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Los primeros cables telefónicos submarinos
La
primera comunicación telefónica pública cruzó el océano Atlántico en
1927 a través de la radio. A través del Pacífico, desde Estados Unidos
hacia Japón, en 1934. Pero la comunicación telefónica por cable era
diferente y ofrecía unos retos técnicos más complejos que los enlaces
telegráficos existentes.
No obstante, en la última década del siglo
XIX se había conseguido establecer comunicaciones telefónicas en
distancias cortas como entre Francia e Inglaterra a través del Canal de
la Mancha, Escocia y Gales con Irlanda, en Estados Unidos a través del
lago Michigan o la bahía de Boston. Incluso en el otro extremo del mundo
el cable telefónico enlazaba algunas islas de Japón.
¿Cómo se pueden incrementar las comunicaciones transatlánticas?
A finales de los años veinte, la compañía American Telephone and Telegraph, AT&T, ante la creciente demanda del servicio telefónico intercontinental, deseaba ampliar su red con tendidos por cables submarinos. Las líneas telegráficas llevaban décadas funcionando con relativo éxito. Llegaba el momento de hacer lo mismo con el teléfono. Conseguir que el servicio telefónico ofreciese un precio por llamada atractivo para el público con respecto al envío de un telegrama era un desafío muy difícil de conseguir.
Dado los costes de la infraestructura, era necesario incrementar la capacidad de comunicación. Pero ¿qué podía hacer para aumentar el rendimiento de los enlaces y ocupar los cables con mayor número de conversaciones? Además de aumentar el número de cables, solución que era obvia, ¿sería posible encontrar otras soluciones?
Respondiendo a esta pregunta, la dirección de AT&T sugirió la posibilidad de diseñar circuitos que comprimiesen el ancho de banda vocal para su transmisión transoceánica y la descompresión en cuanto las señales tomasen tierra en la orilla opuesta. Si un canal vocal que se transmite por una línea telefónica tiene un ancho de banda aproximado de 3000 Hz; entonces, si los canales vocales se comprimen en un ancho de 300 ó 400 Hz, podrían transmitirse ocho o nueve canales vocales comprimidos en el mismo ancho que ocuparía uno sin comprimido.
AT&T instó a su filial, los Bell Laboratories, a ponerse manos a la obra y diseñar unos circuitos capaces de comprimir y descomprimir la señal eléctrica de la voz durante el transcurso de la conversación telefónica; es decir, en tiempo real.
Problemas y más problemas
Las comunicaciones telefónicas por cables submarinos aportan sus propios problemas, pero tratar de comprimir la señal de la voz como quería AT&T añadía otros; es más, éstos eran aún desconocidos. Para enfocar el proyecto, podemos agruparlos
- Las dificultades propias de las comunicaciones por los cables en las largas distancias.
- Los nuevos retos derivados de la compresión de voz y su posterior recuperación.
En los siguientes apartados exponemos aquellos que son más significativos.
La pérdida de señal
La limitación difícil de superar es la pérdida de potencia eléctrica con la distancia. Este problema se solucionó en las comunicaciones telegráficas con la transmisión diferencial y diseñando receptores mucho más sensibles a los pequeños cambios de tensión y corriente. También el método de Pupin: intercalar bobinas cada cierta distancia para que, aumentando la inductancia de los cables, se compensen las pérdidas causadas por la capacidad.
Estos
son métodos pasivos de compensación de las pérdidas de la señal. Por el
contrario, la señal eléctrica que transporta mensajes de voz es más
sensible a la distorsión y requiere métodos activos. Estos métodos no
sólo compensan la pérdida, sino que además regeneran la señal para que
recupere niveles óptimos de potencia. Para conseguir esto, era
imprescindible incorporar amplificadores repetidores intercalados en el
cable cada cierta distancia. Estos dispositivos van amplificando la
señal según va atenuándose a lo largo del cable hasta llegar a las
centrales de los puntos de amarre. Desde este punto se distribuye por
las centrales telefónicas de Europa y Norteamérica.
El cable submarino
Uno
de los problemas lo causa un elemento más prosaico: el aislante de los
cables. Hubo que esperar a la aparición del cable coaxial con aislante
de polietileno para que las comunicaciones submarinas incrementasen las
posibilidades de éxito. El cable coaxial con el aislante interno de
polietileno submarino empezó a utilizarse en la segunda mitad de los
años 30 en distancias cortas.
Los aislantes utilizados en los cables submarinos telegráficos como la gutapercha, el papel o telas embreadas o las gomas derivadas del caucho no servían para el teléfono. El ambiente marino es muy agresivo. La acción de la salinidad y los organismos deteriora los materiales muy rápidamente. Debe garantizarse una larga vida de los materiales antes de su reparación y sustitución. La experiencia acumulada en el costoso mantenimiento los cables telegráficos demostraban la necesidad de aislantes duraderos.
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Este fragmento pertenece al cable submarino del sistema Borkum (Alemania)-Vigo (España) tendido en 1896. Colección Fundación Telefónica. |
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Cable telegráfico submarino entre Birling Cap (Gran Bretaña)-St. Nazaire (Francia). 1914. Colección Fundación Telefónica. El hilo de cobre debía protegerse. Estaba rodeado de varias capas de materiales, como telas, metales y gutapercha, una resina natural parecida al caucho, sólida y flexible. De esta forma el interior se protegía de la humedad y del ataque de los animales marinos y se aislaba de las posibles interferencias. |
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Muestra
de cable coaxial submarino perteneciente al Sistema MAT-1. Tendido en
1970, unía España con Italia como extensión del cable Trasatlántico
TAT-5. Colección Fundación Telefónica |
El ancho de banda
Las primeras comunicaciones telefónicas de principios de siglo XX habían demostrado que no era necesario transmitir todo el ancho de banda de la voz para que el mensaje sea inteligible. El noventa por ciento de la energía sonora se concentra en el tramo de 200Hz hasta 3.000 Hz, lo que se conoce como el espectro o ancho de banda vocal; por lo tanto, el ancho de banda podría reducirse, sobre todo en las altas frecuencias. Desde el punto de vista de la compresión, surgían nuevas preguntas: ¿Cuánto más podría reducirse el espectro?, ¿Cuál es el ancho de banda mínimo necesario para que no haya pérdida de inteligibilidad?, ¿Cómo era posible comprimir el espectro?, ¿Es posible eliminar fragmentos del espectro y juntar los que permanecen? [1].
Para
la AT&T y los Laboratorios Bell responder a estas cuestiones era un
reto muy importante ya que abría la posibilidad de incrementar las
transmisiones transatlánticas. La expansión de la red y el tendido de
cables estaban previstos para siguiente década, los años treinta. Era
necesario comenzar a investigar circuitos compresores que redujesen el
ancho de banda recogido por un micrófono del hablante; así como los
descompresores que lo recuperasen completamente antes de reproducirlo en
el auricular del oyente.
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H. W. Dudley. Patente nº 02151091, "Signal Transmission" 1935. Esquema del compresor |
La importancia y complejidad de este desafío tecnológico aparece detallado en la patente 2.151.091 titulada “Signal transmission”. Su autor, Homer W. Dudley la registró en octubre de 1935 [1] y asignada a los Laboratorios Bell. En ella, reflexiona sobre los problemas planteandos en las preguntas anteriores. En la patente explica con cierto detalle los pasos que siguió H. Dudley hasta llegar a su propuesta inventiva de un compresor y descompresor. Es una patente con bastante contenido teórico y esto no es habitual. En las siguientes secciones seguiremos su razonamiento para comprender sus diseños.
La comunicación bidireccional
Los enlaces telefónicos transportan los mensajes de ambos interlocutores por el mismo camino; es decir, por el mismo par de cables. Aquí está el primer escollo para comprimir y descomprimir. En cada extremo del enlace hay que separar los caminos de transmisión y recepción. En la transmisión habrá un compresor y en la recepción un descompresor en un sentido y lo mismo para en sentido contrario, como muestra la figura.
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Figura: Compresor y descompresor de voz en los extremos de una línea telefónica |
Esta solución tiene unas consecuencias nada deseables: el número de cables se duplicaría. Aumentan los costes de fabricación, transporte, mantenimiento, todo se multiplica por dos. A lo que hay que sumar los costes de los propios circuitos compresores y descompresores. La siguiente pregunta clave que tendrán que responder los responsables de AT&T es: ¿el incremento de canales de voz conseguidos con la compresión compensará el aumento de costes del cableado adicional? Teniendo en cuenta otra cuestión ¿cuál será el rendimiento del nuevo sistema telefónico?, ¿sería complejo de mantener?. Para encontrar la respuesta será necesario avanzar en los diseños de los prototipos y evaluar los resultados.
Los primeros cables submarinos transatlánticos
Las expectativas de AT&T se vieron truncadas muy pronto. La crisis de 1929 echó por tierra todos sus planes de expansión. Aunque las inversiones en investigación en los Laboratorios Bell se lograron mantener a un nivel aceptable durante las crisis y proliferaron nuevos aparatos de todo tipo, cuando llegó el momento de recuperación, la irrupción de la Segunda Guerra Mundial volvió a desbaratar el proyecto trasatlántico.
Hubo que esperar al final de la guerra para tender el cable transatlántico. Las empresas participantes en el proyecto inicial en 1953 fueron Post Office Engineering Department, el Long Lines Department de AT&T, los Laboratorios Bell y la Canadian Overseas Telecommunications Corporation. El servicio quedó inaugurado en 1956.
Para
esas fechas, las tecnologías de compresión de voz eran otras muy
distintas. La digitalización había avanzado con el procesamiento de la
señal. Todo un mundo nuevo que arrinconaba en el olvido el trabajo de H.
Dudley.
Empezar con las investigaciones fonéticas y fonológicas
¿Por
dónde empezar el proyecto de la compresión de voz? En la siguiente
sección regresamos con H. Dudley a los Laboratorios Bell durante la
segunda mitad de los años veinte.
Seguiremos las explicaciones de H. Dudley para comprender como llegó a su invento.
Para saber más
“El VOCODER: la Voz de la Lluvia”. Luis Fernando Real Martín. Revista Antena nº 173. Septiembre 2008
History of the Atlantic Cable & Undersea Communications
Referencias
[1] DUDLEY, Homer W. Estados Unidos patente núm. 2.151.091. “Signal transmission”. Asignada a Bell Telephone Laboratories, Nueva York, Nueva York. Solicitud: 30 octubre 1935. Pública: 21 marzo 1939.
L. F. Real
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