil Papworth envió el primer mensaje de texto, "Feliz Navidad", a través de una red GSM desde una computadora al teléfono de un ejecutivo de Vodafone.
Las redes de tercera generación (3G) llegaron en 2001, lideradas por el Sistema Universal de Telecomunicaciones Móviles (UMTS) que utiliza una interfaz aérea CDMA de banda ancha (WCDMA), y NTT DoCoMo lanzó el primer servicio 3G comercial del mundo en Japón. UMTS admitía velocidades de datos de conmutación de paquetes de hasta 384 kbps para usuarios móviles, lo que permitía un acceso temprano a Internet móvil y servicios multimedia más allá de voz y SMS. Esta generación amplió 2G al integrar dominios de conmutación de paquetes y circuitos, facilitando aplicaciones como la navegación web móvil.
Comunicaciones por satélite
Las comunicaciones por satélite permiten servicios telefónicos en áreas remotas y globales donde la infraestructura terrestre no está disponible, utilizando satélites en órbita para transmitir señales de voz entre terminales portátiles y estaciones terrestres. Estos sistemas operan principalmente en órbita geoestacionaria (GEO) o en órbita terrestre baja (LEO), brindando cobertura para aplicaciones marítimas, de aviación y de respuesta a desastres. Los primeros desarrollos se centraron en las necesidades marítimas y evolucionaron para admitir la telefonía portátil con codificación de voz digital.
Los sistemas de órbita geoestacionaria, como Inmarsat, establecido en 1979 por la Organización Marítima Internacional, utilizan satélites a aproximadamente 35.786 km de altitud para ofrecer servicios de frecuencia de banda L para telefonía de voz. Inmarsat lanzó su primer satélite exclusivo en 1981, permitiendo comunicaciones marítimas globales con una posición satelital fija con respecto a la Tierra, lo que simplifica el seguimiento pero introduce una latencia de aproximadamente 250 ms debido a la distancia de ida y vuelta de la señal de aproximadamente 72.000 km. Estos sistemas admiten llamadas de voz a velocidades de datos de hasta 9,6 kbps, priorizando la confiabilidad sobre la velocidad para aplicaciones como la telefonía de barco a costa.[136]
Las constelaciones de órbita terrestre baja, ejemplificadas por Iridium lanzado en 1998, despliegan 66 satélites a 780 km de altitud para una cobertura global de polo a polo utilizando acceso múltiple por división de tiempo (TDMA) para la transmisión de voz. Los satélites reticulados de Iridium permiten un enrutamiento perfecto entre satélites, con cada satélite visible durante aproximadamente 7 a 10 minutos, lo que requiere transferencias de haz cada 10 minutos para mantener las llamadas. Los servicios de voz funcionan a 2,4 kbps y admiten audio digital claro en áreas remotas. Los terminales portátiles como el Iridium 9505 de finales de la década de 1990 pesaban alrededor de 375 gramos, mientras que los dispositivos modernos como el Iridium Extreme son más delgados y tienen GPS integrado para llamadas con ubicación mejorada.
Estos sistemas encuentran un uso crítico en operaciones marítimas bajo el Sistema Mundial de Seguridad y Socorro Marítimos (GMDSS), comunicaciones de tripulaciones de aviación y zonas de desastre donde fallan las redes celulares, lo que garantiza conectividad de voz a velocidades de 2,4 a 9,6 kbps. Por ejemplo, Iridium apoya la respuesta de emergencia en huracanes y expediciones remotas. Sin embargo, los desafíos incluyen requisitos de alta potencia para los terminales (potencia de transmisión de 10 a 50 W para un enlace ascendente confiable), costos de llamada de 1 a 2 dólares por minuto y una latencia GEO que afecta la conversación en tiempo real, aunque LEO la reduce a menos de 50 ms. Los avances recientes, como el servicio Direct to Cell de Starlink iniciado en la década de 2020, aprovechan la banda ancha LEO para llamadas de voz similares a VoIP directamente a teléfonos inteligentes estándar, mejorando la accesibilidad sin hardware especializado.[139][140][141][142]
Evoluciones modernas
Integración de teléfonos inteligentes
La integración de la telefonía en los teléfonos inteligentes transformó el teléfono de un dispositivo de comunicación dedicado a una plataforma informática multifuncional, donde las llamadas de voz se convirtieron en una de muchas funciones junto con la informática, el acceso a Internet y las aplicaciones. Esta evolución comenzó con dispositivos pioneros como el IBM Simon Personal Communicator, lanzado en agosto de 1994, reconocido como el primer teléfono inteligente. Combinó capacidades de llamadas de voz con funciones de asistente digital personal (PDA), incluida una pantalla táctil monocromática para correo electrónico, gestión de calendario, libreta de direcciones y aplicaciones básicas como calculadora y bloc de notas, todo ello impulsado por un sistema operativo personalizado.[143][144]
Se produjo un avance fundamental con la introducción del iPhone de Apple el 9 de enero de 2007, que revolucionó el diseño de teléfonos inteligentes a través de su pantalla multitáctil capacitiva y el sistema operativo iOS. El dispositivo integró a la perfección llamadas de voz móviles con conectividad Wi-Fi y servicios de datos 3G, lo que permitió a los usuarios realizar llamadas, navegar por la web y acceder a multimedia sin teclados ni lápices físicos, estableciendo un nuevo estándar para interfaces telefónicas intuitivas.[145][146] En 2008, Google lanzó Android, un sistema operativo de código abierto basado en el kernel de Linux, que permitió a los fabricantes crear teléfonos inteligentes personalizables con aplicaciones de telefonía que ampliaban las funciones de llamadas mediante el desarrollo de software de terceros.[147][148]
Los teléfonos inteligentes contemporáneos mejoran la telefonía a través de funciones avanzadas como Voz sobre LTE (VoLTE), que debutó con demostraciones comerciales en 2011 y permitió llamadas de voz de alta definición (HD) a través de redes 4G LTE para una calidad de audio más clara y conexiones más rápidas.[149] Las llamadas Wi-Fi sirven como un recurso confiable, enrutando las llamadas de voz a través de redes inalámbricas cuando las señales celulares son débiles, asegurando una comunicación ininterrumpida.[150] Las innovaciones de hardware, como el sistema en chips (SoC) Snapdragon de Qualcomm, integran el módem celular directamente con el procesador y otros componentes, optimizando la eficiencia energética y el rendimiento para tareas de voz y datos. A partir de 2019, los módems 5G integrados en estos SoC admitieron bandas sub-6 GHz y mmWave, lo que mejoró aún más la latencia de las llamadas y el ancho de banda para telefonía.[151][152]
El ecosistema de teléfonos inteligentes refuerza la telefonía a través de tiendas de aplicaciones que alojan aplicaciones de Voz sobre IP (VoIP), como por ejemplo WhatsApp, que se lanzó en 2009 como un servicio de mensajería multiplataforma y luego incorporó llamadas de voz gratuitas basadas en Internet.[153] Los paquetes de operadores, configuraciones de software proporcionadas por operadores móviles, agilizan la gestión de tarjetas SIM tradicionales y tarjetas SIM integradas (eSIM) en teléfonos inteligentes, permitiendo la activación remota y el cambio de planes celulares sin intercambios de hardware físico, según lo estandarizado por la GSMA desde 2016.[154][155]
Uso e infraestructura global
En 2025, había aproximadamente 9.200 millones de suscripciones de telefonía móvil celular en todo el mundo, superando la población mundial y reflejando tasas de penetración superiores a 100 suscripciones por cada 100 habitantes en los países de altos ingresos.[11] Las suscripciones a telefonía fija han disminuido constantemente, alcanzando alrededor de 856 millones en todo el mundo en 2023, o aproximadamente 11 por 100 habitantes, con tasas superiores al 90% en las regiones desarrolladas para el acceso móvil, pero mucho más bajas para las líneas fijas debido al cambio a tecnologías inalámbricas; la disminución continúa en aproximadamente un 3% anual.[156][11]
La columna vertebral de la infraestructura telefónica mundial incluye extensas redes de cables submarinos, con un total de más de 1,48 millones de kilómetros en servicio a principios de 2025, que transportan la mayor parte del tráfico internacional de voz y datos.[157] Además, el despliegue de 5G se ha acelerado: el número de estaciones base en todo el mundo superará los 5 millones para 2025, lo que permitirá mejorar la cobertura y la capacidad de la telefonía móvil en zonas urbanas y rurales en expansión. En 2025, las redes 5G cubrirán el 55 % de la población mundial, con casi 3 mil millones de suscripciones 5G que representarán el 33 % de las suscripciones de banda ancha móvil.[158][159]
El sector de las telecomunicaciones contribuye significativamente a la economía mundial: las tecnologías móviles por sí solas representarán alrededor del 5,8% del PIB, o 6,5 billones de dólares de valor económico añadido en 2025.[160] Para promover el acceso equitativo, los fondos de servicio universal (como los administrados en los Estados Unidos y mecanismos similares en todo el mundo) asignan recursos provenientes de contribuciones de la industria para subsidiar el despliegue de infraestructura en áreas rurales y de alto costo, cerrando las brechas de conectividad para las poblaciones desatendidas.[161]
La regulación internacional de los servicios telefónicos está coordinada por la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT), que establece estándares globales para la interoperabilidad, la gestión del espectro y la calidad del servicio para garantizar una conectividad transfronteriza fluida.[162] Los debates en curso sobre la neutralidad de la red tienen implicaciones para los servicios de voz sobre IP (VoIP), con la preocupación de que las prácticas discriminatorias por parte de los proveedores de servicios de Internet puedan obstaculizar el acceso asequible a la telefonía basada en Internet. Las subastas de espectro, como la Subasta 73 de la Comisión Federal de Comunicaciones de los Estados Unidos para la banda de 700 MHz en 2008, han sido fundamentales en la asignación de frecuencias para redes 4G, generando ingresos sustanciales y ampliando la infraestructura móvil.[163]
Las tendencias mundiales en el uso de la telefonía muestran una disminución de los minutos de voz tradicionales, y se prevé que el tráfico de voz internacional caerá un 15% en cinco años debido al aumento de las aplicaciones de mensajería y los servicios over-the-top (OTT) que ofrecen alternativas rentables.[164] Este cambio equivale a una disminución anual aproximada del 3 al 5 por ciento en el uso de voz en muchos mercados, lo que llevó a los operadores a diversificar los ingresos a través de los servicios de datos.[165] Los servicios de emergencia como el 911 mejorado (E911) en los Estados Unidos siguen siendo fundamentales: atienden más de 240 millones de llamadas al año, de las cuales más del 80% provienen de dispositivos inalámbricos y requieren un seguimiento preciso de la ubicación para una respuesta rápida.[166]
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La invención del teléfono surgió de experimentos de mediados del siglo XIX sobre la transmisión eléctrica de sonido, basándose en avances anteriores de la telegrafía. El inventor italiano Antonio Meucci desarrolló uno de los primeros dispositivos de comunicación de voz conocido como teletrofono alrededor de 1849 mientras trabajaba en Cuba, utilizando una membrana vibratoria conectada a un electroimán para transmitir la voz a través de cables entre las habitaciones de su residencia. En 1854, Meucci lo había perfeccionado hasta convertirlo en un sistema práctico para la transmisión de voz a corta distancia, aunque las limitaciones financieras limitaron su desarrollo posterior después de su inmigración a los Estados Unidos en 1850. En 1871, Meucci presentó una advertencia de patente ante la Oficina de Patentes de Estados Unidos describiendo su "telégrafo de cueva" para transmitir sonidos vocales telegráficamente, pero caducó debido a tarifas impagas en 1874.
El inventor alemán Johann Philipp Reis avanzó estas ideas con su teléfono Reis, demostrado públicamente por primera vez el 26 de octubre de 1861 ante la Sociedad de Física de Frankfurt. El dispositivo de Reis presentaba una membrana vibratoria unida a un contacto de platino que interrumpía un circuito eléctrico para transmitir tonos musicales y algunos sonidos del habla a distancias de hasta 100 metros, aunque tenía problemas con una articulación de voz clara. Entre 1861 y 1863, Reis construyó tres modelos iterativos, y la versión final utilizaba un contacto de filo de platino revestido de corcho para modular la corriente en función de las vibraciones del sonido, lo que le valió el reconocimiento por ser pionero en la transmisión de sonido eléctrico.
Alexander Graham Bell, un inventor escocés centrado en telégrafos armónicos para múltiples señales simultáneas, logró el primer teléfono práctico en 1876. Los primeros trabajos de Bell incluyeron el telégrafo armónico de 1875, que utilizaba lengüetas sintonizadas para transmitir tonos, lo que llevó a su diseño de transmisor líquido presentado bajo la patente estadounidense 174,465 el 14 de febrero de 1876, para "Mejora en telegrafía" que permitía la transmisión de sonido vocal a través de ondulaciones. corrientes.[18] El 10 de marzo de 1876, en Boston, Bell transmitió con éxito la primera frase inteligible: "Sr. Watson, venga aquí, quiero verlo", a su asistente Thomas Watson utilizando un teléfono experimental con estructura de horca, un modelo impulsado por sonido con una membrana tensa sobre un electroimán. Este avance siguió a los prototipos anteriores de marco de horca de Bell de finales de 1875, que producían sonidos parecidos a voces confusos pero allanaron el camino para un habla más clara.
Ese mismo día, el inventor estadounidense Elisha Gray presentó una advertencia de patente para un telégrafo armónico adaptado para voz, describiendo un transmisor de resistencia variable a base de agua casi idéntico al enfoque de Bell, presentado pocas horas después de la solicitud de patente completa de Bell. La Oficina de Patentes de Estados Unidos concedió la patente a Bell el 7 de marzo de 1876, lo que provocó intensas disputas legales sobre la prioridad, incluidas reclamaciones de supresión de advertencias e intercambio de información. En 1879, un tribunal de circuito federal falló a favor de Bell en el importante caso inicial, afirmando sus reclamaciones de invención contra rivales como la Western Union Telegraph Company, aunque persistieron más apelaciones. La Corte Suprema de Estados Unidos confirmó las patentes de Bell en 1888 por un estrecho margen de 4 a 3 en los Casos del Teléfono, solidificando su reconocimiento legal como inventor del teléfono a pesar de los debates en curso que involucraban a Meucci y Reis. En 2002, la Cámara de Representantes de los Estados Unidos aprobó una resolución (H.Res. 269) reconociendo el trabajo pionero de Antonio Meucci y honrándolo por su papel en la invención del teléfono.[23]
Comercialización y expansión
Tras la exitosa patente del teléfono en 1876, Alexander Graham Bell, junto con los patrocinadores financieros Gardiner Greene Hubbard y Thomas Sanders, formaron Bell Telephone Company el 9 de julio de 1877 en Boston, Massachusetts, para comercializar la invención y gestionar sus patentes. Esta entidad inicialmente operó sin capital formal, pero rápidamente consiguió inversiones, incluidas las de Sanders, para respaldar la fabricación y el despliegue.[25] El primer producto comercializable de la empresa fue el teléfono magnético de 1877, un instrumento estilo caja de madera que combinaba funciones de transmisor y receptor, con un generador de manivela para producir corriente de señalización mediante inducción electromagnética, lo que permitía alertas confiables al operador sin baterías externas.
La viabilidad comercial avanzó significativamente con el transmisor de carbono de Thomas Edison, patentado como patente estadounidense 474.230 el 3 de mayo de 1892 (presentada el 27 de abril de 1877), que utilizaba un micrófono de gránulos de carbono para amplificar el volumen y la claridad de la voz, abordando las débiles señales del diseño original de base líquida de Bell. Esta mejora, concedida a Bell después de un acuerdo de 1879 con Western Union, hizo prácticas las conversaciones a larga distancia y estimuló una adopción generalizada. En 1882, la American Bell Telephone Company adquirió Western Electric Manufacturing Company, estableciéndola como el brazo de fabricación exclusivo de equipos telefónicos en los Estados Unidos, incluida la producción de los primeros conmutadores manuales que conectaban a múltiples suscriptores a través de operadores.
La expansión global del teléfono se aceleró en la década de 1880, cuando la International Bell Telephone Company, fundada en 1879 en Bruselas, supervisó las operaciones europeas. En la década de 1880, el inventor ruso Pavel Golubitsky desarrolló un micrófono de carbono mejorado (1883) y propuso un suministro de energía mediante batería central (1885-1886), conceptos clave para centrales y redes telefónicas.[30] La primera línea telefónica internacional en Europa se abrió entre París y Bruselas en enero de 1887, abarcando 195 millas y utilizando cables aéreos para conectar las centrales de las ciudades. Para 1900, se habían establecido redes telefónicas en Europa (por ejemplo, más de 900.000 suscriptores en Alemania), Asia (por ejemplo, la central japonesa de Tokio operativa desde 1883 y alrededor de 9.000 líneas en la India) y América Latina (por ejemplo, el sistema de Brasil introducido en 1881 con menos de 10.000 usuarios).
En Estados Unidos, Bell Telephone Company mantuvo su dominio a través de su monopolio de patentes hasta que las patentes clave expiraron entre 1893 y 1894, lo que provocó desafíos antimonopolio y el surgimiento de compañías telefónicas independientes que construyeron redes paralelas. A principios de 1900, estos independientes sumaban más de 6.000, atendían a más de 1 millón de suscriptores y desafiaban el control de Bell, aunque persistían las disputas de interconexión.
avances del siglo XX
La invención del dial giratorio por Almon Brown Strowger, un empresario de pompas fúnebres de Kansas City, Missouri, marcó un cambio fundamental hacia la telefonía automatizada. Strowger desarrolló el dispositivo en medio de sospechas de que los operadores telefónicos estaban desviando llamadas de su negocio, lo que lo llevó a solicitar una patente para una central telefónica automática en 1889, que fue concedida como patente estadounidense 447,918 el 10 de marzo de 1891. Este mecanismo de interruptor paso a paso utilizaba orificios para los dedos en un dial para generar pulsos eléctricos para enrutar llamadas sin intervención humana. Una patente posterior, la estadounidense 486.909, expedida el 29 de noviembre de 1892, perfeccionó la interfaz de dial giratorio, permitiendo a las personas que llamaban seleccionar conexiones directamente. La primera central automática comercial que utilizó esta tecnología se abrió en La Porte, Indiana, en 1892, con una adopción más amplia en 1897 cuando la central telefónica automática Strowger amplió las instalaciones, redujo la dependencia de los conmutadores manuales y mejoró la eficiencia en las redes urbanas en crecimiento.
Los diseños de teléfonos de principios del siglo XX evolucionaron desde modelos verticales montados en la pared hasta formas más fáciles de usar. El teléfono de candelabro, introducido por Western Electric en la década de 1910, presentaba un soporte de transmisor alto y delgado con un receptor separado, que ofrecía una ergonomía mejorada con respecto a las unidades cuadradas anteriores y al mismo tiempo mantenía la compatibilidad con las líneas existentes. Este diseño dominó el uso residencial y comercial durante la década de 1920. En 1927, Western Electric presentó el primer auricular de escritorio integrado, que combinaba el transmisor y el receptor en una única unidad ergonómica montada sobre una base redondeada, lo que simplificó la fabricación y la interacción del usuario. Esta innovación sentó las bases para modelos posteriores como la serie 202 en la década de 1930, enfatizando la durabilidad y el atractivo estético en la telefonía producida en masa. A finales de la década de 1920, estos juegos de escritorio se convirtieron en estándar, lo que facilitó una adopción más amplia en los hogares.
La mitad del siglo XX trajo componentes electrónicos transformadores a la telefonía. En diciembre de 1947, los científicos John Bardeen, Walter Brattain y William Shockley de los Laboratorios Bell demostraron el primer transistor de contacto puntual, un dispositivo semiconductor de estado sólido que amplificaba señales sin la fragilidad y el calor de los tubos de vacío. Este avance, anunciado públicamente en 1948, permitió la miniaturización de los equipos telefónicos, lo que condujo a teléfonos y equipos de conmutación más compactos y confiables en la década de 1950. Los circuitos transistorizados redujeron el consumo de energía y las necesidades de mantenimiento, allanando el camino para sistemas portátiles y automatizados que mejoraron la escalabilidad de la red.
Principios técnicos
Conversión acústica a eléctrica
En los teléfonos tradicionales, el proceso de conversión acústica a eléctrica comienza en el transmisor, donde las ondas sonoras de la voz del hablante se capturan y transforman en una señal eléctrica proporcional a las variaciones acústicas. Luego, esta señal se transmite a través de la línea telefónica al receptor del otro extremo, donde se reconvierte en ondas sonoras audibles. Las primeras innovaciones en este mecanismo fueron iniciadas a través de patentes de Alexander Graham Bell en 1876, que describía un transmisor que utilizaba una armadura vibratoria para inducir corrientes ondulatorias que imitaban sonidos vocales, y de Thomas Edison, quien introdujo un diseño más práctico a base de carbono en 1877 (patente estadounidense 474.230, presentada en 1877, expedida en 1892).
El micrófono de gránulos de carbono, un diseño fundamental de Edison, sirve como transmisor central en los primeros teléfonos analógicos y en muchos posteriores. Las ondas de presión sonora inciden sobre un diafragma delgado conectado a una cámara que contiene gránulos de carbono sueltos intercalados entre electrodos metálicos. A medida que el diafragma vibra, comprime o afloja los gránulos, variando la resistencia de contacto RRR dentro del circuito. Con una corriente de línea constante III suministrada por la central telefónica (normalmente 20-50 mA), el voltaje de salida VVV se modula según la ley de Ohm:
donde los cambios en RRR (de aproximadamente 100 a 1000 ohmios) corresponden directamente a la entrada acústica, produciendo una corriente modulada que codifica la señal de voz. Este principio de resistencia variable proporcionó mayor sensibilidad y salida en comparación con diseños electromagnéticos anteriores, lo que permitió una transmisión más clara a largas distancias.
En el extremo receptor, el auricular emplea un receptor electromagnético para invertir el proceso. La señal de CA entrante fluye a través de bobinas enrolladas en los polos de un imán permanente, generando campos magnéticos fluctuantes que atraen y hacen vibrar un diafragma de hierro dulce colocado cerca. Estas vibraciones del diafragma desplazan las moléculas de aire circundantes, recreando ondas de presión que coinciden con la frecuencia y amplitud del sonido original. El imán permanente garantiza un funcionamiento eficiente al mantener un campo de polarización constante, con las variaciones de CA superpuestas para impulsar el diafragma sin requerir energía adicional. Los diseños típicos mantienen un pequeño espacio de aire (alrededor de 0,3 a 0,4 mm) entre el diafragma y los polos magnéticos para optimizar la sensibilidad y evitar la distorsión.[43]
Para garantizar una reproducción de voz inteligible y al mismo tiempo conservar el ancho de banda y minimizar el ruido, los sistemas telefónicos están diseñados para la banda de frecuencia de voz de 300 a 3400 Hz. Este rango captura los armónicos fundamentales del habla humana, excluyendo las frecuencias más bajas por debajo de 300 Hz (que transmiten poco contenido lingüístico) y las más altas por encima de 3400 Hz (que añaden una inteligibilidad mínima pero aumentan la susceptibilidad a las interferencias). El ancho de banda limitado, que abarca aproximadamente 3,1 kHz, permite un procesamiento y transmisión de señales eficientes en las primeras redes analógicas.
La operación full-duplex, que permite hablar y escuchar simultáneamente a través de una sola línea de dos cables, se ve facilitada por el circuito transformador híbrido en cada teléfono. Esta configuración utiliza un circuito puente con transformadores para aislar la ruta de transmisión (señal de micrófono local) de la ruta de recepción (señal de línea entrante), dirigiendo cada una de manera adecuada y cancelando los ecos. Un componente clave es la red de equilibrio, que comprende inductores y condensadores sintonizados para imitar la impedancia de la línea (normalmente 600-900 ohmios con elementos reactivos como condensadores de 2 µF), lo que garantiza un efecto local mínimo (escuchar la propia voz) y una separación efectiva de la señal.[45]
Las señales eléctricas generadas son de bajo nivel: el micrófono de gránulos de carbono emite normalmente entre 1 y 10 mV para una entrada de voz normal, lo que refleja su alta sensibilidad a las variaciones de presión. Esto se amplifica dentro del teléfono o en la central para alcanzar niveles de línea de aproximadamente -10 dBm, proporcionando potencia suficiente para la transmisión a través de la red telefónica pública conmutada sin una atenuación excesiva.[46]
Transmisión y conmutación de señales.
En los sistemas telefónicos analógicos, las señales se transmiten a través de líneas de transmisión de dos hilos que consisten en cables de cobre de par trenzado, que transportan señales de voz bidireccionales en el rango de frecuencia de aproximadamente 300 a 3400 Hz.[47] Estos pares minimizan la interferencia electromagnética mediante torsión, lo que permite conexiones de bucle local confiables desde los teléfonos de los suscriptores hasta las oficinas centrales.[48] La atenuación de la señal en dichas líneas surge de pérdidas resistivas y aumenta con la frecuencia y la distancia; la atenuación AAA en decibelios por kilómetro viene dada por
dB/km, donde PinP_{\text{in}}Pin y PoutP_{\text{out}}Pout son las potencias de entrada y salida, respectivamente.[49] Para los típicos cables de par trenzado de 0,5 mm utilizados en telefonía, la atenuación máxima es de alrededor de 8,25 dB/km, aunque los valores varían según el calibre del conductor y la carga.[49]
Los primeros cambios de señal se basaban en tableros de distribución manuales introducidos en 1878, donde los operadores usaban enchufes de cable para conectar físicamente las líneas entrantes y salientes en una central, estableciendo circuitos para la transmisión de voz. Este método, que requiere mucha mano de obra, manejó volúmenes crecientes de llamadas, pero estaba limitado por la velocidad humana y las tasas de error.[50] Para automatizar el enrutamiento, Almon Strowger desarrolló el interruptor electromecánico paso a paso en 1891, que utilizaba selectores en forma de dedos impulsados por pulsos de marcación para enrutar progresivamente las llamadas a través de bancos de contactos sin la intervención del operador.
Los intercambios centralizados empleaban marcación por pulsos, donde un dial giratorio generaba interrupciones en la corriente del circuito para codificar dígitos; por ejemplo, el dígito 0 produjo 10 pulsos por segundo al abrir el circuito 10 veces en un intervalo de 1 segundo.[52] Los selectores automáticos en la central contaban estos pulsos para hacer avanzar los interruptores y conectar a la parte llamada.[51] En 1938, los sistemas de conmutación de barras transversales mejoraron la eficiencia utilizando rejillas electromagnéticas de barras horizontales y verticales, donde los solenoides seleccionaban puntos de cruce para formar caminos, reduciendo el desgaste y permitiendo conexiones más rápidas y confiables que los mecanismos paso a paso.
Los protocolos de señalización facilitaron el establecimiento y la supervisión de las llamadas: el timbre se iniciaba superponiendo un voltaje de CA de 75 a 90 V a 16 a 25 Hz en la línea para activar el timbre del teléfono llamado, mientras que la detección de descolgado se basaba en una corriente de bucle de CC de 20 a 50 mA que fluía a través del bucle del abonado cuando se levantaba el auricular. Para la transmisión a larga distancia, Mihajlo Pupin introdujo en 1899 bobinas de carga (inductores espaciados a lo largo de líneas para satisfacer la condición de Heaviside para una propagación sin distorsión), ampliando el alcance de la voz clara al contrarrestar los desequilibrios capacitivos e inductivos. Desde la década de 1940, los sistemas de retransmisión por microondas complementaron las líneas alámbricas, utilizando enlaces de radio con línea de visión en frecuencias de alrededor de 4 a 6 GHz para retransmitir canales de voz multiplexados a lo largo de cientos de kilómetros con una latencia mínima.
Variantes con sonido
Las variantes del teléfono alimentadas por sonido funcionan sin baterías ni fuentes eléctricas externas, aprovechando la energía acústica de la voz del usuario para generar la corriente de transmisión. El mecanismo central implica un diafragma que vibra en respuesta a ondas sonoras, modulando mecánicamente un micrófono de gránulos de carbono; esta vibración comprime o afloja los gránulos entre los electrodos, variando su resistencia eléctrica y produciendo una corriente de bajo nivel que refleja la señal de voz. En el extremo receptor, esta corriente impulsa un transductor electromagnético similar para recrear las ondas sonoras, lo que permite la comunicación bidireccional a través de conexiones por cable.[58] Este diseño autoalimentado garantiza el funcionamiento en escenarios de corte de energía, aunque la señal generada permanece débil y sin amplificar.[59]
Estas variantes ganaron prominencia en aplicaciones militares a principios del siglo XX, particularmente a partir de la década de 1910, como herramientas confiables para las comunicaciones de campo en entornos austeros. El teléfono de campo accionado por sonido EE-108, fabricado por Connecticut Telephone and Electrical, ejemplifica los diseños de esta época; Desarrollado a finales de la década de 1930 y ampliamente utilizado durante la Segunda Guerra Mundial hasta la Guerra de Corea, admitía enlaces de voz a través de cables emparejados, con alcances efectivos de hasta aproximadamente 15 kilómetros en condiciones ideales. Estos teléfonos eran esenciales para la coordinación táctica, conectando las posiciones avanzadas con los centros de mando sin depender de una infraestructura de poder centralizada.[60]
En términos de diseño, los teléfonos con sonido suelen incorporar un auricular compacto y duradero que combina el micrófono y el altavoz en una sola unidad, a menudo recubierto de cuero o lona para su portabilidad y protección contra los peligros ambientales. Al carecer de marcación giratoria o de botón, dependen de cableado directo punto a punto, con un generador magnético manual en la base para producir señales de timbre a través de corriente inducida en la línea. Esta simplicidad facilitó una rápida instalación en zonas de combate, priorizando la robustez sobre la conveniencia.[60]
Las principales limitaciones surgen de las limitaciones inherentes a la potencia generada por voz: la intensidad de la señal es insuficiente para hablar en voz baja, lo que a menudo requiere que los usuarios griten directamente al transmisor para una recepción inteligible, y la distancia de transmisión está severamente restringida por la resistencia de la línea y la falta de amplificación, y rara vez excede unos pocos kilómetros en un cable estándar.[59] La interferencia de ruido y la necesidad de estar muy cerca del dispositivo reducen aún más la usabilidad en entornos dinámicos.[59]
En las aplicaciones contemporáneas, los teléfonos con sonido perduran en nichos especializados donde la independencia de poder es primordial, como los sistemas marítimos en buques de guerra para enlaces de emergencia entre barcos o dentro de barcos durante apagones o daños en batalla. También sirven en intercomunicadores de aviación para la coordinación entre la cabina y la tierra o la tripulación en escenarios de aeronaves sin motor, y como teléfonos de emergencia de respaldo en sitios industriales o silvestres remotos, lo que garantiza comunicaciones vitales cuando fallan las redes eléctricas.[61][58] Estos sistemas siguen siendo valorados por su confiabilidad a prueba de fallas, a menudo integrados como circuitos auxiliares en embarcaciones modernas junto con alternativas motorizadas.[61]
Teléfonos analógicos
Primeros diseños comerciales
Los primeros diseños de teléfonos analógicos comercialmente viables surgieron a finales de la década de 1870, basándose en el transmisor de carbono inventado por Francis Blake, que mejoraba la claridad de la voz mediante el uso de carbono granulado para variar la resistencia eléctrica en respuesta a las ondas sonoras. En 1878, el teléfono transmisor Blake se presentó como un modelo vertical de madera con una boquilla separada para hablar y un auricular para escuchar, lo que permitía a los usuarios sostener el receptor en un oído mientras hablaban por el transmisor fijo, un diseño que marcó el cambio de transmisores experimentales basados en líquidos a unidades prácticas y producibles en masa. Esta configuración abordó las primeras limitaciones acústicas y se convirtió en un estándar para las instalaciones iniciales de Bell System, con más de 600.000 unidades fabricadas en 1901.
En la década de 1890, los teléfonos magnéticos montados en la pared se volvieron frecuentes, particularmente en áreas rurales y semirrurales donde no había energía central disponible. Estos dispositivos con carcasa de roble o nogal incorporaban una manivela conectada a un generador magnético, que producía corriente alterna para hacer sonar la campana en el extremo receptor sin depender de la energía de la batería para la señalización. El diseño generalmente incluía un transmisor y un receptor separados montados en una caja con bisagras, lo que permitía líneas multipartitas comunes en las comunidades agrícolas, y permanecieron en uso durante décadas debido a su simplicidad y durabilidad en entornos fuera de la red.
El modelo de candelabro, introducido por Western Electric en 1904 como soporte de escritorio número 20B, representó una evolución más compacta para hogares y oficinas urbanas. Este soporte alto y delgado de latón o niquelado sostenía el transmisor a la altura de la boca, junto con un receptor de mano que los usuarios llevaban a la oreja, lo que reducía la necesidad de montarlo en la pared y mejoraba la portabilidad dentro de una habitación.[66] El diseño persistió hasta la década de 1930, con millones de unidades producidas, ya que equilibraba la funcionalidad con el atractivo estético en configuraciones de escritorio.[63]
Hawthorne Works de Western Electric, operativa desde 1905 en Cicero, Illinois, aumentó la producción a millones de unidades anualmente en la década de 1910, aprovechando técnicas de línea de montaje para reducir los costos desde un equivalente de aproximadamente tres días de salario (aproximadamente 3 dólares en términos laborales de 1880) a menos de 10 dólares por unidad en 1900.
Para mayor comodidad, los primeros teléfonos de la década de 1910 comenzaron a combinar el transmisor y el receptor en una sola unidad ergonómica, lo que permitía el manejo con una sola mano y reducía el volumen de componentes separados.[66] Estos accesorios, inicialmente probados en aplicaciones militares, pasaron a modelos comerciales a fines de la década de 1910, simplificando la interacción del usuario tanto en diseños de escritorio como de pared.
Modelos residenciales y de negocio.
Los equipos de escritorio Western Electric 102 y 202, introducidos a finales de la década de 1920, marcaron los primeros teléfonos de escritorio residenciales ampliamente adoptados con un único auricular integrado y mecanismo de marcación, reemplazando los diseños anteriores de transmisor y receptor separados. Estos modelos, con sus bases redondas o cuadradas y circuitos anti-tono local para conversaciones más claras, se convirtieron en elementos básicos en los hogares estadounidenses durante la década de 1930, enfatizando la durabilidad y la facilidad de uso para las llamadas diarias.[70]
Las innovaciones en materiales mejoraron la durabilidad en la década de 1940, cuando se adoptó la baquelita, un plástico termoestable moldeable y resistente al calor inventado por Leo Baekeland, para las carcasas de los teléfonos, como en el modelo 302 a partir de 1941, reemplazando al metal para evitar la deformación y permitir el moldeado en masa.
En 1937, el modelo 302 de Western Electric introdujo más mejoras, incluida una carcasa de baquelita o zinc fundido a presión que albergaba el timbre y los componentes de red internamente por primera vez en un conjunto de abonados, reduciendo las necesidades de cableado externo. Este diseño icónico de dial giratorio, a menudo en negro, estableció el estándar estético para los teléfonos de mediados de siglo. El modelo 500 posterior, lanzado en 1949 y producido hasta 1984, solidificó este legado con su construcción totalmente de plástico, un timbre antitintineo mejorado para minimizar los sonidos intrusivos del timbre y componentes modulares para facilitar el mantenimiento, sirviendo como el teléfono residencial omnipresente durante más de tres décadas.
El teléfono Princess de 1959, un modelo compacto de cabecera de Western Electric, estaba destinado al uso personal con su delgada forma ovalada, esfera iluminada para marcar en condiciones de poca luz y función de luz nocturna opcional, disponible en colores pastel para atraer a las mujeres como una extensión decorativa. Comercializado con el lema "Es pequeño... Es encantador... Se ilumina", priorizó la portabilidad y la estética manteniendo la funcionalidad analógica estándar.
Para entornos empresariales, los sistemas telefónicos clave de Bell System surgieron en la década de 1950, con múltiples botones de línea, funcionalidad de espera y capacidades de intercomunicación en una sola unidad para administrar varias extensiones sin la intervención del operador. Esto permitió a los trabajadores de oficina seleccionar y retener llamadas directamente, mejorando la eficiencia en las pequeñas y medianas empresas. Complementándolos, los sistemas analógicos de centralita privada (PBX), comercializados por AT&T desde 1902 pero perfeccionados a mediados del siglo XX, permitieron realizar llamadas internas entre oficinas a través de centralitas centralizadas, enrutando las llamadas entre extensiones antes de conectarse a líneas externas.
Mecanismos de marcación
Los mecanismos de marcación en los teléfonos analógicos permiten a los usuarios iniciar llamadas generando señales eléctricas que indican a la central telefónica que se conecte al número deseado. Los dos métodos principales utilizados históricamente fueron los impulsos de desconexión de bucle (LD), asociados con diales giratorios, y la señalización multifrecuencia de doble tono (DTMF), conocida como tono. Estos sistemas evolucionaron para automatizar el establecimiento de llamadas, reemplazando las operaciones manuales de la centralita, y la marcación rotativa entró en uso comercial por primera vez en Bell System en 1919 en Norfolk, Virginia. DTMF siguió en 1963, ofreciendo una entrada más rápida y versátil.[82][83]
El impulso de desconexión de bucle funciona interrumpiendo mecánicamente la corriente continua (CC) en el circuito de bucle local entre el teléfono y la central. Cuando un usuario gira el dial hasta un dígito y lo suelta, un mecanismo accionado por resorte abre y cierra el circuito un número de veces igual al valor del dígito; por ejemplo, el dígito 1 produce una interrupción, mientras que el dígito 0 produce diez. Esto ocurre a una frecuencia de pulso estándar de 10 pulsos por segundo (10 Hz), y cada pulso consta de un período de interrupción (circuito abierto) seguido de un período de conexión (circuito cerrado) en una proporción de 60/40 (60 % de interrupción, 40 % de conexión). La pausa mínima entre dígitos es de 300 milisegundos para permitir que la central registre cada dígito.[84] Este enfoque electromecánico era fiable en los primeros intercambios automáticos, pero requería una sincronización precisa para evitar errores.[84]
La señalización multifrecuencia de doble tono (DTMF), introducida por Bell System el 18 de noviembre de 1963, utiliza generación de tonos electrónicos en lugar de interrupción mecánica. Al presionar una tecla en el teclado de tonos se produce un par de tonos de audio simultáneos, uno de un grupo de baja frecuencia (697 Hz, 770 Hz, 852 Hz o 941 Hz) y otro de un grupo de alta frecuencia (1209 Hz, 1336 Hz, 1477 Hz o 1633 Hz), transmitidos a través del canal de voz. Por ejemplo, el dígito 1 genera 697 Hz y 1209 Hz. Cada tono dura aproximadamente 100 milisegundos, lo que permite una señalización más rápida que la pulsación LD.[82][85] El sistema admite una matriz de teclado 4x4, que incluye teclas no numéricas (A–D) para aplicaciones especializadas, aunque los teléfonos de consumo estándar utilizan 12 teclas.[85]
El pulso LD ofrecía una alta confiabilidad en entornos ruidosos debido a su simplicidad basada en CC, pero era lento: marcar un solo dígito alto como 9 tomaba entre 1,5 y 2 segundos, incluido el tiempo de retorno y las pausas. Por el contrario, DTMF proporcionó un inicio de llamadas más rápido (menos de 1 segundo por dígito), errores reducidos y compatibilidad con servicios de datos como módems al evitar interrupciones de circuitos. A pesar del cambio a DTMF y sistemas digitales, el soporte heredado persiste en las modernas redes telefónicas públicas conmutadas (PSTN) y configuraciones de voz sobre IP (VoIP) a través de convertidores de pulso a tono, que detectan interrupciones de LD y regeneran señales DTMF equivalentes para compatibilidad.[84]
Teléfonos digitales
Transición de analógico
La transición a la telefonía digital comenzó con el desarrollo de la modulación por impulsos codificados (PCM), una técnica inventada por el ingeniero británico Alec Reeves en 1937 mientras trabajaba en los Laboratorios Internacionales de Teléfono y Telégrafo de París. PCM codifica señales de voz analógicas en formato digital muestreando la forma de onda de audio a una velocidad de 8 kHz (el doble del componente de frecuencia más alta del habla telefónica (4 kHz)) y cuantificando cada muestra en un valor de 8 bits, que representa 256 niveles discretos. Esto da como resultado una velocidad de bits estándar de 64 kbps por canal de voz, lo que permite una transmisión digital sólida a través de la infraestructura existente.[86][87][88]
La implementación práctica se aceleró en la década de 1960 con la introducción del sistema portador T1 por parte de Bell Labs en 1962, que multiplexaba 24 canales de voz codificados en PCM en un único flujo digital de 1,544 Mbps a través de líneas de cobre de par trenzado. La estructura de trama T1 incluye 24 canales de ocho bits más un bit de trama para sincronización, con señalización de bits robados (donde el bit menos significativo de ciertas tramas se toma prestado para información de control sin degradar significativamente la calidad de la voz), lo que permite una integración eficiente de la señalización en el flujo de datos. Complementando esto, Bell Labs implementó el Sistema de Conmutación Electrónica No. 1 (#1 ESS) en 1965, el primer interruptor de control de programa almacenado a gran escala para telefonía digital conmutada por circuitos, que utilizaba procesadores electrónicos para enrutar llamadas dinámicamente y reemplazar interruptores electromecánicos paso a paso.
En la década de 1980, el cambio se extendió al bucle local que conectaba a los suscriptores con las oficinas centrales, donde las líneas analógicas del antiguo servicio telefónico (POTS) estaban cada vez más interconectadas con redes digitales a través de terminales digitales remotos (también conocidos como sistemas portadores de bucle digital). Estos terminales, ampliamente implementados en esa década, convirtieron múltiples líneas de suscriptores analógicas en sitios remotos en troncales digitales multiplexadas para su transmisión de regreso a la oficina central, reduciendo la necesidad de largos recorridos analógicos y permitiendo una expansión escalable en áreas suburbanas y rurales. Los beneficios clave de esta transición digital incluyeron una reducción significativa del ruido y la distorsión (inmunes a la interferencia electromagnética que plagaba las líneas analógicas) y una mayor capacidad de red a través de la multiplexación por división de tiempo, lo que permitió más llamadas por par de cables. Además, los métodos de compresión como la modulación diferencial adaptativa de código de pulso (ADPCM) redujeron a la mitad la velocidad de bits a 32 kbps por canal manteniendo la voz con calidad de peaje, optimizando aún más el ancho de banda.
La adopción global cobró impulso con los pilotos de la Red Digital de Servicios Integrados (RDSI) en la década de 1980, que probaron la conectividad digital de extremo a extremo para voz y datos a través de la red telefónica pública conmutada. En la década de 1990, la mayoría de las redes telefónicas centrales del mundo habían hecho la transición a arquitecturas totalmente digitales, con los sistemas PCM y T-carrier formando la columna vertebral de un servicio confiable y de alta capacidad.[94][95]
Voz sobre IP (VoIP)
La voz sobre IP (VoIP) permite la comunicación de voz a través de redes IP de conmutación de paquetes, transmitiendo audio digitalizado como paquetes de datos en lugar de circuitos dedicados, lo que permite una telefonía más flexible y rentable en comparación con los sistemas tradicionales. Este enfoque aprovecha la infraestructura de Internet para enrutar llamadas globalmente, integrándose a menudo con conexiones de banda ancha para sesiones multimedia fluidas.[96]
El estándar H.323, desarrollado por la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT) y aprobado por primera vez en 1996, proporciona un conjunto de protocolos integral para comunicaciones multimedia a través de redes de paquetes, incluidos mecanismos para el establecimiento de llamadas, el control y el transporte de medios utilizando el Protocolo de transporte en tiempo real (RTP) y el Protocolo de control de transporte en tiempo real (RTCP). H.323 admite el registro de terminales, el control de admisión y la gestión del ancho de banda, lo que facilita sesiones audiovisuales confiables en entornos como redes de área local.[96]
Por el contrario, el Protocolo de inicio de sesión (SIP), estandarizado por el Grupo de trabajo de ingeniería de Internet (IETF) en RFC 2543 en 1999 y posteriormente perfeccionado en RFC 3261, sirve como un protocolo de señalización ligero para iniciar, mantener y finalizar sesiones en tiempo real, utilizando direcciones URI en el formato sip:usuario@dominio para identificar a los participantes.[97] SIP opera en la capa de aplicación, lo que permite la interoperabilidad entre diversos dispositivos y redes al separar la señalización de los flujos de medios, que normalmente son manejados por RTP.[98]
Los sistemas VoIP dependen de códecs de audio para comprimir y descomprimir señales de voz para una transmisión eficiente; por ejemplo, G.711 utiliza modulación de código de pulso (PCM) a 64 kbps para ofrecer audio sin comprimir con calidad de pago adecuado para enlaces de gran ancho de banda, mientras que G.729 emplea compresión de predicción lineal excitada por código algebraico de estructura conjugada (CS-ACELP) para lograr velocidades de 8 kbps, ideal para escenarios con ancho de banda limitado. Para mitigar la variación del retraso de los paquetes, conocida como jitter, los terminales VoIP incorporan buffers de jitter que almacenan temporalmente los paquetes entrantes y los reordenan para una reproducción fluida, evitando interrupciones en el flujo conversacional.[99]
La calidad de servicio (QoS) en VoIP enfrenta desafíos debido a la variabilidad de la red, donde la latencia unidireccional debe permanecer por debajo de 150 ms para mantener una calidad de audio comparable a la de la red telefónica pública conmutada, ya que exceder este umbral introduce ecos y retrasos notables.[100] La pérdida de paquetes, a menudo inferior al 1 % en condiciones óptimas, se aborda mediante algoritmos de ocultación que interpolan muestras de audio faltantes en función de los datos circundantes, lo que garantiza la continuidad sin artefactos audibles.[101]
Red digital de servicios integrados (RDSI)
La Red Digital de Servicios Integrados (ISDN) representa un estándar de telecomunicaciones con conmutación de circuitos desarrollado en la década de 1980 para permitir la transmisión digital de voz, datos y otros servicios a través de líneas telefónicas de cobre existentes, proporcionando una ruta de actualización de los sistemas analógicos mediante la digitalización de las comunicaciones de extremo a extremo. Estandarizada por la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT-T), la RDSI divide la capacidad de transmisión en canales portadores (B) para datos de usuario y un canal de datos (D) para señalización y control, lo que permite que múltiples servicios compartan la misma línea sin interferencias. Esta arquitectura admitía velocidades de hasta varios megabits por segundo, lo que facilitaba aplicaciones que requerían mayor ancho de banda que la telefonía analógica tradicional.
ISDN ofrece dos interfaces principales: la interfaz de velocidad básica (BRI) y la interfaz de velocidad primaria (PRI). El BRI, adecuado para uso residencial y de pequeñas empresas, consta de dos canales B de 64 kbps para voz o datos y un canal D de 16 kbps para señalización, lo que produce una velocidad de bits total de 144 kbps después de tener en cuenta la sincronización y los gastos generales. En contraste, el PRI apunta a instalaciones más grandes y agrega múltiples canales B; en Norteamérica y Japón, ofrece 23 canales B a 64 kbps cada uno más un canal D de 64 kbps, logrando un total de 1,544 Mbps (alineado con el entramado T1), mientras que en Europa y otros lugares, ofrece 30 canales B más un canal D para 2,048 Mbps (estándar E1). Estas interfaces utilizan modulación de código de pulso (PCM) para la codificación digital de señales analógicas, y cada canal B transporta 8 bits por muestra a 8 kHz de muestreo para voz de 64 kbps.
El control y señalización de llamadas en RDSI se gestiona a través del canal D utilizando protocolos estandarizados. En Europa y en la mayoría de las implementaciones internacionales (Euro-ISDN), el Sistema de señalización de abonado digital n.° 1 (DSS1) maneja los procedimientos de capa 3 para la configuración, el mantenimiento y la desconexión de la conexión, tal como se define en la Recomendación UIT-T Q.931. Las implementaciones norteamericanas emplean National ISDN-1 (NI-1), una variante adaptada para conmutadores regionales como AT&T 5ESS y Northern Telecom DMS-100, lo que garantiza la compatibilidad con la infraestructura local y al mismo tiempo mantiene la funcionalidad central Q.931. Estos protocolos admiten funciones como identificador de llamadas, llamada en espera y servicios complementarios como el desvío de llamadas.
La RDSI alcanzó su máxima adopción en la década de 1990 para aplicaciones como el fax digital (Grupo 4), la videoconferencia a 128 kbps (uniendo dos canales B) y el acceso temprano a Internet a través de módems de acceso telefónico integrados con líneas BRI, que ofrecían velocidades de hasta 128 kbps antes del surgimiento de la tecnología de línea de abonado digital asimétrica (ADSL).[105] Las empresas valoraron su confiabilidad para transmitir audio de alta calidad y datos sin comprimir a través de circuitos dedicados, con un uso notable en configuraciones de teleconferencia y transmisión remota.[106]
Teléfonos inalámbricos
Sistemas inalámbricos
Los teléfonos inalámbricos, también conocidos como teléfonos inalámbricos, son dispositivos que funcionan con baterías que utilizan radiofrecuencias para establecer enlaces inalámbricos de corto alcance entre un teléfono y una estación base, lo que permite la movilidad dentro de un hogar u oficina sin un cable físico. Estos sistemas suelen funcionar a distancias de 50 a 300 metros, según la tecnología y el entorno, y conectan la estación base a la red telefónica pública conmutada (PSTN) para llamadas externas.[110]
La primera generación de teléfonos inalámbricos surgió en la década de 1980 como sistemas analógicos que operaban en las bandas de 40 a 50 MHz, como 46,60 a 46,98 MHz para estaciones base y 48,75 a 49,51 MHz para teléfonos móviles, según las regulaciones de la FCC. Estos primeros modelos ofrecían un alcance limitado de unos 50 a 100 metros y eran muy susceptibles a la interferencia de fuentes como luces fluorescentes u otros dispositivos de radio, lo que provocaba una mala calidad de audio y frecuentes interrupciones. Para mitigar la congestión y la interferencia, la FCC requería la selección automática de canales entre 10 y 15 frecuencias emparejadas, con una intensidad de campo limitada a 10.000 µV/m a 3 metros para garantizar un funcionamiento de baja potencia.
Las normas inalámbricas digitales abordaron estas limitaciones, siendo la más destacada las telecomunicaciones inalámbricas digitales mejoradas (DECT), normalizadas por el Instituto Europeo de Normas de Telecomunicaciones (ETSI) en 1992.[110] DECT opera en la banda 1,88-1,90 GHz utilizando 10 frecuencias portadoras espaciadas a 1,728 MHz, proporcionando hasta 120 canales dúplex mediante acceso múltiple por división de tiempo (TDMA).[110] Incorpora cifrado a través del cifrado estándar DECT (DSC), un cifrado de flujo que ofrece seguridad de 64 bits en las primeras implementaciones, posteriormente mejorado a algoritmos basados en AES-128 para mejorar la privacidad y la resistencia a las escuchas ilegales. Esto da como resultado un audio más claro, interferencias reducidas y un alcance ampliado de hasta 300 metros en exteriores, lo que hace que DECT sea adecuado para espacios interiores más grandes.[110]
La estación base en los sistemas inalámbricos sirve como concentrador central y se conecta a la PSTN a través de un conector telefónico analógico estándar RJ-11 para enrutar las llamadas a la red cableada.[111] Administra múltiples teléfonos y admite una transferencia fluida (donde una llamada en curso cambia de un teléfono o base a otro sin interrupción) a través de procedimientos de transferencia internos o externos definidos en los protocolos DECT.[112] En la década de 2000, muchos teléfonos inalámbricos cambiaron a la banda ISM sin licencia de 2,4 GHz, empleando técnicas de espectro ensanchado por salto de frecuencia (FHSS) o espectro ensanchado de secuencia directa (DSSS) para mejorar la calidad de la señal y mitigar la interferencia de dispositivos coexistentes como Wi-Fi.[113] Estos modelos, certificados según las reglas FCC Parte 15 para dispositivos de espectro extendido, mejoraron la confiabilidad en entornos de radio concurridos y al mismo tiempo mantuvieron la compatibilidad con funciones similares a DECT.[113]
Los sistemas inalámbricos modernos enfatizan la conveniencia del usuario con características tales como soporte para múltiples teléfonos por base (a menudo ampliables a 6 o más) y funcionalidad de intercomunicación incorporada, que permite la comunicación directa entre teléfonos para llamadas internas o buscapersonas.[114] La duración de la batería suele proporcionar entre 10 y 30 horas de conversación y hasta 400 horas en espera, alimentada por celdas Ni-MH recargables que se cargan a través de la base.[115] El cumplimiento normativo sigue regido por la Parte 15 de la FCC, que limita las emisiones y exige códigos de seguridad para evitar el acceso no autorizado, y evoluciona junto con la integración de capacidades VoIP en estaciones base para el funcionamiento híbrido analógico-digital. Esta progresión permite que las bases inalámbricas se conecten directamente a redes IP, admitiendo voz sobre IP (VoIP) junto con las líneas PSTN tradicionales para una mayor flexibilidad.[116]
teléfonos móviles celulares
Los teléfonos móviles, también conocidos como teléfonos móviles, representan un avance fundamental en telefonía al permitir la comunicación portátil de voz y datos en amplias áreas a través de una red de estaciones base terrestres. A diferencia de los sistemas inalámbricos de línea fija o de corto alcance, las redes celulares dividen las regiones geográficas en celdas más pequeñas, cada una de las cuales cuenta con una estación base que se conecta a un centro de conmutación móvil, lo que permite a los usuarios mantener llamadas mientras se mueven entre las celdas. Esta infraestructura respalda una movilidad fluida y un uso eficiente del espectro, lo que constituye la columna vertebral de la telefonía inalámbrica moderna.[117]
La primera generación (1G) de sistemas celulares surgió en 1983 con el estándar Advanced Mobile Phone System (AMPS) en Estados Unidos, operando a 800 MHz mediante acceso múltiple por división de frecuencia (FDMA). AMPS empleó transmisión analógica y admitió tamaños de celda que oscilaban entre 1 y 20 km, según el terreno y la densidad urbana, para brindar cobertura en áreas metropolitanas como Chicago, donde se lanzó el primer servicio comercial el 13 de octubre de 1983. El dispositivo portátil comercial inaugural fue el Motorola DynaTAC 8000X, que facilitó el debut del sistema, basándose en prototipos anteriores; En particular, una llamada de demostración en 1973 realizada por Martin Cooper de Motorola a Joel Engel de Bell Labs destacó el potencial de la tecnología celular portátil.
La transición a los sistemas digitales de segunda generación (2G) comenzó en 1991, con el estándar del Sistema Global para Comunicaciones Móviles (GSM) implementado por primera vez en Europa a 900 MHz y luego ampliado a 1800 MHz utilizando acceso múltiple por división de tiempo (TDMA). En Estados Unidos, 2G adoptó TDMA a través de AMPS digitales (D-AMPS) y acceso múltiple por división de código (CDMA) a través de IS-95, operando principalmente a 800 MHz y 1900 MHz, lo que marcó un cambio hacia la codificación digital para mejorar la seguridad y la eficiencia. Una innovación clave en 2G fue la introducción del servicio de mensajes cortos (SMS) en 1992, cuando el ingeniero Neil Papworth envió el primer mensaje de texto, "Feliz Navidad", a través de una red GSM desde una computadora al teléfono de un ejecutivo de Vodafone.
Las redes de tercera generación (3G) llegaron en 2001, lideradas por el Sistema Universal de Telecomunicaciones Móviles (UMTS) que utiliza una interfaz aérea CDMA de banda ancha (WCDMA), y NTT DoCoMo lanzó el primer servicio 3G comercial del mundo en Japón. UMTS admitía velocidades de datos de conmutación de paquetes de hasta 384 kbps para usuarios móviles, lo que permitía un acceso temprano a Internet móvil y servicios multimedia más allá de voz y SMS. Esta generación amplió 2G al integrar dominios de conmutación de paquetes y circuitos, facilitando aplicaciones como la navegación web móvil.
Comunicaciones por satélite
Las comunicaciones por satélite permiten servicios telefónicos en áreas remotas y globales donde la infraestructura terrestre no está disponible, utilizando satélites en órbita para transmitir señales de voz entre terminales portátiles y estaciones terrestres. Estos sistemas operan principalmente en órbita geoestacionaria (GEO) o en órbita terrestre baja (LEO), brindando cobertura para aplicaciones marítimas, de aviación y de respuesta a desastres. Los primeros desarrollos se centraron en las necesidades marítimas y evolucionaron para admitir la telefonía portátil con codificación de voz digital.
Los sistemas de órbita geoestacionaria, como Inmarsat, establecido en 1979 por la Organización Marítima Internacional, utilizan satélites a aproximadamente 35.786 km de altitud para ofrecer servicios de frecuencia de banda L para telefonía de voz. Inmarsat lanzó su primer satélite exclusivo en 1981, permitiendo comunicaciones marítimas globales con una posición satelital fija con respecto a la Tierra, lo que simplifica el seguimiento pero introduce una latencia de aproximadamente 250 ms debido a la distancia de ida y vuelta de la señal de aproximadamente 72.000 km. Estos sistemas admiten llamadas de voz a velocidades de datos de hasta 9,6 kbps, priorizando la confiabilidad sobre la velocidad para aplicaciones como la telefonía de barco a costa.[136]
Las constelaciones de órbita terrestre baja, ejemplificadas por Iridium lanzado en 1998, despliegan 66 satélites a 780 km de altitud para una cobertura global de polo a polo utilizando acceso múltiple por división de tiempo (TDMA) para la transmisión de voz. Los satélites reticulados de Iridium permiten un enrutamiento perfecto entre satélites, con cada satélite visible durante aproximadamente 7 a 10 minutos, lo que requiere transferencias de haz cada 10 minutos para mantener las llamadas. Los servicios de voz funcionan a 2,4 kbps y admiten audio digital claro en áreas remotas. Los terminales portátiles como el Iridium 9505 de finales de la década de 1990 pesaban alrededor de 375 gramos, mientras que los dispositivos modernos como el Iridium Extreme son más delgados y tienen GPS integrado para llamadas con ubicación mejorada.
Estos sistemas encuentran un uso crítico en operaciones marítimas bajo el Sistema Mundial de Seguridad y Socorro Marítimos (GMDSS), comunicaciones de tripulaciones de aviación y zonas de desastre donde fallan las redes celulares, lo que garantiza conectividad de voz a velocidades de 2,4 a 9,6 kbps. Por ejemplo, Iridium apoya la respuesta de emergencia en huracanes y expediciones remotas. Sin embargo, los desafíos incluyen requisitos de alta potencia para los terminales (potencia de transmisión de 10 a 50 W para un enlace ascendente confiable), costos de llamada de 1 a 2 dólares por minuto y una latencia GEO que afecta la conversación en tiempo real, aunque LEO la reduce a menos de 50 ms. Los avances recientes, como el servicio Direct to Cell de Starlink iniciado en la década de 2020, aprovechan la banda ancha LEO para llamadas de voz similares a VoIP directamente a teléfonos inteligentes estándar, mejorando la accesibilidad sin hardware especializado.[139][140][141][142]
Evoluciones modernas
Integración de teléfonos inteligentes
La integración de la telefonía en los teléfonos inteligentes transformó el teléfono de un dispositivo de comunicación dedicado a una plataforma informática multifuncional, donde las llamadas de voz se convirtieron en una de muchas funciones junto con la informática, el acceso a Internet y las aplicaciones. Esta evolución comenzó con dispositivos pioneros como el IBM Simon Personal Communicator, lanzado en agosto de 1994, reconocido como el primer teléfono inteligente. Combinó capacidades de llamadas de voz con funciones de asistente digital personal (PDA), incluida una pantalla táctil monocromática para correo electrónico, gestión de calendario, libreta de direcciones y aplicaciones básicas como calculadora y bloc de notas, todo ello impulsado por un sistema operativo personalizado.[143][144]
Se produjo un avance fundamental con la introducción del iPhone de Apple el 9 de enero de 2007, que revolucionó el diseño de teléfonos inteligentes a través de su pantalla multitáctil capacitiva y el sistema operativo iOS. El dispositivo integró a la perfección llamadas de voz móviles con conectividad Wi-Fi y servicios de datos 3G, lo que permitió a los usuarios realizar llamadas, navegar por la web y acceder a multimedia sin teclados ni lápices físicos, estableciendo un nuevo estándar para interfaces telefónicas intuitivas.[145][146] En 2008, Google lanzó Android, un sistema operativo de código abierto basado en el kernel de Linux, que permitió a los fabricantes crear teléfonos inteligentes personalizables con aplicaciones de telefonía que ampliaban las funciones de llamadas mediante el desarrollo de software de terceros.[147][148]
Los teléfonos inteligentes contemporáneos mejoran la telefonía a través de funciones avanzadas como Voz sobre LTE (VoLTE), que debutó con demostraciones comerciales en 2011 y permitió llamadas de voz de alta definición (HD) a través de redes 4G LTE para una calidad de audio más clara y conexiones más rápidas.[149] Las llamadas Wi-Fi sirven como un recurso confiable, enrutando las llamadas de voz a través de redes inalámbricas cuando las señales celulares son débiles, asegurando una comunicación ininterrumpida.[150] Las innovaciones de hardware, como el sistema en chips (SoC) Snapdragon de Qualcomm, integran el módem celular directamente con el procesador y otros componentes, optimizando la eficiencia energética y el rendimiento para tareas de voz y datos. A partir de 2019, los módems 5G integrados en estos SoC admitieron bandas sub-6 GHz y mmWave, lo que mejoró aún más la latencia de las llamadas y el ancho de banda para telefonía.[151][152]
El ecosistema de teléfonos inteligentes refuerza la telefonía a través de tiendas de aplicaciones que alojan aplicaciones de Voz sobre IP (VoIP), como por ejemplo WhatsApp, que se lanzó en 2009 como un servicio de mensajería multiplataforma y luego incorporó llamadas de voz gratuitas basadas en Internet.[153] Los paquetes de operadores, configuraciones de software proporcionadas por operadores móviles, agilizan la gestión de tarjetas SIM tradicionales y tarjetas SIM integradas (eSIM) en teléfonos inteligentes, permitiendo la activación remota y el cambio de planes celulares sin intercambios de hardware físico, según lo estandarizado por la GSMA desde 2016.[154][155]
Uso e infraestructura global
En 2025, había aproximadamente 9.200 millones de suscripciones de telefonía móvil celular en todo el mundo, superando la población mundial y reflejando tasas de penetración superiores a 100 suscripciones por cada 100 habitantes en los países de altos ingresos.[11] Las suscripciones a telefonía fija han disminuido constantemente, alcanzando alrededor de 856 millones en todo el mundo en 2023, o aproximadamente 11 por 100 habitantes, con tasas superiores al 90% en las regiones desarrolladas para el acceso móvil, pero mucho más bajas para las líneas fijas debido al cambio a tecnologías inalámbricas; la disminución continúa en aproximadamente un 3% anual.[156][11]
La columna vertebral de la infraestructura telefónica mundial incluye extensas redes de cables submarinos, con un total de más de 1,48 millones de kilómetros en servicio a principios de 2025, que transportan la mayor parte del tráfico internacional de voz y datos.[157] Además, el despliegue de 5G se ha acelerado: el número de estaciones base en todo el mundo superará los 5 millones para 2025, lo que permitirá mejorar la cobertura y la capacidad de la telefonía móvil en zonas urbanas y rurales en expansión. En 2025, las redes 5G cubrirán el 55 % de la población mundial, con casi 3 mil millones de suscripciones 5G que representarán el 33 % de las suscripciones de banda ancha móvil.[158][159]
El sector de las telecomunicaciones contribuye significativamente a la economía mundial: las tecnologías móviles por sí solas representarán alrededor del 5,8% del PIB, o 6,5 billones de dólares de valor económico añadido en 2025.[160] Para promover el acceso equitativo, los fondos de servicio universal (como los administrados en los Estados Unidos y mecanismos similares en todo el mundo) asignan recursos provenientes de contribuciones de la industria para subsidiar el despliegue de infraestructura en áreas rurales y de alto costo, cerrando las brechas de conectividad para las poblaciones desatendidas.[161]
La regulación internacional de los servicios telefónicos está coordinada por la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT), que establece estándares globales para la interoperabilidad, la gestión del espectro y la calidad del servicio para garantizar una conectividad transfronteriza fluida.[162] Los debates en curso sobre la neutralidad de la red tienen implicaciones para los servicios de voz sobre IP (VoIP), con la preocupación de que las prácticas discriminatorias por parte de los proveedores de servicios de Internet puedan obstaculizar el acceso asequible a la telefonía basada en Internet. Las subastas de espectro, como la Subasta 73 de la Comisión Federal de Comunicaciones de los Estados Unidos para la banda de 700 MHz en 2008, han sido fundamentales en la asignación de frecuencias para redes 4G, generando ingresos sustanciales y ampliando la infraestructura móvil.[163]
Las tendencias mundiales en el uso de la telefonía muestran una disminución de los minutos de voz tradicionales, y se prevé que el tráfico de voz internacional caerá un 15% en cinco años debido al aumento de las aplicaciones de mensajería y los servicios over-the-top (OTT) que ofrecen alternativas rentables.[164] Este cambio equivale a una disminución anual aproximada del 3 al 5 por ciento en el uso de voz en muchos mercados, lo que llevó a los operadores a diversificar los ingresos a través de los servicios de datos.[165] Los servicios de emergencia como el 911 mejorado (E911) en los Estados Unidos siguen siendo fundamentales: atienden más de 240 millones de llamadas al año, de las cuales más del 80% provienen de dispositivos inalámbricos y requieren un seguimiento preciso de la ubicación para una respuesta rápida.[166]
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Los avances en la conectividad de larga distancia se aceleraron con la marcación automatizada y el cableado submarino. La marcación directa a distancia (DDD) debutó en los Estados Unidos el 10 de noviembre de 1951, permitiendo a los clientes realizar llamadas interestatales sin asistencia del operador utilizando códigos de área y números de siete dígitos, conectando inicialmente Englewood, Nueva Jersey, con Alameda, California. Este sistema se expandió a nivel nacional a lo largo de la década, reduciendo los tiempos de conexión de minutos a segundos. A nivel internacional, el primer cable telefónico transatlántico, TAT-1, unió Escocia con Terranova y entró en servicio el 25 de septiembre de 1956, admitiendo 36 circuitos de voz simultáneos y permitiendo llamadas confiables y de alta calidad a través del Atlántico por primera vez a través de tecnología de cable coaxial. Estos acontecimientos aumentaron drásticamente la capacidad de comunicación intercontinental.[38][39]
Los mecanismos de marcación evolucionaron desde sistemas basados en pulsos hasta tonos electrónicos a finales de los años cincuenta. Bell Laboratories patentó la señalización multifrecuencia de doble tono (DTMF) en 1960, como se detalla en el Bell System Technical Journal, donde cada pulsación de botón generaba un par único de frecuencias de audio para un enrutamiento de llamadas más rápido y preciso. Comercializado como Touch-Tone, reemplazó las interrupciones mecánicas de la marcación por pulsos rotativos con tonos audibles, permitiendo la transmisión de datos junto con la voz y reduciendo errores en los intercambios automatizados. El lanzamiento público comenzó en 1963, reemplazando gradualmente los diales giratorios y permitiendo funciones como la banca automatizada en la década de 1970.[40]
La tecnología de conmutación pasó de relés electromecánicos a controles electrónicos durante la década de 1960, y los intercambios de control de programa almacenado (SPC) revolucionaron las operaciones. El sistema de conmutación electrónica número uno (1ESS) de Bell, implementado en Succasunna, Nueva Jersey, en enero de 1965, fue la primera implementación de SPC a gran escala, utilizando un procesador central para almacenar y ejecutar instrucciones de enrutamiento de llamadas en software en lugar de lógica cableada. Esto permitió actualizaciones flexibles, diagnóstico de fallas y mayores volúmenes de llamadas sin recableado físico, lo que marcó el cambio hacia la telefonía controlada por computadora. Los sistemas posteriores en todo el mundo adoptaron SPC, impulsando la eficiencia y respaldando el crecimiento del tráfico.
Estas innovaciones impulsaron una expansión sustancial del acceso telefónico. La teledensidad global, medida como líneas telefónicas principales por cada 100 habitantes, aumentó de aproximadamente el 1% en 1900 (concentrada en regiones industrializadas) a más del 10% en 1980 en las naciones desarrolladas, lo que refleja inversiones en infraestructura e integración económica. Sólo en Estados Unidos, la penetración en los hogares superó el 90 por ciento en 1980, lo que subraya el papel del teléfono como infraestructura esencial.[41]
Los teléfonos públicos evolucionaron desde principios del siglo XX, modelos que funcionaban con monedas, como la patente de 1889 de William Gray para un dispositivo con ranura de níquel que alertaba a los operadores mediante un timbre, hasta instalaciones más robustas en la década de 1910 con los teléfonos de cabina Modelo 50-A de Western Electric que costaban 5 centavos por llamada. En la década de 1920, estos pasaron a versiones de marcación, incorporando mecanismos giratorios para llamadas locales sin asistencia de un operador en muchas áreas urbanas, aunque las llamadas de larga distancia todavía requerían asistencia de un operador hasta la marcación directa a distancia en 1951; persistieron las ranuras para monedas y las funciones antifraude, como la detección de babosas.
Los avances ergonómicos en la década de 1950 incluyeron opciones de color más allá del negro para los teléfonos Bell System, como pasteles como marfil, turquesa y rosa para el modelo 500 para combinar con la decoración del hogar, disponibles por un pequeño recargo. En la década de 1960 se produjo un cambio hacia materiales plásticos aún más livianos en diseños actualizados, lo que redujo el peso de las carcasas metálicas anteriores a aproximadamente 3 a 4 libras para modelos como las variantes montadas en la pared, mejorando la portabilidad y la comodidad del usuario tanto en entornos residenciales como de oficinas.
Los servicios VoIP han popularizado los softphones, clientes basados en software que emulan teléfonos tradicionales en computadoras o dispositivos móviles; un ejemplo destacado es Skype, lanzado en 2003, que democratizó las llamadas VoIP entre pares y llegó a tener millones de usuarios al permitir sesiones gratuitas de voz y vídeo basadas en Internet.[102] En entornos empresariales, las plataformas de código abierto como Asterisk, lanzada por primera vez en 2004, funcionan como sistemas de centralita privada (PBX), admitiendo implementaciones de VoIP escalables con funciones como enrutamiento de llamadas, correo de voz e integración con troncales SIP para telefonía empresarial.[103]
La seguridad en VoIP es fundamental debido a su dependencia de redes IP abiertas; El protocolo de transporte seguro en tiempo real (SRTP), definido en RFC 3711, proporciona cifrado, autenticación de mensajes y protección de reproducción para transmisiones de medios, protegiendo contra escuchas y manipulaciones. Sin embargo, persisten vulnerabilidades, como los ataques de inundación SIP en los que actores maliciosos abruman a los servidores con mensajes INVITE falsos para denegar el servicio, lo que potencialmente interrumpe el procesamiento de llamadas y requiere defensas como limitación de velocidad y detección de intrusiones.[104]
Los componentes clave de hardware incluyen el dispositivo Network Termination 1 (NT1), que realiza la terminación de la capa física en las instalaciones del cliente, convirtiendo la interfaz U de dos cables del operador en una interfaz S/T de cuatro cables para el cableado interno. Los adaptadores de terminal (TA) permiten la compatibilidad con equipos que no son RDSI, como teléfonos analógicos o dispositivos RS-232, emulando la pila de protocolos RDSI y puenteando a canales B. Estos elementos, a menudo combinados en enrutadores RDSI o PBX, simplificaron la implementación pero requirieron una configuración precisa para la sincronización y corrección de errores.
A principios de la década de 2000, la RDSI disminuyó drásticamente a medida que alternativas de banda ancha como DSL y módems de cable proporcionaban velocidades más altas a costos más bajos, lo que hizo que su BRI de 144 kbps fuera insuficiente para las demandas de datos modernas.[107] A partir de 2025, la RDSI continúa desempeñando funciones heredadas limitadas, particularmente en áreas rurales y remotas donde las limitaciones de infraestructura la convierten en una opción confiable para telefonía de voz y conectividad de respaldo debido a su solidez sobre las líneas de cobre, aunque muchos países la están eliminando gradualmente, con el objetivo de desmantelarlo por completo para fines de 2025 en regiones como el Reino Unido.[108][109]
Las generaciones posteriores avanzaron hacia velocidades más altas y arquitecturas totalmente IP. La evolución a largo plazo (LTE) de cuarta generación (4G) debutó comercialmente en 2009 por TeliaSonera en Estocolmo y Oslo, presentando una red de conmutación de paquetes totalmente IP capaz de alcanzar velocidades máximas de enlace descendente de más de 100 Mbps para escenarios de alta movilidad. LTE mejoró a 3G al reducir la latencia y mejorar la eficiencia espectral a través de multiplexación por división de frecuencia ortogonal (OFDM). Las redes de quinta generación (5G) se lanzaron comercialmente en 2019, inicialmente en Corea del Sur y Estados Unidos, y utilizan bandas inferiores a 6 GHz para una cobertura más amplia y bandas de ondas milimétricas (mmWave) superiores a 24 GHz para un rendimiento ultraalto, logrando una latencia de extremo a extremo inferior a 1 ms para admitir aplicaciones en tiempo real como la realidad aumentada.[126][127][128]
Una característica operativa central de las redes celulares es el traspaso, que permite la transferencia fluida de una llamada activa o una sesión de datos de una estación base a otra a medida que un usuario se mueve entre celdas, minimizando la interrupción a través del monitoreo y la coordinación de la intensidad de la señal a través del centro de conmutación móvil. Este proceso se basa en la superposición de la cobertura celular para garantizar la continuidad. Complementando el traspaso está la reutilización de frecuencias, donde las mismas frecuencias de radio se asignan entre celdas no adyacentes en un patrón de cuadrícula hexagonal para maximizar la eficiencia del espectro y minimizar la interferencia; Por lo general, un factor de reutilización de 1/7 significa que cada conjunto de frecuencias sirve a una séptima parte del total de canales en un grupo de siete hexágonos.[129][130]
La adopción de teléfonos móviles ha crecido exponencialmente, de aproximadamente 12 millones de suscriptores en todo el mundo en 1990 a 5 mil millones de suscriptores únicos en 2017, superando los 8,8 mil millones de suscripciones totales para fines de 2024, lo que representa más del 100% de la población mundial e impulsado por la disminución de los costos y la expansión de la infraestructura en las regiones en desarrollo. A principios de 2025, las conexiones 5G globales habían alcanzado alrededor de 2.400 millones. Este aumento, documentado por la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT) y GSMA, subraya el papel de la tecnología para cerrar las brechas de comunicación e impulsar las economías digitales.[131][132][133][134][135]
Las funciones de accesibilidad de los sistemas telefónicos incluyen dispositivos de telefonía por texto (TTY), que permiten la comunicación de texto en tiempo real a través de líneas telefónicas para personas con discapacidad auditiva, respaldadas por servicios de retransmisión en muchos países.[167] Las comunicaciones por satélite abordan las deficiencias de aproximadamente 2.200 millones de personas (principalmente en los países menos desarrollados) que carecían de acceso a Internet en 2025, proporcionando telefonía de voz a regiones remotas y desatendidas donde las redes terrestres son inviables.[159]
Los avances en la conectividad de larga distancia se aceleraron con la marcación automatizada y el cableado submarino. La marcación directa a distancia (DDD) debutó en los Estados Unidos el 10 de noviembre de 1951, permitiendo a los clientes realizar llamadas interestatales sin asistencia del operador utilizando códigos de área y números de siete dígitos, conectando inicialmente Englewood, Nueva Jersey, con Alameda, California. Este sistema se expandió a nivel nacional a lo largo de la década, reduciendo los tiempos de conexión de minutos a segundos. A nivel internacional, el primer cable telefónico transatlántico, TAT-1, unió Escocia con Terranova y entró en servicio el 25 de septiembre de 1956, admitiendo 36 circuitos de voz simultáneos y permitiendo llamadas confiables y de alta calidad a través del Atlántico por primera vez a través de tecnología de cable coaxial. Estos acontecimientos aumentaron drásticamente la capacidad de comunicación intercontinental.[38][39]
Los mecanismos de marcación evolucionaron desde sistemas basados en pulsos hasta tonos electrónicos a finales de los años cincuenta. Bell Laboratories patentó la señalización multifrecuencia de doble tono (DTMF) en 1960, como se detalla en el Bell System Technical Journal, donde cada pulsación de botón generaba un par único de frecuencias de audio para un enrutamiento de llamadas más rápido y preciso. Comercializado como Touch-Tone, reemplazó las interrupciones mecánicas de la marcación por pulsos rotativos con tonos audibles, permitiendo la transmisión de datos junto con la voz y reduciendo errores en los intercambios automatizados. El lanzamiento público comenzó en 1963, reemplazando gradualmente los diales giratorios y permitiendo funciones como la banca automatizada en la década de 1970.[40]
La tecnología de conmutación pasó de relés electromecánicos a controles electrónicos durante la década de 1960, y los intercambios de control de programa almacenado (SPC) revolucionaron las operaciones. El sistema de conmutación electrónica número uno (1ESS) de Bell, implementado en Succasunna, Nueva Jersey, en enero de 1965, fue la primera implementación de SPC a gran escala, utilizando un procesador central para almacenar y ejecutar instrucciones de enrutamiento de llamadas en software en lugar de lógica cableada. Esto permitió actualizaciones flexibles, diagnóstico de fallas y mayores volúmenes de llamadas sin recableado físico, lo que marcó el cambio hacia la telefonía controlada por computadora. Los sistemas posteriores en todo el mundo adoptaron SPC, impulsando la eficiencia y respaldando el crecimiento del tráfico.
Estas innovaciones impulsaron una expansión sustancial del acceso telefónico. La teledensidad global, medida como líneas telefónicas principales por cada 100 habitantes, aumentó de aproximadamente el 1% en 1900 (concentrada en regiones industrializadas) a más del 10% en 1980 en las naciones desarrolladas, lo que refleja inversiones en infraestructura e integración económica. Sólo en Estados Unidos, la penetración en los hogares superó el 90 por ciento en 1980, lo que subraya el papel del teléfono como infraestructura esencial.[41]
Los teléfonos públicos evolucionaron desde principios del siglo XX, modelos que funcionaban con monedas, como la patente de 1889 de William Gray para un dispositivo con ranura de níquel que alertaba a los operadores mediante un timbre, hasta instalaciones más robustas en la década de 1910 con los teléfonos de cabina Modelo 50-A de Western Electric que costaban 5 centavos por llamada. En la década de 1920, estos pasaron a versiones de marcación, incorporando mecanismos giratorios para llamadas locales sin asistencia de un operador en muchas áreas urbanas, aunque las llamadas de larga distancia todavía requerían asistencia de un operador hasta la marcación directa a distancia en 1951; persistieron las ranuras para monedas y las funciones antifraude, como la detección de babosas.
Los avances ergonómicos en la década de 1950 incluyeron opciones de color más allá del negro para los teléfonos Bell System, como pasteles como marfil, turquesa y rosa para el modelo 500 para combinar con la decoración del hogar, disponibles por un pequeño recargo. En la década de 1960 se produjo un cambio hacia materiales plásticos aún más livianos en diseños actualizados, lo que redujo el peso de las carcasas metálicas anteriores a aproximadamente 3 a 4 libras para modelos como las variantes montadas en la pared, mejorando la portabilidad y la comodidad del usuario tanto en entornos residenciales como de oficinas.
Los servicios VoIP han popularizado los softphones, clientes basados en software que emulan teléfonos tradicionales en computadoras o dispositivos móviles; un ejemplo destacado es Skype, lanzado en 2003, que democratizó las llamadas VoIP entre pares y llegó a tener millones de usuarios al permitir sesiones gratuitas de voz y vídeo basadas en Internet.[102] En entornos empresariales, las plataformas de código abierto como Asterisk, lanzada por primera vez en 2004, funcionan como sistemas de centralita privada (PBX), admitiendo implementaciones de VoIP escalables con funciones como enrutamiento de llamadas, correo de voz e integración con troncales SIP para telefonía empresarial.[103]
La seguridad en VoIP es fundamental debido a su dependencia de redes IP abiertas; El protocolo de transporte seguro en tiempo real (SRTP), definido en RFC 3711, proporciona cifrado, autenticación de mensajes y protección de reproducción para transmisiones de medios, protegiendo contra escuchas y manipulaciones. Sin embargo, persisten vulnerabilidades, como los ataques de inundación SIP en los que actores maliciosos abruman a los servidores con mensajes INVITE falsos para denegar el servicio, lo que potencialmente interrumpe el procesamiento de llamadas y requiere defensas como limitación de velocidad y detección de intrusiones.[104]
Los componentes clave de hardware incluyen el dispositivo Network Termination 1 (NT1), que realiza la terminación de la capa física en las instalaciones del cliente, convirtiendo la interfaz U de dos cables del operador en una interfaz S/T de cuatro cables para el cableado interno. Los adaptadores de terminal (TA) permiten la compatibilidad con equipos que no son RDSI, como teléfonos analógicos o dispositivos RS-232, emulando la pila de protocolos RDSI y puenteando a canales B. Estos elementos, a menudo combinados en enrutadores RDSI o PBX, simplificaron la implementación pero requirieron una configuración precisa para la sincronización y corrección de errores.
A principios de la década de 2000, la RDSI disminuyó drásticamente a medida que alternativas de banda ancha como DSL y módems de cable proporcionaban velocidades más altas a costos más bajos, lo que hizo que su BRI de 144 kbps fuera insuficiente para las demandas de datos modernas.[107] A partir de 2025, la RDSI continúa desempeñando funciones heredadas limitadas, particularmente en áreas rurales y remotas donde las limitaciones de infraestructura la convierten en una opción confiable para telefonía de voz y conectividad de respaldo debido a su solidez sobre las líneas de cobre, aunque muchos países la están eliminando gradualmente, con el objetivo de desmantelarlo por completo para fines de 2025 en regiones como el Reino Unido.[108][109]
Las generaciones posteriores avanzaron hacia velocidades más altas y arquitecturas totalmente IP. La evolución a largo plazo (LTE) de cuarta generación (4G) debutó comercialmente en 2009 por TeliaSonera en Estocolmo y Oslo, presentando una red de conmutación de paquetes totalmente IP capaz de alcanzar velocidades máximas de enlace descendente de más de 100 Mbps para escenarios de alta movilidad. LTE mejoró a 3G al reducir la latencia y mejorar la eficiencia espectral a través de multiplexación por división de frecuencia ortogonal (OFDM). Las redes de quinta generación (5G) se lanzaron comercialmente en 2019, inicialmente en Corea del Sur y Estados Unidos, y utilizan bandas inferiores a 6 GHz para una cobertura más amplia y bandas de ondas milimétricas (mmWave) superiores a 24 GHz para un rendimiento ultraalto, logrando una latencia de extremo a extremo inferior a 1 ms para admitir aplicaciones en tiempo real como la realidad aumentada.[126][127][128]
Una característica operativa central de las redes celulares es el traspaso, que permite la transferencia fluida de una llamada activa o una sesión de datos de una estación base a otra a medida que un usuario se mueve entre celdas, minimizando la interrupción a través del monitoreo y la coordinación de la intensidad de la señal a través del centro de conmutación móvil. Este proceso se basa en la superposición de la cobertura celular para garantizar la continuidad. Complementando el traspaso está la reutilización de frecuencias, donde las mismas frecuencias de radio se asignan entre celdas no adyacentes en un patrón de cuadrícula hexagonal para maximizar la eficiencia del espectro y minimizar la interferencia; Por lo general, un factor de reutilización de 1/7 significa que cada conjunto de frecuencias sirve a una séptima parte del total de canales en un grupo de siete hexágonos.[129][130]
La adopción de teléfonos móviles ha crecido exponencialmente, de aproximadamente 12 millones de suscriptores en todo el mundo en 1990 a 5 mil millones de suscriptores únicos en 2017, superando los 8,8 mil millones de suscripciones totales para fines de 2024, lo que representa más del 100% de la población mundial e impulsado por la disminución de los costos y la expansión de la infraestructura en las regiones en desarrollo. A principios de 2025, las conexiones 5G globales habían alcanzado alrededor de 2.400 millones. Este aumento, documentado por la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT) y GSMA, subraya el papel de la tecnología para cerrar las brechas de comunicación e impulsar las economías digitales.[131][132][133][134][135]
Las funciones de accesibilidad de los sistemas telefónicos incluyen dispositivos de telefonía por texto (TTY), que permiten la comunicación de texto en tiempo real a través de líneas telefónicas para personas con discapacidad auditiva, respaldadas por servicios de retransmisión en muchos países.[167] Las comunicaciones por satélite abordan las deficiencias de aproximadamente 2.200 millones de personas (principalmente en los países menos desarrollados) que carecían de acceso a Internet en 2025, proporcionando telefonía de voz a regiones remotas y desatendidas donde las redes terrestres son inviables.[159]