1. PLC (POWER LINE COMUNICATION)
DAVID MAURICIO ECHEVERRI RIQUETH
VICTOR HUGO MADERA MARTINEZ
UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE ELECTRÓNICA
MEDELLÍN
2008

2. INTRODUCCIÓN
El concepto de Comunicaciones sobre Líneas de Potencia viene del inglés
Power Line Communications (PLC), que se conoce también en Estados Unidos
como BPL (Broadband Power Line) o DPL (Digital Power Line) nombre
genérico de telecomunicaciones sobre el segmento de baja tensión (ámbito
doméstico) de las redes eléctricas.
Este sistema puede ser usado para proveer servicios de telecomunicación
como: Internet de banda ancha, Voz sobre IP (VoIP), video y audio por
demanda, servicios de valor agregado como la AMR (Automatic Meter
Reading) para medición de servicios públicos (agua, gas, luz, etc), distribución
automática DSM (Deman Side Management) como el control remoto y
mantenimiento del alumbrado público, acceso remoto a edificios inteligentes y
adquisición de datos, entre otros.
La tecnología existente y los desarrollos logrados en tecnología de
comunicaciones sobre líneas de potencia, la convierten en una de las nuevas
alternativas de acceso para servicios de banda ancha. Las pruebas realizadas
en todo el mundo han demostrado la viabilidad de esta tecnología para cumplir
con tales objetivos, convirtiéndose en una interesante oportunidad de negocio
para las empresas distribuidoras de electricidad.
La tecnología PLC es simplemente un conjunto de elementos y sistemas de
transmisión que, basándose en una infraestructura de transporte y
distribución eléctrica clásica, permite ofrecer a los clientes servicios clásicos
de un operador de telecomunicaciones, abriendo la posibilidad de ofrecer
servicios de Internet, transmisión de datos a alta velocidad y hasta telefonía
IP.
Una forma de prestar el servicio de comunicación por PLC es utilizando redes
hibridas, ya sea PLC-Fibra Óptica, PLC-Satélite y PLC-Wifi. Estas conexiones
hibridas permiten tener redes más económicas, ya que combinan tramos de la
red con tecnologías que se adapten mejor a las características de la
infraestructura de distribución. Esto permite obtener redes de menor costo, con
características similares a redes con tecnología no hibrida. A pesar de estos
beneficios y que algunas de estas tecnologías híbridas permiten una solución
económica para zonas rurales, se contempla hasta el momento una distribución
totalmente por la red eléctrica, utilizando todos los beneficios y características
de la transmisión por medio de las líneas de bajo y medio voltaje. La única
conexión que se contempla con otra tecnología es en el tramo de red que
conecta a la central de transmisión de datos para el suministro de servicios de
Internet, utilizando fibra óptica.
Ahora y luego de percatarse del posible uso que se le puede dar a la línea
eléctrica como canal de comunicación, surge una serie de inconvenientes
que se deben sortear para emplearla eficientemente y transmitir información
a través suyo con la certeza de que los datos transmitidos lleguen a su
destino. Estos inconvenientes surgen ya que la red eléctrica no fue diseñada
2

3. para la comunicación de datos, por lo cual se presentan problemas tales
como desacoples de impedancia, las cuales producen reflexiones, la
atenuación de la línea eléctrica se incrementa con la distancia y con la
frecuencia, su impedancia varía con el tiempo en un rango muy grande,
según estén o no conectados ciertos aparatos eléctricos, no es un sistema
lineal e invariante en el tiempo, lo que añade más dificultad a su uso y
complica su caracterización respecto a atenuación, ruido y distorsión, la gran
variedad de dispositivos que pueden estar conectados hace que el ruido
introducido por estos sea muy variado. Además, la red eléctrica del hogar no
está diseñada para trasmitir señales a alta frecuencia, por lo que al hacerlo
se convierte en una fuente de ruido que hay que limitar.
Con el fin de sortear este tipo de inconvenientes, PLC hace uso de
esquemas de modulación robustos que permitan transmitir la información
sin que esta se vea afectada por las condiciones adversas que presenta la
línea eléctrica.
El principal esquema empleado por PLC es OFDM, el cual mas que ser un
esquema de modulación es una técnica que combina múltiplexación y
modulación, que emplea el principio de ortogonalidad de las señales para
hacer un uso mucho mas eficiente del espectro electromagnético y disminuir
los efectos dañinos producidos por la multitrayectoria, la cual se presenta
con mucha frecuencia en los sistemas PLC debido a los desacoples de
impedancia en la línea.
3

4. 1. RED DE DISTRIBUCIÓN ELÉCTRICA
El sistema de suministro eléctrico comprende el conjunto de medios y
elementos útiles para la generación, el transporte y la distribución de la energía
eléctrica. Este conjunto está dotado de mecanismos de control, seguridad y
protección.
Constituye un sistema integrado que además de disponer de sistemas de
control distribuido, está regulado por un sistema de control centralizado que
garantiza una explotación racional de los recursos de generación y una calidad
de servicio acorde con la demanda de los usuarios, compensando las posibles
incidencias y fallas producidas.
1.1 SISTEMA ELÉCTRICO DE POTENCIA (SEP)
Un Sistema Eléctrico de Potencia (SEP) es el conjunto de centrales
generadoras, de líneas de transmisión interconectadas entre sí y de sistemas
de distribución esenciales para el consumo de energía eléctrica.
El Sistema Eléctrico de Potencia (SEP) está formado por tres partes
principales: generación, transmisión y distribución.
Generación. Comprende el como se genera energía eléctrica. Esta puede ser
generada por centrales eléctricas de tipo hidráulica, térmica, eólica, termo
nuclear, etc.
Transmisión y Subtransmisión. Comprende todos los elementos que se
necesitan para transmitir la potencia, desde los puntos de generación hasta los
centros de carga a una tensión superior o igual a doscientos treinta mil voltios
(230 KV). Comprende las subestaciones, líneas de transmisión,
transformadores, etc. Se debe de tener presente que se debe involucrar los
diferentes sistemas de interconexión.
La Subtransmisión es la transmisión que se realiza a una tensión de ciento
quince mil voltios (115 KV). Involucra subestaciones, líneas de transmisión,
transformadores, etc.
Distribución. Es la que se realiza a una tensión inferior a ciento quince mil
voltios (115 KV). Comprende subestaciones de reducción, transformadores,
líneas, etc.
Otros aspectos a tener en cuenta que forman el sistema eléctrico son:
 Transporte.
 Subestaciones
 Centros de Transformación
 Instalación de Enlace
4

5. En la figura 1.1, se pueden observar en un diagrama esquematizado los
distintos componentes del sistema de suministro eléctrico mencionados.
Figura 1.1. Diagrama esquematizado del Sistema de suministro eléctrico
1.2 RED DE DISTRIBUCIÓN ELÉCTRICA
En la Figura 1.2 se esquematiza la estructura de una red eléctrica.
Figura 1.2 Modelo de referencia de la red de distribución eléctrica
En ella se pueden distinguir cuatro segmentos de interés:
• Red de Alto Voltaje: Transporta la energía desde los centros de generación
hasta las grandes áreas de consumo. Las distancias de transporte son
grandes, lo que implica altos voltajes (110Kv – 380Kv) para minimizar las
pérdidas (una región, un país, entre países).
5

6. • Red de Medio Voltaje: Distribuye la energía dentro de un área de consumo
determinada (una ciudad, una comarca). Está en el rango de 10Kv a 30Kv.
• Red de Bajo Voltaje: Distribuye la energía a los locales de usuario final, a los
voltajes de utilización final (110V-220V-380V).
• Red de Distribución Doméstica: Comprende el cableado de energía y las
tomas dentro de los locales del usuario final.
1.3 Elementos de un Sistema de Distribución. Entre los principales
elementos que conforman un sistema de distribución eléctrico se encuentran
los siguientes:
•
•
•
•
Alimentadores Primarios de Distribución: Llevan la energía eléctrica
desde las subestaciones de potencia hasta los transformadores de
distribución.
Transformadores de Distribución: Equipos encargados de cambiar la
tensión primaria a un valor menor de tal manera que el usuario pueda
utilizarla sin necesidad de equipos e instalaciones costosas y peligrosas.
Alimentadores Secundarios: Distribuyen la energía desde los
transformadores de distribución hasta las acometidas a los usuarios.
Acometidas: Son las partes que ligan al sistema de distribución de la
empresa suministradora con las instalaciones del usuario.
1.4 REDES ELÉCTRICAS EN COLOMBIA
En Colombia, tenemos un sistema bifásico, 220Voltios entre las fases, las
cargas típicas son conectadas entre la fase y cero (110V). Cargas pesadas son
conectadas entre dos fases. Frecuencia de operación 60 Hz.
Por lo general se conectan de 5 a 20 casas a un solo transformador de
distribución en una ciudad (casas próximas a los transformadores de
distribución).
Es importante tener presente que la red eléctrica no ha sido diseñada para
transportar información que requiera cierto ancho de banda; de hecho es un
medio muy hostil ya que es un canal con una respuesta en frecuencia muy
variable, tanto de lugar a lugar, como en el tiempo (horas de mayor consumo
eléctrico) y además de ser muy ruidoso, por la gran diversidad de cargas
conectadas.
Sin embargo el procesamiento digital de señales actualmente permite la
transmisión de considerables anchos de banda a través de este medio. La
banda de frecuencias aprovechable se extiende desde los KHz hasta los Mhz.
Los tendidos de energía no toman precauciones en cuanto a la radiación (ni a
la recepción a estas frecuencias) que coinciden con bandas de radio de uso
público, estos aspectos constituyen uno de los campos donde se está
regulando más intensamente para permitir la coexistencia de estos servicios.
6

7. 2.SISTEMA PLC
2.1 HISTORIA DEL PLC
Aunque la transmisión de información por las líneas de energía eléctrica, es
explorada y utilizada de forma limitada desde hace años, podemos considerar
que la nueva era de esta tecnología se dispara en otoño de 1997 con el
anuncio de Norweb de sus experiencias en el Reino Unido, en las que se
suministraba acceso a Internet a un segmento de baja tensión de unos 200
abonados. La potencialidad de la técnica causó un enorme revuelo y varios
suministradores de equipos de telecomunicación se lanzaron a realizar pruebas
de campo de sus tecnologías en el área (particularmente Siemens y Ascom).
A finales del 2000, Siemens también detuvo sus desarrollos en esta tecnología,
alegando la inestabilidad de la regulación y su lento despegue.
Es interesante notar que las primeras aplicaciones de PLC se remontan hace
más de veinte años en aplicaciones de banda estrecha, con velocidades de
transmisión de unos pocos kbit/s, siendo su aplicación objetivo la lectura
automática de contadores, detección y localización de averías y, en algunos
casos, control de carga. La nueva generación de PLC, de banda ancha, tiene
entre sus aplicaciones no sólo dar servicios de telecomunicaciones a los
usuarios finales, sino también soportar este tipo de aplicaciones de operación
de la red de energía y, de hecho, se consideran un factor que en ocasiones
puede resultar determinante cuando se realizan los estudios de rentabilidad de
estas redes.
Se utilizaban pues, las líneas de alta tensión para transmitir datos, con unas
velocidades muy pequeñas, pero suficientes para el telecontrol. Lo realmente
novedoso es que los equipos de investigación hayan logrado recientemente
tasas de hasta 3 Mbps mediante un nuevo chip, con lo que se ha despertado
otra vez la posibilidad de ofrecer información a alta velocidad a través de la
red eléctrica.
Es también interesante reseñar un caso que representa las expectativas que
levanta la posibilidad de transmitir información a través de las líneas de
energía, a veces más allá de lo que se puede considerar razonable, como es el
de Mediafusion, iniciativa que anunciaba la posibilidad de transmitir a
velocidades de 2,5 Gbit/s.
Mediafusion proclamaba que tenía una solución novedosa patentada,
consistente en transmitir la información guiada en los campos magnéticos
producidos por las líneas de energía, que se modulaban mediante máser, con
alcance mundial, es decir, que, por ejemplo, desde un punto en EE.UU. se
podía dar servicio a usuarios en Europa. Mediafusion tenía una página web
donde establecía estos principios y solicitaba inversores, pero también ha
cesado en sus actividades.
En la actualidad los principales suministradores europeos de estos equipos
fueron Siemens y Ascom (Suiza).
7

8. 2.2 ESTRUTURA BÁSICA DE UNA RED PLC
En la figura 2.1 podemos apreciar como es la estructura general de una Red
PLC. Esta figura ilustra los segmentos de bajo voltaje y de distribución
doméstica de una red PLC.
Figura 2.1. Segmentos de baja tensión y red doméstica
Comenzando por la red de distribución doméstica, que es donde más
despliegue real de telecomunicaciones sobre líneas de energía existe,
actualmente el objetivo es convertir el cableado de distribución doméstico en
una red de área local, siendo cada enchufe un punto de acceso a esta red.
Constituye un gran atractivo el no tener que instalar nuevo cableado para
aplicaciones de telecomunicación, así como la posibilidad de controlar
dispositivos eléctricos por el mismo enchufe que proporciona la energía.
El segmento de distribución doméstica tiene características del medio muy
similares a los de la “primera milla”, pero aliviadas por las dimensiones: la
distancia a cubrir es menor (del orden de 50m), el número de ramas también es
menor y más corto. En cualquier caso sigue siendo un medio hostil, no
diseñado para el transporte de información que requiera un gran ancho de
banda. Por ello, la tendencia en la actualidad es:
• Reutilizar la misma tecnología en los segmentos de bajo voltaje y de
distribución doméstica con el objetivo de conseguir economías de escala.
• Aunque la pasarela del hogar de la Figura 2.1 puede adaptar, por ejemplo, de
un acceso ADSL a un PLC dentro del hogar o, inversamente, de un PLC en el
segmento de bajo voltaje a una interfaz Ethernet en el hogar, lo más atractivo
es que la pasarela sea de PLC a PLC, haciendo efectivo el eslogan: “un acceso
a las comunicaciones en cada enchufe”. Esto requiere compatibilidad espectral
entre los sistemas PLC de bajo voltaje y doméstico. Por ello existen propuestas
de dividir el espectro entre 1 MHz y 30 MHz en bandas de 10 MHz, asignando
8

9. las bandas superiores para uso doméstico (menores distancia que admiten las
mayores atenuaciones en esta banda) y las inferiores para uso en el acceso
(ver Figura 2.2).
Figura 2.2. Asignación del espectro en PLC
Obsérvese que la banda media puede asignarse indistintamente para acceso o
dentro del hogar. Se está proponiendo que los sistemas de hogar detecten
automáticamente la presencia o no de un sistema de acceso en esa banda, de
forma que la puedan ocupar en caso de que esté libre y aumentar así sus
prestaciones.
Esto ha hecho que desde hace tiempo existan tecnologías en el mercado para
este segmento basados en el estándar X-10 y en tecnología Echelon. Al
considerar las soluciones PLC totales, la distribución utilizando la red interna de
los usuarios constituye una gran ventaja competitiva en comparación con
soluciones alternativas. El eslogan “Convierta cada enchufe de su casa en un
punto de acceso a Internet” demuestra un gran atractivo para los usuarios,
aunque algunos analistas opinan, por el contrario, que tener el acceso a las
telecomunicaciones en un punto “que da calambre” puede constituir una
barrera sicológica. En la actualidad se ha formado un grupo de interés especial
denominado HomePlug que ha editado una especificación para estas redes.
• Las redes de bajo y medio voltaje pueden considerarse conjuntamente, ya
que las soluciones adoptadas abarcan ambas redes. La red de bajo voltaje
constituye lo que en el dominio de las telecomunicaciones se ha dado en llamar
“la última milla”; se extiende desde el transformador de media a baja tensión
hasta los contadores de los abonados. Cabe señalar aquí características
importantes de este tramo de la red:
- Varios abonados están conectados a la misma fase; es decir, la red eléctrica
desde un punto de vista de transmisión de la información es un medio
compartido.
- El número de abonados que son servidos desde un transformador de media a
baja, y que constituye un punto candidato para inyectar las señales de
telecomunicaciones, varía ampliamente de país a país. En Europa la media
está en unos 150 abonados, en China en unos 250, mientras que en EE.UU. la
media es de sólo 15 y en Brasil de unos 20.
Esto tiene serias implicaciones en la arquitectura de red a considerar. En
Europa el impacto de los costos en infraestructura de distribución de las
9

10. telecomunicaciones hasta los trasformadores de media a baja es más reducido,
ya que se puede atender a un gran número de abonados. En cambio, en
EE.UU. no es el caso, y por tanto consideran como punto de inyección más
deseable los transformadores de alta a media; de forma que la red de media
tensión se convierte en parte de la red de acceso.
Aunque sea obvio, es pertinente recordar que la red eléctrica no ha sido
diseñada para transportar información que requiera cierto ancho de banda; de
hecho constituye un medio muy hostil: un canal con una respuesta en
frecuencia muy variable, tanto de lugar a lugar como en el tiempo, y muy
ruidoso. Sin embargo la potencia del Proceso Digital de Señal permite
actualmente la transmisión de considerables anchos de banda a través de este
medio. La banda de frecuencias actualmente aprovechable (the sweet spot) se
extiende desde 1 MHz hasta los 30 MHz.
Los tendidos de energía no toman precauciones en cuanto a la radiación ni a la
recepción a estas frecuencias, que coinciden con bandas de radio de uso
público. Estos aspectos constituyen uno de los campos donde se está
regulando más intensamente para permitir la coexistencia de servicios.
En el segmento de bajo voltaje las distancias más comunes desde el
transformador al usuario es de 200 metros (al menos en Europa), siendo un
medio compartido, con numerosas ramificaciones para servir a los usuarios.
Esto hace que el medio sea tremendamente hostil, debido a:
• La atenuación a las frecuencias de interés con la distancia.
• Las reflexiones que se producen en las ramificaciones, lo que hace que la
función de transferencia del canal presente desvanecimientos selectivos.
Además esta característica tiene una variación temporal dependiendo de la
carga (en el sentido de consumo de energía en cada momento o,
equivalentemente, de qué dispositivos están conectados). Todo esto hace
necesario utilizar sistemas de modulación muy robustos y adaptables a las
características del canal. Como ejemplo, DS2 firma valenciana que
actualmente está a la cabeza de esta tecnología, consigue velocidades de 45
Mbit/s a nivel MAC, 27 Mbit/s en el sentido descendente y 18 Mbit/s en el
ascendente. DS2 utiliza OFDM adaptándose dinámicamente a las condiciones
del canal, monitorizando las condiciones de relación señal ruido de cada
subportadora cada 10 ms y adaptando en función de ésta la tasa de bit a
transmitir por la misma.
• Las líneas de la red de alto voltaje se utilizan para transportar señales de
telemetría, información de supervisión y órdenes de reconfiguración de la red.
También es frecuente que las compañías eléctricas desplieguen una
infraestructura de telecomunicación para cubrir sus propias necesidades de
comunicaciones entre subestaciones. Es común que esta infraestructura se
base en fibra óptica que utiliza como soporte el mismo que el tendido eléctrico,
aunque también pueden encontrarse infraestructuras basadas en radioenlaces. Este aspecto de las telecomunicaciones de las compañías eléctricas,
10

11. aunque es evidente que conforma una base de partida ventajosa utilizar esta
infraestructura para el transporte de la información del dominio público.
2.3 SISTEMAS INDOOR Y OUTDOOR
La arquitectura de un Sistema de Comunicación, PLC consta de dos sistemas
(Indoor y Outdoor) formados por tres elementos (Cabecera, Repetidor y
Módem PLC) los cuales se aprecian en la figura 2.3
Figura 2.3. Arquitectura de un Sistema de Comunicación PLC.
Existen limitaciones de distancia tanto para el tramo interior a la vivienda como
para el tramo de acceso, siendo de aproximadamente de 400 metros para el
tramo de acceso (Sistema Outdoor). El tramo exterior (del transformador al
usuario) tiene una distancia promedio de 200 metros y de 50 metros para el
tramo interno al hogar (Sistema Indoor o de distribución doméstica).
2.3.1 Sistema Outdoor. Cubre el tramo que en telecomunicaciones se conoce
como última milla y para el caso de la red PLC comprende la red eléctrica que
va desde el lado de baja tensión del transformador de distribución hasta el
medidor de la energía eléctrica. Como se aprecia en la figura 2.4
11

12. Figura 2.4 Sistema Outdoor
Este primer sistema es administrado por un equipo Cabecera PLC, que
conecta a esta red con la red de transporte de telecomunicaciones o Backbone.
De esta manera el equipo de cabecera inyecta a la red eléctrica la señal de
datos que proviene de la red de transporte.
2.3.2 Sistema Indoor: Cubre el tramo que va desde el medidor del usuario
hasta todos los tomacorrientes o enchufes ubicados al interior de los hogares.
Para ello, este sistema utiliza como medio de transmisión el cableado eléctrico
interno. Como se aprecia en la figura 2.5
Figura 2.5 Sistema Indoor
12

13. Para comunicar estos dos sistemas, se utiliza un equipo Repetidor PLC. Este
equipo, normalmente se instala en el entorno del medidor de energía eléctrica y
esta compuesto de un Módem Terminal y un Equipo de Cabecera. El primer
componente de este repetidor recoge la señal proveniente del equipo Cabecera
del sistema Outdoor y el segundo componente se comunica con la parte
terminal del Repetidor e inyecta la señal en el tramo Indoor.
El hecho de que ambos servicios, los de energía eléctrica y los de transmisión
de datos, operen en frecuencias muy distantes en la banda espectral, permite
que estos puedan compartir el medio de transmisión sin que uno interfiera
sobre el otro. En la figura 2.6 se aprecia el rango de frecuencias que en la
actualidad se maneja en comunicaciones sobre líneas de potencia de baja
tensión.
Figura 2.6. Banda de Frecuencia Usadas en PLC
2.4 ELEMENTOS DE UNA RED PLC
En la figura 2.7 se pueden ver los diferentes elementos que constituyen una red
PLC.
Figura 2.7. Elementos de una Red PLC
13

14. 2.4.1 Redes Eléctricas. Antes de nada, debemos conocer que las redes
eléctricas convierten (mediante los transformadores situados en las
subestaciones), los voltajes de media tensión (utilizados para el transporte
de la energía) a líneas de baja tensión 220V, lo más cerca posible de los
usuarios. En aras a evitar las pérdidas que se producen a baja potencia.
De las tres partes en que se compone la red eléctrica (tramos de baja
tensión, de media y de alta tensión), se utiliza únicamente el tramo de baja
tensión (o lo que en la red de telefonía se conoce como última milla). Tramo
que conecta las viviendas con las subestaciones transformadoras (o lo que
sería el equivalente telefónico a la central local).
Para usar la red de distribución eléctrica de baja tensión como un sistema de
comunicación digital es necesario un acondicionamiento de la infraestructura
eléctrica. Estas redes normalmente pueden transmitir señales de baja
frecuencia a 50 o 60 Hz y señales mucho más altas sobre 1 Mhz sin que
ambas frecuencias se molesten entre si, ya que las de baja frecuencia llevan
energía mientras que las de alta frecuencia llevan los datos.
La topología de una red PLC es en BUS, lo que provoca que el ancho de banda
proporcionado por cada transformador de distribución deba ser compartido por
todos los usuarios que se cuelguen de este.
Los servidores de las estaciones o subestaciones locales, se conectan a
Internet mediante fibra óptica o cable coaxial tipo banda ancha, el resultado
final, es similar a una red de área local (LAN).
2.4.2 Transformadores. Cada transformador distribuye, típicamente entre 3 y
6 líneas de baja tensión, con una longitud media de unos 250 metros. Cada
una de ellas proporciona suministro eléctrico a unos 50 clientes.
Al transformador llega un acceso de banda ancha como la fibra óptica
suministrado por un ISP (Internet Service Provider, En las subestaciones
eléctricas (o transformadores locales) se instalan servidores que se conectan a
Internet generalmente a través de fibra óptica), donde un Router PLC se
encarga de distribuir el recurso a los diferentes usuarios que comparten la
misma línea de transmisión de baja tensión a través de un Módem PLC, que se
encarga de inyectar los datos provenientes de Internet (World Wide Web) para
que viajen por la línea de baja tensión hasta los potenciales usuarios.
2.4.3 Módem de Cabecera. Por el lado de la compañía eléctrica, y en la
subestación transformadora, deberá también colocarse el módem de
recepción de datos. La cabecera PLC convierte los datos de la red PLC de
baja tensión al estándar de Internet (Ethernet/USB) que se encarga de
interconectar las diferentes redes de servicio (Internet, Televisión, Telefonía)
con la línea de baja tensión. Con lo que se garantiza una conexión a alta
velocidad lo suficientemente potente para dar servicio a todos los usuarios.
Desde este punto, y mediante una fibra o bien un radio enlace, conectaremos
14

15. con el proveedor de servicios (ISP), Representado en la figura 4.8 bajo las
siglas HE.
La empresa eléctrica interesada en prestar servicios de comunicación deberá
instalar en la subestación transformadora o transformador de distribución un
Módem o Cabecera PLC de recepción y distribución de datos, que se conecta a
la red por medio de un nodo que tiene acceso a Internet a través de un
Backbone de fibra óptica, SDH, ATM, Inalámbrico entre otros, donde la señal
es convertida en una señal eléctrica o viceversa. Se tienen dos versiones: de
Media Tensión (MT) y Baja Tensión (BT). Distancias máximas: • 600 m en MT y
• 300 m en BT, Este equipo emite señales de baja potencia por lo general
menores de 100mW.
De este modo la información ya acondicionada para viajar en las líneas de
potencia, puede ser inyectada en la red de distribución eléctrica de baja tensión
que va hasta el contador o cuarto de contadores de un grupo residencial. Así a
una vivienda llegan dos señales:
•
•
Una de baja frecuencia que transmite la energía eléctrica.
Otra de alta frecuencia en la que se transmiten los datos.
2.4.4 Cableado Eléctrico. La tecnología Power Line Communications basa su
estructura de funcionamiento, en la utilización de los cables eléctricos de baja
tensión como medio de transporte desde la Central de Distribucion ubicado por
lo general en los mismos transformadores de distribución hasta el cliente,
permitiendo entregar servicios de transferencia de datos.
Básicamente se utiliza el cableado de baja tensión como una red de
telecomunicaciones, donde los enchufes de cada hogar u oficina se convierten
en puntos de conexión.
2.4.5 Repetidor PLC. No siempre se utilizan, se sitúan en los cuartos de
contadores de un edificio concentrando la voz y los datos de los usuarios
residentes en el edificio. Así mismo regeneran la señal para aumentar su
alcance y eliminar errores de transmisión. Si la distancia entre la cabecera PLC
y el usuario es mayor de 300 metros, se hace necesario el uso de este, ya que
la señal atenúa en la línea con el aumento de la distancia. Pueden controlar
hasta 256 modems de cliente (CPE).
2.4.6 Equipo de Acceso de Usuario (CPE). El CPE (Costumer Premises
Equipment) es el equipamiento de telecomunicaciones instalado en el domicilio
del cliente final para la prestación de los servicios (Módem PLC, Routers PLC,
etc). Este dispone de un puerto de datos (Ethernet / USB) en donde se conecta
el equipo de datos del usuario (por ejemplo, un PC) y un puerto para la
conexión de un teléfono analógico convencional. Así mismo, el CPE contiene el
módem PLC necesario para la inyección de la información digital (voz y datos)
en los cables eléctricos para su transmisión.
2.4.7 Módem de Usuario. Cada usuario deberá instalar un módem PLC para
posibilitar el envío y recepción de datos por la línea eléctrica (similar a los que
se usan en ADSL) donde se conectan los equipos de transmisión de voz y
15

16. datos como computadores, teléfonos, impresoras y potencialmente otros
dispositivos preparados para ello (como alarmas, aire acondicionado,
refrigeradores, hornos microondas, etc).
Este dispositivo se conecta a un tomacorriente, se vale de un filtro pasa bajas
para limpiar ruidos generados por las aplicaciones domesticas y un filtro pasa
altas que separa los datos para ser convertidos en señales compatibles con
Ethernet o puertos USB. Los módems por enchufe proporcionan la interfaz
requerida por las aplicaciones de usuario, por ejemplo Ethernet o interfaces a/b
telefónicas.
2.4.8 Home Gateway. Existe la opción que el usuario instale un Home
Gateway (Concentrador o HUB colocado cerca del contador de entrada), entre
el Módem de Cabecera y una posible LAN interna, de tal manera que posibilite
a los distintos usuarios conectados a esta compartir la conexión y a la vez
interconectarse entre ellos utilizando cualquier enchufe o tomacorriente de la
edificación, estos últimos serán un puerto de comunicación siempre y cuando
dispongan de un Módem PLC.
También cualquier fuente de datos externa (xDSL, HFC, inalámbrica entre
otros) puede conectarse al home gateway para que este distribuya y gestione
la conexión multiusuario en una misma edificación.
La pasarela del hogar, en el caso representado de PLC extremo a extremo, en
la figura 4.6 tiene una función de bridge, separando los segmentos de acceso y
doméstico, y además puentea el contador eléctrico (también, un filtro paso bajo
para las frecuencias de interés).
En resumen, en la figura 2.8 se aprecia un diagrama esquemático que muestra
los elementos que comprenden la tecnología PLC.
Figura 2.8. Elementos de una Red PLC
16

17. 2.5 FUNCIONAMIENTO DE UNA RED PLC
La Baja Tensión se utiliza como red de acceso para los hogares e industrias
(como sustituto del bucle de abonado), mientras que la Media Tensión hace las
veces de red de distribución, transportando los datos hacia el backbone de la
red. La existencia de la tecnología PLC en Media Tensión convierte esta parte
de la red en anillos metropolitanos, afianzando aún más al PLC como una
alternativa real de Banda ancha y solución de acceso.
El usuario final conecta un módem PLC a la red eléctrica para tener acceso a
una red de comunicación. El módem establece comunicación con el Repetidor
PLC que por lo general se encuentra ubicado con la cabecera PLC en los
transformadores de distribución.
Las velocidades actuales en algunos equipos comerciales para el tramo de
baja tensión están en el orden de unos 45 Mbps distribuidos en: 27 Mbps en
sentido descendente (bajada) y 18 Mbps en sentido ascendente (subida), así
que la comunicación es asimétrica. El ancho de banda se comparte entre todos
los usuarios que se cuelgan al repetidor (colocado en la cabecera PLC) con un
máximo de 256 usuarios. Esto indica que si en un repetidor concurren 100
conexiones la velocidad teórica de bajada es de 270 Kbps, pero si las
conexiones son 10 la velocidad será de 2,7 Mbps con lo cual será más
ventajoso que la tecnología ADSL. Veamos en la figura 2.9 como funciona la
tecnología PLC.
17

18. Figura 2.9. Tecnología PLC
Se aprecia en la parte superior de la figura 2.9 que por medio de fibra óptica se
lleva información de Telefonía e Internet (línea roja) a un centro de distribución
eléctrico o transformador de distribución, en este se encuentra ubicada una
Cabecera PLC (En este punto debe haber un conversos Óptico Eléctrico por lo
general a Ethernet, que es el estándar de entrada de datos para las cabeceras
de PLC) la cual se encarga de inyectar la información a las redes del sistema
de distribución eléctrico de baja tensión.
La información sumada a la señal eléctrica (línea azul-roja) llega a todos los
usuarios, entrando a sus domicilios a través del Contador, pasando este se
encuentra ubicado un repetidor PLC.
El repetidor PLC regenera la señal de información para que de esta manera
pueda llegar al usuario convirtiendo un tomacorriente en un posible punto de
acceso para la comunicación. El usuario debe contar como mínimo con un
Módem PLC para poder acceder a la información.
El Módem se comporta como un filtro Pasa Altas para permitir solo el paso de
la información a los dispositivos de comunicación (línea roja) y como un filtro
Pasa Bajas, para las frecuencias que dan potencia a los dispositivos eléctricos
(línea azul).
De esta manera un usuario de tecnología PLC puede contar con servicios de
banda ancha en cualquier lugar de su residencia. Es así como puede disponer
de Internet, telefonía (VoIP), video, entre otros.
2.6 ARQUITECTURA DE UNA RED PLC
2.6.1 REDES PLC DE DISTRIBUCIÓN
La solución mas económica para la conexión entre una red PLC de acceso y
una red principal de comunicaciones, es el uso de sistemas que ya estén
implementados en el área de acceso. Algunos transformadores ya están
conectados a una red de mantenimiento mediante cables de cobre.
Inicialmente estas conexiones fueron realizadas para el control remoto y
comunicaciones internas entre los centros de control de la red de suministro.
Estos enlaces pueden ser utilizados para la conexión de las redes PLC con las
redes principales de comunicación aplicando otras tecnologías, como por
ejemplo mediante el uso de Estaciones base, las cuales poseen interfaces
para diferentes tipos de tecnología como xDSL
Durante la última década, las empresas de energía han instalado redes de
fibra óptica a lo largo de sus redes de distribución, las cuales también podrían
ser empleadas para la conexión de las redes PLC de acceso con las redes
principales de comunicación.
18

19. Otra posible solución es el uso de tecnología PLC en las redes de medio
voltaje, las cuales se conectan a las de bajo voltaje, suministrando así, una
conexión entre el usuario y la red principal de comunicaciones.
Generalmente existen varias posibilidades para la conexión de una red PLC a
una red principal:
Implementación de redes cableadas, ya sean ópticas o de cobre
Instalación de redes de distribución inalámbricas
Aplicación de tecnología PLC en las redes de medio voltaje
Independiente de las tecnologías aplicadas para esta conexión, estas deben
asegurar la transmisión de todos los servicios ofrecidos por las redes PLC de
acceso. Por esta razón, estas tecnologías no solamente deben asegurar altas
ratas de transmisión de información, sino también la implementación de
políticas de calidad de servicio en todos los servicios ofrecidos por la tecnología
PLC
2.6.1.1 Topología de las redes de distribución
Una solución razonable para la conexión de múltiples redes PLC de acceso,
ubicadas dentro de un área pequeña, es la unión de redes de distribución
conectando un cierto número de redes PLC, como lo muestra la figura 2.10
Figura 2.10 Red de distribución PLC con topología en Bus
Estas redes de distribución pueden ser implementadas en diferentes
topologías, independiente de la tecnología de comunicación empleada.
La topología de red escogida tiene que asegurar no solamente un costo
razonable, sino también una confiabilidad, incluyendo la redundancia en caso
de fallas, y esto depende principalmente de la ubicación de las redes de
acceso PLC en determinad área y la ubicación de la oficina de interconexión
del proveedor de servicios.
Una topología en bus, es una de las posibles soluciones que se puede realizar
a bajo costo dentro de un área adecuada. Otro criterio importante que debe ser
tenido en cuenta en el momento de la elección de la topología de la red, a parte
del costo de implementación, es la confiabilidad que esta me proporciona en
caso de falla en algún enlace. En el caso de la topología en Bus, si un enlace
entre dos redes PLC de acceso falla, todas las redes ubicadas dentro de este
enlace también son desconectadas de la red principal de comunicaciones. Por
19

20. esta razón, topologías de red en maya deben ser consideradas para la
aplicación en redes PLC de distribución. Otra posibilidad es una red con
topología en estrella, la cual conecta cada red PLC de acceso separadamente,
como lo muestra la figura 2.11
Figura 2.11 Red de distribución en Estrella
Con esta implementación, la falla de un enlace solo afecta la red PLC de
acceso a la cual enlaza, imposibilitando la realización de una conexión
alternativa sobre un enlace de transmisión redundante. Por esta razón, la
aplicación de topología en anillo aparece como una alternativa razonable que
incrementa la confiabilidad de la red, como lo muestra la figura 2.12
Figura 2.12 Red de Distribución en Anillo
Finalmente, la topología de una red PLC de distribución puede ser una
combinación de cualquiera de las tres estructuras básicas presentadas
anteriormente. Independiente de esto, la escogencia de la topología de la red
depende de varios factores entre los cuales se encuentran: la disponibilidad
del medio de transmisión dentro del área de aplicación, la posibilidad de
implementar redes de distribución confiables y la estructura y distribución
geográfica de redes PLC de acceso y una oficina de interconexión local.
2.6.2 RED DE ACCESO: ARQUITECTURAS ALTA, MEDIA Y BAJA
TENSIÓN DEL PLC
Las redes PLC soportan el protocolo de gestión simple de red SNMP (Simple
Network Management Protocol) y otros servicios como habilitar el monitoreo de
20

21. redes y dispositivos específicos de empresas. En la figura 2.13 se aprecian los
elementos conformando por una red PLC, así como también los tramos de alto,
medio y bajo voltaje.
Figura 2.13. Arquitectura de una Red PLC
El principal problema del despliegue de una red PLC en la primera milla
consiste en elegir la ubicación de la cabecera PLC, entendiendo por cabecera
el punto donde se efectúa la conversión de un transporte de
telecomunicaciones convencional (por ejemplo, fibra óptica) a la tecnología
PLC. El coste de este punto de conversión debe ser repartido entre el mayor
número de usuarios posible. En Europa un buen candidato es el transformador
de media a baja tensión, al que se conectan unos 150 usuarios de electricidad
de los cuales, en un entorno de libre competencia y con una estimación de
penetración final optimista, un 30% contratarían el servicio de
telecomunicaciones. En EE.UU. la media de usuarios por transformador de
media a baja es 15 en lugar de 150, luego si se sitúa la cabecera en este punto
la repercusión por usuario será diez veces mayor que en Europa.
Adicionalmente, si se colocan los puntos de interconexión en los
trasformadores de media-baja, hay que llegar a ellos con la infraestructura de
telecomunicaciones convencional (fibra, radio) y esta capilaridad incrementa
coste por usuario.
Por ello se buscan tecnologías que puedan ser utilizadas tanto en media como
en baja tensión (como las distancias en medio voltaje son mayores que en
baja, se requerirán repetidores). La idea es colocar las cabeceras en los
transformadores de alta-media y llegar desde estos a los usuarios, puenteando
con repetidores los transformadores de media-baja. Sólo en aquellos
escenarios en que el número de usuarios de un segmento de baja tensión fuera
suficiente se colocarían cabeceras en los transformadores de media-baja.
21

22. Obsérvese que el problema inverso, es decir, que un segmento desde un
transformador de media a baja tenga demasiado tráfico, es de fácil solución, ya
que se puede subsegmentar desde el transformador, formando varios sistemas
de transmisión, por ejemplo entre cada fase y neutro. Las tres figuras
siguientes ilustran distintos escenarios. En particular, el escenario de la figura
13 correspondería a las penetraciones habituales en EE.UU., mientras que en
Europa este escenario podría darse en las fases iniciales del despliegue. Como
ejemplo numérico podemos tomar el caso de Holanda, país en el que existen
unas 8.000 subestaciones de cada una de las cuales cuelgan una media de 10
transformadores de media-baja, en una configuración en anillo.
Obsérvese el paralelismo de este tipo de arquitectura con una Red de Área
Metropolitana de telecomunicaciones a las que se conectan redes de acceso.
Existen grandes variaciones entre redes eléctricas, en España, por ejemplo,
hay configuraciones con 20 a 30 transformadores de media - baja que no se
conectan en anillo sino a tres o cuatro subestaciones, formando una red
mallada.
En las figuras 2.14, 2.15 y 2.16 se muestran los escenarios de redes de baja,
media y alta tensión para la tecnología PLC.
Figura 2.14. Escenario de penetración baja de PLC
Figura 2.15. Escenario de penetración media de PLC
22

23. Figura 2.16. Escenario de penetración alta de PLC
2.7 CARACTERÍSTICAS DEL CANAL DE TRANSMISIÓN PLC
Un sistema de transmisión en una red de telecomunicaciones tiene la tarea de
convertir el conjunto de datos en una forma adecuada antes de que esta sea
introducida en el canal de comunicaciones o medio de transmisión. Tal y como
lo hacen los otros canales de comunicación, el canal PLC introduce atenuación
y desplazamiento de fase en la señales. Adicionalmente, el canal PLC fue
diseñado desde un principio solo para la distribución de energía y por esta
razón, varios tipos de maquinas y dispositivos son conectados a este. Este
empleo del suministro eléctrico hace que el canal PLC no sea un medio
adecuado para la comunicación de señales de información. Una de las razones
es la discontinuidad de impedancia que caracteriza a este canal, la cual hace
que las señales transmitidas se reflejen en varias ocasiones, resultando en
transmisiones multitrayectoria, el cual es un efecto bien conocido en ambientes
inalámbricos.
Los cables de la línea eléctrica se dividen de manera asimétrica, como lo
muestra la figura 2.17, presentando varias conexiones irregulares entre las
secciones de red y los usuarios y transiciones entre los canales subterráneos y
los canales aéreos.
Figura 2.17 Estructura de una red de suministro de bajo voltaje
Estas transiciones en los cables causan cambios de impedancia en el medio y
por ende reflexiones. Adicionalmente, una red PLC cambia su estructura,
especialmente en las redes caseras, en las cuales cada evento de encendido o
apagado de cualquier artefacto eléctrico puede cambiar la topología de la red.
Los efectos más importantes que influyen en la propagación de las señales son
23

24. las pérdidas debido a las reflexiones existentes en los puntos de empalmes,
divisiones y extremos de los cables así como también la atenuación selectiva
de las frecuencias de las señales. En las redes PLC, la atenuación de la línea
de transmisión depende de la longitud y el cambio en las características de
impedancia que esta presente. Numerosas medidas han demostrado que la
atenuación en las líneas de potencia es aceptable en cables relativamente
cortos (aproximadamente entre unos 200 y 300 m), pero es muy mala en
cables más largos. Por esta razón, las redes PLC extensas requieren el empleo
de repetidores que regeneren las señales
2.7.1 DIFICULTADES DE LAS LÍNEAS DE POTENCIA
La Red Eléctrica es un medio bastante hostil para la transmisión de datos, en
ella encontramos muchas derivaciones, transformadores, malas conexiones,
impedancias variables, ruido generado por los aparatos que se le conectan
entre otros.
Para el caso de los transformadores, estos elementos están formados por
bobinas, las cuales producen una alta impedancia con el aumento de la
frecuencia. La corriente y el voltaje de la señal en alta frecuencia se atenúan
de manera crítica con el aumento de la frecuencia, esto se aprecia claramente
con la definición de impedancia inductiva.
ZL. ( j. ! ) j. !. L
Las líneas de potencia domiciliaria están diseñadas para llevar potencia y no
datos, sus frecuencias no son superiores a 400 Hz (típicamente 50 o 60 Hz).
Se deben tener en cuenta las perturbaciones como alto ruido, alta atenuación y
distorsión de la señal, tal como se puede observar en la figura 2.18, si se quiere
llevar información sobre las líneas de potencia A.C. de uso domiciliario.
Figura 2.18. Factores que afectan la comunicación sobre las líneas de baja
tensión.
Caracteristicas
24

25. 2.7.1.1 Descripción del Ruido
Debido a que los cables de la línea eléctrica fueron diseñados únicamente para
la transmisión de energía, ningún interés se dio por mostrar las propiedades de
este medio en las altas frecuencias.
Además de la distorsión de la señal de información debido a las pérdidas de
señal presentes en los canales y a la propagación multitrayectoria, la
superposición de ruido en la energía de la señal hace que una correcta
recepción de la información sea más difícil de lograr.
A diferencia de otros canales de comunicaciones, la línea eléctrica no
representa una fuente de ruido blanco Gausiano Aditivo (AWGN), cuya
densidad espectral es constante en todo el espectro de transmisión.
Una cantidad de investigaciones y mediciones fueron realizadas con el fin de
describir detalladamente las características de ruido en un ambiente PLC,
logrando clasificar el ruido como una superposición de 5 tipos de ruido,
diferenciados por su origen, tiempo de duración, ocupación del espectro e
intensidad, la aproximación de la ocupación del espectro se ilustra en la figura
1.19
Figura 1.19 Tipos de ruido aditivo en ambientes PLC
Ruido de Fondo Multifrecuencia (tipo 1): cuya densidad espectral de
potencia es relativamente baja y decrementa con la frecuencia. Este tipo de
ruido es causado principalmente por la superposición de numerosas fuentes de
ruido de baja intensidad. Contrario al ruido blanco, el cual es aleatorio, presenta
discontinuidades y su densidad espectral es uniforme siendo de esta manera
independiente de la frecuencia sobre el rango de frecuencias especificado, esta
clase de ruido muestra una fuerte dependencia de la frecuencia.
25

26. Ruido de Banda Angosta (tipo 2): cuya forma de onda es sinusoidal con
amplitudes moduladas. Este tipo de ruido ocupa varias bandas, las cuales son
relativamente pequeñas y continuas sobre el espectro de frecuencia. La causa
principal de este ruido es el ingreso de estaciones de radiodifusión como la
televisión y la radio y transmisiones de onda corta sobre el medio. La amplitud
varía en el tiempo, llegando a ser más alta durante la noche debido a que las
propiedades reflectivas de la atmósfera son más fuertes
Ruido Impulsivo Periódico, asíncrono a la frecuencia principal (tipo 3):
con forma de impulsos que generalmente tienen una frecuencia de repetición
entre 50 y 200 KHz, y los cuales resultan en el espectro como líneas discretas
con frecuencia espaciada de acuerdo a la frecuencia de repetición. Este tipo de
ruido es causado principalmente por el encendido y apagado del suministro de
energía. Debido a que es una alta velocidad de repetición, este ruido ocupa
frecuencias que están muy cercanas entre si y forman espacios de frecuencia
que usualmente se aproximan a bandas angostas de frecuencia
Ruido Impulsivo Periódico, síncrono a la frecuencia principal (tipo 4): son
impulsos con una frecuencia de repetición que esta entre los 50 y los 100 Hz y
son síncronos con la frecuencia principal de la línea eléctrica. Estos impulsos
tienen una corta duración, del orden de los microsegundos, y tienen una
densidad espectral de potencia que decrece con la frecuencia. Este tipo de
ruido es causado generalmente por la operación de convertidores de potencia
conectados al suministro eléctrico principal
Ruido impulsivo asíncrono (tipo 5): cuyos impulsos son causados
principalmente por conmutaciones transientes en la red eléctrica. Estos
impulsos tienen una duración que va desde microsegundos hasta unos pocos
milisegundos. La densidad espectral de potencia de este tipo de ruido puede
alcanzar valores de más de 50 dB por encima del ruido de fondo, haciéndolo la
principal causa de error en las comunicaciones digitales sobre las redes PLC.
Las medidas obtenidas muestran que los ruidos tipo 1, 2 y 3 permanecen
estacionarios sobre periodos relativamente largos, de segundos, minutos e
incluso horas. Por esta razón, estos tres ruidos se pueden agrupar en una sola
clase de ruido, llamado “ruido de fondo generalizado”. Los ruidos tipo 4 y 5, por
el contrario, varían en periodos de tiempo de milisegundos y microsegundos, y
pueden ser agrupados en una sola clase de ruido llamada “ruido impulsivo”.
Debido a que su amplitud es relativamente alta, el ruido impulsivo es
considerado la principal causa error en la transmisión de datos a altas
frecuencias en un canal PLC.
26

27. 2.7.1.1.1 RUIDO DE FONDO GENERALIZADO
Modelo de la densidad espectral para el ruido de fondo generalizado
Este es considerado como la superposición del ruido de color de fondo y los
disturbios en el ancho de banda y se puede expresar así:
Donde NCBC es la densidad espectral de ruido de color de fondo, NNN es la
densidad espectral de los disturbios en el ancho de banda(Ruido de ancho de
banda), y el termino que contiene k es la densidad espectral de potencia de la
subcomponente k generada por la interferencia k del ruido de ancho de banda.
Para el modelo de la densidad espectral de ruido de color de fondo NCBC, las
medidas y experimentos han mostrado que la relación mas apropiada es la
exponencial y esta dada por:
Donde N0 es la constante de densidad de ruido, N1 Y f1 son los parámetros de
la función exponencial, y las unidades son dBµV/Hz1/2.
Para NNN por diferentes estudios y medidas de ambientes residenciales y
industriales, fue posible encontrar aproximaciones para los parámetros de este
modelo y puede ser descrita por:
Para ambiente residencial.
Para ambiente Industrial.
Para la aproximación de las interferencias del ruido de ancho de banda, es
usada la función parametrica gaussiana, de la cual la principal ventaja son los
27

28. pocos parámetros usados, los parámetros
individualmente fuera de las medidas:
pueden
ser
encontrados
Los parámetros de la función son Ak para la amplitud, f0,k es la frecuencia
central y Bk para el ancho de banda de la función gaussiana.
2.7.1.1.2 RUIDO IMPULSIVO
Esta compuesto de los impulsos periódicos que son sincronos con la frecuencia
principal y los impulsos de ruido asíncronos, las medidas muestran que en este
tipo de ruido predomina este ultimo (Ruido tipo 5), por lo cual los estudios y
medidas son basados en este tipo de ruido la siguiente imagen muestra un
ejemplo:
Ejemplo de algunos impulsos medidos en el dominio del tiempo en una red PLC
Una aproximación a los modelos de esos impulsos es un pulso tren con ancho
de pulso tw, amplitud del pulso A, tiempo entre pulso ta y una función de pulso
general p ( t / tw):
Modelo del impulso usado para la clase de modelo de ruido impulsivo
28

29. Los parámetros tw,i, Ai, ta,i del impulso i son variables aleatorias, las medidas
de los impulsos han mostrado que el 90% de sus amplitudes están entre 100 y
200mV, solo menos del 1% excede una amplitud máxima de 2V, las medidas
del ancho del pulso tw han mostrado que solo cerca del 1% de los impulsos
medidos tienen un ancho que excede los 500µSeg y solo el 0.2% de estos
excede el 1mSeg. Finalmente el tiempo entre impulsos que separa 2 impulsos
sucesivos esta por debajo de los 200mSeg para mas del 90% de los impulsos.
Otros detalles mas de las medidas muestran que cerca del 30% de los pulsos
detectados tienen un tiempo entre pulso de 10 a 20mSeg, los cuales
representan el ruido impulsivo que es sincrono con la frecuencia principal(
Ruido tipo 4).
2.7.1.2 Atenuación. La atenuación es la diferencia entre la potencia
transmitida y la recibida, debido a las perdidas que se presentan en los
equipos, líneas y otros dispositivos de transmisión. Se puede calcular así:
Atenuacion. ( dB ) 20. log
VTransmitido
VRecibido
Para el caso del PLC las líneas eléctricas por si mismas causan poca
atenuación o variación con la frecuencia. Se tienen estimaciones típicas de
0.05 db/Km a 9 Khz y 1.5db/Km a 95Khz. Las cargas conectadas y sus
variaciones las que producen alta distorsión (fase y amplitud).
En la figura 2.10 se aprecian algunas de las causas que generan atenuación en
las líneas de potencia.
Señales de alta frecuencia pueden ser inyectadas en la línea de potencia
usando un adecuado diseño de filtro pasa altos. La señal de potencia recibida
puede ser máxima cuando la impedancia del transmisor, la línea de potencia y
el receptor están acoplados (Matched).
Canales de comunicación dedicados como la Ethernet tienen una impedancia
conocida, así el acoplamiento (Matched) de la impedancia no es un problema.
Sin embargo, las redes de las líneas de potencia normalmente tienen varios
tipos de conductores y puntos de cruce que unidos hacen a la impedancia un
parámetro aleatorio. Por lo tanto una gran variedad de impedancias
características serán encontradas en las redes.
Además, las impedancias en las terminales de la red pueden tender a variar en
las frecuencias las señales de comunicación y en el tiempo con las variaciones
de las diferentes cargas de los clientes locales. La mala impedancia puede
resultar en un efecto de múltiple trayectoria (Multipath) resultando profundas
muescas (Notches) a ciertas frecuencias.
En un típico entorno domestico la atenuación en las líneas de potencia está
entre 20dB a 60dB y es una fuerte función de la carga. La figura 2.20 muestra
las características de atenuación sobre un canal en la línea de potencia. Note
las profundas muescas (Notches) a 11, 13.5, 15 Mhz creados por el efecto de
múltiple trayectoria (Multipath).
29

30. Figura 2.20. Atenuación de una línea de baja tensión usada como canal de
comunicación
2.7.1.3 Distorsión. Es la deformación de la señal que origina una diferencia
entre los parámetros de la señal transmitida y la recibida, tales como su
amplitud, fase, frecuencia, etc. Este cambio en la forma de onda transmitida
sobre el canal de comunicación es producto de las perturbaciones que se
producen en la línea (variación de la impedancia, etc.) y que generan la no
respuesta lineal en frecuencia y en fase.
2.7.1.4 Consideraciones Medioambientales, Meteorológicas y Geográficas.
Desde un punto de vista de condiciones ambientales existen también grandes
variaciones entre unas redes y otras. Los transformadores pueden estar en
locales cerrados o en ubicaciones de intemperie; en cualquier caso los equipos
de cabecera y repetidores se ubicarán en localizaciones que no reúnen las
condiciones de salas de telecomunicación.
Otro aspecto a considerar son las condiciones de seguridad, ya que la señal
tiene que ser inyectada en líneas que transportan tensiones peligrosas, lo cual
requiere un personal adecuadamente entrenado.
2.7.1.5 Compatibilidad Electromagnética
Las redes de suministro de baja tensión usadas como medio de transmisión
para sistemas de acceso PLC actúan como una antena produciendo radiación
electromagnética. Por otro lado, los sistemas PLC implementados en las redes
de acceso de banda ancha utilizan un espectro de frecuencia de hasta unos 30
MHz, rango en el cual se operan varios servicios de radio, los cuales pueden
ser una fuente de interferencia para los sistemas PLC. En el primer caso, la
operación de varios servicios de radio de onda corta, tales como los radios
aficionados, diferentes servicios públicos, militares e incluso servicios de
control aéreo pueden ser afectados negativamente por las radiaciones
electromagnéticas producida por las redes PLC.
Los organismos de regulación especifican los límites para las emisiones
electromagnéticas que son permitidas para la operación de los sistemas PLC,
razón por la cual estas redes deben operar con una potencia limitada para las
señales que trasmiten.
30

31. Debido a esto, los sistemas PLC deben asegurar valores bajos de emisiones
electromagnéticas, operando con señales de potencia limitadas, haciendo que
las redes PLC sean más sensibles a las interferencias causadas por otros
servicios que operan en el rango de frecuencias por debajo de los 30 MHz. Por
estas razones, estos sistemas no son capaces de alcanzar grandes distancias
para asegurar una capacidad de transmisión suficiente.
Con el fin de solucionar el problema causado por las interferencias, el
mecanismo Corrección de error de envió o FEC, por sus siglas en ingles de
Forward error Correction puede recuperar el contenido original de las unidades
de datos aun bajo la influencia de interferencias.
Por otro lado las velocidades suministradas por los sistemas PLC son limitadas
debido a los requerimientos de compatibilidad electromagnética.
2.7.1.6 Limites de emisión de Radiación:
Bajo la observación de la agencia de radio comunicaciones en London, algunos
ensayos de PLC fueron monitoreados para obtener una idea acerca de la EMI
causada por esta tecnología, en paralelo, La agencia llamada para el desarrollo
de una nueva medida del campo magnético llamada MPT1570, la cual fue
llamada “electromagnetic radiations from telecommunications systems
operating over material substances in the frequency range 9 kHz to 300 MHz” ,
para las medidas se uso un “magnetic loop” y se aplico los limites para el
campo eléctrico expresado en la siguiente ecuación:
las medidas estubieron muy cerca de los limites permitidos debido a esto y a
protestas de parte de civiles y militares por sus frecuencias las actividades de
PLC fueron dejadas en el Reino Unido
y pasaron a otras naciones
especialmente Alemania, la autoridad reguladora Alemana RegTP, publico las
primeras limitaciones para EM en enero de 1999, estas fueron conocidas bajo
el nombre de “NB30” y son mucho menores que los del Reino Unido, estas
limitaciones donde la distancia limite son 3 metros se muestran en la siguiente
tabla (Para PLC, TV, xDSL) :
Limites para la Radiación de E Por NB30 para PLC y otros.
El estándar Americano aceptado por la FCC (Comisión de comunicaciones
Federal) ofrece un ancho horizontal para la implementación de PLC, con una
31

32. mayor flexibilidad al EMI, sus limitaciones están dadas por “FCC Part 15”. La
siguiente tabla muestra los limites para diferentes distancias:
Limites para la Radiación de E Por FCC Part 15 para PLC.
Una investigación acerca de la distribución de la capacidad del canal donde la
radiación cumplía con FCC Part 15 y NB30 mostró que la capacidad de el canal
de línea de poder es mayor que 63Mbps cuando es usada la FCC limitación y
es mas grande de 3Mbps cuando se usa la NB30.
La siguiente figura compara los límites de los 3 estándares a una distancia de 3
metros:
2.7.2 CARACTERISTICAS DE LA TRANSMISION POR LA LÍNEA DE
PODER
La propagación de la señal por la línea de poder introduce atenuación, la cual
aumenta con la longitud de la línea y con la frecuencia, esta atenuación es una
función de la impedancia característica de la línea y de la constante de
propagación:
Impedancia Característica.
En donde R’ es la resistencia por unidad de longitud, L’ inductancia por unidad
de longitud, G’ conductancia por unidad de longitud y C’ la capacitancia por
unidad de longitud.
32

33. Constante de Propagación.
La función de transferencia de una línea con longitud l puede ser considera
como (considerar la transmisión de la onda de origen a destino):
En diferentes estudios y medidas de las propiedades de los cables de energía
se ha concluido:
Y
, en consideración del ancho de banda
de PLC (1.6 a 30MHz) la impedancia característica queda así:
Y en base a esto la constante de propagación:
Al tomar la parte real de la constate de propagación como una función directa
de la frecuencia sustituimos R’ (f) por la siguiente ecuación
Donde µ0 y κ representan la permeabilidad y la conductividad respectivamente
y r es el radio del cable, las medidas han mostrado que:
Sustituyendo este termino también en la ecuación de propagación:
Asignando constante tenemos:
Los resultados obtenidos de estudios y medidas para pérdidas por propagación
dieron una ecuación aproximada para la constante de atenuación, cercana a la
teórica:
Donde a0, a1 y k son constantes, la atenuación en una línea de poder,
representada por la función de transferencia de la amplitud del canal, puede
ser definida por:
33

34. 2.7.2.1 Modelo del canal de PLC:
Como se menciono anteriormente debido al efecto de múltiple trayectorias
(Multipath) y a la mala impedancia (Impedancias discontinuas) resultan
profundas muescas (Notches) a ciertas frecuencias, la longitud de los impulsos
y número de picos puede variar considerablemente dependiendo del ambiente,
este comportamiento puede ser descrito por un MODELO DE ECO del canal.
Modelo de Eco representando la Multitrayectoria
Cumpliendo con el modelo de eco, cada señal transmitida llega al receptor por
N diferentes trayectorias, cada trayectoria i es definida por un cierto delay
,
y un cierto Factor de atenuación Ci, el canal de PLC puede ser descrito por la
respuesta al impulso tiempo-discreto:
Se puede escribir en el dominio de la frecuencia como:
Donde gi es un factor representado por el producto del factor de atenuación y
de transmisión de las trayectorias, la variable , representa el delay
introducido por la trayectoria i, y es calculado por la división de la longitud de la
trayectoria li entre la velocidad de fase, reemplazando las expresiones
anteriores en esta obtenemos como expresión general:
34

35. 2.8 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL PLC
2.8.1 Ventajas. Este tipo de conexión ofrece sin lugar a dudas una serie de
ventajas que no tienen otras tecnologías permanentes:
• Se accede a una red de comunicación por medio de un sólo dispositivo
(módem PLC) lo que hace la instalación por parte del cliente sencilla y
rápida.
• Utiliza la infraestructura ya desplegada (cables eléctricos), tanto en el
acceso como dentro del hogar. Ubicuidad del acceso a Internet: cualquier
lugar de la casa con un enchufe es suficiente para estar conectado.
• El PLC de banda ancha es una tecnología que permite la transmisión de
información sobre la red eléctrica, que es la red más extensa del mundo a
velocidades que en la actualidad llegan hasta 45 Mbps y que promete llegar
hasta más de 200 Mbps dentro de poco. Está red está formada por miles de
kilómetros de cable, llega a millones de personas y ofrece servicios incluso a
aquellos lugares donde no hay teléfono.
• Como la electricidad se suministra a través de una conexión permanente, los
servicios ofrecidos de Internet de banda ancha también estarán disponibles
las 24 horas del día sin requerir de un número de conexión.
• Se desplaza el costo de los componentes fijos a los variables. Con los
sistemas alambrados tradicionales, la mayoría del capital invertido se utiliza
en infraestructura, mientras que con el PLC un alto porcentaje de la inversión
la realiza el cliente al contratar el servicio.
• Bajo costo por operación, administración y mantenimiento.
•
Incursión al mercado con nuevos servicios de telecomunicaciones. La
velocidad del PLC en la actualidad es de 45 Mbps y permite la distribución
de datos, voz y vídeo de manera rápida y confiable. Por tanto se pueden
instalar sistemas sofisticados de automatización doméstica que permitirían
el acceso y el control remoto de aparatos electrodomésticos, alarmas
antirrobo, etc.
• PLC facilita a las empresas de distribución la oportunidad de ofrecer
servicios de valor agregado, tales como gestión de energía, información
remota y la automatización de la distribución (lectura remota automática de
los contadores para mejorar el control), telefonía VoIP (Voz sobre IP),
Videoconferencias, VPN's, Redes LAN, Games online, Teletrabajo y
comercio electrónico.
• Coexistencia con otras tecnologías: La tecnología PLC no es sustitutiva, sino
que puede complementar a otras ya instaladas tanto en el tramo de acceso
como en las viviendas.
35

36. •
El PLC no tiene la desventaja del ADSL y de las redes de televisión por
cable, las cuales no pueden llegar en muchos casos al usuario final. Al estar
ya implantada la red eléctrica permite alcanzar cualquier punto geográfico.
• Su instalación es rápida (puesto que únicamente se trata de una
adaptación) sin necesidad de un cableado extra, como el resto de
tecnologías.
• La conexión es permanente y por tanto las cuotas de conexión es
muy probable que se fijen en un modelo de Tarifa Plana.
• Destacar su posible coexistencia con otras tecnologías de acceso a
internet: xDSL, fibra óptica, entre otras. Permite la convergencia de
servicios con la misma plataforma tecnológica IP (un único módem
permite el acceso a Internet, telefonía, domótica, televisión interactiva,
seguridad, etc...).
• Reducción de cables que supone no tener que instalar una red y el cable
de datos del módem, puesto que éstos viajan por el mismo cable que
el de la corriente.
• Proveer la mejor y más económica solución al problema de acceso local o
última milla.
• Proveer servicios de banda ancha (transmisión de voz, datos y video a gran
velocidad), accediendo el usuario final a los contenidos a través de la red
eléctrica de baja tensión mediante un módem PLC, es decir Internet en el
tomacorriente.
• Para la prestación de servicios de comunicación en primera milla (tramo de
la red de comunicación con buen ancho de banda que es compartido
generalmente por varios usuarios), el PLC desde un punto de vista de
prestaciones técnicas compite con otras alternativas de acceso dando
además ventajas comerciales, imagen de marca, paquete con el servicio
eléctrico, reducción de costos al servicio de telecomunicaciones, etc.
2.8.2 Desventajas:
• La tecnología PLC ha de enfrentarse a una serie de problemas que es
necesario resolver. El primer escollo que debe superar es el propio estado
de las líneas eléctricas. Si las redes están deterioradas, los cables se
encuentran en mal estado o tienen empalmes mal hechos, por lo que no es
posible utilizar esta tecnología.
• La distancia también puede ser una limitación, la medida óptima de
transmisión es de 100 metros por lo que, a mayores distancias, se hace
necesario instalar repetidores.
• Además, el cable eléctrico es una línea metálica recubierta de un aislante.
Esto genera a su alrededor unas ondas electromagnéticas que pueden
interferir en las frecuencias de otras ondas de radio. Así, existe un problema
36

37. de radiación, bien por ruido hacía otras señales en la misma banda de
frecuencias como de radiación de datos, por lo que será necesario aplicar
algoritmos de cifrado. No obstante, la radiación que produce es mínima, la
potencia de emisión es de 1mW, muy por debajo de los 2W de telefonía
móvil.
• Determinados sistemas de radiocomunicaciones cercanos pueden verse
afectados a causa de las radiaciones parásitas que esta tecnología ocasiona
en forma de interferencias perjudiciales para la recepción de las señales de
onda media y corta (entre 2 y 30 MHz). Entre los afectados se pueden
encontrar los sistemas de comunicación de aeropuertos, torres de control de
tráfico marítimo, hospitales, ejército y policía.
• Los fabricantes de electrodomésticos tienen un especial cuidado en todo lo
referente a su correcto funcionamiento, pero muy pocos se preocupan en
que no generen interferencias en otros equipos. Así, taladros, motores, etc.,
provocan ruido en las líneas que impide mantener la calidad de la
comunicación. Para evitarlo, es necesario localizar los equipos que los
causan y aislarlos mediante un filtro.
• Lo anterior se traduce en problemas regulatorios en distintos países, lo que
lleva a buscar soluciones que permitan la implementación sin problemas de
esta tecnología.
• Otro problema es la estandarización de la tecnología PLC, ya que en el
mundo existen muchas empresas desarrollando dicha tecnología. Para
solventar este problema, la organización internacional PLC Forum intenta
conseguir un sistema estándar para lo cual está negociando una
especificación para la coexistencia de distintos sistemas PLC.
• Vale la pena aclarar que como es una tecnología que esta en pleno
desarrollo no es de extrañar que encuentre múltiples benefactores y
opositores, por lo que se debe ser prudente con la información que se recibe
al respecto.
• Hay tres parámetros que son críticos en las líneas de transmisión de baja
potencia al ser utilizadas como canal de comunicación: ruido, impedancia y
atenuación. Estos parámetros son altamente impredecibles y variables con
el tiempo, frecuencia y lugar. En orden de sobreponer estas dificultades se
han realizado estudios encaminados a caracterizar y modelar el canal para
las líneas de baja tensión con el propósito de llevar comunicaciones sobre
estas.
2.9 APLICACIONES DE LA TECNOLOGÍA PLC
37

38. Gracias a esta adaptación del tendido eléctrico, además del suministro
normal de energía, podrán ofrecerse servicios de telecomunicaciones y
aplicaciones domésticas tan prácticas como la creación de redes de área
local, internas al edificio, sin necesidad de cablear, puesto que los
dispositivos a conectar (ordenadores, impresoras, actuadores remotos,
teléfonos digitales, sensores, y en general aplicaciones domóticas), se
interconectaran mediante el mismo cableado eléctrico.
• Acceso a Internet. El acceso a Internet es la principal aplicación del PLC en
la actualidad, ya que proporciona ancho de banda suficiente y la naturaleza
a ráfagas de este tráfico permite una multiplexión eficaz. Parece además que
los “segmentos de red PLC” (número de usuarios que dependen de un
transformador de media a baja multiplicado por el coeficiente de penetración)
tienen unas magnitudes adecuadas y comparables con los segmentos de
redes de área local.
• Distribución de TV. Teniendo en cuenta las tasas de bit que son factibles
(entre 3 Mbit/s y un máximo de 27 Mbit/s en sentido descendente), y que
estas tasas deben repartirse entre decenas de usuarios, claramente esta
tecnología no es válida ni para distribución de TV, ni para vídeo bajo
demanda.
• Telefonía. Usando voz sobre IP. Existen algunos módems que incorporan
una pasarela de voz sobre IP. Los sistemas se diseñan para proporcionar
una calidad de servicio garantizada para esta aplicación. Se podrá disponer
de un servicio de telefonía sin necesidad de conectar un terminal a la línea
telefónica convencional.
• Mensajería Unificada. Buzón único para todos los mensajes de telefonía
fija, Móvil (SMS), Fax y Correo Electrónico.
• Aplicaciones in-Home. Son aquellas que permitirán conectar todos y cada
uno de los dispositivos existentes dentro del hogar, siempre y cuando estén
preparadas para ello. Sistemas inteligentes que harán del hogar una
auténtica casa inteligente. Detectores de humos o sistemas de seguridad de
bajo coste, permitirán informar o alertar a los dueños de la casa de cualquier
problema vía e-mail o vía navegador (a cualquier dispositivo conectado a
Internet). Gracias a ello, con una simple PDA o un teléfono móvil, podremos
encender dispositivos, desconectar el contestador automático, o activar la
alarma o el riego automático del jardín (Peña, 2001).
• Servicios Interactivos. Con el estado actual de la tecnología, PLC puede
alcanzar anchos de banda y tiempos de latencia aceptables para servicios
con diferentes grados de interactividad. En el caso de juegos en Red, el
esquema del servicio con los jugadores conectándose a un servidor (game
room) e intercambiando básicamente comandos de desplazamientos y
acciones sobre escenarios previamente cargados no supone exigencias
especiales (salvo mantener la latencia baja).
• Otros (videoconferencia, VPN, aplicaciones peer to peer,...). Estos
servicios generalmente son soportados a nivel IP por funciones de
autentificación y seguridad del acceso que residen en los servidores de
acceso a banda ancha. La videoconferencia y las aplicaciones peer to peer
pueden necesitar anchos de banda excesivos para esquemas de
38

39. •
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
compartición del medio de bajo voltaje; si bien estas aplicaciones suelen ser
demandadas por empresas de cierta envergadura, que en algunos casos
tienen un transformador de media a baja para su uso exclusivo. Existen
módems punto a punto de transmisión por líneas de medio voltaje de 2
Mbit/s simétricos, que pueden ser suficientes para estas aplicaciones, pero
en cualquier caso los usuarios de las mismas suelen tener a su disposición
alternativas de telecomunicación tradicionales a precios muy competitivos.
Televisión, Música y Radio a la Carta: Se puede descargar video y sonido
desde la Internet. Se tendrá acceso a películas, televisión, programas de
radio.
TV Digital Interactiva: Con la conexión a la televisión digital podrás realizar
comercio electrónico, reservas, entradas, juegos, entretenimiento multimedia
e Internet.
Juegos en la Red: Se puede participar en campeonatos de juegos en línea
con otros contrincantes en la Red.
Domótica: Se puede controlar los electrodomésticos a distancia, por
ejemplo desde el trabajo o mientras se está de vacaciones: poner la
lavadora, encender el aire acondicionado, conectar el horno, grabar una
película, alimentar a los peces, etc.
Seguridad a Distancia: Alarmas de robo e incendio que protegen la casa
conectándola directamente con la central de policía y/o de los bomberos.
Telediagnóstico: Los servicios técnicos de los fabricantes de los
electrodomésticos pueden conocer las averías y presupuestar las
reparaciones sin tener que desplazarse, ahorrando costos y molestias
innecesarias.
Teleasistencia: Posibilita la vigilancia de niños o enfermos a distancia.
Trabajo en Grupo: Compartir, ver y modificar documentos de forma
simultanea por el mismo equipo de trabajo.
Redes Privadas Virtuales (VPN): Comunicar las oficinas para transmisión
privada de voz y datos.
PYMES: No se necesitarán costosas instalaciones de teléfono y líneas de
datos para disponer de una red local.
Videoconferencia: Se puede ver y hablar con clientes a bajo costo, estén
donde estén.
Teletrabajo: Trabajar desde la casa a través de una conexión rápida,
económica, segura y permanente.
3. MODULACIÓN OFDM
39

40. Las líneas de transmisión de cobre del sistema eléctrico son un medio que
posee algunas dificultades (ruido, reflexiones múltiples, cambios de carga, etc)
para la transmisión de información. Teniendo en cuenta las características del
canal se han propuesto diversas soluciones con modulaciones que superen
estos inconvenientes. Una de ellas ha sido el hacer uso de algún sistema
adaptativo capaz de conocer la calidad del canal en un momento dado. Este
es el caso de la técnica usada en los MODEM xDSL.
Otro enfoque podría ser el usar un sistema que no fuera adaptativo sino más
robusto frente a interferencias. El inconveniente es que esto supone un gran
ancho de banda y una baja velocidad de datos. Un ejemplo de este tipo de
sistemas son los basados en técnicas de espectro ensanchado.
Al final ha sido un sistema adaptativo el que se ha impuesto, se trata del ya
conocido OFDM (Orthogonal Frecuency División Multiplexing). OFDM es una
técnica de modulación de alta eficiencia espectral que maneja muy bien el
ruido, los cambios de impedancia y las reflexiones producidas por los múltiples
caminos que recorre la señal.
Otra ventaja de OFDM es su habilidad para usar o dejar de usar cualquier
subcanal, con el fin de mantener una óptima tasa de error. Esto permite
además evitar interferencias con otros sistemas y poder cumplir los niveles de
emisión regulados por las normas (véase figura 5.1).
Mediante OFDM puede alcanzarse velocidades de hasta 45 Mbps. El sistema
usa modulación adaptativa, o sea, es capaz de medir los niveles de atenuación
y ruido con una alta resolución espectral y en base a esta información usar
unas u otras subportadoras para enviar la información (véase figura 5.1). En
cada subportadora se usan modulaciones digitales como PSK, QPSK, QAM,
entre otras.
Se está investigando y probando una nueva tecnología llamada MC-CDMA
(Multiple Carrier-Code Division Multiple Access) que es una combinación de
CDMA y OFDM, la cual permite incrementar el número de subportadoras y es
posible llegar a alcanzar más de 100 Mbps.
3.1 PRINCIPIOS BÁSICOS DE OFDM
Múltiplexación por división en frecuencias ortogonales (OFDM) es una técnica
que combina esquemas de modulación y múltiplexación con el fin de optimizar
el uso del espectro electromagnético y así poder transmitir información
proveniente de diferentes fuentes por el mismo medio y a altas velocidades.
OFDM es muy similar a la múltiplexación por división de frecuencias (FDM), ya
que aprovecha el su principio para permitir el envió de múltiples mensajes a
través de un simple canal de comunicaciones, permitiendo un incremento en la
eficiencia del espectro.
40

41. Un ejemplo simple de FDM es el uso de diferentes frecuencias para cada
Estación de Radio FM. Todas las estaciones transmiten al mismo tiempo pero
no interfieren entre si debido a que cada una usa una frecuencia portadora
diferente. Adicionalmente, estas tienen un ancho de banda limitado y están
separadas en frecuencia lo suficiente para evitar que las señales se
superpongan en el dominio de la frecuencia. En el receptor, cada señal es
recibida individualmente usando un filtro pasa banda sintonizable en
frecuencia, el cual remueve todas las señales excepto la de la Estación de
Radio de interés. Luego de este proceso, la señal puede ser demodulada para
recuperar la información transmitida originalmente.
A diferencia de los sistemas de transmisión FDM, en los cuales las señales
necesitan tener una banda de guarda bastante amplia entre cada canal para
poder prevenir la interferencia entre las portadoras o ICI, los sistemas OFDM
pueden tener sus portadoras mas cerca entre si, ya que se aprovecha la
propiedad de ortogonalidad de las señales, reduciendo ampliamente esta
banda de guarda, incrementando de esta manera la eficiencia del espectro.
Todos los sistemas de comunicación emplean algún esquema de modulación
para mapear la señal de información a una forma que pueda ser transmitida
eficientemente sobre el canal de comunicación. Un amplio grupo de esquemas
de modulación ha sido desarrollado de acuerdo al tipo de señal, es decir, si
esta es digital o análoga, Algunos de los esquemas mas comunes para señales
análogas son: Frecuencia modulada (FM) Amplitud modulada (AM),
Modulación de Fase (PM), entre otras. Entre los esquemas más comunes de
modulación digital se encuentran Amplitude Shift Keying (ASK), Frequency
Shift Keying (FSK) y Quadrature Amplitude Modulation (QAM) entre otros.
Tanto FDM como OFDM emplean alguno de estos esquemas de modulación.
En los sistemas FDM cada una de las portadoras puede usar un esquema de
modulación análogo o digital, no existe sincronización en la transmisión y una
estación podría transmitir empleando FM y otra empleando FSK. En una
transmisión simple OFDM todas las subportadoras están sincronizadas entre si,
restringiendo la transmisión a un esquema de modulación digital. OFDM se
basa en símbolos, y puede ser pensada como un gran número de portadoras
de baja rata de bits transmitiendo en paralelo. Todas estas portadoras se
transmiten al mismo tiempo, sincronizadas en tiempo y frecuencia, formando un
simple bloque de espectro de frecuencia.
3.2 ORTOGONALIDAD
Como se mencionó anteriormente, OFDM emplea la propiedad de
ortogonalidad de las señales la cual permite que múltiples señales de
información sean transmitidas perfectamente sobre un canal común y
detectadas sin interferencia. La perdida de la ortogonalidad termina por
distorsionar la señal de información, degradando las comunicaciones.
La propiedad de ortogonalidad establece que dos señales son ortogonales si
son independientes entre si cumpliendo con la condición dada por siguiente
ecuación
41

42. T
#C si i = j
S i (t )% S j (t )% dt = "
&
!0 si i $ j
0
La ecuación siguiente muestra un conjunto de sinusoides, las cuales
representan las subportadoras de una señal OFDM no modulada
0<t<T
k = 1,2,3,...M
#sin (2$kf 0 t )
S k (t ) = "
En otro caso
!0
f
Donde 0 es el espaciamiento entre las portadoras, M es el número de
portadoras y T es el periodo de símbolo.
Estas subportadoras son ortogonales entre si, ya que cuando multiplicamos
dos funciones de onda cualquiera y las integramos sobre un periodo de
símbolo el resultado es cero.
OFDM obtiene su ortogonalidad en el dominio de la frecuencia mediante la
ubicación de cada señal de información en subportadoras diferentes. Las
señales OFDM son conformadas por la suma de sinusoides, cada una de las
cuales pertenece a una subportadora. La frecuencia banda base de cada
subportadora es escogida de tal manera que esta sea un múltiplo entero del
inverso del tiempo de duración de cada símbolo, logrando que todas las
subportadoras tengan un número entero de ciclos por símbolo.
El sistema de DS2, fabricante principal de tecnologías PLC se basa en 1280
portadoras hasta 30 MHz. El flujo de datos de 45 Mb/s; 27 Mb/s en bajada y 18
Mb/s en subida.
3.3 ORTOGONALIDAD EN EL DOMINIO DE LA FRECUENCIA
Otra manera de examinar la propiedad de ortogonalidad de las señales es
observar su espectro. En el dominio de la frecuencia cada subportadora OFDM
tiene una respuesta en frecuencia típica de la forma sin (x ) x , como se muestra
en la figura 3.1
Figura 3.1. Respuesta en frecuencia de5 subportadoras OFDM
()
(a) Muestra el espectrote cada subportadora. Nótese que cada portadora es de la forma sin x x
(b) Muestra la respuesta combinada promedio de las 5 subportadoras. (Línea de contorno Negra)
42

43. Cuando la señal transmitida es detectada usando la Transformada Discreta de
Fourier (DFT), el espectro no es continuo, como lo muestra la figura 4.2 (a),
esta posee muestras discretas. Las muestras de espectro son mostradas en la
figura con ‘o’. Si la DFT esta sincronizada en el tiempo, las muestras de
frecuencia de la DFT corresponden justamente con los picos de las
subportadoras, por esto, la región de superposición de frecuencias entre las
subportadoras no afecta la recepción de la señal. Los picos medidos
corresponden a los ceros para las otras subportadoras, resultando en la
ortogonalidad entre estas.
3.4 PERIODO DE GUARDA
Para un ancho de banda dado la rata de símbolo para una señal OFDM es
mucho menor que un esquema de transmisión de portadora única. Por ejemplo
para una modulación BPSK de portadora única, la rata de símbolo corresponde
a la rata de bits de transmisión. De otro modo para OFDM el ancho de banda
del sistema es partido entre Nc subportadoras, resultando en una rata de
símbolos que es Nc veces menor que la transmisión de portadora única. Esta
rata de símbolos baja hace a OFDM naturalmente resistente a efectos de
Interferencia Inter Símbolo (ISI) causada por la propagación multitrayectoria.
En la propagación multitrayectoria, las múltiples señales llegan al receptor en
tiempos diferentes debido a que las distancias de transmisión son diferentes.
Esto dispersa los limites de símbolo causando filtraciones de energía entre
ellos.
Los efectos del ISI en una señal OFDM pueden solucionarse mediante la
adición de un periodo de guarda al inicio de cada símbolo. Este periodo de
guarda es una copia cíclica que extiende la longitud de la onda del símbolo.
Cada subportadora, en la sección de datos del símbolo, tiene un número entero
de ciclos. Por esto, se ubican copias de símbolo de final a final resultando en
una señal continua, sin discontinuidades en las uniones. Por esto copiando el
final de un símbolo y pegando este al principio resulta en un símbolo mas largo
en el tiempo. La Figura 3.2 muestra la inserción de un periodo de guarda.
Figura 3.2. Adición de un periodo de guarda a una señal OFDM
43

44. La longitud total del símbolo es Ts = TG + TFFT donde Ts es la longitud total del
símbolo en muestras, TG es la longitud del periodo de guarda en muestras, y
TFFT es el tamaño de la IFFT (La Transformada Inversa Rápida de Fourier)
usado para generar la señal OFDM, al insertar el periodo de guarda se
introduce también una perdida en la relación señal a ruido SNR y se
incrementa la necesidad de anchote banda, las perdidas en la SNR están
dadas por:
Y la expansión del ancho de banda esta dado por:
Además de proteger la señal OFDM de la Interferencia Inter Símbolo, el
periodo de guarda también provee protección contra los errores por offset de
tiempo en el receptor.
3.5 NIVEL DE ENLACE PARA PLC
En el diseño de MAC (Medium Access Control) es necesario tener
principalmente dos cosas en cuenta:
•
•
no hay límite de distancia entre dos nodos.
dos nodos pueden transmitir simultáneamente.
Estos inconvenientes podrían ser subsanados implementando CSMA/CD
(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) de la misma manera
que en Ethernet. Aunque es mas ampliamente usado CSMA/CA (Carrier Sense
Multiple Access with Collision Avoidance) tomado de IEEE 802.11.
Dadas las características del medio y de la red de PLC, lo mejor sería utilizar el
mismo que en redes inalámbricas, Nivel de enlace CSMA/CA, en la que se
trata de evitar la colisión de la trama.
4. ESTÁNDARES Y NORMAS DEL PLC
44

45. Se pueden distinguir tres aspectos regulatorios que afectan al PLC:
regulaciones técnicas, de servicio y organizativas. El primero se ocupa
básicamente de lo relativo a la compatibilidad electromagnética con otros
servicios. La situación se puede resumir en el principio general de que el último
que llega, en este caso el PLC, no debe interferir con ninguno de los servicios
existentes (radiodifusión y radio afición) y debe cuidarse que las interferencias
de estos servicios no le afecten.
La elaboración de un marco legal y protocolos de estandarización necesitan
que los cuerpos regulatorios encuentren un balance entre los intereses de los
usuarios de la tecnología existente y los de las tecnologías que están por salir.
La importancia de que se logre una normatividad adecuada para la tecnología
PLC permitirá el desarrollo comercial de la Internet de banda ancha con las
menores restricciones posibles, mientras se protegen otros intereses en
especial los servicios de radio, ya que las frecuencias a las que funciona el
PLC hacen que las redes eléctricas se comporten como antenas que perturban
aún mas el ya contaminado espectro electromagnético.
4.1 GRUPOS DE TRABAJO Y FOROS DEL PLC
Prueba de la madurez y posibilidades de PLC es el interés que en él ha
demostrado la industria, y la creación de grupos de trabajo y foros que como el
PLCforum
apoyan
y
fomentan el desarrollo y la normalización de esta tecnología.
Actualmente
los grupos más importantes que existen son: el PLCforum,
la
Universal Powerline Association (UPA), la PLC Utilities Alliance (PUA) y la
HomePlug Alliance.
 En Alemania, recientemente el regulador (RegTP) aprobó la norma NB30
que facilita el despliegue de las redes PLC.
4.1.1 PLCforum (www.plcforum.com): Es una organización internacional que
representa los intereses de fabricantes, compañías eléctricas y desarrolladores
implicados en la tecnología PLC. Su ámbito de trabajo es mayoritariamente
europeo, y posiciona el PLC como una tecnología efectiva de acceso.
Fue creado en Interlaken (Suiza) a principios del año 2000, por la unión del
Internacional Power Line Telecommunications Forum y el German Powerline
Telecommunications Forum. Desde su creación, el número de miembros e
invitados ha incrementado hasta sobrepasar los sesenta.
4.1.2 UPA (Universal Powerline Association). Es una asociación
internacional sin ánimo de lucro que trabaja para consensuar estándares
globales y normativas regulatorias para el mercado PLC. La UPA está formada
por un grupo de compañías líderes en la tecnología PLC, unidas por el objetivo
de desarrollar productos certificados que sean compatibles con las
45

46. especificaciones acordadas para situarlos en el mercado en el menor tiempo
posible, a la vez que se garanticen altas prestaciones y se maximice el uso del
espectro de acceso con las aplicaciones para transmisión de señales
audiovisuales, y datos sobre PLC en el entorno residencial, de manera que
salgan beneficiados todas las partes que forman la cadena de valor de la
tecnología PLC.
La UPA incluye entre sus miembros a una representación muy destacada de
las empresas más importantes a nivel mundial en la industria PLC como
Ambient Corporation, Ascom, Corinex Communications, DS2, Itochu, Sumitomo
y Toyoco.
4.1.3 PUA. El objetivo de la PLC Utilities Alliance (PUA) es conseguir un alto
nivel de cooperación entre las compañías eléctricas para promover e influenciar
el desarrollo de la industria PLC en Europa. La misión de la PUA es crear un
marco regulatorio y de estandarización que soporte el desarrollo de industria
PLC y que establezca la tecnología PLC como una de las políticas prioritarias
para el despliegue de Redes de Banda Ancha en la unión Europea.
Fue fundada en Enero del 2002 por Iberdrola, Enel, EDF, EnBW y Endesa, a
las que luego se unieron EdP, Unión FENOSA y EEF-FEW. La PUA está
trabajando en base a tres grupos de trabajo:
• El Grupo de trabajo de Estandarización y Regularización, encargado del
desarrollo de un marco regulatorio.
• El Grupo de Trabajo para el Conocimiento y la Promoción, encargado
de
promocionar la tecnología PLC en la Unión Europea y en América del Norte.
• El Grupo de trabajo para Estándares Abiertos, encargado de desarrollar un
estándar abierto para la interoperabilidad de los sistemas PLC de diversos
fabricantes.
4.1.4 HomePlug. El consorcio Homeplug aborda los problemas de
interoperabilidad, mediante la definición de modos de modulación y protocolos
de acceso al medio en el dominio de acceso de primera milla y su misión es
adoptar e implementar estándares basados en redes y productos enfocados en
los aspectos de PLC en el hogar.
HomePlug ha editado su especificación de interfaz basada en la técnica de
modulación OFDM, pero el espectro de trabajo de las especificaciones
HomePlug está comprendido entre los 4,3 y los 20,9 MHz y la capacidad de
transmisión situada esta en los 14 Mbps. El enfoque completamente Indoor que
ha estado siguiendo no contempla la separación de bandas de frecuencia, lo
que aleja a HomePlug de la tendencia normativa que actualmente se promueve
en Europa, es decir interfiere con las bandas definidas por ETSI.
46

47. 4.1.5 Protocolo HomePlug 1.0. En junio de 2001 miembros de HomePlug
Alliance realizaron pruebas de campo en más de 500 hogares de Norte
América, basados en dicha prueba terminaron la especificación HomePlug
1.0. El protocolo HomePlug 1.0 usa la capa física (PHY) y esta basado en
igual espaciamiento, de 128 portadoras usando modulación OFDM desde 0Hz
hasta 25 MHz. Esta primera especificación con velocidades de 14 Mbps,
significó un gran paso para establecer el estándar HomePlug, que provee un
mapa de requerimientos con el cual los miembros de la alianza desarrollarán
productos que harán posible casas inteligentes conectadas a Internet e
interconectadas mediante computadores personales, periféricos y
electrodomésticos a través de toma corrientes.
4.2 ESTÁNDARES
Pese a la madurez tecnológica alcanzada por el PLC aún queda trabajo por
hacer en el campo de la normalización. Hasta la fecha solo se ha regulado
sobre el uso del espectro de frecuencias y las especificaciones de calidad de
servicio (QoS) para los CPEs. Los estándares que regulan esto son:
 EN50065-1 del CENELEC, que establece el uso del espectro para Estrecha
 TS 101 867 del ETSI que aplica para el uso de Banda Ancha. Es este último
el que regula sobre la utilización de la red eléctrica para la transmisión digital
de datos a altas velocidades.
 TR 102 049 del ETSI que establece las calidades de servicio que deben
implementar los equipos PLC instalados en el domicilio del abonado (CPEs).
 CENELEC está trabajando en la ES 59013 que define el espectro de
frecuencias a utilizar por las aplicaciones de acceso y las domésticas fijando
las frecuencias de separación en 13.5 MHz
 La ETSI TS 101867 recomienda la separación de las bandas de acceso y
domésticas. Para el acceso establece el espectro de frecuencias
comprendidas entre 1.6-10MHz. Para las aplicaciones domésticas la banda
de 10-30MHZ.
 La Part 15 del FCC establece límites a la radiación emitida por la tecnología
PLC en EEUU.
 En Colombia no se tiene regulación sobre esta tecnología, en la ley de
definición de servicios de banda ancha solo se le menciona como una
tecnología en desarrollo, el ministerio tiene regulación respecto al campo
radiado por los cables de diversas tecnología (HFC, xDSL, y entraría PLC),
el límite máximo de radiación propuesto por el ministerio es 100dBmV/m
47

48. (Campo máximo tolerable), para el campo que llega a estaciones de
aeronavegación el limite dado para no interferencias en este sistema dado
por el ministerio es 250dBmV/m.
 HomePlug PowerLine Alliance: Es un estándar de facto que está
desarrollándose en EEUU y es promovido por la HomePlug Powerline
Alliance organización compuesta por un grupo numeroso de empresas en su
mayoría estadounidenses que han adquirido el compromiso de crear
especificaciones que promuevan y aceleren la demanda de esta tecnología.
5. Proveedores de Equipos PLC y Despliegue Comercial
48

49. En la tabla 5.1, se observan las características de los principales proveedores
en Europa y sus características.
Fuente: UNIFET, visto en AUTEL, 2003
Tabla 5.1. Características de algunos Proveedores de PLC en Europa
A continuación se presentarán el estado del PLC en los países Europeos
donde se ha desplegado esta tecnología.
• España: España se está tornando rápidamente en un mercado crucial para
el PLC. Las compañías principales de energía del país Endesa e Iberdrola,
han sido muy activas en desarrollar la tecnología PLC. Se verá en detalle
las pruebas piloto realizadas por estas dos compañías en el item 8.3.
• Francia: En Francia la Compañía Eléctrica EDF quién ha propiciado el
despliegue del PLC se encuentra con dos problemas para su desarrollo: la
oposición de France Telecom y la propiedad de las infraestructuras
eléctricas que se encuentran en mano de los distintos municipios.
• Alemania: Alemania es un mercado importante para el PLC ya que fue uno
de los primeros países en implementar la tecnología PLC. Se le considera
como pionera en el desarrollo de esta tecnología, alcanzando en el 2001
los 20.000 abonados, lo cual explica que los principales suministradores
49

50. europeos de estos equipos fueran Siemens y Ascom (Suiza). Con varias
pruebas en curso, las regulaciones han sido estrictas en cuanto a los
niveles aceptados de emisiones no intencionales provenientes del PLC que
permitan promover el uso de PLC como servicio de valor agregado. La
competencia es promovida porque Deutsche Telecom es un monopolio
excepcionalmente fuerte en telecomunicaciones.
En Alemania hay aproximadamente 110,000 hogares con PLC y la RWE
(compañía eléctrica alemana) inició el despliegue comercial en julio de
2001 en Essen. RWE cursó un pedido a ASCOM de 150.000 unidades
para dos años y ha llegado a dar servicio a 20.000 clientes a finales del
2001. Sin embargo, debido a fuertes presiones por parte de Deutsche
Telecom y la imposición de niveles de radiación muy estrictos, el 30 de
septiembre de 2002 el operador se vio obligado a dejar de dar servicio al
hacerse inviable su plan de negocio y cesó sus servicios de PLC alegando
problemas regulatorios de utilización del espectro no resueltos.
5.1 Despliegue del PLC en Norteamérica. Las dificultades abundan en el uso
de PLC en Norteamérica:
•
•
•
•
•
La banda ancha está mucho más disponible que en Europa y la penetración
doméstica es superior en aproximadamente 15%. Además, en las áreas
donde la banda ancha está disponible, usualmente existen varios
proveedores entre los que se puede escoger.
El precio promedio para usuarios finales de banda ancha es más bajo que
en Europa, y menor que el precio de las ofertas actuales del PLC.
La topología de la red eléctrica es más desafiante para el PLC en
Norteamérica que en Europa, pues el número de usuarios por tranformador
de media a bja tensión es bajo comparado con el de Europa. Norteamérica
se aprovecharía especialmente en soluciones de medio voltaje viables,
donde un número de suscriptores puede estar conectado en un
transformador.
Provoca más interferencias RF por las características del cable eléctrico
utilizado. La FCC ha establecido reglas sobre interferencias máximas.
El cable y los operadores DSL limitan su gasto de capital nuevo por las
condiciones económicas difíciles.
En EE.UU la tecnología PLC de acceso no se encuentra muy extendida, debido
a la complicada topología de la red eléctrica existente (se elevan los costos),
aunque existe una implementación de la tecnología “PLC in-home” (líneas
eléctricas utilizadas para crear LAN’s domesticas). La mayoría de los
proveedores de equipo PLC están preparándose para el mercado
norteamericano. Sin embargo, Norteamérica podrá ser un jugador pequeño del
mercado global del PLC por la manera en que están configurados los precios
de DSL y la industria eléctrica descentralizada. Sin embargo, existen casos de
uso exitoso dentro de ciudades como Nueva York o Atlanta.
Norteamérica permanecerá como un mercado difícil para soluciones de bajo
voltaje en los siguientes años, aunque podría ser que el surgimiento de
sistemas de mediano voltaje ayudará al mercado. La banda ancha es un tema
crucial en el orden tecnológico del país pero el medio voltaje del PLC puede
50