Ministerio del Poder Popular para la Educación Universitaria
Instituto Universitario de Tecnología “Dr. Federico Rivero Palacios
Plan Nacional de Formación Ingeniería Eléctrica
Teoría Electromagnética
Profesor: Ing. José Muñoz Integrantes:
T.S.U. Martín Cruz
T.S.U. Javier Jiménez
T.S.U. Nelson Gallardo
Caracas, Septiembre de 2011
Introducción
El estudio de las redes de distribución de energía eléctrica como canal de comunicación está creciendo a un ritmo considerable. El motivo más inmediato reside en la ventaja económica que supone la ubicuidad de estas redes, ya instaladas en todo el mundo desarrollado. A pesar de lo que pudiera pensarse en un primer momento, los orígenes de la utilización de la red eléctrica como soporte de transmisión de información se remontan al inicio del siglo XX. Además, se han empleado desde el principio mayoritariamente sistemas de transmisión digital. En calidad de sistema pionero se puede mencionar el descrito en una patente de Cesar René Loubery presentada ante el Kaiserlichen Patenamt, en Berlín el 15 de marzo de 1901, y titulada: Einrichtung zur elektrischen Zeichengebung an die Theilnehmer eines Starkstromnetzes (Patent Nr. 118717) (que se podrá traducir como ’dispositivo de señalización para los abonados de redes de distribución de energía eléctrica) [Rundste-]. Consista en un sistema de los llamados de ripple-control, cuyo fin es la transmisión de datos a baja velocidad (menos de 100b/s) mediante el envío de tonos multifrecuencia, en el rango de audio, superpuestos a la señal de 50Hz. La información a enviar son comandos simples para la gestión de la carga de la red eléctrica y para tarificación. Hoy día todavía siguen usándose versiones más evolucionadas de este tipo de sistemas
No obstante, el uso de las l´ıneas eléctricas internas de los edificios como potencial medio de transmisión ha sido tradicionalmente desestimado por considerarse ruidoso y de caracterısticas impredecibles. A pesar de esas adversidades, nada induce a pensar que las comunicaciones por la red eléctrica en entorno residencial tengan mayor complejidad que otros sistemas. Se suponıan problemáticos y han sido implantados finalmente, como por ejemplo la gestión de los canales para telefonıa móvil en entornos urbanos.
Contenido
1.- Medio de Transmisión:
2.- Estructuras de las Redes Eléctricas:
3.- Propiedades del Cableado:
4.- Propiedades de los Dispositivos:
5.- Propiedades del Ruido:
6.- Estado de la Tecnología de Sistemas de Transmisión sobre Redes Eléctricas:
7.- Teoría Electromagnética Aplicadas a las Líneas de Transmisión:
8.- Ventajas y Desventajas de las Comunicaciones por Redes Eléctricas:
9.- Capa Física:
a.- Características del medio:
b.- Transmisión de la señal:
c.- Modulaciones Empleadas:
d.- Modulación GMSK.
e.- Modulación DSSS:
f.- Modulación OFDM:
10.- Capa de Enlace:
11.- Problemas de la Tecnología PLC (Interferencia).
a.- Interferencia HF.
12.- Coexistencia con Nuevas Tecnologías.
Conclusiones.
Bibliografía.
Lista de Figuras
Figura 1. Dibujo de la Configuración Eléctrica simplificada.
Figura 2. Línea de transmisión. ¡Error! Marcador no definido.
Figura 3. Elemento diferencia de una Línea de Transmisión.
Figura 4. Constante de Propagación.
Figura 5. Unidad de Acondicionamiento de la Señal
Figura 6. Modulaciones Empleadas durante algunos años.
Figura 7. OFDM frente a la modulación de multiportadoras convencional
Figura 8. Tres enlace OFDM con filtros.
Figura 9. Representación esquemática de una red de MT (izquierda) y una red BT (derecha ).
1.- Medio de Transmisión:
Hasta finales de los años 90 no se había avanzado demasiado en el uso de la red eléctrica como canal de transmisión de datos de alta velocidad, fundamentalmente por el desconocimiento de las prestaciones del medio en alta frecuencia.
- La intrincada topología de la red, muy ramificada, con líneas no terminadas o con cargas desadaptadas. A veces es incluso desconocida pues no suele haber planos del trazado y este suele sufrir múltiples manipulaciones tras su instalación.
- Dispositivos que presentan una carga heterogénea y variable en el tiempo, según se sucede la conexión y desconexión de los aparatos eléctricos.
- Perturbaciones de la señal importantes y de origen muy diverso.
2.- Estructuras de las Redes Eléctricas:
Las redes de distribución de energía eléctrica presentan características bastante diferentes en distintas zonas del mundo. Estas diferencias son el resultado de la evolución de sistemas de distribución que nacieron a finales del siglo XIX y principios del XX, por ejemplo, el de Westinghouse en Estados Unidos y el de AEG en Alemania, que después han sido exportados al resto de pases.
En cualquier caso, la parte de baja tensión suele estar constituida por tramos de cable con estructuras de tres o cuatro conductores de cobre recubiertos de material aislante (un hilo de fase, uno neutro y uno de protección o tierra, o tres hilos para cada una de las tres fases más el de protección). A modo de resumen, se puede señalar que en América del Norte es habitual encontrarse con un sistema trifásico que en baja tensión es distribuido en grupos de dos fases a una frecuencia de 60Hz, con 110V de tensión entre cada fase y el neutro. Las cargas suelen conectarse a una sola fase, aunque ciertas cargas de gran consumo se conectan directamente entre las dos fases (con una caída de tensión de 220V). En Japón, también se reparten dos fases, entre las cuales hay 200V (las cargas suelen conectarse a una de ellas, por tanto, a 100V), y con una frecuencia de 50 o 60Hz dependiendo de la región del país [Hooijen98].
Las denominadas instalaciones eléctricas interiores abarcan desde la acometida propia de cada usuario a las tomas de electricidad y comprenden el contador, la caja de distribución, con los interruptores automáticos y diferenciales, y los distintos circuitos eléctricos. De ´estos últimos, en los apartamentos suele haber al menos cuatro, mientras que en Viviendas unifamiliares se instalan un mayor número, en función de su superficie. Un circuito eléctrico es una serie de tramos de tres cables unifilares insertados en un tubo corrugado y con múltiples derivaciones que acaban en los enchufes y tomas de alumbrado.
3.- Propiedades del Cableado:
Muchos de los inconvenientes para transmitir por este medio están derivados de que se trata de redes no diseñadas en principio para la transmisión de señales de comunicación de alta frecuencia. La necesidad de ancho de banda de transmisión, si se desean transmitir regímenes binarios del orden de Mb/s, hace preciso situar las señales en la banda de frecuencias medias. El límite marcado en las regulaciones internacionales para las emisiones electromagnéticas conducidas esta en los 30MHz [CEN94] y con esas frecuencias de funcionamiento es necesario considerar los fenómenos de propagación de ondas. A las frecuencias de 3 a 30MHz les corresponde una longitud de onda λ entre 100 y 10m.
La naturaleza arborescente de la red eléctrica residencial, con tramos de línea sin terminación (en circuito abierto) o con cargas no necesariamente adaptadas a la impedancia de la línea, provoca múltiples reflexiones de la señal dando lugar a desvanecimientos por interferencia destructiva. Estos fenómenos de transmisión multicamino ya han sido estudiados en otros contextos de la telecomunicación como los canales de radiocomunicación.
4.- Propiedades de los Dispositivos:
Se ha comprobado que los dispositivos tienen un doble comportamiento de cara a la red: como cargas y como generadores de ruido. Se ha comprobado que algunos de los dispositivos conectados habitualmente a las redes interiores exhiben un comportamiento en alta frecuencia que está ligado al valor instantáneo de la tensión de red, lo que va a condicionar su modelado. Según el aparato en cuestión, su carga puede ser lineal, y entonces se describe mediante una impedancia, o no lineal, en cuyo caso se demostrara que puede ser representada como una impedancia variante con el tiempo. Por otra parte, según su forma de funcionamiento se ha observado que los dispositivos inyectan a la red fundamentalmente dos tipos de ruido: estacionario o ciclo estacionario.
5.- Propiedades del Ruido:
La caracterización de las perturbaciones que aparecen en los canales sobre red eléctrica, se ha venido realizando con campañas de medidas de campo extensivas [Hooijen98, Philipps02]. Se podrıa establecer la siguiente clasificación general para las diferentes categorias de ruido, tomada de [Zimmer02]:
1. Ruido impulsivo. Se considera como tal una perturbación eventual de poca duración (inferior a 100μs, normalmente). A su vez, se distinguen tres categorias de ruido impulsivo, a saber:
a) ruido impulsivo periódico sıncrono con la red, originado en buena medida por dispositivos no lineales que suelen integrar algunos circuitos de alimentacion y de control de motores (por ejemplo tiristores y diodos). Se trata en realidad de un ruido ciclo estacionario sincronizado con la señal de 50Hz.
b) ruido impulsivo periódico asıncrono con la red, causado mayoritariamente por las fuentes de alimentacion conmutadas (tıpicas en equipos electrónicos). Suelen presentar tasas de repetición de entre 50 y 200kHz. En realidad, la denominación de este tipo de ruido no es muy afortunada pues, además de esa temporización más rápida, también suelen presentar periodicidades con el ciclo base de los 50Hz (probablemente debidas al circuito inicial de rectificación) y, por tanto, tendría carácter ciclo estacionario.
c) ruido impulsivo asıncrono, de ocurrencia aleatoria y achacable a transitorios en la red que suelen estar provocados por la conexión y desconexión de aparatos. Su naturaleza esporádica lo hace claramente no estacionario.
2. Interferencias de banda estrecha, que se acoplan a los cables de la red eléctrica por radiación. En el rango de frecuencias hasta 30MHz, son atribuibles a señales provenientes de emisiones de radiodifusión: radionavegación, radio móvil privada, espurios de equipos domésticos transmisores o receptores, etc. Por ejemplo, es tıpica la frecuencia intermedia a 10.7MHz usada en circuitos de televisores, teléfonos sin hilos o receptores de radio. En general, es una perturbación aproximadamente estacionaria, aunque en el caso de los espurios de equipos domésticos cambian sus características dependiendo de la utilización de los aparatos.
3. Ruido de fondo, coloreado y de banda ancha, representa el resto de ruido de fuentes no localizadas. Puede tener su origen en la red eléctrica general y suele considerarse estacionario. Manifiesta un decaimiento con la frecuencia y una variación según la hora del da, disminuyendo, en general, cuando baja el nivel de actividad de los usuarios de la red.
6.- Estado de la Tecnología de Sistemas de Transmisión sobre Redes Eléctricas:
Como se ha mencionado, desde el primer cuarto del siglo XX las compañas suministradoras de energía eléctrica han venido utilizando sus redes de distribución para operaciones de supervisión y mantenimiento, empleando sistemas de transmisión digital con modestos regímenes binarios [Dostert97].
Hasta la fecha, también en el interior de edificios, los sistemas de transmisión sobre red eléctrica se habıan limitado a comunicaciones de datos a baja velocidad. La aplicación principal en este ´ámbito ha sido la demótica: los sistemas de control y monitorización de aparatos electrodomésticos, de automatización de edificios, etc.
Existen módems comerciales para este propósito diseñados para la banda CENELEC (que en origen estaba orientada a esta aplicación), que usan modulación FSK [STM95, STM98]. En este contexto, quizá CEBus (Consumer Electronic Bus) haya sido una de las apuestas comerciales más serias. Se trata de un estándar norteamericano que apareció en 1992, promovido por la EIA (Electronic Industries Alliance), pensado inicialmente para aplicaciones distribuidas de dom´otica [Radford96]. Bajo su arquitectura de protocolos, en su capa fısica permite diversas tecnologıas de transmisión: lıneas eléctricas, pares trenzados, coaxial, radiofrecuencia, fibra ´óptica e infrarrojos [CEBus95].
Sobre redes eléctricas, utiliza una modulación de espectro ensanchado mediante una especie de salto de frecuencia continuo o chirping. Emplea portadoras en el rango de 100kHz a 400kHz que llevan paquetes de datos de longitud variable, alcanzando un régimen binario medio de 7500b/s.
Existen otros estándares comerciales para productos de dom´otica como el X10, extendido también en Norteamérica, que emplea modulación OOK transmitiendo ráfagas con portadora en 120kHz y usando como referencia para el sincronismo la propia señal de 50Hz [X10-]. Asimismo, hay un estándar europeo, el EHS (European Home System) que está basado en una modulación MSK centrada en 132.5kHz con una velocidad de 2400b/s [Sanz01]. Por otra parte, hoy dıa también están disponibles sistemas de comunicaciones analógicas que usan las redes eléctricas interiores. Entre ellos, por citar solo algunos, se pueden encontrar intercomunicadores de audio y productos para distribución domestica de señales musicales y de vıdeo. Retomando el ´ámbito de las comunicaciones digitales, actualmente ya se han implantado sistemas para las dos aplicaciones principales de la tecnologıa PLC de banda ancha: para el acceso a WANs y para realizar LANs en edificios y domicilios. En marzo del año 2000 se creó la HomePlug Powerline Alliance promovida por empresas del sector, mayoritariamente estadounidenses [Homeplug-]. El objetivo era fomentar la creación de un estándar abierto para productos de comunicaciones en redes eléctricas domesticas, que cristalizó ´o en diciembre de ese año con su especificación HomePlug 1.0. En ella se define un sistema con modulación OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) a una tasa de 10Mb/s, usando la banda de 4.5 a 20MHz y con una técnica de acceso al medio que es una variante del protocolo CSMA/CA (Carrier-Sense Multiple Access / Collision Avoidance) [Lee03]. Ya existen fabricantes de módems que los diseñan según este estándar [Intellon-, Enikia-].
En la referencia [Lin03] se presenta una comparativa de los sistemas Homeplug con otras tecnologıas de acceso, como la proporcionada por el estándar de redes inalámbricas IEEE 802.11a/b . En otras áreas geográficas también hay empresas que ofrecen productos que permiten la transmisión a través de la red eléctrica a velocidades en el rango de 10Mb/s.
En Israel se encuentran Itran y Main.net, la primera fabrica circuitos integrados que implementan el núcleo básico de procesado analógico y digital para módems de sistemas PLC y la segunda ofrece soluciones completas para sistemas de acceso a WANs [Itran-, Mainnet-]. España también está muy implicada en esta tecnologıa pues dos empresas, Telvent sita en Sevilla y DS2 en Valencia, diseñan circuitos integrados para PLC [Telvent-, DS2-]. Todas estas empresas utilizan esquemas de transmisión OFDM o DMT (Discrete MultiTone).
Se puede destacar entre ellas a DS2 que ofrece un chipset que proporciona, anadiendole una etapa analogica de front-end, un modem pensado para sistemas de acceso y que maneja 27Mb/s en sentido descendente y 18Mb/s en sentido ascendente. La banda de trabajo se extiende de 1 a 38MHz con 1280 portadoras (1024+256), con las que se puede alcanzar una eficiencia espectral de hasta 7.25 b/s/Hz [Abad03].
En Bruselas, a principios de 2000, se creó el PLCForum [PLCForum-], una asociación de ´ámbito mundial para representar los intereses de fabricantes, operadoras e instituciones en el campo de la tecnologıa PLC tanto para acceso como en interiores 6. Entre sus objetivos se incluyen: promover una regulación satisfactoria, fomentar la inter-operación y la estandarización de sistemas, facilitar la comercialización de productos, etc. El despliegue de la tecnologıa está a un en fase embrionaria. En España, las tres compañías de distribución de energía eléctrica más importantes a nivel nacional, Endesa, Iberdrola y Unión Fenosa, están comenzado a ofrecer servicios de acceso para competir con ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) tras haber realizado pruebas piloto con resultados muy satisfactorios.
7.- Teoría Electromagnética Aplicadas a las Líneas de Transmisión:
Se entiende por lınea de transmisión una estructura que soporta la propagación de campos TEM (Transversales Eléctricos y Magnéticos) y tiene la ventaja de que sus propiedades se pueden describir mediante relaciones entre corrientes y tensiones. De hecho, sirve para extender la teoría de circuitos hacia la teoría de campos electromagnéticos, incluyendo los efectos de propagación de ondas gracias al concepto de elementos distribuidos: resistencias, inductancias y condensadores (medidos por unidad de longitud).
La configuración más simple es la llamada lınea terminada, según se puede observar en la fig.2.
Figura 2. Línea de transmisión
Estos elementos están definidos en función de los llamados parámetros primarios de la lınea:
R: Resistencia incremental (en /m)
L: Inductancia incremental (en H/m)
G: Conductancia incremental (en S/m)
C: Capacidad incremental (en F/m)
Se suele realizar el análisis en régimen permanente, estudiando la respuesta a una excitación sinusoidal de frecuencia angular ω. Tanto los parámetros primarios como los secundarios de la lınea pueden presentar variación con la frecuencia, por lo que la respuesta en una banda se debe calcular repitiendo este análisis para cada una de las frecuencias contenidas en ella.
la amplitud a
La entrada de la lınea de la onda reflejada, y también aparecen incluidos los llamados parámetros secundarios de la lınea, que son: la constante de propagación,
Y la impedancia característica, es:
A partir de estas ecuaciones se puede determinar las condiciones de una línea de transmisión, en una red eléctrica se siguen estas misma ecuaciones con la única diferencia que es para una sola longitud de Onda, sin embargo para altas frecuencia existen diferentes tramamos de la línea de transmisión para ciertas longitudes de onda. Sin embargo para que una señal viaje a través de una línea es necesario conocer las características de la línea (Resistencia, Inductancia, Capacitancia, etc.) para calcular la atenuación y otros elementos que perturban a las señales. En las redes eléctricas uno de los problemas más graves es la falta de adaptación de impedancia, existen líneas que terminan en diferentes cargar y esto ocasiona en una línea de transmisión reflexión en las señales y atenuación en la misma. Es por ello que en la actualidad el estudio de PLC (Power Line Comunication) está afrontando estos problemas. Cabe destacar que existen diferentes ciudades en el mundo que están utilizando esta tecnología, con la única diferencia que las urbanizaciones tienen una red eléctrica estable con ciertas condiciones de cables e impedancia para evitar la pérdida de señal .
8.- Ventajas y Desventajas de las Comunicaciones por Redes Eléctricas:
Ventajas:
-Utiliza la infraestructura ya existente, es decir el cableado eléctrico, por lo
Que no es necesario ningún tipo de obra adicional
- Cualquier enchufe en una casa es suficiente para estar conectado.
- Posibilidad de crear redes de datos domesticas utilizando el cableado existente.
- Su instalación es muy rápida por parte del cliente.
- Proporciona una conexión permanente 24h al día.
- Disponibilidad de múltiples servicios a través de una misma plataforma.
- Es posible combinarla con otras tecnologías.
- Por medio de micro filtros se evitan las posibles interferencias generadas
Por los electrodomésticos
- No sufre de los inconvenientes de ADSL o cable que no llega en muchos
Casos al usuario final. Al estar ya implantada la red eléctrica permite llegar
A cualquier punto geográfico.
- El ancho de banda es de 45 Mbps aunque actualmente ya se alcanzan velocidades
De 135 Mbps y en breve se llegará a 200 Mbps
- Con un solo repetidor se provee de conexión hasta 256 hogares.
Desventajas:
- La producción de los equipos necesarios es todavía escasa
- Ausencia de estándares tecnológicos para la interoperabilidad de equipos.
- La red eléctrica no fue diseñada para transmitir datos por lo que experimenta
Frecuentes caídas y la calidad de las llamadas telefónicas no es completamente
Satisfactoria.
- Interferencias durante la navegación a través de la Web.
- Falta de seguridad.
- Oposición de las compañías telefónicas.
9.- Capa Física:
a.- Características del medio:
- Rango de frecuencias (1.6-30 MHz)
- Baja impedancia, lo que implica altas potencias de emisión
- Alta atenuación
- La impedancia varía en cada ciclo de tensión, debido al uso de dispositivos
No lineales (diodos, transformadores, etc.)
- La impedancia varía temporalmente por el encendido y apagado de dispositivos
- Reflexiones, debido a la topología de la red eléctrica en las viviendas
- Medio muy ruidoso. Puede no haber neutro (tierra)
b.- Transmisión de la señal:
Para este sistema es necesario un "acondicionamiento" de la infraestructura existente en la red eléctrica. Las redes normalmente pueden transmitir señales regulares de baja frecuencia en 50 o 60 Hz y señales mucho más altas, sobre 1 MHz sin que ambas frecuencias se molesten entre sí, ya que las de baja frecuencia llevan energía mientras que las de alta frecuencia llevan los datos.
Se utiliza una unidad de acondicionamiento HFCPN (High Frequency Conditioned Power Network) para transmitir datos y señales eléctricas. Un HFCPN utiliza una serie de unidades de condicionamiento (CU) para filtrar esas señales separadas. El CU recibe la entrada agregada en su puerto de red, esta entrada agregada pasa por un filtro pasa altos. Este filtrado de las señales de alta frecuencia permite derivarlos al puerto de comunicación, y mediante un filtro pasa bajos se envía la electricidad al consumo. La señal de 50 Hz fluye del filtro pasa bajos y también sirve para atenuar el ruido provocado por las aplicaciones eléctricas en casa del cliente, ya que el agregado de estos ruidos extraños provocaría distorsiones significativas en la red. La señal de datos sale del CU a las unidades de consumo y distribución de datos mediante el empleo de cables coaxiales estándar.
Los servidores de las estaciones o subestaciones locales, se conectan a Internet mediante fibra óptica o cable coaxial tipo banda ancha.
c.- Modulaciones Empleadas:
Como podemos ver en la Figura 6 la modulación del PLC comenzó en una primera generación con la modulación GMSK y DSSS que ofertaba velocidades de entre 1 y 4MBps pero ya en la segunda generación se empezó a introducir la modulación OFDM. Las características generales de la segunda generación fueron utilizar OFDM con:
- 1280 portadoras
- Tasa de transferencia: mayor de 27Mbps en la bajada y mayor de 18Mbps
En la subida
- Tasa de transferencia adaptable según la SNR (Relación Señal Ruido) con
Más de 8 bits por portadora.
- Eficiencia de la modulación de 7,25bps/Hz
De la tercera generación que actualmente está en desarrollo se espera:
- Modulación OFDM densa
- Velocidades mayores a 100Mbps
- Lograr mayor eficiencia gracias a una mayor densidad del multi-carrier
- Un coste menor o igual al del DSL/CABLE
- Instalación más fácil y mecanismos mejores para la detección de errores
d.- Modulación GMSK
GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying) es un esquema de modulación continua en fase, una técnica que consigue suavizar las transiciones de fase entre estados de la señal, consiguiendo por tanto reducir los requisitos de ancho de banda.
Con GMSK, los bits de entrada representados de forma rectangular (+1, -1) son transformados a pulsos gausianos (señales de forma acampanada) mediante un filtro Gausiano para posteriormente ser suavizados por un modulador de frecuencia. En la mayoría de los casos, la duración del pulso Gausiano supera a la de un bit, dando lugar como consecuencia a lo que se conoce como interferencia inter-simbólica (ISI). El grado de esta superposición es determinado por el producto del ancho de banda del filtro Gausiano y la duración de un bit. Este producto se conoce normalmente como BT. Cuanto menor sea el valor de BT mayor será el solapamiento entre pulsos gausianos.
La portadora resultante es una señal continua en fase lo cual es importante porque las señales con transiciones suaves entre fases requieren menor ancho de banda para ser transmitidas. Por otra parte, este suavizado de la señal hace que el receptor tenga que realizar un trabajo mayor en la demodulación de la señal ya que las transiciones entre bits no están bien definidas.
Además de en la transmisión de datos por la red eléctrica, este tipo de modulación es muy utilizado también en redes GSM, y en comunicaciones aeroespaciales debido al poco ancho de banda necesario y a la robustez de la señal en medios hostiles.
e.- Modulación DSSS:
El espectro ensanchado (SS) es una técnica de transmisión en la cual un código pseudoaleaotorio, independiente de los datos de información, es empleado como forma de onda modulante para “desparramar” la energía de la señal sobre un ancho de banda mucho mayor que el ancho de banda de información de la señal original. Los sistemas de secuencia directa (DS) son sistemas de espectro ensanchado en los cuales la portadora está modulada por un código de dispersión de alta velocidad y una corriente de datos de información. La secuencia del código de alta velocidad es el causante directo del ensanchamiento de la señal transmitida.
Características
- Se basa en la multiplicación de la secuencia de bits original por una secuencia digital (chips) de velocidad mucho mayor.
- El código de expansión expande la señal por una gran banda de frecuencias.
- La expansión es proporcional al número de bits usados.
- Se combina la información digital de la secuencia de bits con los bits de la secuencia de expansión, usando OR exclusivo.
- La señal binaria de datos modula una portadora RF, y la señal modulada resultante es modulada por la señal código (la señal código consiste en una sucesión de bits de código (‘chips’) entre +1 y -1).
Ventajas y desventajas
- Acceso múltiple: si múltiples usuarios usan el canal a la vez, habrá múltiples señales DS superpuestas en tiempo y frecuencia. Si los códigos usados tienen muy poca correlación, podrán separarse los canales sin problemas.
- Interferencia multicamino: si la secuencia código está bien seleccionada, la señal será cero fuera del intervalo [-Tc, Tc], donde Tc es la duración del chip.
- Interferencia de banda estrecha
- La generación de señales código es sencilla
- No es necesaria la sincronización entre usuarios.
f.- Modulación OFDM:
El origen del OFDM es en la década de los 50/60 en aplicaciones de uso militar que trabajan dividiendo el espectro disponible en múltiples subportadoras. OFDM es una tecnología de modulación digital, una forma especial de modulación multi-carrier considerada la piedra angular de la próxima generación de productos y servicios de radio frecuencia de alta velocidad para uso tanto personal como corporativo.
La técnica de espectro disperso de OFDM distribuye los datos en un gran número de carriers que están espaciados entre sí en distintas frecuencias precisas. Ese espaciado evita que los demoduladores vean frecuencias distintas a las suyas propias.
Al no existir un estándar para PLC la modulación OFDM varía según los fabricantes
De esta nueva tecnología. El sistema de DS2 como primer ejemplo utiliza:
- 1280 portadoras de hasta 30 MHz
- Flujo de datos de 45 Mb/s; 27 Mb/s en bajada y 18 Mb/s en subida.
Este sistema al trabajar con gran número de portadoras tiene las siguientes ventajas:
- Sincronización más simple y robusta
- Fácil de adaptarse a cortes
- Mejor inmunidad a ruidos impulsivos, interferencias
-Mejor robustez frente a distorsiones (fadings)
El sistema de Cogency sin embargo utiliza:
- 84 Portadoras, de 4,5 MHz a 21 MHz
- Flujo de datos: Capacidad total máxima 14 Mb/s.
La principal ventaja de este sistema es que se puede adaptar fácilmente a los cambios en las condiciones de transmisión de la línea eléctrica y que se pueden utilizar filtros para proteger los servicios que puedan resultar interferidos.
10.- Capa de Enlace:
En la tecnología PLC se tienen 5 tipos distintos de redes. La clasificación se hace teniendo en cuenta la densidad de usuarios y el uso de la red de Media Tensión para la comunicación o no.
- Redes de Baja Tensión A: Áreas residenciales de alta densidad de población.
- Redes de Baja Tensión B: Áreas residenciales de viviendas unifamiliares.
- Redes de Media Tensión A: Interconexión entre SE con dos líneas MT.
- Redes de Media Tensión B: Interconexión entre SE con una línea MT.
- Redes de Media Tensión C: Idéntica a la anterior, pero con densidad de población
Baja.
Hay que tener en cuenta que las diferencias entre estos tipos de redes son sustanciales. Las tres primeras se refieren a zonas con alta densidad de usuarios, por lo que los protocolos deben ir enfocados para dar solución a este problema. Por otro lado, las dos últimas redes modelan zonas rurales, con menos densidad de usuarios por lo que el problema pasa a ser la distancia entre los usuarios. Por lo tanto los enfoques deben ser distintos, lo que nos lleva a protocolos de capa de enlace diferentes en las zonas urbanas y en las zonas rurales.
11.- Problemas de la Tecnología PLC (Interferencia)
La tecnología PLC utiliza la infraestructura ya existente de la red eléctrica. Este cableado, instalado y construido para otros fines distintos de la transmisión de datos, no presenta ningún tipo de aislamiento por lo que emitirá radiación debido a la falta de simetría, provocando interferencia electromagnética sobre los servicios inalámbricos, radioaficionados y otros.
a.- Interferencia HF
PLC opera en la banda 1 – 10 MHz para el acceso a la última milla y entre 10 y 30 MHz para la conexión entre dispositivos en una casa. Por tanto, trabaja directamente en la misma banda que HF (3 – 30 MHz), sin embargo los datos obtenidos no dejan claro si hay interferencia o no. Estos son algunos datos encontrados:
− Las empresas de PLC aseguran que no hay interferencia con la banda HF.
− Las medidas realizadas por radioaficionados en la banda HF en varios países
Muestran interferencias visibles provocadas por el PLC.
− Algunos países han mostrado su preocupación por la interferencia del PLC en las
Comunicaciones a través de la banda HF.
− Asociaciones de radioaficionados de muchos países han reaccionado masivamente
Ante las interferencias provocadas por el PLC enviando sus quejas a las compañías
Que lo están desarrollando.
− El grupo de trabajo de comunicación por HF de la OTAN ha mostrado sus preocupaciones
Acerca de las emisiones del PLC y sus efectos sobre la banda HF.
12.- Coexistencia con Nuevas Tecnologías
PLC puede utilizarse sola o en compañía de otras tecnologías. Si se utiliza como red de acceso, obtendremos la conexión a Internet a partir del enchufe. Pero en otras ocasiones, se utiliza otra tecnología para obtener el acceso, y PLC hacer este acceso disponible desde cualquier enchufe. Así tenemos por ejemplo PLC-ADSL, PLCWiFI, PLC-LMDS, PLC-HFC, PLC-Satélite.
Conclusiones
PLC es una tecnología de acceso de banda ancha probada y tecnológicamente viable que usa una infraestructura existente con mayor cobertura que otras tecnologías y da soporte a todos los servicios proporcionados por IP: Internet, telefonía, televisión, demótica, etc.
Aunque todavía está en desarrollo, PLC es una robusta tecnología emergente. Aún se deben mejorar algunos aspectos, como los niveles de radiación no mayores que los permitidos hoy en día en aparatos domésticos y que son los causantes de la discrepancia entre empresas y radioaficionados, y también se requiere de una normatividad legal y reguladora actualizada, que posibilite el desarrollo pleno para los sectores de electricidad y de telecomunicaciones. También cuenta con el apoyo de varias empresas que trabajan en su desarrollo (por ejemplo las citadas Técnico y DS2) y estandarización (como la alianza OPERA), por lo que es posible que dentro de unos pocos años se establezca definitivamente como una tecnología de mucho futuro.
La aplicaciones de la teoría electromagnética se basa en ecuaciones de maxwell que definen la ecuación de una onda a través de un conductor (Línea de Transmisión), a partir de ellas se puede sacar la atenuación, voltaje de de la incidente y voltaje de la onda reflejada, en función de las características del material se puede calcular las capacitancia , inductancia , entre otros de la línea de transmisión y variar la frecuencia para observar su comportamiento. A través de este estudio los científicos a través de supercomputadoras simulan una línea de transmisión de red eléctrica de una urbanización y pueden observar los cambios de impedancia de las líneas, y el análisis de los materiales de los sistemas de transmisión.
Bibliografía
1.- Cheng K. Daved. Fundamentos de Electromagnetismo para Ingeniería. Addison-wesley España 1998.
2.- Raymond A. Serwat y Jhon W. Jewett Jr. Electricidad y Magnetismo. Thomson , California, Estados Unidos 2005.
3.- www. Wikipedia.com
4.- Tomasi Wayne. Sistemas de Comunicaciones Electrónicas. Prentice Hall. Maxico 2003
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