Téléphonie

La téléphonie ( prononcé /təˈlɛfəni/ ) est le domaine technologique qui englobe le développement, l' application et le déploiement des services de télécommunications permettant la transmission électronique de la voix, des télécopies ou des données entre des parties distantes. L'histoire de la téléphonie est intimement liée à l'invention et au développement du téléphone .

La téléphonie désigne généralement la construction et l'exploitation des téléphones et des systèmes téléphoniques, ainsi que les systèmes de télécommunications utilisant des équipements téléphoniques pour la transmission de la parole ou d'autres sons entre différents points, avec ou sans fil. Ce terme est également fréquemment employé pour désigner le matériel informatique , les logiciels et les réseaux informatiques qui remplissent des fonctions traditionnellement assurées par les équipements téléphoniques. Dans ce contexte, on parle plus précisément de téléphonie sur Internet, ou voix sur IP (VoIP).

Les premiers téléphones étaient connectés directement par paires de fils nus : chaque utilisateur disposait d'un téléphone individuel relié à chaque adresse. Ce système s'est rapidement avéré peu pratique et difficile à gérer dès lors que les utilisateurs souhaitaient communiquer avec plus de quelques personnes. L'invention du central téléphonique a permis d'établir des liaisons téléphoniques avec n'importe quel autre téléphone en service dans la zone locale. Chaque téléphone était initialement connecté au central par un seul fil, puis par une paire de fils, formant la boucle locale . Les centraux voisins, situés dans d'autres zones de desserte, étaient reliés par des lignes interurbaines , et le service longue distance pouvait être assuré par le relais des appels à travers plusieurs centraux.

Au départ, les centraux téléphoniques étaient actionnés manuellement par un opérateur . Lorsqu'un client actionnait la manivelle du téléphone, un voyant s'allumait sur le tableau devant l'opérateur, qui branchait alors son casque et proposait le service. L'appelant devait demander le correspondant par son nom, puis par son numéro, et l'opérateur connectait une extrémité d'un circuit à la prise du correspondant pour l'alerter. Si le poste appelé répondait, l'opérateur débranchait son casque et la communication était établie. Les appels interurbains étaient effectués avec l'aide d'autres opérateurs dans d'autres centraux du réseau.

Les premiers réseaux téléphoniques reliaient les abonnés aux centraux locaux par des paires de fils dédiées. Les appels entre centraux transitaient par des lignes interurbaines reliant les centres de commutation à des réseaux plus vastes. Avec l'augmentation du trafic, ces lignes interurbaines nécessitaient un grand nombre de circuits parallèles. Chaque circuit occupant sa propre paire de fils, le coût de l'infrastructure longue distance augmentait rapidement. Cette contrainte a favorisé le développement des systèmes de transmission analogiques , permettant la transmission de plusieurs canaux téléphoniques sur une seule paire de fils ( téléphonie à porteuse ). Ce système s'inscrivait dans le cadre du plan général de commutation interurbaine de Bell Systems .

Jusque dans les années 1970, la plupart des téléphones étaient raccordés de façon permanente à la ligne téléphonique installée chez le client. Par la suite, l'installation de prises murales a permis de remplacer facilement les combinés téléphoniques et de les déplacer à différents endroits du bâtiment où des prises étaient disponibles. Le câblage intérieur de toutes les prises était connecté en un seul point au point de raccordement , qui relie le bâtiment à un câble. Les câbles acheminent généralement un grand nombre de fils de raccordement provenant de tout un réseau d'accès régional vers un central téléphonique. Lorsqu'un utilisateur souhaite passer un appel , l'équipement du central analyse le numéro composé et connecte la ligne à une autre ligne du même central, ou à une ligne interurbaine vers un central distant. La plupart des centraux téléphoniques du monde sont interconnectés par un système de commutation plus vaste, formant le réseau téléphonique public commuté (RTPC).

Dans la seconde moitié du XXe siècle, le fax et les données sont devenus d'importantes applications secondaires du réseau créé pour transporter la voix, et vers la fin du siècle, certaines parties du réseau ont été modernisées avec l'ISDN et le DSL pour améliorer la gestion de ce trafic.

Aujourd'hui, la téléphonie utilise la technologie numérique (téléphonie numérique) pour la fourniture des services et systèmes téléphoniques. Les appels téléphoniques peuvent être effectués numériquement, mais cette fonctionnalité est parfois limitée aux cas où le dernier kilomètre est numérique ou lorsque la conversion entre les signaux numériques et analogiques a lieu à l'intérieur du téléphone. Cette avancée a permis de réduire les coûts de communication et d'améliorer la qualité des services vocaux. La première implémentation de cette technologie, le RNIS (Réseau Numérique à Intégration de Dispositifs), permettait le transport rapide de toutes les données de bout en bout sur les lignes téléphoniques. Ce service a ensuite perdu de son importance grâce à la possibilité de fournir des services numériques basés sur le protocole Internet .

Depuis l'avènement de l'informatique personnelle dans les années 1980, l'intégration téléphonie-informatique (CTI) a progressivement permis d'offrir des services téléphoniques plus sophistiqués, initiés et gérés par ordinateur, tels que l'émission et la réception d'appels vocaux, de fax et de données, avec services d'annuaire téléphonique et identification de l'appelant . L'intégration des logiciels de téléphonie et des systèmes informatiques représente une avancée majeure dans l'évolution de la bureautique. Le terme est utilisé pour décrire les services informatisés des centres d'appels, comme ceux qui acheminent un appel téléphonique vers le service approprié au sein d'une entreprise. Il désigne également parfois la possibilité d'utiliser un ordinateur personnel pour initier et gérer des appels téléphoniques.

La téléphonie numérique désigne l'utilisation de l'électronique numérique pour l'exploitation et la fourniture des systèmes et services téléphoniques. Depuis la fin du XXe siècle, un réseau central numérique a remplacé les systèmes traditionnels de transmission et de signalisation analogiques , et une grande partie du réseau d'accès a également été numérisée.

Depuis le développement de la technologie des transistors , initié par les laboratoires Bell en 1947, jusqu'aux circuits d'amplification et de commutation des années 1950, le réseau téléphonique public commuté (RTPC) s'est progressivement orienté vers l'électronique à semi-conducteurs et l'automatisation . Avec l'avènement des systèmes de commutation électroniques informatisés intégrant les technologies MOS ( métal-oxyde-semi-conducteur ) et MIC ( modulation par impulsions et codage ), le RTPC a évolué vers la numérisation des transmissions audio et de signalisation . La téléphonie numérique a depuis lors considérablement amélioré la capacité, la qualité et le coût du réseau. La numérisation permet la transmission de la voix sur une large bande sur un même canal, avec une qualité supérieure à celle d'un canal analogique plus large.

Les premiers réseaux téléphoniques analogiques de bout en bout à avoir été modifiés et modernisés en réseaux de transmission avec systèmes porteuses de signal numérique de niveau 1 (DS1/T1) remontent au début des années 1960. Ils étaient conçus pour prendre en charge le canal vocal de base à 3 kHz en échantillonnant le signal vocal analogique à bande passante limitée et en l'encodant par modulation d'impulsions et de codage (MIC). Les premiers codecs - filtres MIC étaient implémentés sous forme de circuits de filtrage passifs à résistances , condensateurs et inductances , la conversion analogique-numérique (pour la numérisation des voix) et la conversion numérique-analogique (pour la reconstruction des voix) étant assurées par des composants discrets . La téléphonie numérique de l'époque était impraticable en raison des faibles performances et du coût élevé des premiers codecs-filtres MIC.

L'avènement des télécommunications numériques pratiques a été rendu possible par l'invention du transistor à effet de champ métal-oxyde-semiconducteur (MOSFET) , qui a conduit au développement rapide et à l'adoption généralisée de la téléphonie numérique PCM . En 1957, Frosch et Derick ont ​​réussi à fabriquer les premiers transistors à effet de champ à base de dioxyde de silicium aux laboratoires Bell, les premiers transistors dont la source et le drain étaient adjacents en surface . Par la suite, une équipe a présenté un MOSFET fonctionnel aux laboratoires Bell en 1960 La technologie MOS a d'abord été négligée par Bell, qui la jugeait peu pratique pour les applications téléphoniques analogiques, avant d'être commercialisée par Fairchild et RCA pour l'électronique numérique , notamment les ordinateurs .

La technologie MOS est finalement devenue pratique pour les applications téléphoniques grâce au circuit intégré mixte MOS , qui combine le traitement des signaux analogiques et numériques sur une seule puce. Ce circuit a été développé par David A. Hodges, ancien ingénieur de Bell, et Paul R. Gray à l'Université de Californie à Berkeley au début des années 1970. En 1974, Hodges et Gray ont collaboré avec R.E. Suarez pour développer la technologie des circuits à condensateurs commutés (SC) MOS. Ils l'ont utilisée pour concevoir une puce de conversion numérique-analogique (CNA), employant des condensateurs MOS et des transistors MOSFET pour la conversion des données. Les puces de convertisseurs analogique-numérique (CAN) et de CNA MOS ont été commercialisées dès 1974.

Les circuits MOS SC ont conduit au développement des puces de codec-filtre PCM à la fin des années 1970. La puce de codec-filtre PCM CMOS (MOS complémentaire) à grille de silicium , développée par Hodges et WC Black en 1980, est depuis devenue la norme industrielle pour la téléphonie numérique. Dans les années 1990, les réseaux de télécommunications tels que le réseau téléphonique public commuté (RTPC) étaient largement numérisés grâce à des codecs-filtres PCM CMOS à très grande échelle (VLSI), largement utilisés dans les systèmes de commutation électronique pour les centraux téléphoniques , les autocommutateurs privés (PBX) et les systèmes téléphoniques à touches (KTS) ; les modems utilisateurs ; les applications de transmission de données telles que les porteuses de boucle numérique , les multiplexeurs à gain de paire , les prolongateurs de boucle téléphonique , les terminaux de réseau numérique à intégration de services (RNIS), les téléphones sans fil numériques et les téléphones cellulaires numériques ; et des applications telles que les équipements de reconnaissance vocale , le stockage de données vocales , la messagerie vocale et les répondeurs numériques sans bande . La bande passante des réseaux de télécommunications numériques a connu une croissance exponentielle rapide, conformément à la loi d'Edholm , largement due à la miniaturisation et à la réduction d'échelle rapides de la technologie MOS.

L'audio numérique PCM non compressé, avec une profondeur de 8 bits et une fréquence d'échantillonnage de 8 kHz , nécessite un débit binaire de 64 kbit/s , ce qui était impraticable pour les premiers réseaux de télécommunications numériques à bande passante limitée . Une solution à ce problème fut le codage prédictif linéaire (LPC), un algorithme de compression de données pour le codage de la parole , proposé initialement par Fumitada Itakura de l'Université de Nagoya et Shuzo Saito de Nippon Telegraph and Telephone (NTT) en 1966. Le LPC permettait une compression des données audio jusqu'à 2,4 kbit/s, ouvrant la voie aux premières conversations en temps réel réussies sur les réseaux numériques dans les années 1970. Depuis, le LPC est la méthode de codage de la parole la plus utilisée. Une autre méthode de compression de données audio, un algorithme de transformée en cosinus discrète (DCT) appelé transformée en cosinus discrète modifiée (MDCT), est largement adoptée pour le codage de la parole dans les applications de voix sur IP (VoIP) depuis la fin des années 1990.

Le développement de méthodes de transmission telles que SONET et la fibre optique a permis de faire progresser la transmission numérique. Bien que des systèmes analogiques aient existé, multiplexant plusieurs canaux vocaux analogiques sur un seul support de transmission, la transmission numérique a permis de réduire les coûts et d'augmenter le nombre de canaux multiplexés . Aujourd'hui, le terminal reste souvent analogique, mais les signaux analogiques sont généralement convertis en signaux numériques au niveau de l' interface de zone de service (SAI), du central téléphonique (CO) ou d'un autre point d'agrégation. Les boucles numériques (DLC) et la fibre jusqu'au terminal (FTTH) rapprochent toujours plus le réseau numérique des locaux du client, reléguant la boucle locale analogique au rang de technologie obsolète.

Avec l'avènement des nouvelles technologies de communication, le champ des technologies disponibles pour la téléphonie s'est considérablement élargi. La téléphonie englobe désormais les technologies des services Internet et des communications mobiles, notamment la visioconférence.

Les nouvelles technologies basées sur le protocole Internet (IP) sont souvent désignées sous le nom de téléphonie VoIP (voix sur IP), également appelée téléphonie IP ou téléphonie Internet. Contrairement aux services téléphoniques traditionnels, la téléphonie IP est relativement peu réglementée par les pouvoirs publics. Aux États-Unis, la Commission fédérale des communications (FCC) réglemente les communications entre téléphones, mais indique ne pas prévoir de réglementer les communications entre un utilisateur et un fournisseur de services de téléphonie IP.

Spécialisation de la téléphonie numérique, la téléphonie sur protocole Internet (IP) utilise les technologies de réseau numérique qui ont constitué la base d' Internet pour créer, transmettre et recevoir des communications téléphoniques via des réseaux informatiques . Communément appelée voix sur IP (VoIP), elle porte différents noms, mais a également été désignée par d'autres appellations. La VoIP s'est révélée être une technologie de rupture qui remplace rapidement les infrastructures téléphoniques traditionnelles. En janvier 2005, près de 10 % des abonnés au téléphone au Japon et en Corée du Sud étaient passés à ce service numérique. Un article de Newsweek, paru en janvier 2005, suggérait que la téléphonie sur Internet pourrait bien être « la prochaine révolution » . Dès 2006, de nombreuses entreprises proposaient leurs services VoIP aux particuliers et aux entreprises .

L'intégration des technologies IP aux réseaux mobiles, notamment via la Voix sur LTE ( VoLTE ) et la Voix sur 5G ( Vo5G ), constitue une avancée majeure en téléphonie mobile. Ces technologies permettent la transmission des appels vocaux sur la même infrastructure IP que celle utilisée pour les services de données, offrant ainsi une meilleure qualité d'appel et des connexions plus rapides que les réseaux à commutation de circuits traditionnels. La VoLTE et la Vo5G s'imposent comme la norme pour les communications vocales mobiles dans de nombreuses régions, à mesure que les opérateurs mobiles migrent vers des réseaux tout IP.

La téléphonie IP utilise une connexion Internet et des téléphones IP , des adaptateurs téléphoniques analogiques ou des logiciels de téléphonie (softphone) pour transmettre des conversations encodées sous forme de paquets de données . Si l'une des utilisations les plus courantes et économiques de la téléphonie IP est la connexion via des points d'accès Wi-Fi , elle est également employée sur des réseaux privés et via d'autres types de connexions Internet, qu'elles soient ou non directement connectées au réseau téléphonique mondial.

La communication directe interpersonnelle inclut des signaux non verbaux, notamment des expressions faciales et d'autres gestes, qui ne peuvent être transmis par la téléphonie vocale traditionnelle. La visiophonie permet de recréer ces interactions à des degrés divers. La théorie des indices contextuels sociaux est un modèle permettant d'évaluer l'efficacité des différents types de communication pour maintenir les signaux non verbaux présents lors des interactions en face à face. Cette recherche examine de nombreux indices, tels que le contexte physique, les expressions faciales, les mouvements corporels, le ton de la voix, le toucher et l'odorat.

L'utilisation du téléphone entraîne la perte de divers signaux de communication. Les interlocuteurs ne peuvent plus percevoir les mouvements corporels et sont privés du contact physique et olfactif. Bien que cette diminution de la capacité à identifier les signaux sociaux soit un fait connu, Wiesenfeld, Raghuram et Garud soulignent l'intérêt et l'efficacité propres à chaque type de communication selon les tâches. Ils étudient des environnements de travail où différents modes de communication, comme le téléphone, se révèlent plus pertinents que les interactions en face à face.

L'essor de la téléphonie mobile a induit un filtrage différent des signaux sociaux par rapport au téléphone fixe . L'utilisation de la messagerie instantanée, comme les SMS , sur les téléphones mobiles a favorisé le développement d'un sentiment d'appartenance à une communauté. Dans *La construction sociale de la téléphonie mobile*, il est suggéré que chaque appel et chaque SMS représente plus qu'une simple tentative de conversation. Il s'agit plutôt d'un geste qui maintient le lien social entre famille et amis. Bien que certains signaux sociaux disparaissent avec le téléphone fixe, les téléphones mobiles offrent de nouvelles formes d'expression, permettant à différents publics de les comprendre. De nouveaux outils langagiers tentent de compenser le manque inhérent d'interaction non physique.

Une autre théorie sociale étayée par l'exemple de la téléphonie est la théorie de la dépendance aux médias. Cette théorie postule que les individus utilisent les médias ou une ressource pour atteindre certains objectifs. Elle établit un lien entre les médias, le public et le système social dans son ensemble. Le téléphone, selon les personnes, permet d'atteindre différents objectifs tels que l'accès à l'information, le maintien du contact avec autrui, l'envoi rapide de communications, le divertissement, etc.