Transmisión de datos por la red eléctrica - Víctor García

1 Transmisi n de datos por la red el ctrica Javier lvarez Valle, V ctor Garc a Gonz lez, Daniel Gonz lez Fern ndez, Gui-llermo Gonz lez-Moriy n Hern ndez, Daniel Rodr guez Fern ndez, Marta Rubio Guti rrez, Daniel Valencia Morag n 1 Introducci n a la tecnolog a PLC Antecedentes En los a os 50 se hab a creado un sistema que permit a a las empresas de energ a controlar el consumo, el encendido del alumbrado p blico y el valor de las tarifas el ctricas por medio de una se al de baja frecuencia (100 Hz) que viajaba a trav s de los cables de la red en un solo sentido. A mediados de los 80 se iniciaron investiga-ciones sobre el empleo de los cables el ctricos como medio de transmisi n de datos y a fines de esa d cada ya se consegu a transmitir informaci n en ambas direcciones.

2 A finales de los 90 se consigui que esta transmisi n se realizara a velocidades suficien-temente elevadas. Esto permiti vislumbrar una aplicaci n en el campo de las teleco-municaciones: el acceso a Internet. Recientemente ha surgido un nuevo sistema de comunicaciones denominado Power Line Comunication (PLC) para atender la demanda de una Banda Ancha Real . Esta tecnolog a consiste en utilizar las l neas de distribuci n el ctricas para la transmisi n de informaci n. Situaci n actual Aunque en Espa a este sistema sea novedoso cabe destacar que ya en los a os 90 se experiment con esta tecnolog a en Inglaterra Alemania y Austria. En nuestro pa s las tres principales empresas de energ a espa olas (Endesa, Iberdrola y Uni n Fenosa) han iniciado en los ltimos a os experiencias piloto con tecnolog as PLC en distintas ciudades obteniendo resultados sumamente exitosos y sorprenden-tes.

3 En Barcelona la velocidad de transmisi n alcanz los 3 Mbps mientras que en Sevilla, en algunos casos la velocidad alcanz los 25 Mbps y, adem s, los usuarios pudieron acceder a servicios multimedia, de tel fono y de videoconferencia. 2 Concepto de PLC Se trata, fundamentalmente, de la transmisi n de voz y datos a trav s de la red el ctri-ca. Hace muchos a os que empresas e ingenieros est n tratando de hacer realidad esta idea porque se trata de aprovechar la red existente (m s de millones de perso-nas cuentan con energ a el ctrica en todo el mundo). De esta manera, las compa as el ctricas incrementar an su rentabilidad al aumentar el valor agregado de sus servi-cios con una m nima inversi n, aprovechando su infraestructura para fines para los cuales no hab an sido concebidos inicialmente.

4 3 Ventajas y Desventajas Ventajas Utiliza la infraestructura ya existente, es decir el cableado el ctrico, por lo que no es necesario ning n tipo de obra adicional Cualquier enchufe en una casa es suficiente para estar conectado. Posibilidad de crear redes de datos domesticas utilizando el cableado exis-tente. Su instalaci n es muy r pida por parte del cliente. Proporciona una conexi n permanente 24h al d a. Disponibilidad de m ltiples servicios a trav s de una misma plataforma. Es posible combinarla con otras tecnolog as. Por medio de microfiltros se evitan las posibles interferencias generadas por los electrodom sticos No sufre de los inconvenientes de ADSL o cable que no llega en muchos casos al usuario final. Al estar ya implantada la red el ctrica permite llegar a cualquier punto geogr fico.

5 El ancho de banda es de 45 Mbps aunque actualmente ya se alcanzan velo-cidades de 135 Mbps y en breve se llegar a 200 Mbps. Con un solo repetidor se provee de conexi n hasta 256 hogares. Con el tiempo los costes se abaratar n. Las tarifas de conexi n, aunque todav a no est n fijadas, no superar n las cuotas de ADSL. Desventajas Tiene escasa competencia tecnol gica. La producci n de los equipos necesarios es todav a escasa Ausencia de est ndares tecnol gicos para la interoperabilidad de equipos. La red el ctrica no fue dise ada para transmitir datos por lo que experi-menta frecuentes ca das y la calidad de las llamadas telef nicas no es com-pletamente satisfactoria. Interferencias durante la navegaci n a trav s de la Web.

6 Falta de seguridad. Oposici n de las compa as telef nicas. 4 Capa F sica Caracter sticas del canal Rango de frecuencias ( Mhz) Baja impedancia, lo que implica altas potencias de emisi n Alta atenuaci n La impedancia var a en cada ciclo de tensi n, debido al uso de dispositivos no lineales (diodos, transformadores, etc.) La impedancia var a temporalmente por el encendido y apagado de dispo-sitivos Reflexiones, debido a la topolog a de la red el ctrica en las viviendas Medio muy ruidoso. Puede no haber neutro (tierra) Transmisi n de la se al Para este sistema es necesario un "acondicionamiento" de la infraestructura existente en la red el ctrica. Las redes normalmente pueden transmitir se ales regulares de baja frecuencia en 50 o 60 Hz y se ales mucho m s altas, sobre 1 MHz sin que ambas frecuencias se molesten entre si, ya que las de baja frecuencia llevan energ a mientras que las de alta frecuencia llevan los datos .

7 Se utiliza una unidad de acondicionamiento HFCPN (High Frequency Conditioned Power Network) para transmitir datos y se ales el ctricas. Un HFCPN utiliza una serie de unidades de condicionamiento (CU) para filtrar esas se ales separadas. El CU recibe la entrada agregada en su puerto de red, esta entrada agregada pasa por un filtro pasa altos. Este filtrado de las se ales de alta frecuencia permite derivarlos al puerto de comunicaci n, y mediante un filtro pasa bajos se env a la electricidad al consumo. La se al de 50 Hz fluye del filtro pasa bajos y tambi n sirve para atenuar el ruido provocado por las aplicaciones el ctricas en casa del cliente, ya que el agregado de estos ruidos extra os provocar a distorsiones significativas en la red.

8 La se al de datos sale del CU a las unidades de consumo y distribuci n de datos mediante el empleo de cables coaxiales est ndar. Fig. 1. Unidad de acondicionamiento de la se al Los servidores de las estaciones o subestaciones locales, se conectan a Internet me-diante fibra ptica o cable coaxial tipo banda ancha. Modulaciones empleadas Como podemos ver en la Figura 2 la modulaci n del PLC comenz en una primera generaci n con la modulaci n GMSK y DSSS que ofertaba velocidades de entre 1 y 4 MBps pero ya en la segunda generaci n se empez a introducir la modulaci n OFDM. Las caracter sticas generales de la segunda generaci n fueron utilizar OFDM con: 1280 portadoras Tasa de transferencia: mayor de 27 Mbps en la bajada y mayor de 18 Mbps en la subida Tasa de transferencia adaptable seg n la SNR (Relaci n Se al Ruido) con m s de 8 bits por portadora.

9 Eficiencia de la modulaci n de 7,25bps/Hz Fig. 2. Evoluci n de las modulaciones empleadas De la tercera generaci n que actualmente esta en desarrollo se espera: Modulaci n OFDM densa Velocidades mayores a 100 Mbps Lograr mayor eficiencia gracias a una mayor densidad del multi-carrier Un coste menor o igual al del DSL/CABLE Instalaci n m s f cil y mecanismos mejores para la detecci n de errores Modulaci n GMSK GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying) es un esquema de modulaci n continua en fase, una t cnica que consigue suavizar las transiciones de fase entre estados de la se al, consiguiendo por tanto reducir los requisitos de ancho de banda. Con GMSK, los bits de entrada representados de forma rectangular (+1, -1) son trans-formados a pulsos gausianos (se ales de forma acampanada) mediante un filtro gau-siano para posteriormente ser suavizados por un modulador de frecuencia.

10 En la ma-yor a de los casos, la duraci n del pulso gausiano supera a la de un bit, dando lugar como consecuencia a lo que se conoce como interferencia inter-simb lica (ISI). El grado de esta superposici n es determinado por el producto del ancho de banda del filtro gausiano y la duraci n de un bit. Este producto se conoce normalmente como BT. Cuanto menor sea el valor de BT mayor ser el solapamiento entre pulsos gau-sianos. La portadora resultante es una se al continua en fase lo cual es importante porque las se ales con transiciones suaves entre fases requieren menor ancho de banda para ser transmitidas. Por otra parte, este suavizado de la se al hace que el receptor tenga que realizar un trabajo mayor en la demodulaci n de la se al ya que las transiciones entre bits no est n bien definidas.