Señalización DTMF

La señalización multifrecuencia de doble tono ( DTMF ) es un sistema de señalización de telecomunicaciones que utiliza la banda de frecuencia de voz sobre líneas telefónicas entre equipos telefónicos y otros dispositivos de comunicación y centrales de conmutación . ^{[ 1 ]} DTMF se desarrolló por primera vez en el sistema Bell en los Estados Unidos, ^{[ 2 ] [ 3 ]} y se conoció bajo la marca registrada Touch-Tone para su uso en teléfonos de botones , a partir de 1963. Las frecuencias DTMF están estandarizadas en la Recomendación Q.23 de la UIT-T . ^{[ 4 ]} El sistema de señalización también se conoce como MF4 en el Reino Unido, como MFV en Alemania y como Digitone en Canadá.

La marcación por tonos con teclado telefónico reemplazó gradualmente el uso de los discos giratorios y se ha convertido en el estándar de la industria en telefonía para controlar equipos e indicar la intención del usuario. ^{[ 5 ]} La señalización en troncales en la red telefónica utiliza un tipo diferente de señalización multifrecuencia .

Empleada en una variedad de casos de uso, una aplicación común de la señalización DTMF es en muchos sistemas de intercomunicación de puertas , donde la señal se utiliza para desbloquear la puerta de forma remota. ^{[ 6 ]}

Antes del desarrollo de DTMF, los números de teléfono se marcaban con discos giratorios para la señalización de desconexión de bucle (LD), también conocida como marcación por pulsos . Su funcionamiento se basa en la interrupción de la corriente en el bucle local entre la central telefónica y el teléfono de la persona que llama, a una velocidad precisa, mediante un interruptor en el teléfono que acciona el disco, el cual vuelve a su posición de reposo después de haber sido girado a cada dígito deseado. El equipo de la central responde a los pulsos de marcación, ya sea directamente mediante relés o almacenando los dígitos en un registro que guarda el número de teléfono marcado. La marcación por pulsos solo era posible en líneas metálicas directas y su alcance físico estaba limitado por la cantidad de distorsiones eléctricas presentes. Para la señalización a través de troncales entre sistemas de conmutación, los operadores utilizaban un tipo diferente de señalización multifrecuencia .

La señalización multifrecuencia ( MF ) es un conjunto de métodos de señalización que utilizan una combinación de dos tonos puros ( ondas sinusoidales puras). El sistema Bell y la CCITT diseñaron diversos protocolos de señalización MF . Los primeros se utilizaban para la señalización dentro de la banda entre centrales de conmutación, donde los operadores telefónicos de larga distancia empleaban un teclado de 16 dígitos para introducir la siguiente parte del número de teléfono de destino y contactar con el siguiente operador de larga distancia. Esta señalización y conmutación semiautomatizada resultó eficaz tanto por su rapidez como por su rentabilidad. Basándose en este éxito previo con el uso de MF por parte de especialistas para establecer llamadas telefónicas de larga distancia, se desarrolló la señalización multifrecuencia de doble tono para la señalización por parte del usuario final sin la asistencia de operadores.

El sistema DTMF utiliza dos conjuntos de cuatro frecuencias en el rango de frecuencia de voz, transmitidas en pares, para representar dieciséis señales: diez dígitos y seis señales adicionales identificadas como las letras de la A a la D, y los símbolos # y * . Dado que las señales son tonos audibles, pueden transmitirse a través de repetidores y amplificadores de línea, así como mediante enlaces de radio y microondas.

AT&T describió el producto como "un método para señalización por pulsador desde estaciones de clientes utilizando la ruta de transmisión de voz". ^{[ 7 ]} Para evitar que los teléfonos de los consumidores interfieran con el enrutamiento y la conmutación basados ​​en MF entre centros de conmutación telefónica, las frecuencias DTMF difieren de todos los protocolos de señalización MF preexistentes entre centros de conmutación: MF/R1, R2 , CCS4, CCS5 y otros que posteriormente fueron reemplazados por la señalización digital SS7 . DTMF era conocido en todo el sistema Bell por la marca registrada Touch-Tone . El término fue utilizado por primera vez por AT&T en el comercio el 5 de julio de 1960 y se presentó al público el 18 de noviembre de 1963, cuando el primer teléfono de pulsador se puso a disposición del público. Como empresa matriz de Bell Systems, AT&T mantuvo la marca registrada desde el 4 de septiembre de 1962 hasta el 13 de marzo de 1984. ^{[ 8 ]} Está estandarizado por la Recomendación Q.23 de la UIT-T .

Otros proveedores de equipos telefónicos compatibles denominaban a la función de marcación por tonos DTMF . Automatic Electric (GTE) la llamaba "llamada táctil" en su publicidad. La compañía Northern Electric de Canadá utilizó otros nombres comerciales, como Digitone .

Como método de señalización en banda , las señales DTMF también fueron utilizadas por las emisoras de televisión por cable como tonos de señalización para indicar los tiempos de inicio y fin de los puntos de inserción comercial locales durante las pausas de la estación para beneficio de las compañías de cable. ^{[ 9 ]} Hasta que se desarrolló el equipo de señalización fuera de banda en la década de 1990, se podían escuchar secuencias rápidas de tonos DTMF no confirmadas durante las pausas comerciales de los canales de cable en los Estados Unidos y otros lugares. Anteriormente, las estaciones de televisión terrestres usaban tonos DTMF para controlar transmisores remotos. ^{[ 10 ]} En telefonía IP , las señales DTMF también se pueden entregar como tonos en banda o fuera de banda, ^{[ 11 ]} o incluso como parte de protocolos de señalización, ^{[ 12 ]} siempre que ambos extremos estén de acuerdo en un enfoque común a adoptar.

El teclado telefónico DTMF está dispuesto como una matriz de pulsadores, donde cada fila representa el componente de baja frecuencia y cada columna el componente de alta frecuencia de la señal DTMF. El teclado más común tiene cuatro filas y tres columnas, aunque algunas aplicaciones incluyen una cuarta columna. Al pulsar una tecla, se envía una combinación de las frecuencias de fila y columna. Por ejemplo, la tecla 1 produce una superposición de un tono bajo de 697 Hz  y un tono alto de 1209 Hz. Los primeros diseños de pulsadores empleaban palancas, lo que permitía que cada botón activara un contacto de fila y uno de columna. El centro de conmutación decodifica los tonos para determinar las teclas pulsadas por el usuario.

Los ingenieros habían previsto que los teléfonos se usarían para acceder a computadoras y sistemas de respuesta automatizados. ^{[ 14 ]} Consultaron con empresas para determinar los requisitos. Esto llevó a la adición del signo cuadrado ^{[ 15 ]} que normalmente se aproxima con el signo de número (#) (alternativamente libra , diamante , almohadilla , puerta (Reino Unido) u octothorpe ) en la cuarta fila de la tercera columna de teclas, y la tecla estrella (*), o asterisco (Francia) en la cuarta fila de la primera columna. Además, se agregó una cuarta columna de teclas para la selección de menú: A, B, C y D. Las teclas con letras se eliminaron de la mayoría de los teclados y pasaron muchos años antes de que las dos teclas de símbolos se generalizaran para códigos de servicio vertical como *67 en Estados Unidos y Canadá para suprimir la identificación de llamadas .

Los teléfonos públicos de pago que aceptan tarjetas de crédito utilizan estos códigos adicionales para enviar la información de la banda magnética .

El sistema telefónico AUTOVON de las Fuerzas Armadas de los Estados Unidos utilizaba las señales A, B, C y D para establecer ciertos niveles de privilegio y prioridad al realizar llamadas telefónicas. ^{[ 16 ]} La precedencia sigue siendo una característica de las redes telefónicas militares, pero ahora mediante combinaciones de números. Por ejemplo, marcar 93 antes de un número indica una llamada prioritaria.

Actualmente, las señales A, B, C y D se utilizan poco en las redes telefónicas y se limitan al control de la red. Por ejemplo, la señal A se usa en algunas redes para alternar entre una lista de operadores. Estas señales se emplean en operaciones de interconexión y repetición de radiotelefonía para permitir, entre otras cosas, el control del repetidor mientras está conectado a una línea telefónica activa.

Las señales estrella, cuadrado, A, B, C y D siguen siendo ampliamente utilizadas en todo el mundo por radioaficionados y sistemas comerciales de radio bidireccional para el control de equipos, el control de repetidores, las operaciones de bases remotas y algunos sistemas de comunicaciones telefónicas.

También se pueden escuchar tonos de señalización DTMF al inicio y/o al final de algunas videocintas VHS pregrabadas . ^{[ 17 ]} La información sobre la versión maestra de la cinta de vídeo está codificada en los tonos DTMF. Estos tonos codificados proporcionan información a las máquinas de duplicación automática, como el formato, la duración y los niveles de volumen, para replicar el vídeo original con la mayor fidelidad posible.

En algunos sistemas de identificación de llamadas se utilizan tonos DTMF para transmitir la información de identificación de la persona que llama, una función que en Estados Unidos se realiza mediante la señalización de modulación por desplazamiento de frecuencia (FSK) Bell 202 .

Originalmente, la decodificación de DTMF se realizaba mediante bancos de filtros eléctricos sintonizados . A finales del siglo XX, el procesamiento digital de señales se convirtió en la tecnología predominante para la decodificación. Los algoritmos de decodificación de DTMF suelen utilizar el algoritmo de Goertzel , aunque se ha demostrado que la aplicación del algoritmo MUSIC a la decodificación de DTMF supera a Goertzel y es la única posibilidad en casos donde el número de muestras disponibles es limitado. ^{[ 18 ]} Dado que la señalización DTMF a menudo se transmite en banda con voz u otras señales de audio presentes simultáneamente, la definición de la señal DTMF incluye límites estrictos para la sincronización (duración mínima y espaciado entre dígitos), desviaciones de frecuencia, armónicos y relación de amplitud de los dos componentes entre sí ( twist ). ^{[ 19 ]}

Los sistemas telefónicos suelen definir otros tonos, además de la especificación DTMF, que indican el estado de las líneas, los equipos o el resultado de las llamadas, y se utilizan para el control de equipos con fines de resolución de problemas o servicio. Estos tonos de progreso de llamada a menudo también se componen de múltiples frecuencias y están estandarizados en cada país. El sistema Bell los definió en el Plan de Tonos Precisos . ^{[ 20 ]}

Algunos de los primeros módems se basaban en frecuencias de marcación por tonos, como los módems estilo Bell 400. ^{[ 13 ]}

• Llamadas selectivas
• Decimal codificado en binario §  Telefonía decimal codificada en binario (TBCD)
• tono de señal
• Portal de teléfonos

• Recomendaciones de la UIT para la implementación de servicios DTMF
• Frank Durda, Referencia de multifrecuencia de doble tono (toques táctiles) , 2006.
• Recomendación Q.24 de la UIT-T: Recepción de señales mediante pulsadores multifrecuencia.