análisis de transmisión de datos usando plc sobre redes eléctricas ...
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ANÁLISIS DE TRANSMISIÓN DE DATOS USANDO PLC SOBRE REDES ELÉCTRICAS DE BAJA CALIDAD EVER JULIÁN CORREA TAPASCO JHON JAIRO AGUIRRE RESTREPO UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PEREIRA FACULTAD DE INGENIERÍAS ELÉCTRICA, ELECTRÓNICA, FÍSICA Y CIENCIAS DE LA COMPUTACIÓN PROGRAMA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA PEREIRA 2007
Transcript of análisis de transmisión de datos usando plc sobre redes eléctricas ...
ANÁLISIS DE TRANSMISIÓN DE DATOS USANDO PLC SOBREREDES ELÉCTRICAS DE BAJA CALIDAD
EVER JULIÁN CORREA TAPASCO
JHON JAIRO AGUIRRE RESTREPO
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PEREIRAFACULTAD DE INGENIERÍAS ELÉCTRICA, ELECTRÓNICA, FÍSICA
Y CIENCIAS DE LA COMPUTACIÓNPROGRAMA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
PEREIRA2007
ANÁLISIS DE TRANSMISIÓN DE DATOS USANDO PLC SOBREREDES ELÉCTRICAS DE BAJA CALIDAD
EVER JULIÁN CORREA TAPASCO
JHON JAIRO AGUIRRE RESTREPO
Trabajo de grado para optar por el título deIngenieros Electricistas
DirectorALEXÁNDER QUINTERO
Doctor
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PEREIRAFACULTAD DE INGENIERÍAS ELÉCTRICA, ELECTRÓNICA, FÍSICA
Y CIENCIAS DE LA COMPUTACIÓNPROGRAMA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
PEREIRA2007
Nota de Aceptación
Presidente del Jurado
Jurado
Jurado
Pereira, 26 de octubre de 2007
DEDICATORIA
A Dios, porque por él todo es posible.
A mis padres y hermanas: LucellyTapasco, Luis Correa, Nora, Marcela yMagnolia, que por su amor filial, apoyoincondicional e inagotable paciencia,han hecho posible la culminación de unaetapa importante en mi vida.
Ever Julián Correa Tapasco
DEDICATORIA
A Dios, por darme la vida y sabiduríapara lograr mis éxitos.
A mi familia, en especial a mis padres,por sus consejos y apoyo incondicional.
A mis compañeros y profesores porquecada uno de ellos realizó un pequeñoaporte para alcanzar mi crecimientopersonal y formación profesional.
Jhon Jairo Aguirre Restrepo
AGRADECIMIENTOS
Agradecemos de manera especial al Dr. Alexander Quintero, el cual con sucolaboración ilimitada y calidad humana, complementada con sus altosconocimientos y enfoque sobre el área de las comunicaciones permitieron motivarel desarrollo de este proyecto, alcanzando sus objetivos de manera exitosa.
A los ingenieros Juan Gabriel Pulgarín, Jason Molina y Duberney Murillo, por estarprestos con su calidad de servicio y colaboración incondicional, las cuales fueronparte significativa para el proyecto.
A todos los integrantes del Grupo de Telecomunicaciones y Multimedia, por suespíritu crítico y constructivo frente a los temas de interés social y académico enpro de un crecimiento personal y colectivo.
A todos los gestores del centro de investigaciones y extensión por su apoyoeconómico en el proyecto de grado.
A todos los profesores por enseñar y transmitir sus sabios conocimientos.
A toda la comunidad que amablemente facilitó su tiempo y espacio, para ejecutar ydesarrollar las pruebas.
VI
CONTENIDO
pág.
LISTA DE FIGURAS
LISTA DE TABLAS
GLOSARIO
1. INTRODUCCIÓN
1.1 ANTECEDENTES Y JUSTIFICACIÓN
1.2 OBJETIVOS
1.2.1 Generales1.2.2 Específicos
1.3 APORTE DEL TRABAJO
1.4 ESTRUCTURA DEL CONTENIDO
2. ANÁLISIS ECONÓMICO DE LA REGIÓN (PEREIRA-RISARALDA)
2.1 ASPECTOS GENERALES EN LA REGIÓN
3. REDES ELÉCTRICAS EN PEREIRA
3.1 ANÁLISIS DEL SECTOR
3.2 COBERTURA
3.3 CALIDAD
3.4 TENDENCIAS
4. IMPACTO SOCIAL DE LA TECNOLOGÍA PLC EN NUESTRO MEDIO
5. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA
5.1 INTERNET
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VII
5.2 NECESIDAD DE ACCESO A INTERNET
5.3 CONEXIÓN DE UN COMPUTADOR A INTERNET
5.4 MEDIOS DE TRANSMISIÓN EN TELECOMUNICACIONES PARA ELACCESO A INTERNET
5.4.1 Cable par o multi-par de Cobre5.4.1.1 Redes de Telefonía Pública por cable de Cobre5.4.1.2 Redes Privadas por cable de Cobre5.4.2 Cable Coaxial5.4.3 Fibra Óptica5.4.4 Espacio Libre
5.5 TECNOLOGÍAS DE ACCESO
5.5.1 Importancia del área de acceso en las telecomunicaciones5.5.2 Construcción de nuevas redes de acceso5.5.2.1 Red óptica5.5.2.2 Sistema de acceso inalámbricoi) Sistemas móviles inalámbricosii) Sistemas inalámbricos fijos5.5.2.3 Sistema satelital5.5.3 Uso de la infraestructura existente en el área de acceso5.5.3.1 DSL5.5.3.2 ISDN/RDSI5.5.3.3 Cable Modem5.5.3.4 PLC
6. PLC EN EL ÁREA DE ACCESO DE LAS TELECOMUNICACIONES
6.1 SISTEMAS DE COMUNICACIÓN POR LA RED DE ENERGÍAELÉCTRICA
6.1.1 Apreciación Histórica6.1.2 Redes de energía eléctrica6.1.3 Estándares (normas)6.1.4 Banda estrecha PLC6.1.5 Banda ancha PLC
6.2 REDES DE ACCESO PLC
6.2.1 Estructura de las redes de acceso PLC6.2.2 Conexión de acceso domestico PLC6.2.3 Elementos de una red PLC6.2.3.1 Elementos de una red básica
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VIII
6.2.3.2 El repetidor6.2.3.3 Gateway PLC6.2.4 Conexión básica de una red6.2.4.1 Tecnologías de Comunicaciones para redes de distribución PLC6.2.4.2 Topología de la red de distribución6.2.4.3 Administración de la red de acceso PLC
7. CARACTERÍSTICAS DE LAS LÍNEAS DE TRANSMISIÓNENFOCADAS AL PLC
7.1 TOPOLOGÍA DE LA RED
7.1.1 Topología de las redes de energía eléctrica de baja tensión7.1.2 Organización de las redes de acceso PLC7.1.2.1 Ubicación de la estación base7.1.2.2 Segmentación de la red7.1.2.3 PLC sobre las múltiples configuraciones de las redes de bajatensión7.1.2.4 Técnicas para la ubicación del repetidor y gateway en las redes7.1.3 Estructura de las redes PLC en el hogar7.1.4 Redes complejas de acceso PLC7.1.5 Consideraciones de los modelos de la red
7.2 CARACTERÍSTICAS DEL MEDIO DE TRANSMISIÓN PLC
7.2.1 Caracterización del medio7.2.2 Características del cable de transmisión para PLC7.2.3 Modelo del medio PLC
7.3 COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNÉTICA DE LOS SISTEMAS PLC
7.3.1 Aspectos del EMC7.3.1.1 Definición de los términos de EMC7.3.1.2 Clasificación de la perturbación de EMC7.3.1.3 Matriz del ambiente de EMI7.3.2 El modelo de perturbaciones EM para PLC7.3.2.1 Fuente de perturbaciones conducidas e irradiadas7.3.3 Normas de EMC para los sistemas PLC7.3.3.1 Organizaciones de estandarización de EMC
7.4 CARACTERIZACIÓN DE LA PERTURBACIÓN
7.4.1 Descripción del ruido7.4.2 Ruido de fondo generalizado7.4.3 Ruido impulsivo7.4.4 El modelo de perturbación
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IX
7.4.4.1 Modelo Encendido-Apagado7.4.4.2 Modelos de perturbación para los sistemas basados en OFDM7.4.4.3 Modelo de parámetros
8. MODULACION EN SISTEMAS PLC PARA BAJA TENSIÓN
8.1 LA ARQUITECTURA DEL SISTEMA PLC
8.2 TÉCNICAS DE MODULACIÓN PARA SISTEMAS PLC
8.2.1 La multiplexación por división de frecuencia ortogonal (OFDM)8.2.1.1 Principios de Modulación8.2.1.2 Generación de señales OFDM8.2.1.3 Realización del sistema OFDM8.2.2 Modulación del espectro de propagación8.2.2.1 Principios del espectro propagado8.2.2.2 Secuencia directa del espectro de propagación8.2.2.3 Frecuencia de salto en el espectro de propagación8.2.2.4 Comparación entre DSSS y FHSS8.2.3 Elección del esquema de modulación para sistemas PLC
9. PRUEBAS Y RESULTADOS
9.1 DESCRIPCIÓN
9.2 ANÁLISIS DE LA TASA DE TRANSFERENCIA
9.2.1 Red LAN9.2.2 Red PLC 19.2.2.1 Con la red no regulada, prueba ideal9.2.2.2 Con la red no regulada, prueba con cable de energía eléctricanúmero 12i) Sin protecciónii) Con protección9.2.2.3 Con la red no regulada, prueba con cable de energía eléctricanúmero 149.2.2.4 Con la red regulada, prueba entre dos tomas9.2.3 Red PLC 29.2.3.1 Prueba en el barrio Villa Santana9.2.3.2 Prueba en el barrio 20 de Julio dentro de una casa9.2.3.3 Prueba en el barrio 20 de Julio entre dos casas9.2.4 Comparaciones
9.3 PRUEBAS CON EL ANALIZADOR DE ARMONICOS
9.3.1 Nuevo Plan Villa Santana
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X
9.3.1.1 Nuevo Plan Villa Santana, entre una casa y antes del contador,red original sin elementos PLC conectados9.3.1.2 Nuevo Plan Villa Santana, entre una casa y antes del contador,con equipos conectados, sin transferencia9.3.1.3 Nuevo Plan Villa Santana, entre una casa y antes del contador,con equipos conectados, con transferencia9.3.1.4 Análisis de los datos tomados en la residencia Nuevo Plan VillaSantana9.3.2 Barrio 20 de Julio9.3.2.1 Barrio 20 de Julio dentro de la casa, red original sin elementosPLC9.3.2.2 Barrio 20 de Julio dentro de la casa con equipos conectados, sintransferencia9.3.2.3 Barrio 20 de julio, dentro de la casa con transferencia9.3.2.4 Barrio 20 de Julio dentro de la casa, con transferencia dearchivos, con licuadora9.3.2.5 Análisis de los datos tomados en la residencia 20 de Julio9.3.3 Barrio 20 de Julio, entre dos casas9.3.3.1 Barrio 20 de Julio, entre dos casas, red original sin elementosPLC9.3.3.2 Barrio 20 de Julio entre dos casas con equipos conectados sintransferencia9.3.3.3 Barrio 20 de Julio entre dos casas con equipos conectados contransferencia de archivos9.3.3.4 Análisis de los datos tomados entre dos casas barrio 20 de Julio
9.4 GUIA PARA REALIZAR LAS PRUEBAS CON LOS EQUIPOS PLC
9.5 PROTOTIPO PARA LABORATORIO PLC
9.5.1 GUIA DEL LABORATORIO PLC9.5.1.1 MATERIALES9.5.1.2 PREINFORME PRÁCTICA PLC9.5.1.3 PROCEDIMIENTO9.5.1.4 INFORME9.5.1.5 CONCLUSIONES Y APORTES
9.6 PRUEBAS CON EL OSCILOSCOPIO
9.7 PROGRAMAS UTILIZADOS EN LA REALIZACIÓN DE ESTEPROYECTO
10 CONCLUSIONES, APORTES Y RECOMENDACIONES
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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XI
LISTA DE FIGURAS
pág.CAPÍTULO 5
Figura 5.1 Estructura general de una red de telecomunicaciones.
Figura 5.2 Estructura de redes de acceso inalámbricas móvil.
Figura 5.3 Estructura de redes de acceso inalámbricas fijas.
Figura 5.4 Estructura de una WLAN.
Figura 5.5 Estructura de una red de acceso DSL.
Figura 5.6 Estructura de una red de acceso ISDN.
Figura 5.7 Estructura de una red de acceso CATV.
Figura 5.8 Características de ampliación de cobertura con cable modem.
CAPÍTULO 6
Figura 6.1 Estructura de una red de energía eléctrica.
Figura 6.2 Estructura de un sistema de automatización usando bandaestrecha PLC.
Figura 6.3 Estructura general de un sistema PLC para uso de losservicios relacionados de energía.
Figura 6.4 Estructura de una red de acceso PLC.
Figura 6.5 Estructura de una red interna PLC.
Figura 6.6 Funciones del modem PLC.
Figura 6.7 Funciones de una estación base PLC.
Figura 6.8 Función del repetidor PLC.
Figura 6.9 Red PLC con repetidores.
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XII
Figura 6.10 Conexión directa de los suscriptores PLC.
Figura 6.11 Conexión de los suscriptores con Gateway.
Figura 6.12 Gateways en una red de acceso PLC.
Figura 6.13 Conexión a la red principal de comunicaciones.
Figura 6.14 Distribución en bus (topología radial) de una red PLC.
Figura 6.15 Distribución en estrella de una red PLC.
Figura 6.16 Distribución en anillo de una red PLC.
Figura 6.17 Administración de una red PLC.
CAPÍTULO 7
Figura 7.1 Posible topología de una red de energía eléctrica de bajatensión.
Figura 7.2 Red PLC con la estación base en la unidad del transformador.
Figura 7.3 Topología de una red de acceso PLC y de la red de bajatensión correspondiente.
Figura 7.4 Sistemas de acceso PLC paralelos dentro de una red desuministro de energía de baja-tensión.
Figura 7.5 Redes de acceso PLC independientes dentro de una red deenergía.
Figura 7.6 Red de acceso PLC con dos niveles de jerarquía.
Figura 7.7 Interconexión entre varias de las redes (circuitos) de bajatensión.
Figura 7.8 Red de acceso PLC con los repetidores (gateways).
Figura 7.9 Topología de una red PLC en el hogar, con BS en eltransformador.
Figura 7.10 Topología de una red PLC en el hogar, con BS en el contador.
Figura 7.11 Ejemplo de una red de acceso compleja para PLC.
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XIII
Figura 7.12 Estructura de transporte lógica de la red PLC.
Figura 7.13 Modelo del eco representando el modelo multidireccional delmedio para PLC.
Figura 7.14 Diversas áreas de la compatibilidad electromagnética.
Figura 7.15 Modelo básico de un problema de EMC.
Figura 7.16 Clasificación de los perturbaciones de EMC según el espectroocupado.
Figura 7.17 Modelo de una fuente típica de EMI, de sus corrientes yvoltajes del modo común y del modo diferencial.
Figura 7.18 Modelo de alta frecuencia de una fuente con EMI.
Figura 7.19 Organización del trabajo y de los enlaces de EMC entrediversos grupos de estandarización.
Figura 7.20 Mecanografía del ruido aditivo dentro de ambientes PLC.
Figura 7.21 Modelo espectral de la densidad para el ruido de fondogeneralizado.
Figura 7.22 Ejemplo de algunos impulsos medidos en el dominio detiempo en una red para PLC.
Figura 7.23 Modelo del impulso usado para el ruido impulsivo.
Figura 7.24 Modelo encendido apagado de perturbación.
CAPÍTULO 8
Figura 8.1 Modelo de referencia ISO/OSI.
Figura 8.2 Especificaciones de las capas de red PLC.
Figura 8.3 Representación de OFDM en el dominio de la frecuencia.
Figura 8.4 Suma del prefijo de duración cíclica para duplicar la primeraparte de la señal original.
Figura 8.5 Transmisor básico OFDM.
Figura 8.6 Realización de un sistema OFDM.
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XIV
Figura 8.7 Esquemas de mapeo y desmapeo para 17-PSK y 17-QAM.
Figura 8.8 Principio de ancho de banda propagándose en DSSS.
Figura 8.9 Esquema sinóptico de un transmisor DSSS.
Figura 8.10 Receptor DSSS basado en un filtro insertor equivalente.
Figura 8.11 Representación tiempo-frecuencia de rápido y lento FHSS.
Figura 8.12 Transmisor para FHSS.
Figura 8.13 Receptor para un sistema FHSS.
CAPÍTULO 9
Figura 9.1 Entorno visual del programa DU Meter.
Figura 9.2 Variación de la tasa de transferencia para la red LAN, archivode 217 MB.
Figura 9.3 Variación de la tasa de transferencia instantánea para la redLAN por DU Meter.
Figura 9.4 Variación de la tasa de transferencia para la red LAN, archivode 495 MB.
Figura 9.5 Variación de la tasa de transferencia para la red LAN, archivode 701 MB.
Figura 9.6 Variación de la tasa de transferencia para la red LAN conRouter.
Figura 9.7 Variación de la tasa de transferencia instantánea para la redLAN con Router por DU Meter.
Figura 9.8 Configuración de la Red PLC1.
Figura 9.9 Variación de la tasa de transferencia para la red PLC 1 - ideal.
Figura 9.10 Variación de la tasa de transferencia instantánea para la redPLC 1 - ideal por DU Meter.
Figura 9.11 Variación de la tasa de transferencia para la red PLC 1 - ideal,archivo de 495 MB.
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XV
Figura 9.12 Variación de la tasa de transferencia para la red PLC 1 - cable12 AWG.
Figura 9.13 Variación de la tasa de transferencia instantánea para la redPLC 1 - cable 12 AWG por DU Meter.
Figura 9.14 Variación de la tasa de transferencia para la red PLC 1 - cable12 AWG, archivo de 495 MB.
Figura 9.15 Variación de la tasa de transferencia para la red PLC 1 - cable12 AWG + protección.
Figura 9.16 Variación de la tasa de transferencia instantánea para la redPLC 1 - cable 12 AWG + protección por DU Meter.
Figura 9.17 Variación de la tasa de transferencia para la red PLC 1 - cable12 AWG + protección, archivo de 495 MB.
Figura 9.18 Variación de la tasa de transferencia para la red PLC 1 - cable14 AWG.
Figura 9.19 Variación de la tasa de transferencia instantánea para la redPLC 1 - cable 14 AWG por DU Meter.
Figura 9.20 Variación de la tasa de transferencia para la red PLC 1 - cable14 AWG, archivo de 495 MB.
Figura 9.21 Variación de la tasa de transferencia para la red PLC 1 - entredos tomas.
Figura 9.22 Variación de la tasa de transferencia instantánea para la redPLC 1 - entre dos tomas por DU Meter.
Figura 9.23 Variación de la tasa de transferencia para la red PLC 1 - entredos tomas de la red no regulada 1.
Figura 9.24 Variación de la tasa de transferencia instantánea para la redPLC 1 - entre dos tomas de la red no regulada, por DU Meter 1.
Figura 9.25 Variación de la tasa de transferencia para la red PLC 1 - entredos tomas de la red no regulada 2.
Figura 9.26 Variación de la tasa de transferencia instantánea para la redPLC 1 - entre dos tomas de la red no regulada, por DU Meter 2.
Figura 9.27 Configuración de la Red PLC 2.
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XVI
Figura 9.28 Configuración en el sector Nuevo Plan, del barrio VillaSantana.
Figura 9.29 Variación de la tasa de transferencia para la red PLC 2 - VillaSantana.
Figura 9.30 Variación de la tasa de transferencia instantánea para la redPLC 2-Villa Santana por DU Meter.
Figura 9.31 Configuración en el barrio 20 de Julio, dentro de una casa.
Figura 9.32 Variación de la tasa de transferencia para la red PLC 2 - 20 deJulio dentro de una casa.
Figura 9.33 Variación de la tasa de transferencia instantánea para la redPLC 2-20 de Julio dentro de una casa por DU Meter.
Figura 9.34 Configuración en el barrio 20 de Julio, entre dos casas.
Figura 9.35 Variación de la tasa de transferencia para la red PLC 2 - 20 deJulio entre dos casas.
Figura 9.36 Variación de la tasa de transferencia instantánea para la redPLC 2-20 de Julio entre dos casas por DU Meter.
Figura 9.37 Analizador de armónicos Fluke 41B.
Figura 9.38 Lugar de pruebas Nuevo Plan Villa Santana.
Figura 9.39 Conexión del Fluke 41B a la red monofásica.
Figura 9.40 Datos red original, vivienda Nuevo Plan Villa Santana.
Figura 9.41 Datos de la red de energía Nuevo plan Villa Santana, conequipos conectados, sin transferencia.
Figura 9.42 Conexión equipos con transferencia, Nuevo Plan - VillaSantana.
Figura 9.43 Tabla de datos con transferencia Nuevo Plan - Villa Santana.
Figura 9.44 Voltaje con transferencia de datos, Nuevo Plan - VillaSantana.
Figura 9.45 Corriente con transferencia de datos, Nuevo Plan - VillaSantana.
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XVII
Figura 9.46 Ubicación de la vivienda para las pruebas en la red eléctricainterna - barrio 20 de Julio.
Figura 9.47 Voltaje interno de la red original, vivienda del barrio 20 deJulio.
Figura 9.48 Corriente de la red original, vivienda del barrio 20 de Julio.
Figura 9.49 Potencia de la red original, vivienda del barrio 20 de Julio.
Figura 9.50 Datos de la red original, vivienda del barrio 20 de Julio.
Figura 9.51 Conexión de equipos en una vivienda del barrio 20 de Julio.
Figura 9.52 Voltaje de la red con equipos conectados, sin transferencia,vivienda barrio 20 de Julio.
Figura 9.53 Corriente de la red con equipos conectados, sin transferencia,vivienda barrio 20 de Julio.
Figura 9.54 Potencia de la red con equipos conectados, sin transferencia,vivienda barrio 20 de Julio.
Figura 9.55 Datos de los armónicos de la red con equipos conectados, sintransferencia, vivienda barrio 20 de Julio.
Figura 9.56 Voltaje de la red con transferencia, vivienda barrio 20 de Julio.
Figura 9.57 Corriente de la red con transferencia, vivienda barrio 20 de J.
Figura 9.58 Potencia de la red con transferencia, vivienda barrio 20 deJulio.
Figura 9.59 Datos de los armónicos de la red con transferencia, viviendabarrio 20 de Julio.
Figura 9.60 Datos de la red con transferencia, con licuadora enfuncionamiento, vivienda barrio 20 de Julio.
Figura 9.61 Lugar de pruebas, red eléctrica entre dos viviendas – barrio20 de Julio.
Figura 9.62 Voltaje red original, entre dos viviendas – barrio 20 de Julio.
Figura 9.63 Corriente de la red original, entre dos viviendas – barrio 20 deJulio.
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XVIII
Figura 9.64 Potencia de la red original, entre dos viviendas – barrio 20 deJulio.
Figura 9.65 Datos de los armónicos de la red original, entre dos viviendas– barrio 20 de Julio.
Figura 9.66 Conexión de equipos entre dos viviendas barrio 20 de Julio.
Figura 9.67 Voltaje entre dos viviendas con equipos conectados sintransferencia de archivos – barrio 20 de Julio.
Figura 9.68 Corriente entre dos viviendas con equipos conectados sintransferencia de archivos – barrio 20 de Julio.
Figura 9.69 Potencia entre dos viviendas con equipos conectados, sintransferencia de archivos – barrio 20 de Julio.
Figura 9.70 Datos de los armónicos de la red eléctrica, entre dosviviendas con equipos conectados, sin transferencia de archivos – barrio20 de Julio.
Figura 9.71 Graficas y datos de la red eléctrica, entre dos casas conequipos PLC conectados y con transferencia de archivos – barrio 20 deJulio.
Figura 9.72 Voltaje con conexión entre dos viviendas, equipos conectadosy transferencia de archivos– barrio 20 de Julio.
Figura 9.73 Corriente con conexión entre dos viviendas, equiposconectados y transferencia de archivos – barrio 20 de Julio.
Figura 9.74 Potencia con conexión entre dos viviendas, equiposconectados y transferencia de archivos – barrio 20 de Julio.
Figura 9.75 Datos de armónicos, conexión entre dos viviendas conequipos conectados y transferencia de archivos – barrio 20 de Julio.
Figura 9.76 Forma de onda de la tensión de alimentación para PLC contransferencia de datos (Amplitud vs Tiempo).
Figura 9.77 Forma de onda de la tensión de alimentación para PLC sintransferencia de datos (Amplitud vs Tiempo).
Figura 9.78 Forma de onda de la corriente de alimentación para PLC contransferencia de datos (Amplitud vs Tiempo).
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XIX
Figura 9.79 Forma de onda de la corriente de alimentación para PLC sintransferencia de datos (Amplitud vs Tiempo).
Figura 9.80 Circuito serie fuente, PLC y trimmer.
Figura 9.81 Circuito serie fuente, PLC y trimmer en el mínimo valor.
Figura 9.82 Circuito serie fuente, PLC y bombillo.
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218
XX
LISTA DE TABLAS
pág.CAPÍTULO 2
Tabla 2.1 Gran Encuesta Integrada de Hogares DANE, % población enedad de trabajar, tasa global de participación, ocupación, desempleo(abierto y oculto) y subempleo. Población en edad de trabajar.
Tabla 2.2 Consumo de energía eléctrica y gas natural (Manizales, Armeniay Pereira) I semestre 2005 – I semestre 2006.
CAPÍTULO 5
Tabla 5.1 Características de los sistemas xDSL.
CAPÍTULO 6
Tabla 6.1 Especificaciones por el CENELEC de las bandas en frecuenciapara PLC.
CAPÍTULO 7
Tabla 7.1 Tasas de datos de las subportadoras del modelo de errormultiestado - como ejemplo.
CAPÍTULO 8
Tabla 8.1 Comparación de las ventajas (+) y desventajas (-) de DSSS yFHSS.
CAPÍTULO 9
Tabla 9.1 Información de la prueba con la red LAN.
Tabla 9.2 Variaciones de la transferencia de datos en la red LAN,considerando la tasa máxima y el promedio.
Tabla 9.3 Tiempo, tasa de transferencia instantánea DL y UL para la redLAN.
Tabla 9.4 Archivo, tasa de transferencia promedio DL y máxima para lared LAN.
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XXI
Tabla 9.5 Información de la prueba: red LAN con Router.
Tabla 9.6 Variaciones de la transferencia de datos en la red LAN conRouter, considerando la tasa máxima y el promedio.
Tabla 9.7 Tiempo, tasa de transferencia instantánea DL y UL para la redLAN con Router.
Tabla 9.8 Información de la prueba: Red PLC 1-ideal.
Tabla 9.9 Variaciones de la transferencia de datos en la red PLC 1 - ideal,considerando la tasa máxima y el promedio.
Tabla 9.10 Tiempo, tasa de transferencia instantánea DL y UL para la redPLC 1 - ideal.
Tabla 9.11 Archivo, tasa de transferencia promedio DL y máxima para lared PLC 1 - ideal.
Tabla 9.12 Información de la prueba: Red PLC 1-cable 12 AWG.
Tabla 9.13 Variaciones de la transferencia de datos en la red PLC 1 -cable 12 AWG, considerando la tasa máxima y el promedio.
Tabla 9.14 Tiempo, tasa de transferencia instantánea DL y UL para la redPLC 1 - cable 12 AWG.
Tabla 9.15 Archivo, tasa de transferencia promedio DL y máxima para lared PLC 1 - cable 12 AWG.
Tabla 9.16 Información de la prueba: Red PLC 1-cable 12 AWG +protección.
Tabla 9.17 Variaciones de la transferencia de datos en la red PLC 1 -cable 12 AWG + protección, considerando la tasa máxima y el promedio.
Tabla 9.18 Tiempo, tasa de transferencia instantánea DL y UL para la redPLC 1 - cable 12 AWG + protección.
Tabla 9.19 Archivo, tasa de transferencia promedio DL y máxima para lared PLC 1 - cable 12 AWG + protección.
Tabla 9.20 Información de la prueba: Red PLC 1-cable 14 AWG.
Tabla 9.21 Variaciones de la transferencia de datos en la red PLC 1 -cable 14 AWG, considerando la tasa máxima y el promedio.
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XXII
Tabla 9.22 Tiempo, tasa de transferencia instantánea DL y UL para la redPLC 1 - cable 14 AWG.
Tabla 9.23 Archivo, tasa de transferencia promedio DL y máxima para lared PLC 1 - cable 14 AWG.
Tabla 9.24 Información de la prueba: Red PLC 1 - entre dos tomas.
Tabla 9.25 Variaciones de la transferencia de datos en la red PLC 1 -entre dos tomas, considerando la tasa máxima y el promedio.
Tabla 9.26 Tiempo, tasa de transferencia instantánea DL y UL para la redPLC 1 - entre dos tomas.
Tabla 9.27 Información de la prueba: Red PLC 2 - Villa Santana.
Tabla 9.28 Variaciones de la transferencia de datos en la red PLC 2 - VillaSantana, considerando la tasa máxima y el promedio.
Tabla 9.29 Tiempo, tasa de transferencia instantánea DL y UL para la redPLC 2 - Villa Santana.
Tabla 9.30 Información de la prueba: Red PLC 2-20 de Julio dentro de unacasa.
Tabla 9.31 Variaciones de la transferencia de datos en la red PLC 2 - 20de Julio dentro de una casa, considerando la tasa máxima y el promedio.
Tabla 9.32 Tiempo, tasa de transferencia instantánea DL y UL para la redPLC 2-20 de Julio dentro de una casa.
Tabla 9.33 Información de la prueba: Red PLC 2 - 20 de Julio entre doscasas.
Tabla 9.34 Variaciones de la transferencia de datos en la red PLC 2 - 20de Julio entre dos casas, considerando la tasa máxima y el promedio.
Tabla 9.35 Tiempo, tasa de transferencia instantánea DL y UL para la redPLC 2 - 20 de Julio entre dos casas.
Tabla 9.36 Resumen de resultados.
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XXIII
GLOSARIO
ADSL
ANDIAPAPONARPANET
ARQASKATMATOAWGNBERBPIBPSKBRANBSCACCATVCDMCDMACENELCOM
CENELEC
CFSCISPR
COFDMCPCPECMTCMTSCMCRTCSMACSMA/CACSMA/CDCWDM
Asymmetric Digital Subscriber Line (Línea de Abonado DigitalAsimétrica)Asociación Nacional de Empresarios de Colombia.Puntos de accesoATM Passive Optical NetworkAdvanced Research Projects Administration Network (sistema dered informática del cual nació Internet)Automatic Repeat reQuestAmplitude Shift KeyingAsynchronous Transfer ModeAnalog Turn-OffAdditive White Gaussian Noise (ruido aditivo gausiano blanco)Bit Error RateBaseline Privacy InterfaceBinary Phase Shift KeyingBroadband Radio Access NetworkBase Station (Estación base maestra)Connection Admission ControlCommunity Antenna TV (redes de televisión)Code Division MultiplexCode Division Multiple AccessComite de Coordination Europeen des Normes Electriques pourle Marche Commun (comité europeo de coordinación deestándares eléctricos por el mercado común)Comite Europeen de Normalization Electrotechnique (comitéeuropeo de estandarización eléctrico)Carrier Frequency SystemsComite International Special des Perturbations Radio-electriqueso international committee for radio interferences (comitéinternacional para interferencias de radio)Coded OFDMPrefijo CíclicoCustomer Premise Equipment (Equipo en la Premisa del Cliente)Comisión del Mercado de TelecomunicacionesCable Modem Termination SystemCable ModemComisión de Regulación de TelecomunicacionesCarrier Sense Multiple AccessCSMA with Collision AvoidanceCSMA with Collision DetectionCoarse WDM
XXIV
DABDAMADANEDECTDMTDLDOCSISDownlink
DPCMDQDBDQRAPDSDS-CDMADSLDSLAMDSSSDVBDWDMEFMEIBEMEMCEMEEMSEMIEPGEPONESCONETSI
FCC
FDDFDDIFDMAFECFFTFHFH-CDMAFHSSFICONFOMFSKFTP
Digital Audio BroadcastingDemand Assignment Multiple AccessDepartamento Administrativo Nacional de Estadística.Digital Enhanced Cordless Telecommunications StandardMulti Tono DiscretoDownload – Downlink (descarga)Data Over Cable System Interface Specification(Downstream) bajada - descarga (de la estación base a lossuscriptores; flujo de datos que es recibido por un computadorremoto)Differential Pulse Code ModulationDistributed Queue Dual BusDistributed Queueing Random Access ProtocolDirect Sequence (Secuencia directa)Direct Sequence CDMADigital Subscriber LineDigital Subscriber Line Access MultiplexerDirect Sequence Spread SpectrumDigital Video BroadcastDense WDMEthernet First Mile (Ethernet en la 1ª Milla)European Installation BUS (Instalación Europea BUS)Electromagnetic (electromagnética)Electromagnetic Compatibility (compatibilidad electromagnética)Electromagnetic Emission (emisión electromagnética)Electromagnetic Susceptibility (susceptibilidad electromagnética)Electromagnetic InterferenceElectronic Program GuideEthernet Passive Optical NetworkEnterprise System ConnectionEuropean Telecommunications Standards Institute (InstitutoEuropeo de Estándares de Telecomunicaciones)Federal Communications comision (Comisión Federal de lasComunicaciones)Frequency Division DuplexFiber Distributed Data InterfaceFrequency Division Multiple AccessForward Error CorrectionFast Fourier TransformFrequency Hopping (frecuencia de salto)Frequency Hopping CDMAFrequency Hopping Spread SpectrumFiber ConnectivityFiber Optic ModemFrequency Shift KeyingFile Transfer Protocol
XXV
GGEOGMPCSGPRSGSMHDSLHFHFCHFRHTMLICIIEC
IEEEIDFTIFFTIGACILEC
IPIRDISDNISIISMAISMA/CAISMA/CDISMISOISPITELANLEOLLCLMDSLOSMMACMAIMANMCMC-CDMAMC-DS-CDMAMCMMCSSMDMAMEO
GatewayGeoestacionarioGlobal Mobile Personal Communications by SatelliteGeneral Packet Radio ServiceGlobal System for Mobile CommunicationsHigh-speed Digital Subscriber LineHigh Frequency (alta frecuencia)Hybrid Fiber CoaxHybrid Fiber RadioHyper Text Markup LanguageInter-Channel Interference (Interferencia del Inter-transportador)International Electrotechnical Comisión (Comisión ElectrotécnicaInternacional)Institute of Electrical and Electronics EngineersInverse Discrete Fourier TransformInverse Fast Fourier TransformInstituto Geográfico Agustín CodazziIncumbent Local Exchange Carrier (compañías telefónicasdominantes)Internet ProtocolIntegrated Receiver-DecoderIntegrated Services Digital Network (RDSI)Inter-Symbol InterferenceInhibit Sense Multiple AccessISMA with Collision AvoidanceISMA with Collision DetectionIndustrial, Scientific and MedicalInternational Standardization OrganizationInternet Service Provider (Proveedor de Servicios de Internet)Information Terminal EquipmentLocal Area NetworkLow Earth OrbitLogical Link ControlLocal Multipoint Distribution ServiceLine of SightMedidor de energía eléctricaMedium Access ControlMultiple Access InterferenceMetropolitan Area Network (red de acceso metropolitana)Multi-Carrier (Multi-portador)Multi-Carrier CDMAMulti-Carrier DS-CDMAMulti-Carrier ModulationMulti-Carrier Spread-SpectrumMinimum-Delay Multi-AccessMedium Earth Orbit
XXVI
MHPMFNMMDSM-PSKM-QAMMSSMTMT-CDMANIUNSFNTUOFDMOFDMAONUOSIPAMPBXPAN-SIMPALPCBsPDHPDFPERPLCPowerlinePNPNSPRMAPSDPSTN
QAMQoSQPSKPTRP2PRCSRDSIRegTP
RFRmsRSMIRSCRTCRTPBC (RTB)
Multimedia Home PlatformMulti Frequency NetworkMultichannel Multipoint Distribution ServiceM-ary Phase shift KeyingM-ary Quadrature Amplitude ModulationMobile Satellite ServiceMobile Terminal (Terminal móvil)Multi-Tone CDMAUnidad de Interfaz de RedNational Science FoundationNetwork Termination Unit (Unidad de Terminación de Red)Orthogonal Frequency Division MultiplexingOFDM AccessOptical Network UnitOpen Systems InterconnectionSeñal modulada simplePrivate Branch ExchangePLC Access Network SimulatorPhase Alternation LinePrinted Circuit BoardsPlesiochronous Digital HierarchyProbability Distribution FunctionPacket Error RatioPower Line CommunicationsPLCPseudo-NoisePseudo-Noise SequencePacket Reservation Multiple AccessPower Spectral Density (densidad espectral de energía)Public Switching Telecommunication Network, en español:RTPBC (RTB)Quadrature Amplitude ModulationQuality of Service (calidad en el servicio)Quadrature-Phase Shift KeyingPunto de Terminación de RedPeer to Peer (redes conectadas punto a punto)Ripple Carrier SignalingRed Digital de Servicios IntegradosRegulierungsbehorde fur Telekommunikation und Post (autoridadreguladora para las telecomunicaciones y las postales).Unidades de Radio Base o RBURoot mean square (valor (error- raíz) medio cuadrático)Received Security Module InterfaceRecursive Systematic ConvolutionalRed Telefónica ConmutadaRed Telefónica Pública Básica Conmutada
XXVII
RTTSCSCRSDHSDISFSFNSHDSLSNISNRSSSSISSMASSRGSTM-1SUTCLTcpTCPTDDTDMATHTH-CDMAULUITUMTSUplink
UPSURLUSBVDSLVLANVoDVoIPWANWDMWGNWi-FiWiMAXWLAN
WLLWWW
Round-Trip TimeStreet Cabinet (Gabinete de la calle)Rectificadores Controlados de SilicioSynchronous Digital HierarchySerial Digital InterfaceSpreading Factor (factor de propagación)Single Frequency NetworkSymmetric High-speed Digital Subscriber LineService Node InterfaceSignal to Noise RatioSpread SpectrumSecurity System InterfaceSpread-spectrum Multiple AccessSimple Shift Register GeneratorSynchronous Transport Module 1Subscriber Unit (Unidad de Abonado)Transversal Conversion LossCyclic Prefix duration (Prefijo de duración cíclica)Transmission Control ProtocolTime Division DuplexTime Division Multiple AccessTime Hopping (tiempo de salto)Time Hopping CDMAUpload - Uplink (subida)Unión Internacional de TelecomunicacionesUniversal Mobile Telecommunications System(Upstream) subida - envío (de los suscriptores a la estación base;flujo de datos que es enviado desde un computador local a otroremoto o al servidor)Uninterrupted Power Supply (Unidad de Energía Suplementaria)Uniform Resource LocatorUniversal Serial BusVery high-speed Digital Subscriber LineVirtual LANVideo on DemandVoice over IPWide Area Network (redes de área amplia)Wavelength Division MultiplexingWhite Gaussian NoiseWireless FidelityWorldwide Interoperability for Microwave AccessWireless Local Area Networks (red de área local inalámbrica osimplemente red local inalámbrica)Wireless Local LoopWorld Wide Web
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1. INTRODUCCIÓN
En la actualidad es indispensable interactuar con grandes cantidades deinformación, por lo que es inevitable contar con tecnologías de comunicación quebrinden una buena cobertura y velocidad en transferencia de datos.
PLC o “Power Line Communication” es la tecnología de banda ancha que utilizalas líneas eléctricas de media y baja tensión para proveer servicios detelecomunicaciones, llegando a los usuarios por medio de la instalación eléctricaexistente en hogares, comercios e industria.
PLC es una tecnología de vanguardia que da un servicio adicional, con valoragregado a las líneas de energía eléctrica, permitiendo que las conexionesexistentes en los hogares, puedan ser aptas para utilizarse en la conexión aInternet por banda ancha, con una velocidad óptima.
En este documento se presenta un estudio de factibilidad de una red de acceso aInternet, utilizando la tecnología PLC en zonas de preferente interés social(estratos 1 y 2), donde existe una carencia para la implementación de lastecnologías tradicionales de acceso a Internet, puesto que éstas, son brindadaspor empresas privadas que no poseen una cobertura rentable para la prestacióndel servicio.
Existe entonces una necesidad creciente de información y una de las fuentesprincipales es Internet, con todas las utilidades y posibilidades de servicios que enla red mundial se pueden encontrar; esto proveerá un motor de desarrollocompetitivo en los diferentes lugares donde es indispensable la conectividad, paraestar a la par con otras ciudades de Colombia y del mundo. La posibilidad dellevar la señal de voz, video y datos a través de la red eléctrica de media y bajatensión puede permitir el crecimiento de la red de telecomunicaciones, equipandoa las personas con una herramienta que promueva el desarrollo en diferenteszonas del país, especialmente en escuelas y centros de salud rural, sitios que sonapartados y desprotegidos donde no hay una viabilidad económica para una redtradicional de acceso a Internet, pero si una oportunidad social de servicio quebeneficie colectivamente a una región remota.
En esta tesis se desarrollan temas con herramientas reales de implementación dela tecnología PLC en nuestro medio, describiendo todos los conceptos einfraestructura concerniente a la arquitectura para una red de acceso PLC.
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1.1 ANTECEDENTES Y JUSTIFICACIÓN
Con la liberación de las comunicaciones, se vienen desarrollando diferentesestándares, los cuales ofrecen muchos servicios, que necesitan un medio físicoreal para su funcionamiento (XDSL, HFC etc.). La evolución continua de latecnología permite que cada equipo nuevo sea diseñado con mejores técnicas ycumpla las más estrictas exigencias de transmisión.
En el desarrollo continuo de las comunicaciones, han encontrado que los sistemasde frecuencia portadora son considerablemente poderosos para la transmisión yaque estos están basados en una mezcla de señales telefónicas originalesmoduladas con varias frecuencias portadoras, de tal manera que puedan seracomodadas una sobre otra en términos de frecuencia. El sistema de Frecuenciaportadora más grande, puede transmitir más de diez mil conversaciones en formasimultánea a través de un par de cables coaxiales.
Existen nuevos servicios en comunicaciones que requieren tecnologíasinnovadoras, las cuales demandan importantes inversiones para suinfraestructura, por lo que la posibilidad de utilizar un cableado ya existente comola red eléctrica de baja tensión, se convierte en una buena opción para agentesdel sector de energía y las telecomunicaciones.
El hecho de emplear un cableado ya existente en la mayoría de edificios y hogarescomo el tendido eléctrico, reduce en gran medida el costo del sistema ya que noes necesaria una instalación exclusiva para dichos servicios. Sin embargo, estemedio es poco conocido como canal de comunicaciones y solo se haimplementado con fuerza en países europeos, por lo cual se quiere dar a conocerno solo como medio de suministro de energía eléctrica, sino que además estasredes de energía, se empleen para trasmitir datos digitales a altas velocidadescomo Internet por banda ancha y otros servicios innovadores que beneficiaríannuestra región.
Exponiendo la posibilidad de que las áreas de distribución e iluminación delprograma de Ingeniería eléctrica de la Universidad Tecnológica de Pereira,adopten este proyecto como un nuevo criterio de diseño para que las edificacionesfuturas, cuenten con una red eléctrica domiciliaria con un valor agregado, como esla utilización de estas redes, no solo para la transmisión del fluido eléctrico, sinotambién para la prestación del servicio de comunicaciones.
Cuando se tiene una conexión de área local o metropolitana, se poseen grandesincertidumbres respecto a la velocidad de conexión, por lo que es importanteidentificar la velocidad real de transferencia de las tecnologías convencionales yla tecnología PLC; con estos resultados se puede dar un criterio de selección parautilizarla como alternativa para la prestación del servicio en redes de acceso deúltima milla.
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Dentro del marco conceptual la velocidad o tasa de transferencia se enmarca enun valor fijo, por una empresa que específica datos de placa para elementosutilizados en interconexión de computadores, o por un proveedor de servicios deinternet. Realmente un computador no viene diseñado para detectar el momentodeterminado en el que la velocidad de navegación esté en excelentes condiciones,generalmente ese hecho sólo se nota cuando se interactúa con internet.
Un computador puede detectar automáticamente una velocidad máxima ymostrarla en la ventana: “estado de conexión de área local”, pero esa velocidad essólo como lo dice su ventana, “de área local”, ya que puede ser o no la queproporciona el ISP, puesto que depende de varios factores como pueden ser, laubicación, que tan alejado está del ISP, que tipo de red le proporciona conexión aesa área local, entre otros. Por este motivo es indispensable utilizar un programaque mida la velocidad máxima instantánea de la red completa, como lo es DUMeter.
Es posible analizar una determinada red de distribución eléctrica, evaluando si esadecuada para la transmisión de señales PLC a partir de varios procedimientos, lamayoría de ellos necesitan equipos especiales y por supuesto experiencia en elmanejo de los mismos, pero esto requiere de un tiempo previo para su estudio.Por lo anterior esta tesis pretende responder la pregunta: ¿Es posible utilizar lasredes eléctricas de baja tensión y de baja calidad en sectores marginados de lapoblación, para la transmisión de datos usando tecnología PLC?
1.2 OBJETIVOS
1.2.1 GENERALES
Estudiar el comportamiento de la transmisión de datos con los equipos PLC, en elsistema eléctrico de baja tensión en zonas con redes de baja calidad.
1.2.2 ESPECÍFICOS
• Desarrollar pruebas de transmisión de datos en barrios de la ciudad de Pereira.
• Detectar errores en el envío de información sobre los equipos PLC.
• Demostrar la viabilidad de que la red eléctrica constituya un soporte físico deuna red de comunicación de datos de bajo costo.
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• Dar a conocer la red eléctrica no solo como medio de suministro de energíaeléctrica, sino también como un medio eficiente para la transmisión de datosdigitales.
• Comparar las ventajas como la velocidad de transmisión, infraestructura ydemás aspectos de una red de comunicación PLC con otras tecnologías.
• Seleccionar los elementos que se utilizarán para la implementación de la redPLC, dependiendo de las características técnicas, viabilidad e infraestructuracon que cuentan los hogares involucrados en las pruebas.
1.3 APORTE DEL TRABAJO
En este proyecto de investigación, se realiza el análisis de la transmisión de datosempleando un prototipo de comunicación entre dos computadores, en el cual seutiliza como medio de acceso, la red de energía eléctrica de baja tensión en dosambientes distintos. Se utilizaron diferentes elementos de laboratorio que fueronde gran utilidad para el desarrollo del trabajo, adquiriéndose experiencia en elmanejo y manipulación de los equipos que permiten la transmisión de datos por unmedio tan hostil para las telecomunicaciones como es la red eléctrica.
El trabajo aporta los resultados en un análisis comparativo entre la transmisión dedatos por diferentes redes y bajo diferentes condiciones de operación de loselementos de transmisión, tales como: diferencia entre el calibre de losconductores de energía, presencia de distintas cargas, efectos por el cambio deambiente entre la red de energía eléctrica de buena calidad a otra de baja calidad,el efecto físico de la señal PLC tanto en la tensión como en la corriente dealimentación de los dispositivos, etcétera; así mismo, se analizan debilidades yfortalezas de la tecnología PLC.
Este trabajo hizo parte de las investigaciones que en el área de comunicacionespor la red de energía eléctrica realiza el Grupo de Telecomunicaciones yMultimedia (GTM), de la Universidad Tecnológica de Pereira. Adicionalmente, éstefue el primer proyecto en el programa de Ingeniería Eléctrica de la universidad, enconsiderar el tema de la transmisión de datos por la red de energía eléctrica parabanda ancha y sería muy interesante que se considere posteriormente para bandaestrecha.
1.4 ESTRUCTURA DEL CONTENIDO
Este documento está organizado tal como se presenta a continuación:
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En el capitulo dos, se presenta un análisis económico de la región, basado en losresultados del Dane en la gran encuesta integrada en los hogares para junio de2007, además se muestra la evolución de la ciudad frente a los diferentesproyectos que se desarrollan impactando financieramente al sector.
En el capítulo tres, se muestran varios criterios que han tenido las Empresas deEnergía e instituciones como Plantación Municipal, en el diseño de las redeseléctricas de Pereira, mencionando la cobertura que posee con calidad en elservicio, también se analizan las tendencias del sector de energía basados en elanálisis económico.
En el capítulo cuatro, se expone el impacto social de la tecnología PLC referente ala cobertura y conectividad en sectores marginales de la ciudad, mostrando unaviabilidad sostenible en su implementación.
En el capítulo cinco, se presenta la importancia de Internet en la sociedad,mostrando la necesidad creciente de este servicio, generando desarrollos en losmedios de transmisión y en las tecnologías de acceso.
En el capitulo seis, se presentan los fundamentos teóricos de la tecnología PLC,partiendo de la infraestructura de las redes eléctricas y evolucionando desdeaplicaciones en bajas frecuencias a altas frecuencias, para establecerse comoalternativa en redes de comunicación, proporcionando la arquitectura de la red deacceso PLC.
En el capitulo siete, se consideran algunas características de las redes de energía,no sólo para la transmisión de energía eléctrica sino también como redes PLCpara la transmisión de datos, proporcionando la topología, el ruido y laperturbación.
En el capitulo ocho, se define las técnicas de modulación utilizados para latransmisión de señales con los equipos PLC.
En el capitulo nueve, se muestran los resultados obtenidos de las pruebasrealizadas, presentando el procedimiento utilizado, además se muestran losresultados obtenidos con las mediciones del osciloscopio.
Finalmente, se presentan las conclusiones, recomendaciones y trabajo futuroresultante de este proyecto.
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2. ANÁLISIS ECONÓMICO DE LA REGIÓN (PEREIRA-RISARALDA)
2.1 ASPECTOS GENERALES EN LA REGIÓN
Conocer los aspectos sociales de una población en un territorio resulta de vitalimportancia para la planeación económica y para la elaboración, ejecución yseguimiento de proyectos de desarrollo.
En el presente año el DANE dio los resultados de la Gran Encuesta Integrada deHogares, correspondiente a junio de 2007. Según la entidad1, la tasa dedesocupación a nivel nacional en el mes de junio fue de 11,1%, mientras que enlas 13 principales áreas metropolitanas llegó a ser de un 11,7%, un ligeroretroceso frente al pasado reciente. Tales cifras están contenidas en undocumento de 55 páginas que lleva el título de Boletín de Prensa y en el cual losdatos se muestran en forma trimestral, anual y con un énfasis especial en los jefesde hogar.
De tal manera, al tiempo que la economía creció 8 % en el primer trimestre del añoy que la inversión y gasto es evidente entre empresarios y consumidores, el DANEsostiene que el número de personas trabajando en Colombia es inferior al de haceun año, pues pasó de 18,8 a 18,1 millones entre junio del 2006 y del 2007.
El problema es que ese resultado choca con otras mediciones. Por ejemplo, lacifra de afiliados a las cajas de compensación pasó de 4,85 a 4,95 millones en elprimer trimestre del año, mientras que la de inscritos a pensiones subió de 5,9 a 6millones en el mismo período. Dicho de otra manera, todo hace pensar que elempleo formal está aumentando, pero eso no lo reflejan las estadísticasgubernamentales.
Ante semejante disparidad los argumentos incluyen hipótesis ilógicas. Una deellas es que los colombianos dejaron de trabajar porque las cosas ahora estánmejor y no es necesario que tantas personas de un mismo hogar busquen empleo,pero la verdad es que las cifras no cuadran.
En julio de 2007 la encuesta de la Andi, reveló que la producción industrial en elacumulado enero-mayo está aumentando a un ritmo anual superior al 14 % y queel empleo del sector ha subido en más del 4 %. En contraste, el DANE sostieneque los puestos de trabajo en la industria manufacturera disminuyeron 2 % hastajunio 2007.
1 DANE, Resultados de la Gran Encuesta Integrada de Hogares, junio de 2007.
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A raíz de esas y otras diferencias, en el seno del Gobierno ha surgido un intensodebate que tiene que ver con los cambios metodológicos a la encuesta de hogaresy a la manera de recolectar la información. De tal manera, hay técnicos queafirman que si las cifras actuales son correctas, no es posible compararlas con lasde hace un año. Pero también dicen que es posible que el cambio en laformulación de algunas preguntas, sirva para entender el por qué de los saltosregistrados.
Para tener datos mucho más confiables, sólidos y realistas se toman los queutilizan las Naciones Unidas y en este aspecto el Banco Mundial con estudiosmucho más serios y que no dependen de diferentes intereses locales.
Los resultados2 para el segundo trimestre del año 2007, el nivel de pobreza tieneun valor no despreciable del 67%, con una tasa de desempleo del 18%, el ingresoper cápita de 2000 dólares al año, un PIB real de 3% y una inversión social demenos de 2% del presupuesto nacional.
El municipio de Pereira cuenta con una población proyectada de 499.771habitantes para el 20073, es decir, el 50% de la población del departamento deRisaralda. Del total de la población de Pereira, el 84% esta ubicada en zonasurbanas y el 16% en las rurales. La población por género muestra que el 51% sonmujeres y el 49% hombres, situación que se conserva en la zona urbana-rural.
La localización del municipio de Pereira es estratégica pues se ubica en el centrooccidente del país, situación favorable desde el punto de vista vial ya que seconecta fácilmente con las tres ciudades y centros económicos más grandes delpaís2 y con los departamentos vecinos del Eje Cafetero. Además está ubicado enel centro del triángulo de las tres capitales más importantes de Colombia.
El municipio ha tenido grandes progresos en la infraestructura física urbana en losúltimos años, posiblemente acordes con su población, lo cual le ha permitido entreotras cosas la expansión y concentración de servicios tanto públicos comoprivados, pero sin embargo este desarrollo físico ha favorecido el crecimientopoblacional que hoy genera altas demandas de servicios públicos.
La ciudad tradicionalmente ha tenido mejores niveles de vida que el promedionacional, en un principio por la expansión de la economía cafetera y su impactopositivo en el nivel de ingreso y posteriormente por el crecimiento de susconstrucciones, servicios, industrias y un comercio acelerado a causa de lademanda local de otros municipios y departamentos vecinos. Sin embargo,últimamente la situación ha cambiado, generando vulnerabilidades que se ven conmayor impacto cuando se analizan los índices de desarrollo humano. Estos sonmuy bajos para la ciudad de Pereira, impactando negativamente los indicadores
2 Fondo Monetario Internacional.3 DANE, para el municipio de Pereira Junio de 2006.
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económicos, ocasionando pérdida de los valores, generando desconfianzainstitucional de todo orden, inseguridad laboral, económica y física, situacionesque se evidenciaron en el diario vivir de la gente pereirana.
Tabla 2.1 Gran Encuesta Integrada de Hogares DANE, % población en edad de trabajar,tasa global de participación, ocupación, desempleo (abierto y oculto) y subempleo.
Población en edad de trabajar. (En miles). Total Nacional.
2007ConceptoDic - Feb Ene – Mar Feb - Abr Mar- May Abr - Jun
% población en edad de trabajar 77,2 77,2 77,2 77,2 77,3TGP 57,1 56,9 57,5 57,2 57,5TO 49,8 49,6 50,7 50,6 51,1TD 12,7 12,8 11,9 11,5 11,1T.D. Abierto 11,5 11,7 10,8 10,4 10,1T.D. Oculto 1,2 1,1 1,1 1,1 1,1Tasa de subempleo subjetivo 34,0 33,2 34,3 34,6 35,0Insuficiencia de horas 10,8 10,3 10,7 10,7 10,6Empleo inadecuado por competencias 16,9 16,7 17,0 17,7 18,0Empleo inadecuado por ingresos 30,1 29,4 30,4 30,7 31,1Tasa de subempleo objetivo 8,5 8,8 9,1 9,1 9,2Insuficiencia de horas 3,3 3,3 3,4 3,4 3,4Empleo inadecuado por competencias 4,4 4,6 4,8 5,0 5,1Empleo inadecuado por ingresos 7,0 7,3 7,7 7,8 7,8
Población en edad de trabajar 35.238 35.297 35.356 35.412 35.467
En los últimos doce años la economía de Pereira ha crecido en un promedio anualde 3.7%, porcentaje bajo en un país en vías de desarrollo y para una ciudadintermedia. La composición por grandes sectores de la economía muestra que elsector primario genera el 4.8% del PIB, el secundario 25.8%, mientras el terciariogenera 69.4% (2004). Por supuesto la economía terciaria gana participación, 3.2puntos porcentuales en el 2004 con respecto a 1990, a costas del menordinamismo en los sectores reales de la economía primario/secundario los cualesestán expuestos a una mayor competencia en el mercado internacional.
Por sectores económicos durante el período 1990 al 2004 el de mayor crecimientofue la construcción (vivienda y obras civiles) 10.5%, seguido por los servicios deenergía, acueducto, aseo y gas 8.2%, transporte y comunicaciones 5.3%, otrosservicios privados (educación, salud, asesorías etc.) 5%, comercio, restaurante yhoteles 3.7%, industria manufacturera 3.6% y del agropecuario un escaso 0.3%.Según un reciente informe del Banco Mundial, la desigualdad es responsable delaumento de la pobreza, en una cifra cercana a un 9%. Hoy el 64% de loscolombianos vive en situación de pobreza. De estos hay 9,6 millones de personas
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indigentes que carecen de ingresos suficientes para cubrir sus necesidades máselementales.
En Risaralda los sectores reales de la economía como la agricultura y la industriamanufacturera, vienen perdiendo participación en la estructura económica delDepartamento. EI 75% de la población tiene ingresos inferiores a dos salariosmínimos, con una pobreza cercana al 61% de su población.
EI departamento presenta una tasa de desempleo del 16,2% y los niveles desubempleo alcanzan el 36 %, superior al promedio nacional, lo cual indica que lascondiciones laborales son más precarias. En Pereira, son altos los índices dedesnutrición de niños y mujeres; igualmente son elevadas las deficiencias encobertura y calidad de la educación y salud.
EI desplazamiento de personas hacia la capital del departamento, producto de lacrisis agraria y violencia en el campo, es más intenso que en otras partes del país.La delincuencia común también es muy elevada en esta región; la tasa dehomicidios en Pereira fue de 93.9 por cada 100.000 habitantes (2004), superior alpromedio nacional. Consecuente a estos factores, se ha generado un flujoimportante de personas desde otras regiones del país hacia nuestro territorio, aligual que se ha venido dando un éxodo masivo de población económicamenteactiva del departamento en búsqueda de mejores oportunidades laborales ysociales en el exterior.
Por ello, es conveniente trabajar sobre un modelo que plantee volver sobre laracionalidad económica y el control sectorizado del mercado en contravía delresabio ideológico de la superioridad de la "mano invisible" y de la "iniciativaindividual".
Aquí el factor verdaderamente crítico está en el esfuerzo propio del productor, ensu inversión productiva, la calidad del producto, su flexibilidad en los niveles deproducción, la utilización de los recursos de manera eficiente, el progreso de laciencia y la tecnología, aplicado en estrecha comunión con el Estado que puede ydebe apoyarlo en el marco de una política de autosostenibilidad. Además, elEstado debe encontrar el modo de minimizar los efectos de choque sobre lossectores más vulnerables de la población, no sólo por motivos elementales dejusticia social, sino como una estrategia para reactivar la demanda e impulsar elcrecimiento económico. En este sentido el Estado debe robustecer sus finanzas,evitando el gasto ineficiente y mejorando sus ingresos fiscales.
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3. REDES ELÉCTRICAS EN PEREIRA
3.1 ANÁLISIS DEL SECTOR
Pereira, es una ciudad que en los últimos años ha tenido un cambio brusco yrelevante en su desarrollo, debido a los diferentes proyectos que se estánejecutando, incluyendo los que ya se han establecido en nuestra ciudad (centroscomerciales), como la entrada del Megabús, sistema masivo de transporte que hamodificado gran parte de la infraestructura de la ciudad y que además por lascaracterísticas geográficas se encuentra privilegiada, es decir, se encuentra alpaso entre las grandes ciudades del país y el desarrollo de la ciudad se veinfluenciado por esta misma condición.
Para el análisis de una red eléctrica que cubra las necesidades de todos lossubscriptores, se debe tener en cuenta ciertos aspectos, en primera instancia lademanda actual del sistema; con este fin se consultan diversas fuentes, tal comoel Instituto Geográfico Agustín Codazzi (IGAC), Gobernación del Risaralda,Departamento Administrativo de Estadísticas (DANE), Planeación Municipal,Empresas de Energía de Pereira, ABB Transformadores y el Ministerio de Minas yEnergía. De todos estos estamentos, se logran obtener planos de la ciudad,demandas pico y promedio de cada sector; estratos sociales planificados, redeseléctricas existentes, especificaciones de transformadores con precios segúntamaño, calidad y potencia. Sin embargo, también se puede hacer un recorridopor la ciudad para verificar los datos.
3.2 COBERTURA
La energía eléctrica, es un servicio básico con el que cuentan más del 90% de lapoblación mundial; en Colombia la cobertura del servicio de energía eléctrica esmayor a ese 90% respecto al número de habitantes, en particular esta cifra estáen un 93%. El servicio de energía eléctrica se presta mediante una infraestructuraque tanto en Colombia como en cualquier parte del mundo tiene una coberturamuy amplia, llegando a toda clase de poblaciones, ciudades, pueblos y en granparte de las zonas rurales se presta el servicio de energía eléctrica, es por estarazón que las redes de energía eléctrica, poseen características de cobertura quelos medios tradicionales no poseen para el acceso a Internet, aparece como unagran alternativa para prestar el servicio de Internet.
Para la ciudad de Pereira, la empresa de energía hace estudios de demandaactual, se procede después a calcular de manera muy aproximada, la cantidad de
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energía que consume cada usuario; para ello se usa la observación directa, peropor la laboriosidad del trabajo, se debe recurrir a otras fuentes gubernamentales yno gubernamentales, para poder conseguir datos más detallados delcomportamiento actual del consumo pereirano.
Tabla 2.2 Consumo de energía eléctrica y gas natural (Manizales, Armenia y Pereira) Isemestre 2005 – I semestre 2006*.
Consumo de:Período
Energía Eléctrica (1) Gas natural (2)Total Eje Cafetero
I Semestre 2005 398.009 23.896I Semestre 2006 407.424 27.005
Var. % 06/05 2,4 13,0Manizales
I Semestre 2005 147.250 17.600I Semestre 2006 147.628 20.074
Var. % 06/05 0,3 14,1Armenia
I Semestre 2005 85.660 (…)I Semestre 2006 90.979 (…)
Var. % 06/05 6,2 (…)Pereira
I Semestre 2005 165.099 6.296I Semestre 2006 168.817 6.931
Var. % 06/05 2,3 10,1
* Fuente: Empresas de energía eléctrica y gas natural. 1: Corresponde a miles de Kw/h y2: Corresponde a miles de m3.
Para el planeamiento de los elementos básicos de una red eléctrica se debentener en cuenta: alimentadores primarios, cargabilidad, longitud, diámetro y ruta,en lo posible se debe mantener la uniformidad de las cargas que alimenta. Seintenta que cada alimentador, surta de energía a un solo estrato económico,cuestión bastante difícil por la irregularidad de la distribución de la población a lolargo de todo el territorio. Una vez se cuenta con las demandas por usuario, elnúmero de usuarios por manzana y el factor de diversidad (que para la ciudad setoma como 1,1), se empiezan a tender las líneas primarias. Éstas, teóricamente sepueden cargar con algo más que 8 MW si el calibre del conductor es 4/0, sinembargo, las mismas en realidad se cargan con la mitad y en algunos casos muyespeciales, con algo más; existen dos razones para ello, la regulación y elcrecimiento de la demanda.
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3.3 CALIDAD
Este parámetro depende directamente de la demanda y se pone en consideraciónal momento de tender la red eléctrica. Pereira como toda ciudad, no es estática, seencuentra en un progresivo crecimiento por razones económicas y políticas, comose ha visto que en los últimos años. Se supone que el crecimiento de la ciudad esconstante y en base a los conocimientos empíricos que se tienen, se trazaronrutas de crecimiento en los barrios, encontrándose que la ciudad tiende aaumentar hacia el occidente, aunque esto no es favorable para suministrar elservicio de energía, es obligación de las empresas de energía proveer de energíaeléctrica a todos y cada uno de los usuarios que residan en el perímetro urbano.
Este ítem obligó a dejar descargadas ciertas líneas, para permitir que éstaspuedan alimentar sin ningún problema cargas futuras, ya sean usuarios oempresas que requieran un suministro adicional o implanten nuevas localidades.Aunque la capacidad de la línea es poco más de ocho megavatios, se decidecomo se comentó anteriormente, dejarlas a poco más del 50% de su capacidadnominal.
El crecimiento de la ciudad se puede dar en varios aspectos, como son loseconómicos, políticos, culturales, etcétera, que sumados, cambian las condicionesde vida de sus habitantes. Los parámetros de interés para analizar, son aquellosque tienen que ver con el aumento de la potencia demandada y en consecuencia,con la potencia consumida.
El primer hecho innegable, es el crecimiento natural de la población. Estecomportamiento no es enteramente lineal sino de tipo exponencial; aunque escierto que la tasa de crecimiento por persona es menor que hace algunos años, lacantidad de habitantes en la actualidad, tiende a seguir aumentando los usuariosde los servicios públicos.
Con todos estos indicativos, se observa que la calidad de vida en Colombia seestá perdiendo, esto traducido en otras palabras, el potencial energéticoconsumido tiende a subir desde el punto de vista general, pero la potenciaconsumida por habitante tiende a disminuir, por la situación social y la crisis queactualmente vive la nación.
Asociado a este crecimiento natural de los habitantes, está el crecimiento en unpequeño número de consumidores, que a pesar de las difíciles situaciones que seafrontan, logran aumentar su nivel de vida o por lo menos mantenerlo, esta es otravariable que debe estimarse en el momento del tendido de una línea y la cantidadde carga que se le colocará a la misma.
Considerados estos factores, se decide ahora recopilar datos históricos delcomportamiento en consumo de electricidad por parte de la comunidad. Para este
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cometido, se buscan fuentes gubernamentales y no gubernamentales y se llega ala conclusión, de que los mejores datos históricos los posee la Empresa deEnergía de Pereira, la cual lleva analizando estos datos durante años. Para laproyección de la demanda, se emplean los registros de siete años atrás y seconcluye que el mejor modelo es uno exponencial; sin embargo, segúninformación encontrada, esta curva tiende a linealizarse por debajo de laexponencial, precisamente por la difícil situación que Colombia está afrontando yque se ha visto agudizada durante los dos últimos periodos presidenciales.
Para el diseño de las líneas y redes de distribución para Pereira, comoanteriormente fue expuesto, se toman datos históricos de la ciudad. Con este finse contactó a la empresa de energía de Pereira, quienes amablemente facilitaronlas redes existentes en la ciudad, los circuitos y las localidades que alimentan.
3.4 TENDENCIAS
Para hacer proyecciones sobre las redes de distribución, se decide hacer unapequeña investigación por Internet acerca de cómo los colombianos emplean laenergía que consumen, entendiendo por energía toda fuente que pueda proveerla,es decir, en este campo entran los combustibles fósiles, el carbón, la madera y porsupuesto, el mayor interés es la energía eléctrica. Todos estos datos en conjuntobrindarán las herramientas para la toma de decisiones acerca de cuales circuitosnecesitarán más holgura en carga previendo un futuro crecimiento de la demanda;o en contraparte, a que circuitos se les puede aumentar su capacidad de carga, yaque en las proyecciones, no se prevé un aumento sustancial de estos. De igualforma la cargabilidad de las redes es muy diferente en los sectores residencial,comercial e industrial.
En la actualidad, se puede apreciar la contribución de cada uno de estos en lademanda de energía y conociendo el crecimiento de cada uno de ellos, el cual espor cierto diferente, permitirá hacer predicciones un poco más realistas de toda lared, sin embargo se ve un crecimiento favorable en el tendido de la red eléctrica,este aspecto se aprovecha para darle un valor agregado a las redes de energía,como es la utilización de la red en servicios de telecomunicaciones.
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4. IMPACTO SOCIAL DE LA TECNOLOGÍA PLC EN NUESTRO MEDIO
Las comunicaciones por medio de líneas eléctricas surgen de la inquietud decombinar las novedosas Tecnologías de Información (TI), con la infraestructuramediante la cual se presta el servicio básico de energía eléctrica y de la necesidadde encontrar herramientas mediante las cuales se puedan masificar los serviciosde Telecomunicaciones y al mismo tiempo reducir los costos para la prestación dedichos servicios.
PLC (Power Line Communications) se refiere al concepto de transmitir informacióny servicios de telecomunicaciones utilizando las líneas eléctricas (el cableadoeléctrico existente) como un medio de comunicación. Las comunicacionesmediante líneas eléctricas (PLC) son un área de investigación que se ha estudiadopor muchos años, aunque nunca ha llegado a ser la corriente principal de lasactividades de investigación en comunicaciones.
Los sistemas comerciales que se han conseguido han sido difíciles deimplementar y de una capacidad relativamente simple. Las investigacionesrecientes se han enfocado en resolver muchos de los problemas que enfrentan lascomunicaciones por la red de energía al usar las últimas tecnologías decomunicaciones, con nuevos dispositivos de gran velocidad, que llegan almercado.
Las comunicaciones mediante líneas de potencia dan la posibilidad a las líneas depotencia (Infraestructura eléctrica) de convertirse en un componente básico para laconstrucción de la sociedad de la información y para la nueva economía por dosrazones diferentes:
• Las líneas de energía como medio de transmisión del servicio de energíaeléctrica: la función principal de las líneas eléctricas es proveer electricidad,esto es evidente, pero vale la pena señalar que casi todos los equipos y demástecnologías de la sociedad de la información dependen económicamente de lafiabilidad en el suministro de electricidad, el suministro eficaz de energía es unacondición esencial para la sociedad de la información.
• Las líneas de energía como portadoras de información: la última década hatraído consigo invenciones tecnológicas y avances que permiten el uso de laslíneas de energía eléctrica como un medio de transmisión de datos y portadorde información, estos avances han llegado a un punto en el cual las mismas sehan convertido en un medio para la prestación de servicios detelecomunicaciones, este hecho le da un lugar dentro de la infraestructura detelecomunicaciones en la sociedad, entrando a formar parte de un grupo demedios de telecomunicación como son la fibra óptica, el cable coaxial de TV, losmedios inalámbricos, el satelital, entre otros.
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La prestación de servicios de telecomunicaciones mediante líneas eléctricas(PLC), abre muchísimas posibilidades de negocios para ofrecer diferentesaplicaciones a los clientes tanto para el sector de las Telecomunicaciones comopara el sector Energético, respecto a esto tiene un sin número de fortalezas,algunas únicas, estos aspectos refuerzan la teoría de que las líneas eléctricas sonun elemento muy importante para el presente y futuro de la sociedad de lainformación.
La red de energía eléctrica tiene una característica de ubicuidad muchísimo másamplia que la mayoría de medios de telecomunicaciones existentes, esta red tienela fortaleza de contar con una infraestructura consolidada capaz de llegar abillones de clientes en todo el mundo, en Colombia llega alrededor del 93% de lapoblación total, cubrimiento que no tiene ningún otro medio de comunicaciones enel país, por lo cual el negocio de prestar los servicios de telecomunicacionesmediante las líneas de potencia ofrece una cobertura excelente hacia lamasificación total del acceso a Internet. Además permite utilizar de la mejormanera los recursos de las construcciones existentes ya que cada toma corrientede cada pared se puede utilizar como un punto de acceso a los servicios detelecomunicaciones.
A través de PLC, las líneas de energía eléctrica ofrecen lo que comúnmente sellama conectividad en la última milla, a los clientes individuales; esto quiere decirque la conexión entre el cliente final y el dispositivo de red de telecomunicacionesque lo recibe, se hace por medio de la red de energía eléctrica. Aunque no es laúnica tecnología de última milla, si aparece como un competidor de muchaimportancia para las tecnologías existentes. Las redes de energía eléctrica puedenposicionarse como una excelente alternativa, porque proporciona un accesopermanente y bidireccional en el cual la conexión está presente las 24 horas deldía.
La red de electricidad soporta los servicios de información basados en un fuertepotencial de crecimiento, aunque la tecnología PLC es joven y necesita muchosmás avances en términos de capacidad de telecomunicaciones y reducción decostos de los equipos comerciales, ya se ha demostrado en la actualidad que aúncuando la tecnología tiene algunas limitaciones, la velocidad de transferencia dedatos es suficiente para muchas aplicaciones útiles e innovadoras, muchosservicios importantes de telecomunicaciones son posibles con velocidades detransferencia en el rango de los kbps, mientras que la tecnología PLC ya ofrecevelocidades de transferencia entre los 2 y 6 Mbps y la meta para los próximosaños es llegar incluso a superar los 200 Mbps.
La implementación de la tecnología PLC, cuenta con la ventaja de que la redeléctrica ya está estructurada, lo cual representa una reducción potencialsignificativa en los costos de implementación respecto a otras tecnologías detelecomunicaciones de acceso local, las cuales, para implementarse exigeninversiones altas para poder ser estructuradas por completo.
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Los adelantos de la tecnología PLC actualmente conducen a desarrollos en losnegocios y existen factores tecnológicos y sociales a nivel mundial en el sector delas telecomunicaciones y de la electricidad que apoyan estos avances, entre ellosestán la liberalización tanto en el sector de las Telecomunicaciones como en elsector energético.
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5. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA
En este capítulo se presenta una síntesis de lo que es Internet, cómo ha logradopenetrar en la vida cotidiana de las personas y cómo se ha convertido hoy en unaherramienta muy útil para el desarrollo del conocimiento, las comunicaciones yactividades del diario vivir, mostrando la necesidad creciente de este servicio,generando desarrollos en los medios de transmisión y en las tecnologías deacceso.
5.1 INTERNET
Internet es un sistema de redes, que a través de un conjunto de protocolos,conecta computadores en todo el mundo3. La importancia y necesidad de estaherramienta ha crecido en Colombia en los últimos años. La caída en los preciosde los servicios de conexión, el aumento de computadores per-cápita y laampliación de las redes de telecomunicaciones, han sido factores muy decisivosen el desarrollo de Internet en la sociedad. Internet es utilizada cada día más, porpersonal a cargo de labores domésticas, de investigación, de educación, porestudiantes, empresarios, profesionales, técnicos, entre otros; quienes ven lautilidad de este medio y la importancia que ha adquirido a escala mundial.
Internet fue creada en 1969 por el Pentágono (EEUU) con el nombre deARPANET4, inicialmente fue concebida como un sistema de defensa y no como loes hoy. En los años 80 se amplió su difusión y uso, conectándose a esta red,universidades y otras organizaciones de carácter educacional. Ya en los años 90,su importancia y popularidad permitió masificar el uso de la red, integrandoempresas y particulares, quienes vieron en ella una gran oportunidad de crearnuevas formas de negocios, expandir sus horizontes y contactos comerciales.
Las personas naturales, encontraron en Internet, la posibilidad de entrar a unmundo altamente abierto, sin barreras de clases sociales que los diferencien, conaltísimos niveles de información y la posibilidad de interactuar con personas deotros países o locaciones geográficas, distanciados por miles de kilómetros5.
3 Enciclopedia libre, Wikipedia.Web:http//es.wikiperia.org/wiki/Historia_de_Internet/Internet.4 Advanced Research Projects Administration Network; el sistema de red informática del cual nacióInternet. ARPANET comenzó en 1969 como un experimento del Ministerio de Defensa de losEEUU, que probaba las redes de comunicación por medio de paquetes de información.5Pequeña historia de Internet, Bruce Sterling.Web:http//biblioweb.sindominio.net/telemática/hist_Internet.html.
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5.2 NECESIDAD DE ACCESO A INTERNET
La NSF (National Science Foundation), entidad gubernamental de los EstadosUnidos, ofreció conexión gratuita a Internet para los países de Latinoamérica y delCaribe desde finales de los años 80. Si se toma la conexión de alguna red decomputadores latinoamericana a la NSF, que fue la principal red públicanorteamericana, como criterio para definir la fecha oficial de conexión a Internet delos países de la región, se puede obtener que dio sus primeros pasos enColombia6 aproximadamente en abril de 1994, como herramienta exclusivamentede uso académico, utilizando el servicio de correo electrónico.
Con la creación de nuevas empresas ISP (Internet Service Provider - Proveedorde Servicios de Internet) en Colombia7, el desarrollo de la tecnología decomunicación, la creación de software más amigable, el perfeccionamiento denuevos motores de búsqueda de información, la expansión de las redes detelecomunicaciones, la integración de empresas a un entorno virtual (web) parapromocionar sus servicios, productos y la caída en los precios de acceso, haposibilitado la entrada de Internet en nuestra sociedad con mayor fuerza.
De acuerdo a información estadística de la CRT8, el número de personas que seconectan a Internet en Colombia es cada vez mayor y un segmento social queconsume dicho recurso en gran cantidad, son jóvenes que cursan enseñanzabásica, media y superior. Internet es interactivo e impactante para sus usuarios,ofrece la posibilidad de tener acceso a gran cantidad de información, ofreciendotodos los tópicos que el usuario requiera consultar e investigar, Internet es unacolección de información de fuentes primarias y secundarias. La información enella es mejorada y actualizada constantemente, es dinámica. Ofrece la posibilidadde comunicarse con los creadores de dicha información, a la vez que se puedeencontrar información de interés en diversos idiomas, servicios de traducción enlínea, imágenes, videos, notas, comentarios, trabajos, todo esto conlleva a queInternet, sea por excelencia la biblioteca electrónica más grande, amplia ydinámica que el hombre haya creado. Sin horarios de atención, ni requisitos deinscripción previa, no existen fronteras físicas ni de idioma, Internet permite laampliación del conocimiento, la posibilidad de fortalecer lazos de comunicación yafectivos, al estar presente las 24 horas del día, como servicio complementario aldesarrollo de las personas.
6 Internet. Gopher. Web: http//NIC.MERIT.EDU/nsfnet/statistics/INDEX.statistics/http://www.infase.es/FORMACION/INTERNET/gopher.html.7 Internet en Colombia. Valencia Rincón, Juan Carlos.1998 (Santa Fe de Bogotá). Pág. 24.8 CRT, Comisión de Regulación de Telecomunicaciones - República de Colombia.
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Actualmente es muy común escuchar a niños de enseñanza básica, hablar de unadirección WWW9, URL10, una página web11 o un sitio web12, donde encontrarinformación para realizar una tarea en especial.
Es por ello, que las tecnologías de comunicación se desarrollan cada día más,ofreciendo nuevas ventajas y beneficios a los usuarios de éstas; Internet se havisto beneficiada ampliamente en los últimos años de desarrollo en Colombia,gracias a estas nuevas tecnologías de acceso a la red, las cuales se puedenapreciar en el mayor número de acceso por parte de usuarios desde ubicacionesresidenciales y el creciente número de servicios y sitios especializados que sepueden encontrar en la red; por ejemplo en los últimos tiempos, se ha puesto graninterés y énfasis en el desarrollo de servicios del Estado y Públicos hacia laciudadanía con soporte web. Gracias a esta innovación de atención al público, yase pueden realizar trámites desde el confort del hogar en varios de los servicios. Amodo de ejemplo, para solicitar una copia para el pago de contribuciones, estoinvolucraba un desplazamiento físico de la persona hasta la entidad pública,realizar una fila de espera para ser atendido, posteriormente solicitar el documentoy posiblemente después dirigirse a otra entidad cobradora de servicios. Ahora,basta con entrar al sitio web de la entidad, ingresar al rol de la propiedad, eimprimir el documento, para ser cancelado a través de medios tradicionales(banco, multiservicios) o a través de servicios de recaudación de pagos vía web.Como éste, existen muchísimos más ejemplos que se podrían citar, los cualesdescriben y muestran la versatilidad y amplitud de servicios, formas de interactuary rapidez de respuesta que obtiene una persona, empresa u organismo al utilizarInternet como herramienta, lo cual mejora su calidad de vida, imagen,productividad y comunicación con sus clientes y público en general. Es por ésta ymuchas otras razones más, que Internet cobra mayor importancia en el diario vivirde las personas.
El avance tecnológico en materia de acceso a Internet, ha influido en gran medidapara que las personas puedan acceder a nuevos servicios que están presentes enla web, tales como pagar cuentas, cotizar productos y servicios en línea, realizarestudios e investigaciones acerca de temas de interés, interactuar con canales detelevisión o emisoras a través de encuestas y/o foros, mantener lazos afectivoscon familiares que se encuentran dentro o fuera del país, compartir archivos a
9 WWW: World Wide Web, sistema de información distribuido, basado en hipertexto, creado aprincipios de los años 90 por el señor Tim Berners Lee, investigador en el instituto CERN, Suiza. Lainformación puede ser de cualquier formato (texto, gráfico, audio, imagen fija o en movimiento) y esaccesible a los usuarios mediante programas llamados navegadores.10 URL: Uniform Resource Locator. Es la dirección de un sitio o de una fuente, normalmente undirectorio o un fichero, en el World Wide Web y la convención que utilizan los navegadores paraencontrar ficheros y otros servicios distantes.11 Página web, es una unidad significativa de información accesible a través de Internet. Sucontenido puede ir desde un texto corto a un voluminoso conjunto de textos, gráficos o imágenesestáticos o en movimiento, sonidos. Puede contener enlaces a otras páginas.12 Sitio web, es una colección de páginas web. Se caracteriza por reunir información relacionada aun tópico en especial.
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través de aplicaciones de las redes P2P13 , o simplemente para conocer a nuevaspersonas a través de servicios chat14. Ahora, contar con un computador yconexión a Internet, es sinónimo de tener una gran herramienta de comunicación yexpansión, lo cual da la posibilidad de realizar procesos de la más variada índoleen el desarrollo del diario vivir. Internet permite que personas de distintos nivelesocupacionales, cuenten con una gran fuente de información; para quienes deseanaumentar o complementar sus conocimientos, Internet es una gran biblioteca pararealizar sus investigaciones. Para muchos profesionales y técnicos, Internet haposibilitado que su desarrollo laboral sea más amplio y con mayoresoportunidades. Para un empresario, el uso de Internet ha simplificado tareascomunes como la contratación de servicios; en la vida hogareña, el desarrollo deservicios web especializados, posibilita que las personas a cargo del serviciodoméstico, consulten sitios relacionados con temas de cocina, contacten víacorreo electrónico al médico de la familia, visiten a sus niños en el jardín infantil yse comuniquen con ellos a través de video conferencia, o mantengancomunicación con familiares en el extranjero. Sin duda, Internet ha sido un apoyomuy importante en el desarrollo de actividades económicas, profesionales,políticas, sociales, culturales y otras más en Colombia.
La necesidad de información, en todo ámbito y nivel socio-cultural de nuestro países una realidad; la demanda de Internet es alta, ya que a través de ella se abre unabanico de posibilidades realmente amplias para las personas y empresas que lapuedan utilizar, es por ello que existe gran interés en la mayoría de los hogarescolombianos, de poder contar con el servicio de conexión a tarifas económicas, deamplio uso del servicio y buenas velocidades de conexión. Las familiascolombianas, que se encuentran en pleno desarrollo, educando a sus hijos,brindándoles las mejores formas y oportunidades para su desarrollo, comprendenla necesidad de contar con esta herramienta tecnológica, la cual fortalece aún másla forma de adquirir información, que se moldea y adapta a las necesidadespropias de cada usuario.
5.3 CONEXIÓN DE UN COMPUTADOR A INTERNET
Desde los inicios de Internet, una de las formas más simples y comunes deacceder a la red, es a través de una conexión telefónica conmutada o vía modem,en la cual la duración de la conexión es directamente proporcional al monto depago por el servicio, lo que significa, que entre más horas conectado a Internet,más grande será la cuenta de fin de mes. Posteriormente, con el advenimiento de
13 Peer to Peer (entre iguales o de igual a igual), redes conectadas punto a punto (topología), serefiere a una red que no tiene clientes ni servidores fijos, sino una serie de nodos que secomportan simultáneamente como clientes y como servidores de los demás nodos de la red.14 Comunicación simultánea entre dos o más personas a través de Internet. Hasta hace pocosaños sólo era posible la conversación escrita, pero los avances tecnológicos permiten ya integrarvoz y video.
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mejores procesos productivos, investigaciones y desarrollo de nuevas tecnologíasde acceso a través de redes de telecomunicaciones, actualmente existen serviciosde tarifa plana que ofrecen la posibilidad de estar conectados las 24 horas del día,a un precio fijo.
Esencialmente, para conectar un computador a la súper carretera de información,basta con cumplir algunos requisitos especialmente técnicos. Se considera comobase un equipo PC, con las siguientes características mínimas:
• Procesador del PC 80486 de 33 MHz o superior.• 32 Mega bytes de memoria Ram.• Sistema operativo Windows 95 o superior.• Modem Análogo de 33 kbps o superior.• Tarjeta de red Ethernet 10/100 Base T, o un puerto USB disponible para
servicios tarifa plana de banda ancha.
Posteriormente, se debe contratar un plan de acceso a Internet a través de algúnISP, o bien utilizar un servicio de acceso libre a través de la línea telefónicaconmutada, cancelando solamente las horas del uso de Internet por mes.
5.4 MEDIOS DE TRANSMISIÓN EN TELECOMUNICACIONES PARA ELACCESO A INTERNET
La señal de Internet al ser enviada puede ser clasificada según su magnitud físicaen impulso eléctrico, electromagnético, radioeléctrico u óptico. Las redes detelecomunicaciones se pueden clasificar de acuerdo al tipo de medio que utilizanpara trasmitir la señal, el cual puede ser:
• Cable par o multi-par de Cobre: medio de telecomunicación más extendido enColombia. Lo componen las redes de telefonía pública y redes privadas. Secaracteriza por utilizar un medio de transporte hecho de cobre.
• Cable Coaxial: medio desarrollado para transmitir video. Muy popular paraservicios de televisión por cable, posteriormente fue adaptado para suutilización como red de telecomunicación al soportar telefonía y video. La altacapacidad de ancho de banda que permite el medio, hace posible transferirdatos en grandes cantidades.
• Fibra óptica: medio que permite un ancho de banda capaz de transmitir datosdel orden de los Mbps hasta Tbps a distancias de miles de kilómetros. En lasciudades, permite enlaces con un radio urbano menor o igual a 50 kilómetrossin la necesidad de instalar un repetidor de señal. Su alto costo, las reduce aclientes muy específicos. Se caracteriza por enviar luz a través del medio.
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• Espacio libre: medio utilizado por la red de telecomunicación inalámbrica,permite alcanzar zonas a las cuales el acceso físico a través de un medio enalgunos casos es imposible, por los costos asociados o por la geografíapresente. Actualmente, la popularidad de esta red ha ido en aumento, alintegrarse al mercado nacional la tecnología WLL (Wireless Local Loop)15, WiFiy WiMax, que ofrece acceso a redes de telecomunicaciones a través de unenlace inalámbrico.
5.4.1 Cable par o multi-par de Cobre
Las redes de telecomunicaciones que utilizan este medio, son las más popularespor su bajo costo. En un principio, desarrolladas para brindar servicio de telefonía,son las más extensas en Colombia. Las redes de telefonía se han convertidoactualmente en el medio más popular para la transmisión de datos y dar acceso aInternet.
5.4.1.1 Redes de Telefonía Pública por cable de Cobre
Las redes de Telefonía Pública por cable de Cobre, son las redes detelecomunicaciones más extensas en Colombia. De acuerdo al Informe sectorialnúmero 716, al finalizar el año 2005, existieron 7,7 millones de líneas en servicio,manteniéndose constante la penetración fija en un 17%; el número de líneas enservicio de telefonía básica por parte de Colombia Telecomunicaciones y ETBsuperaron los dos millones de líneas en servicio.
Las redes de telefonía, ofrecen servicio de telefonía básica y conexión a Internet.Como servicio orientado al consumo de hogares, éstas restringen el desempeñode la conexión en velocidad por restricciones propias de la tecnología de telefoníaanáloga. Los cobros por el servicio, varían de acuerdo al horario en el cual serealice la conexión y el tipo de plan a utilizar. Existe un plan libre de cargo fijo ysólo se cobra el tiempo durante el cual el usuario está efectivamente conectado aInternet. De este modo se paga sólo por los segundos de conexión. El pagoincluye el valor por el uso de la red telefónica, que cobra la compañía de telefoníalocal, desde el hogar hasta el modem del ISP, más un cobro por serviciocomplementario de Internet, que corresponde al uso de la red y el servicio deconexión del ISP a Internet.
15 Wireless Local Loop, tecnología que brinda acceso a la red de telefonía e Internet, a través deenlaces inalámbricos desde la central hasta los abonados al servicio. WLL tiene la capacidad detransferir datos, voz y video.16 Comisión de Regulación de Telecomunicaciones (CRT), Bogotá D.C., Julio 2006 - No. 7 (P 12)República de Colombia http:// www.crt.gov.co.
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La conexión al servicio de Internet, ha sido desde su comienzo a través de laslíneas telefónicas por cable de cobre en el área de acceso; durante el desarrollode la tecnología, las velocidades y prestaciones de éstas fueron evolucionando ymejorando constantemente. Para realizar la conexión, un cliente marca un númerotelefónico (otorgado por la compañía telefónica) a través de su computador, que loenlaza con el servidor de conexión del ISP al cual está llamando. Una vezrealizado el enlace, período en el cual, transcurren algunos segundos, se puededar inicio al proceso de navegar por Internet. Es por ello, que esta forma deconexión es la más popular ya que al utilizar las redes de telefonía pública,permiten un servicio relativamente económico, de amplia cobertura y muy simplede configurar para acceder desde un computador a Internet.
5.4.1.2 Redes Privadas por cable de Cobre
Como su nombre lo indica, las redes privadas son redes de telecomunicacionesprivadas. Empresas de telecomunicaciones que realizan trabajos en sus redespara ramificar un enlace directo o también llamado punto a punto, desde y hacia ellugar físico donde el cliente lo requiera. Estas redes permiten brindar un altorendimiento de velocidad para la transferencia y recepción de datos, además debajos niveles de congestión. Las redes privadas son medios exclusivos, por elcual, sólo el cliente que ha contratado el servicio puede transmitir datos, voz yvideo, sin compartir el medio, es por ello que se denominan redes privadas. Éstascaracterísticas, les otorgan excelentes resultados con respecto al ancho de banda,es por ello que pueden ofrecer servicios de conexión constante (always on) aInternet, telefonía, interconexión de redes LAN (Local Area Network - Red de árealocal) en distintos puntos físicos. La velocidad máxima que se puede lograr através de este servicio, es menor o igual a 2 Mbps, utilizando conductores decobre. Al ser este un producto exclusivo, su alto costo está sólo reducido agrandes empresas, gobiernos y corporaciones.
5.4.2 Cable Coaxial
Las redes formadas con cable coaxial, fueron creadas principalmente para latransmisión de video, para el servicio de televisión por cable. El gran ancho debanda logrado a través de este medio, permite que cada transmisión sea enviadaen distintas frecuencias, lo que posibilita que ninguna señal interfiera a otra,logrando que a través de un mismo conductor viajen cientos de señales.
Esta tecnología de acceso basada en la transmisión de datos vía cable coaxialsobre la red de TV por cable, se identifica como Cable modem (CM) y la ventamasiva de acceso a Internet, a través de sus redes es, ha brindado a sus clientes,excelentes velocidades de conexión, muy superiores a las alcanzadas por las
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redes de telefonía. Si bien, este tipo de red está creada para ser de altodesempeño, ya que permite la transmisión de video, además no tiene la mismacobertura que las redes de telefonía, debido al alto costo que demanda suinstalación y expansión.
Para utilizar una red de televisión por cable para el servicio de Internet, undispositivo anexo modula las señales digitales del computador a señalesanalógicas para ser transferidas a la red de televisión por cable. Cuando recibe lasseñales, este mismo dispositivo convierte la señal analógica a una señal digital,para que pueda ser procesada por el computador. El funcionamiento es muysimilar al modem análogo de un computador, el cual envía y recibe señales sobrela red de telefonía. Una diferencia importante entre las redes de telefonía y detelevisión por cable, es la capacidad de ancho de banda, porque las redes detelefonía están construidas para transportar únicamente señales de voz. Lacapacidad o ancho de banda es muy limitada en las líneas telefónicas. En cambio,las redes de televisión por cable están diseñadas para enviar vídeo, comoresultado, tienen mucho más ancho de banda. Esto se traduce en mayorcapacidad para transmitir información por segundo. Por lo tanto es capaz debrindar un servicio de conexión a Internet y servicios multimedia a muy altavelocidad y de excelente rendimiento.
En el mercado colombiano se ofrecen con esta tecnología anchos de banda de64kbps a 1.5 Mbps con tiempo ilimitado para navegar a alta velocidad. Estasvelocidades son ofrecidas con variaciones a través de un medio compartidode conexión, razón por la cual se pueden obtener picos de alta velocidad, peroen la medida en que un número significativo de usuarios se conecte en formasimultánea, el desempeño puede ser inferior.
El uso de esta tecnología no implica la utilización de la red de PSTN17, por lo tantono ocupa la línea telefónica, permitiendo navegar y hablar por teléfonosimultáneamente.
5.4.3 Fibra Óptica
Las redes de fibra óptica disponibles en el mercado permiten accesos desde los10Mbps, y están orientadas a grandes empresas o corporaciones, paradesarrollos de redes LAN corporativas. Un cable de fibra óptica contiene variasfibras de vidrio cilíndricas tan finas como un cabello, cada una de las cuales es unmedio de comunicación independiente por donde se transmitirá una señal óptica.
Algunas de las ventajas de la fibra óptica son:
17 PSTN: Public Switching Telecommunication Network, en español: RTPBC: Red telefónica públicabásica conmutada.
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• Permitir gran capacidad de transmisión de información.• Conservar la calidad de la información frente a interferencias ambientales.• Protegen la información frente a manipulaciones externas.
Las compañías de telecomunicaciones invierten para transformar sus redes decobre en redes de fibra óptica, por su alto rendimiento. Pero el alto costo de éstas,sólo las limita a sectores y tramos en los cuales, la alta demanda del servicio lopermite. Existen redes de fibra óptica submarinas que interconectan países ycontinentes, permitiendo el envío y recepción de millones de comunicaciones devoz y datos a través de ellas. La magnitud de su costo en equipos receptores yemisores, como la instalación y el equipo requerido para ello, es la limitante de supopularización. Como en el caso de las redes privadas, el alto costo deimplementación de una red de fibra óptica, está restringido a grandes empresas,gobiernos y corporaciones.
5.4.4 Espacio Libre
Las redes inalámbricas, ofrecen telefonía fija, parecida a la red de telefonía móvil,pero sólo opera desde el hogar, lo que permite navegar por Internet a unavelocidad muy superior a la de la red local y que además, ofrece planes con tarifasmuy competitivas.
En la red tradicional de telefonía, las centrales de zona se conectan entre ellas através de fibra óptica; de cada central de zona, salen cables de cobre que llegan alos abonados del servicio. En una red inalámbrica, las centrales generalmente secomunican por cable con las estaciones de emisión, es decir, con las antenas detransmisión. En la zona de cobertura se puede ofrecer telefonía fija, con unreceptor en cada casa, telefonía móvil y transmisión de datos. Una de lascaracterísticas más fuertes de este tipo de red, es la capacidad de ampliar sucobertura.
La puesta en funcionamiento de una red inalámbrica es considerablemente menoren tiempo, en comparación con los medios tradicionales; por ello es una soluciónmuy viable al prescindir de la necesidad de tener cables en el área de últimokilómetro (última milla). La habilitación de una estación base requiere en promediodos semanas; para la habilitación de un cliente, un máximo de cuatro horas. Lahabilitación de una estación base, puede cubrir hasta 25 kilómetros cuadrados,dando servicio a los clientes que abarque la zona de cobertura. En cada puntocliente, se instala una pequeña antena receptor/emisor de señal. Lo interesante deeste tipo de red, es que si se requiere mayor capacidad de servicio, basta conampliar la capacidad de la estación base. Es por ello que este tipo de red, crecede acuerdo a la demanda del servicio.
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Los analistas de la industria de las telecomunicaciones predicen que el mercadoglobal de redes inalámbricas alcanzará a millones de suscriptores a medida quepase el tiempo suprimiendo a usuarios en otras tecnologías; es muy posible quemucho de este crecimiento ocurra en las economías que emergen, dando servicioa muchos lugares de difícil acceso. Varios de los países en vías de desarrollocomo China, India, Brasil, Rusia, Indonesia, Venezuela, Chile y Colombia, confíanen la tecnología inalámbrica como forma eficiente de desplegar la PSTN paramillones de suscriptores, suprimiendo el despliegue de redes telefónicastradicionales por cable de Cobre en el país. En economías desarrolladas, loscostos del despliegue y mantenimiento de la tecnología inalámbrica sonrelativamente bajos y las ventajas hacen de ella una solución competitiva y unaalternativa viable a las redes tradicionales para los usuarios de telefonía fija y deacceso a datos. Dos condiciones determinarán cómo este tipo de redes serádesplegado rápidamente en mercados desarrollados:
1. Costo y ancho de banda: las tarifas desorbitadas del acceso, además de loscambios regulatorios, han creado un ambiente competitivo que da a nuevosoperadores el incentivo para invertir en sus propias redes inalámbricas. Sinembargo, los costos del despliegue de estas redes se deben balancear con lospotenciales honorarios más bajos del acceso.
2. La demanda creciente para la transmisión de un alto número de datos, requeriráun ancho de banda capaz de soportar esta transferencia a diferentes lugares,lo cual es un requisito adicional a un sistema inalámbrico. Los operadoresdeben evaluar las tecnologías basadas en su capacidad para ofrecervelocidades de transferencia desde y hacia los usuarios.
Las nuevas instalaciones de cableado, se hacen más difíciles cada día. El hechode tener que modificar el espacio físico requiere de altos costos y complejostrámites, de tal manera que se hace necesario el desarrollo de nuevas tecnologíascapaces de reducir dichos costos y tiempos.
5.5 TECNOLOGÍAS DE ACCESO
Internet, es tan sólo un sistema de interconexión entre redes de computadores, enlas cuales existen servidores que cumplen diferentes roles, entre ellos seencuentran servidores de páginas web, servidores de correo electrónico,servidores para la transferencia de archivos.
El éxito de Internet ha sido por la gran diversidad de personas que la utilizan. Alestar presente en todo el mundo, posibilita que personas de diferentes latitudes yculturas puedan expresarse e intercambiar opiniones. Su potencial decomunicación, la información que se puede obtener y su alto grado deinteractividad, son factores que la hacen necesaria.
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A diferencia de la televisión, Internet es interactiva ya que provee el medio y laforma de poder comunicarse con quienes entregan las fuentes de información ycontenidos. En la actualidad es muy usual y a la vez muy útil para canales detelevisión o emisoras de radio, interactuar con sus consumidores a través decorreo electrónico y páginas web diseñadas para capturar las preferencias de sususuarios con respecto a ciertos programas de televisión o radiales.
La necesidad de información es una realidad, la demanda de Internet es alta porparte de la población. Los servicios desarrollados por empresas públicas yprivadas con soporte web, han mejorado la calidad de vida de las personas quepueden explotar aquel servicio. Para conectar un computador a Internet, se debencumplir algunos requisitos técnicos, tales como capacidad de hardware y software,estos requisitos son impuestos por el ISP y la tecnología que se utilizará paraacceder; aunque en la actualidad la mayoría de los computadores que seencuentran tanto en operación como en el comercio, cumplen esencialmente losrequisitos.
Las redes de telecomunicaciones existentes ofrecen sus servicios a través delíneas de telefonía, redes de fibra óptica, redes de televisión por cable y ahoraúltimo, redes inalámbricas. Los servicios de conexión que se pueden contratar através de estas redes de telecomunicaciones son amplios y variados, entre ellosexisten planes con conexión constante (always on), planes limitados por horarios yplanes libres de contratos y horarios. Las tecnologías de acceso entelecomunicaciones, dependiendo del tipo de red a utilizar y la factibilidad técnicade ésta, han ampliado el abanico de oportunidades a los usuarios finales.
Existen variadas tecnologías de acceso en equipos terminales dependiendo de lasnecesidades de cada usuario, capacidad económica y factibilidad técnica que éstetenga. En función de las redes de telecomunicaciones, estas tecnologías ofrecendistintos anchos de banda, para diversos tipos de aplicaciones, diferentes formasde conexión, horarios y costos.
5.5.1 Importancia del área de acceso en las telecomunicaciones
El área de acceso en las telecomunicaciones es muy importante para losoperadores de red debido a sus altos costos en la implantación y a la posibilidadde crear acceso directo (sin limitaciones e interrupciones) con el extremousuario/subscriptor. Generalmente, cerca del 50% de todas las inversiones en lainfraestructura de telecomunicaciones es en la realización de las redes de acceso.Sin embargo, una red de acceso conecta un número limitado de suscriptoresindividuales, en comparación con una red de comunicaciones de transporte18
18 WAN: Wide Area Network (redes de área amplia, tipo de red de computadores capaz de cubrirdistancias desde unos 100 hasta unos 1000 km).
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(figura 5.1). Por lo tanto, la eficiencia económica de las redes de acceso esperceptiblemente más baja que en las redes WAN.
En el caso de grandes clientes (de negocio, gubernamental o industrial), las redesde acceso son concentradas dentro de un tablero y conectan un número alto desuscriptores. Los grandes clientes en su gran mayoría utilizan intensivamentevarios servicios de telecomunicación y obtienen altos consumos a los operadoresde red. Por lo tanto, la creación de redes de acceso particulares para grandesclientes tiene un buen sentido económico.
En comparación con los grandes clientes, los suscriptores individuales (comosuscriptores privados, figura 5.1) utilizan los servicios de telecomunicación de unamanera menos intensa. Por consiguiente, la creación de redes de acceso para lossuscriptores individuales es por lo tanto económicamente poco eficiente. Por otraparte, un acceso directo a los suscriptores incrementa las oportunidades para losoperadores de red en ofrecer una alta variedad de servicios; esto atrae a lossuscriptores para convertirse en clientes con contrato constante de un operador dered particular, lo que aumenta el uso de su red de transporte (WAN). Enconsecuencia, el acceso a los suscriptores individuales también puede llegar a sermuy importante.
Figura 5.1 Estructura general de una red de telecomunicaciones.
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Después de la desregulación del mercado de las telecomunicaciones en una grancantidad de países, las redes de acceso siguen siendo la característica de lascompañías operadoras de redes privadas. Los nuevos operadores de red trabajanen sus redes de transporte, pero deben utilizar la infraestructura del acceso de unoperador privado; debido a esto, los nuevos operadores de red intentan encontraruna solución para ofrecer su propia red de acceso a los suscriptores. Por otraparte, el rápido desarrollo de los nuevos servicios de telecomunicaciones aumentala demanda requiriendo más capacidad en la transmisión tanto en las redes deltransporte como en el área del acceso; por lo tanto, hay una necesidad latente enel desarrollo de la infraestructura de acceso. Dos posibilidades para la extensiónde las redes de acceso son las siguientes:
• Construcción de nuevas redes o• Uso de la infraestructura existente.
La construcción de nuevas redes de acceso es la mejor manera de poner la últimatecnología de comunicaciones en ejecución, permitiendo la realización de serviciosmuy atractivos. Por otro lado, la construcción de nuevas redes de acceso escostosa; así, el uso de la infraestructura existente para la realización de redes deacceso es una solución muy atractiva para los operadores de red debido a losbajos costos. Sin embargo, la infraestructura existente tiene que ser renovada yequipada, para así, también poder ofrecer servicios de telecomunicacionesatractivos.
5.5.2 Construcción de nuevas redes de acceso
Generalmente la construcción de nuevas redes de acceso, se puede realizar conlas siguientes técnicas:
• Nuevos conductores o red óptica (fibra óptica).• Sistema de acceso inalámbrico.• Sistema satelital.
5.5.2.1 Red óptica
Actualmente, las redes ópticas de telecomunicaciones ofrecen las tasas de datosmás altas que cualquier otra tecnología de comunicaciones. El uso frecuente delas redes de transmisión óptica dentro las redes del transporte (WAN) reducencostos. Por lo tanto, la implementación de las redes ópticas también llega a sereconómicamente eficiente en el área del acceso; lo cual permite la creación deuna red con suficiente capacidad de transmisión para servicios atractivos.
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Sin embargo, la puesta en marcha de las nuevas redes ópticas es muy costosadebido a los equipos requeridos para su construcción y mantenimiento encontingencias. Frecuentemente, tiene que ser llevado a cabo dentro de las áreasurbanas lo que causa problemas legales y costos adicionales. Finalmente, laconstrucción de nuevas redes con nuevos cables o redes ópticas toma un tiempolargo; debido a estas razones, estas nuevas redes se colocan sobre todo ennuevos establecimientos y áreas con una concentración grande de usuarios (denegocio y centros gubernamentales, áreas industriales densas, etc.).
5.5.2.2 Sistema de acceso inalámbrico
Para evitar la construcción de nuevas redes ópticas, varios sistemas detransmisión inalámbrica se pueden emplear en el área de acceso. Los dosprocedimientos que se pueden utilizar para la construcción de redes de accesoinalámbricas son:
• Sistemas móviles inalámbricos (WiFi).• Sistemas inalámbricos fijos (WLL - WiMax).
i) Sistemas móviles inalámbricos
Los sistemas móviles inalámbricos más conocidos son DECT, GSM/GPRS yUMTS (acceso a internet, telefonía móvil). Las redes móviles proporcionan unagran cantidad de células para cubrir un área de comunicación amplia, que asegurauna conexión permanente para los suscriptores móviles en el área de cobertura (lared celular, figura 5.2). Un rango de frecuencia se asigna a cada célulapermitiendo la comunicación entre los terminales móviles (MT) y las estacionesbases. Diversas frecuencias (o códigos para UMTS) son asignadas a las célulasvecinas para evitar interferencias entre ellas. Generalmente, una estación basecubre un número de células de comunicación inalámbricas que luego las conectana una WAN. Los sistemas móviles inalámbricos ofrecen sumas de tasas de datosde transmisión de hasta 2Mbps.
ü WiFi
Wi-Fi (Wireless Fidelity) es una alianza entre fabricantes de equipos quebusca promover la tecnología basada en el estándar 802.11, para efectos degarantizar la interoperabilidad, mediante la definición de procedimientos decompatibilidad y cumplimiento de especificaciones técnicas. 19
19 Wireless Ethernet Compatibility Alliance - WECA: www.weca.net.
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En su concepción inicial, el estándar 802.11 contemplaba la utilización comocapas físicas de transmisión los enlaces infrarrojos y de radiofrecuencia en labanda de 2.4 GHz, siendo esta última la más difundida en la actualidad. Estosenlaces alcanzaban velocidades de 1 Mbps y 2 Mbps.
La configuración básica de este tipo de redes consta de un equipo que actúacomo punto de acceso (Access Point) y equipos remotos conectados a través detarjetas con antenas omnidireccionales que permiten establecer conexionesinalámbricas.
Por sus características y nivel de desarrollo, las soluciones basadas en el estándar802.11b son las que actualmente poseen una mayor utilización y se pronosticahacia el futuro un aumento en el uso de soluciones basadas en 802.11g,principalmente por efectos de compatibilidad.
Figura 5.2 Estructura de redes de acceso inalámbricas móvil.
Aunque la cobertura es limitada, cabe anotar la existencia de solucionespropietarias por fuera del estándar que permiten ampliar el alcance a varioskilómetros, con base en el uso de antenas direccionales en configuraciones puntoa punto. La utilización de este tipo de tecnologías presenta las siguientes ventajas:
• Instalación rápida y sencilla.• Permite la movilidad de los usuarios.
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• Interoperabilidad con redes LAN cableadas.• Operación en frecuencias de uso libre.
Adicional a lo anterior y para el caso particular de Colombia, el potencial de uso deestas tecnologías se incrementa al proyectar su utilización en áreas rurales y dedifícil acceso, incrementando los puntos de conexión a Internet instalados por elPrograma Compartel20, brindando acceso universal a partir de la infraestructurapreviamente instalada.
ii) Sistemas inalámbricos fijos
ü WLL
Los sistemas inalámbricos fijos, llamados sistemas WLL (Wireless Local Loop),son más convenientes para aplicaciones en el área de acceso que los sistemasmóviles. Los sistemas WLL también proporcionan las estaciones bases queconectan a un número de suscriptores situados en un área relativamente pequeña(figura 5.3). En comparación con los sistemas inalámbricos móviles, los usuariosde WLL tienen las antenas situadas en una posición fija, en lo alto de los postes,sobre edificios o casas. Por lo tanto, los sistemas WLL proporcionan trayectoriasconstantes para la propagación de la señal entre la estación base y lossuscriptores, por consiguiente, proporcionan un mejor comportamiento de SNR21
que en los sistemas móviles inalámbricos; las tasas de datos son también másaltas que en los sistemas móviles, hasta 10 Mbps en la dirección de transmisiónde downlink22 y hasta 256 kbps en uplink23. Sin embargo, las tasas de datosobservadas en actuales sistemas WLL, han aumentado.
Los sistemas WLL realizan conexiones entre una estación base y la estaciónapropiada (Con equipos especiales - transreceiver) del cliente equipada con unaantena. Una estación del cliente cubre generalmente un edificio o una casa con unnúmero de suscriptores individuales usando así, varios servicios decomunicaciones. La conexión entre una estación del cliente y sus suscriptores sepueden dar de diversas maneras, por medio de infraestructura de comunicacióninterna con cableado adicional o como red inalámbrica casera.
20 Programa de Telecomunicaciones Sociales del Ministerio de Comunicaciones -www.compartel.gov.co.21 SNR: proporción entre la señal emitida/recibida y el ruido generado en la transmisión (proporciónseñal-ruido).22 Downlink (downstream): bajada - descarga (de la estación base a los suscriptores; flujo de datosque es recibido por un computador remoto).23 Uplink (upstream): subida - envío (de los suscriptores a la estación base; flujo de datos que esenviado desde un computador local a otro remoto o al servidor).
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Figura 5.3 Estructura de redes de acceso inalámbricas fijas.
Ahora, las redes inalámbrica caseras se pueden reconocer como WLAN24. UnaWLAN funciona generalmente dentro de edificios y cubre un área relativamentepequeña, asegurando tasas de datos sobre los 20 Mbps. Los sistemas WLAN seutilizan para cubrir un número determinado de locales comerciales o de casasprivadas (como cubrir una casa por sus alrededores, el jardín, etcétera). Para estepropósito, se instalan una o más antenas, lo que hace posible el uso de variosdispositivos de comunicaciones en cualquier parte del área cubierta, sin necesidadde cualquier clase de conexión con cableado adicional. Las antenas se sitúan enpuntos de acceso (AP, figura 5.4), que están conectados generalmente con unared de cableado adicional. De esta manera, una WLAN está conectada con losservidores de la red y al WAN. Así, los terminales móviles de una WLAN puedenutilizar varios servicios y tener acceso a la red de mundial.
Hace pocos años atrás, los más destacados analistas de telecomunicaciones delmundo predijeron que WLL, constituiría el área de mayor crecimiento para losproveedores de equipos inalámbricos y la salvación para los operadores localesde servicio telefónico en economías en vías de desarrollo con miras a desplegarsus redes rápidamente y a un bajo costo.
WLL es el conjunto de varias tecnologías que se utilizan con un mismo fin, daracceso a la red telefónica y acceso a Internet, sin la necesidad de tender cables.
El término WLL se refiere a la distribución del servicio de telefonía desde la oficinacentral telefónica hacia los clientes, también llamado en algunos casos la últimamilla, en redes telefónicas.
24 WLAN: Wireless Local Area Networks (red de área local inalámbrica o simplemente red localinalámbrica).
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Desde la invención del teléfono, el cableado de cobre ha sido el medio tradicionalde transmisión entre el subscriptor y la central telefónica. Esto está cambiandorápidamente y abre las puertas a soluciones WLL. Es importante resaltar que WLLtiene la capacidad de transferir datos, voz y vídeo; de tal manera que losproveedores pueden ofrecer un conjunto de productos a sus clientes. En algunassituaciones los costos de implementación de WLL son entre 20% y 50% máseconómica que una red de cableado de cobre tradicional. Implementar WLL puederesultar bastante rápido en comparación con las redes de cableados tradicionales.
Figura 5.4 Estructura de una WLAN.
WLL funciona en el espectro radioeléctrico de los 3.400 MHz a los 3.700 MHz, loque brinda un mayor poder y velocidad en la transmisión de voz y datos. Es por elrango de alta frecuencia en la cual trabaja WLL, que posibilita ofrecer al abonadouna velocidad de conexión entre los 128 kbps y 512 kbps. Actualmente, en elmercado orientado a los hogares, existen planes de 128, 256 y 384 kbps. WLLutiliza antenas para la transmisión de microondas, con sus respectivas celdas detransmisión, cada una de las cuales puede cubrir entre 20 a 25 kilómetroscuadrados como máximo. Con unos pequeños receptores que se colocan en lostechos o paredes de los hogares, el servicio se pone en marcha en 4 horas tiempopromedio.
Para el funcionamiento de WLL, intervienen dos dispositivos; el NIU (Unidad deInterfaz de Red) que es la encargada de conectar al sistema con el resto de la redpública, a través de líneas analógicas o digitales y la BTS (estación base
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transceptora) la que contiene la electrónica para 1 o 2 sectores RF (Unidades deRadio Base o RBU), controla y agrega un gran número de enlaces de radio,encargados de la emisión y recepción de las señales inalámbricas a través de loscanales o frecuencias previamente asignados. Es de hacer notar que WLLfunciona en un rango de frecuencias preestablecidas, los cuáles deben sernegociados con el ente respectivo en cada país.
El CPE (Customer Premise Equipment - Equipo en la Premisa del Cliente) proveea los terminales de abonados los enlaces de radio e interfaces inalámbricasestándar a los equipos telefónicos del cliente. El CPE tiene a su vez trescomponentes: SU (Subscriber Unit - Unidad de Abonado), NTU (NetworkTermination Unit - Unidad de Terminación de Red) y UPS (Uninterrupted PowerSupply - Unidad de Energía Suplementaria). La SU, es la encargada de realizar laconexión entre la antena receptora - emisora del cliente y el dispositivo final el cualutilizará el servicio WLL, que puede ser un computador, un aparato telefónico o unfax. La SU posee una entrada para cable coaxial RG59, una salida Ethernet y unaentrada de energía eléctrica de 12 voltios.
La flexibilidad adicional de los sistemas de WLL es ser modular. Esto le permiteadicionar mayor cantidad de estaciones bases para distribuir la demanda de la reden función de resolver lo mejor posible la demanda del tráfico. El factor de decisiónserá eminentemente técnico (cobertura y rapidez en la implementación delservicio), ya que las licencias no tienen costo. Las estaciones bases en un sistemade WLL, se despliegan para proveer la cobertura geográfica necesaria, cadaestación base se conecta a la red de telefonía típicamente por el cable de cobre oa través de conexiones de microondas. De esta manera, un sistema de WLL seasemeja a un sistema celular móvil; cada estación base utiliza una célula o variossectores de cobertura, manteniendo a los suscriptores dentro del área de lacobertura y proporcionando a la conexión el retorno al PSTN.
El fragmento del área de cobertura es determinado por la potencia del transmisor,las frecuencias en las cuales la estación base y las radios terminales del suscriptorfuncionan por las características locales asociadas de propagación en función dela geografía local y del terreno y por los modelos de radiación de las antenas de laterminal de la estación base y del suscriptor. El número de estaciones basedesplegadas dependen de: anticipar el tráfico para el cual se va ha utilizar, lacapacidad de sistema, la disponibilidad del sitio, el rango de cobertura aproporcionar por sistema, las características de propagación local y el ancho debanda a ser usado por la red WLL. En general, cuanto mayor es el ancho debanda disponible, mayor es la capacidad para desplegar la red.
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Características de WLL
El funcionamiento de la tecnología WLL, permite crear una red inalámbrica, la cualprovee a la población de acceso a Internet y servicios de telefonía. Algunascaracterísticas de la tecnología, son:
1. Servicio de voz de alta calidad y transferencia de datos a alta velocidad.
2. Única plataforma de acceso.
3. Disminución en el tiempo de conexión del abonado.
4. Reducción de los costos de implementación, operación y mantenimiento paralos operadores que exploten el servicio.
5. Inmunidad a factor climático, la lluvia no afecta la continuidad y el buenfuncionamiento del servicio.
6. Ahorro en infraestructura física, puesto que se pueden utilizar torres einstalaciones existentes para montar los equipos WLL.
7. Menor cantidad de celdas requeridas respecto al sistema celular al contar conun radio de cobertura mayor.
8. Se pueden evitar cableados extensos en el hogar y en la vía pública.
9. Seguridad, resguarda la privacidad de los datos que transitan por la red.
10. Reducido costo de expansión de la red, diseñado para ser modular, escalable.
11. Crecimiento de la red, de acuerdo a la demanda.
ü WiMAX
El denominado Worldwide Interoperability for Microwave Access Forum es laorganización promotora de esta tecnología, cuya base se fundamenta en elestándar 802.16, el cual se asocia a las características de la interfaz de aire parasistemas fijos de acceso inalámbrico de banda ancha. Esta tecnología se utilizapara proveer accesos en redes metropolitanas (MAN). La ventaja principal de estatecnología se centra en la rapidez de instalación, así como en las velocidades que
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permite alcanzar25. Adicionalmente, el estándar contempla características deseguridad y calidad de servicio, que le permiten soportar servicios de voz y vídeo através de esquemas de multiplexación TDM o sobre el protocolo IP.
A partir de lo anterior, en enero de 2003 fue aprobado el estándar 802.16a, el cualopera en las frecuencias de 2 GHz a 11 GHz, permitiendo el establecimientode conexiones sin la necesidad específica de existencia de línea de vista,que le permite operar a través de obstáculos como árboles y edificaciones. Laconfiguración típica consta de una estación base central ubicada en una torre oedificio que se comunica a través de un esquema punto-multipunto con losdiferentes suscriptores residenciales o de negocios. El rango típico de cubrimientose encuentra entre 4 y 6 millas (6 a 9 Km).
La tecnología WiMAX se utiliza en las siguientes aplicaciones:
• Enlaces de última milla para radio-bases de telefonía móvil.• Prestación de servicios de banda ancha por demanda.• Acceso de banda ancha en áreas urbanas sin infraestructura de cobre.• Acceso de banda ancha en zonas rurales o apartadas.
Al igual que WiFi, WiMAX representa una asociación conformada por proveedoresde equipos basados el estándar 802.16, cuyo objeto se centra en promover suadopción, garantizar la interoperabilidad y fomentar el desarrollo de redes a partirde esta tecnología.
5.5.2.3 Sistema satelital
Los sistemas inalámbricos móviles y fijos siguen siendo costosos para el uso enredes de acceso. Además, la cobertura de áreas grandes con los sistemasinalámbricos necesita un número más alto de estaciones bases y antenas, queademás aumenta los costos de la red. Últimamente, las tasas de datos máximasalcanzadas con WLANs son significativamente más bajas que las tasas de datoscon redes ópticas.
La tercera posibilidad para la realización de las redes de acceso son los sistemasbasados en satélites, utilizadas hoy en día sobre todo para las comunicacionesinterurbanas mundiales. Los satélites de órbita baja de la tierra (LEO: Low EarthOrbit) y de órbita media de la tierra (MEO: Medium Earth Orbit) fuerondesarrollados para el uso del área de acceso de las comunicaciones. Talessistemas implementados en satélites, como el sistema Iridio, deben extender lossistemas celulares existentes en los cuales las estaciones bases son substituidas(o en parte substituidas) por los mismos satélites. Sin embargo, los sistemas de
25 A través de esta tecnología, es posible contar con velocidades compartidas hasta de 75Mbps.
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acceso basados en satélites no proporcionan actualmente buena eficienciaeconómica y algunos proyectos basados en los satélites han sido cancelados osuspendidos recientemente (Iridio).
5.5.3 Uso de la infraestructura existente en el área de acceso
La costosa construcción de nuevas redes de telecomunicaciones se puede evitarcon el uso de la infraestructura existente para la realización de las redes deacceso. En este caso, las redes de cables ya existentes se utilizan para conectar alos suscriptores con las redes de transporte de telecomunicaciones. Las siguientesredes se pueden usar para este propósito:
• Redes clásicas de teléfono.• Redes del cable de TV (CATV).• Redes de energía eléctrica.
5.5.3.1 DSL
Actualmente, las redes clásicas de teléfono son equipadas por DSL (DigitalSubscriber line), sistemas que proporcionan tasas de datos más altas en el áreade acceso; por medio de diferentes técnicas de modulación en un medio de altavelocidad para transmisión digital de datos. ADSL26 es una variante de latecnología DSL, aplicada sobre todo en las redes de acceso. Con la técnica ADSLpuede asegurarse hasta 8 Mbps en la dirección de transmisión de downlink yhasta 640 kbps en uplink bajo condiciones óptimas (longitud, características de latransmisión de las líneas, etc.).
Los suscriptores que usan sistemas de acceso DSL están conectados con unnodo central de conmutación (la subestación telefónica local) conformada sobreuna red en estrella, que permite a cada suscriptor DSL utilizar las tasas de datoscompletas (figura 5.5). Los nodos centrales están conectados generalmente a lared WAN sobre un sistema de distribución usando por ejemplo tecnología detransmisión óptica de alta velocidad.
Para la realización de redes de acceso DSL, es necesario un equipo apropiado enel lado del suscriptor (modem ADSL) así como dentro del nodo central.
Generalmente, los modems ADSL en el lado del suscriptor conectan variosdispositivos de telecomunicaciones con la línea de transmisión. Hoy en día, elservicio de comunicaciones más aplicado usando la técnica DSL es el acceso de
26 ADSL: Asymmetric Digital Subscriber Line ("Línea de Abonado Digital Asimétrica").
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banda ancha a Internet. Sin embargo, hay otras aplicaciones con el servicio detelefonía clásico, como los servicios avanzados que proporcionan la transmisiónde video (TV, video interactivo, etcétera). El nodo central proporciona un númerode modems que conectan los suscriptores individuales a la red de acceso y actúacomo un concentrador, más llamado DSL de acceso multiplexor, conectando alusuario por medio del DSL con la red de comunicaciones WAN.
Figura 5.5 Estructura de una red de acceso DSL.
Así pues, para la realización de redes de acceso basadas en DSL, solamente esnecesario instalar los modems apropiados tanto para el suscriptor como para elnodo central. Sin embargo, en algunos casos hay necesidad de unareconstrucción y de una mejora parcial en las líneas de los suscriptores, si lascaracterísticas físicas de la red no satisfacen los requisitos mínimos para larealización del acceso DSL. Las tasas de datos máximos en sistemas DSLdependen de la longitud de las líneas hacia los suscriptores y de suscaracterísticas de transmisión. La tabla 5.1 presenta una descripción de diversastécnicas DSL y de sus características.
Los operadores de este servicio ofrecen normalmente conexión de banda ancha através de tecnología ADSL, dando la posibilidad de acceder a través delmismo medio físico a Internet de alta velocidad y al servicio telefónicosimultáneamente. Además de lo anterior, su principal característica es laasimetría, teniendo diferente velocidad de conexión para recibir y transmitirinformación de Internet, lo cual la hace óptima para la prestación del servicioresidencial, teniendo en cuenta que para este tipo de usuarios la información querequieren bajar es mucho mayor que la que se requiere enviar.
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ü ADSL
Asymetric Digital Suscriber Line, es una de las variantes de xDSL, tecnologíaque a través del bucle de abonado, permite establecer conexiones de bandaancha a redes de datos. Esta permite conectarse a Internet a velocidades másaltas que las de un modem estándar de 56 kbps. Videoconferencia, transmisión devídeo, transferencia de archivos, voz, tele vigilancia, las posibilidades semultiplican. Las características más importantes de esta tecnología son la altavelocidad que soporta y la posibilidad de efectuar llamadas telefónicas mientras seestá utilizando el servicio de Internet.
Tabla 5.1 Características de los sistemas xDSL.
Siglas Nombre Tasa de datos ModoDistanciamáxima
(Km)
Número depares de
conductoresDSL Digital subscriber line 160 kbps Dúplex 6 Uno
DSL High-data-rate DSL 1.544 Mbps2.048 Mbps Dúplex 4 Dos, tres
SDSL Single-line DSL 1.544 Mbps 2.048Mbps Dúplex 3 Uno
ADSL Asymmetric DSL 1.5 a 6.144 Mbps16 a 640 kbps
DownlinkUplink
4 a 6 Uno
RADSL Rate-adaptive DSL Tasa adaptable aADSL
DownlinkUplink 4 a 6 Uno
VDSL Very-high-datarateDSL
13 a 52 Mbps1.5 a 2.3 Mbps
DownlinkUplink 0.3 a 1.5 Uno
(A)DSLélite (o
UADSL)
ADSL Lite orUniversal ADSL
1.5 Mbps512 kbps
DownlinkUplink 6 Uno
ADSL, es una tecnología que utiliza la infraestructura de telefonía que seencuentra operativa en una ciudad. Al incorporarla se puede proveer de serviciosde banda ancha a los clientes. Esto posibilita reutilizar las redes de telefonía parabrindar servicio de Internet de alta velocidad y con conexión permanente.
Inicialmente, las redes de telefonía se desarrollaron pensando sólo en latransmisión de voz, luego comenzaron a ser utilizadas para la transmisión de voz,datos, imágenes y video. Esto trajo consigo, una saturación de los mediostradicionales de comunicación y por ende, una lentitud en el sistema decomunicaciones. La tecnología ADSL, permite crear en las líneas convencionalesde telefonía una segunda vía, de mayor capacidad de ancho de banda, para serutilizada para los altos requerimientos de transmisión de datos.
El cable telefónico normal, basado en el par de cobre, ofrece una velocidadmáxima de 56 kbps. Con ADSL, la velocidad puede subir hasta 8 Mbps dedownstream y máximo 1 Mbps de upstream. Este gran aumento de velocidad seobtiene gracias a dos modem especiales ubicados a ambos lados de la línea
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telefónica. Estos aparatos se comunican entre sí, cambiando la frecuencia pordonde la señal es enviada, logrando evitar las interferencias propias de las líneastelefónicas de cobre. Un modem dotado con la tecnología ADSL transforma laslíneas telefónicas convencionales en líneas de alta velocidad con conexiónpermanente. Por eso, la línea telefónica puede gestionar tal cantidad de datos. Elenvío y recepción de datos se realiza desde el computador mediante el modemADSL. Los datos son filtrados por un dispositivo llamado splitter, cuya función espermitir el uso del servicio telefónico básico y el servicio ADSL, en pocas palabras,hablar por teléfono y navegar por Internet, todo al mismo tiempo. Esto se consiguegracias a técnicas de codificación digital que aumentan el rendimiento delcableado telefónico. La velocidad de transmisión de datos viene dada por elestablecimiento de tres canales independientes sobre la línea telefónicaconvencional; dos de los canales son de alta velocidad y permiten la recepción yenvío de datos respectivamente, uno de ellos posee mayor ancho de banda que elotro; el tercero establece la comunicación normal de voz.
La asimetría que presentan los canales de envío y recepción de datos es debida aque cuando se navega por Internet, el volumen de datos que recibe el computadores superior comparado con el que emite. Dicha característica es la que le danombre al servicio ADSL.
La frecuencia representa el número de ocurrencias que un suceso se repite en unintervalo de tiempo y es la inversa del tiempo. Al conocer esta relación, se permiteconvertir una gráfica en función del tiempo en una gráfica en función de lafrecuencia. Esta representación en frecuencia recibe el nombre de espectro defrecuencia. Si el intervalo de tiempo considerado es el segundo, la frecuencia semide en hercios (Hz).
En comunicaciones, la norma habitual es hablar de frecuencias y no de tiempos,por ejemplo, el teléfono de casa transmite entre 300 Hz y 3400 Hz. Esto estambién el intervalo usado por un modem convencional. ¿Pero qué ocurre en elcaso de ADSL? Como se ha limitado la distancia entre los modem ADSLcolocados en la central telefónica y el hogar, en ADSL se utilizan frecuencias de1MHz e incluso superiores. La velocidad de transmisión de datos se incrementacon el aumento de la frecuencia.
En el caso de ADSL, el aumento de frecuencia es de alrededor de 300 veces más,es por ello que la mejora tiende a ser muy notable. La zona de baja frecuencia sereserva para telefonía básica y esto es lo que permite separar entre voz y datos,mientras que con un modem análogo convencional utiliza la misma zona. Por lotanto, lo que se ha hecho es reducir la distancia y esto ha permitido aumentar lafrecuencia de trabajo. El intercambio en este caso es muy rentable por que losusuarios se encuentran cerca de la central. ADSL utiliza una técnica llamada DMT(Multi Tono Discreto) que divide el ancho de banda utilizado en sub-canales. EnADSL se suelen utilizar 256 sub-canales que son resultado de dividir el ancho debanda disponible, 1 MHz, en sub-canales de 4 kHz. En el proceso de iniciación el
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modem DMT testea cada sub-canal para determinar la calidad de transmisión yposteriormente de acuerdo con los resultados enviará más o menos datos a travésde él. En teoría cada canal puede transportar hasta 60 kbps, por lo quemultiplicando esta cifra por los 256 canales se obtendría 15 Mbps, pero en lapráctica esto se reduce entre 1,5 Mbps y 8 Mbps, por la existencia de ruido einterferencia en las líneas.
Para permitir el uso simultáneo de la conexión de datos ADSL y el serviciotelefónico básico de voz, es necesario colocar un pequeño dispositivo que permitadiscriminar las frecuencias de banda telefónica y ADSL, este dispositivo actúa defiltro separador de los dos servicios para que no interfieran uno con el otro. Losfiltros separadores, deben colocarse necesariamente en los dos extremos de lalínea telefónica, uno en el lado de la central y el otro en el domicilio del usuario. Elfiltro en el lado de la central, es instalado por la compañía de telefonía cuando lalínea se define como prestadora de servicio ADSL, por el contrario el filtro en lavivienda admite dos alternativas:
1. Colocar el filtro a la entrada de la instalación existente (instalación con splitter).2. Colocar un filtro en cada uno de los teléfonos conectados.
El splitter no es más que un filtro que separa las frecuencias por dónde transitarála voz y los datos. Se reservan frecuencias hasta los 25 kHz para el canal de voz yno hasta los 3,4 kHz, como medida de protección frente a interferencias. Desdelos 25 kHz a 1 MHz, se utilizan estas frecuencias como canales para el envío yrecepción de datos. En una instalación con splitter, éste se coloca después delPTR (punto de terminación de red) de la compañía de telefonía, normalmente enla entrada de la vivienda. La instalación telefónica existente no se modifica, sinembargo debe realizarse una ampliación del cableado, desde el splitter hastadonde esté situado el computador.
Los microfiltros realizan la función contraria al splitter, filtrando los datos en lasconexiones telefónicas, siendo igual de efectivos. El número máximo demicrofiltros está limitado a 3 unidades, por lo que sólo se pueden tener tresaparatos telefónicos instalados en el domicilio simultáneamente. La solución conmicrofiltros es más económica que la solución con splitter, por los motivossiguientes:
• No requiere instalación del splitter, que debe realizarlo un instalador.• No se necesita ampliación de cableado.
Sin embargo, la instalación con splitter es más fiable y con menos posibilidad deruidos que la instalación con microfiltros, principalmente porque un mal contactoen la toma de los teléfonos afecta la conexión del ordenador, pero con una buenainstalación no debe presentar ningún problema.
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Características de un modem ADSL
El funcionamiento de un modem ADSL, es muy diferente al funcionamiento de unmodem análogo estándar, lo cual explica cómo es posible lograr altas velocidadesde transmisión de datos. El funcionamiento de la electrónica a alta frecuencia,genera un nivel de temperatura muy perceptible, cosa que no ocurre con unmodem análogo. Algunas características de un modem ADSL, son:
1. Puede ser operativo en su mayor capacidad, siempre y cuando la distanciaentre la central telefónica y el abonado no supere los 5 kilómetros de distancia,esto es por la interferencia que genera un tendido de cable de telefonía, máslargo.
2. Utiliza un ancho de banda de 1 MHz o incluso más al operar únicamente en elbucle de abonado, que es una línea dedicada a la comunicación.
3. Trabaja en las bandas de frecuencia que se encuentran por encima de lasutilizadas por el sistema telefónico tradicional, por ello es capaz de transportarvoz y datos simultáneamente sobre el mismo medio físico.
4. Requiere que la central telefónica sea digital.
5. Evita realizar una llamada telefónica para activar el servicio. El sistemasiempre se encuentra activado y monitoreando los requerimientos de envío yrecepción de datos.
6. Permite los siguientes modos de transmisión:
• Simplex: sólo en una dirección.• Half-duplex: es bidireccional pero sólo uno de los extremos puede enviar
información en un instante dado.• Full-duplex: bidireccional, ambos extremos pueden transmitir a la vez.
7. Reutiliza el cableado telefónico de la ciudad.
8. Rompe el esquema de horarios de conexión. El servicio siempre estádisponible las 24 horas del día. La conexión permanente disfruta de tarifaplana, independiente del número de horas que esté navegando el usuario.
9. Uso exclusivo del ancho de banda entre el usuario y el ISP. El ancho de bandaque se ofrece no es compartido, es exclusivo para el uso de cada abonado;cuando el ancho de banda es compartido, el desempeño y prestaciones delservicio decaen, a medida que el número de usuarios que accedensimultáneamente sobre ese medio compartido aumenta.
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10. Permite explotar servicios y aplicaciones que requieren una conexiónpermanentemente y a alta velocidad, algunos ejemplos de estas aplicacionesson:
• Videoconferencia, televisión.• Juegos multiusuario en red.• Educación.• Servicios de tele vigilancia.
5.5.3.2 ISDN/RDSI
RDSI, son las siglas de "Red Digital de Servicios Integrados". También es comúnreferirse a esta red con el término ISDN (Integrated Services Digital Network). LaRDSI (o ISDN) es un protocolo estándar de red de comunicaciones, quecontempla tanto las comunicaciones de voz, como las de datos, transmitiendoambas en formato digital y a distintas velocidades, según el tipo de línea RDSI,todas ellas más rápidas y seguras que la línea analógica convencional de teléfonoPSTN (RTB). ISDN es un complejo sistema de procesamiento de llamadas quepermiten transportar por la red telefónica voz y datos al mismo tiempo.
RDSI es totalmente digital, lo que permite transportar voz y datos (textos, gráficas,videoconferencia) todo desde una única interfaz de red. Las ventajas mássobresalientes que tiene con respecto a las conexiones tradicionales por modemconocidas son la velocidad y confiabilidad de la conexión. Usando RDSI sepueden lograr velocidades desde los 64 kbps. Toda línea RDSI tiene al menos uncanal denominado B y otro canal denominado D o de señalización. Los canales Bson aquellos que transportan en cada caso la voz o los datos. Los canales B,siempre son de una velocidad de 64 kbps. Los canales D, también llamadoscanales de señalización, son aquellos que sirven para dialogar y sincronizar lacentral pública con los equipos de abonado, tienen un ancho mínimo de 16 kbps,y pueden llegar a tener hasta 64 kbps, según el tipo de línea RDSI de que setrate.
Existen en el mercado los siguientes tipos de líneas RDSI:
• Acceso Básico, también denominado T0, está compuesto por 2 canales B de64kbps y un canal D de 16kbps, lo que hacen un total de 144kbps. Este serviciobásico está pensado para satisfacer las necesidades de la mayoría de losusuarios de hogar.
• Acceso Primario, también denominado T2, está compuesto por 30 canales B de64kbps y un canal D de 64kbps (para equipos europeos) lo que da un total de1.984kbps. En Estados Unidos, un servicio RDSI está formado por 23 canalesB, además de un canal D a 64kbps, lo que hace un total de 1.536kbps.
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Los canales H, proporcionan una manera de agregar canales B. Sonimplementados del siguiente modo: H0 = 384kbps, (6 canales B) H10 = 1.472kbps,(23 canales B) H11 = 1.536kbps, (24 canales B) H12 = 1.920kbps, (30 canales B)Para tener acceso a un servicio T0 es necesario contratar una línea telefónicaRDSI. Los usuarios también necesitarán un equipo especial terminal para poderhabilitar la comunicación con la compañía telefónica o con otros terminales RDSI.Como ya se ha dicho, la RDSI está formada por canales de comunicación digital a64kbps, pero para las comunicaciones se necesita algo más, ya que es necesariocontrolar la comunicación. Es necesario poder llamar y colgar. Para estasfunciones de control se utiliza un canal aparte, el canal de señalización; medianteeste canal, con un protocolo de mensajes, se inician y terminan las llamadas y serealizan todas las funciones típicas disponibles en las líneas telefónicas modernas(las líneas RDSI las conservan), como las funciones de retención de llamada,conferencia a tres, redirección de llamada.
Las compañías telefónicas ofrecen dos tipos fundamentales de líneas RDSI, laslíneas básicas (T0) y las líneas primarias (T2). Una línea T0 consiste en un cablede dos o de cuatro hilos, dos son para la transmisión y los dos hilos opcionales seutilizan para proporcionar alimentación eléctrica al terminal NT127. Sobre estecable se multiplexan dos canales B y un canal D (figura 5.6), lo que da unavelocidad total de 144kbps (64 * 2 canales B + 16 * 1 canal D = 144kbps). Unalínea T2 puede ser un cable coaxial o de fibra óptica sobre el que se multiplexan30 canales B y un canal D a 64kbps, lo que da una velocidad total de 1.984kbps.
En el lado del abonado, la línea T0 finaliza en un terminal NT1, dispositivo que enesencia, es un modem; este aparato tiene un terminal de salida de 4 líneasllamado BUS S/T, al cual se pueden conectar los equipos terminales (teléfono /fax, RDSI, ordenador) o un terminal NT228, que es un multiplexor que permitetener conectados varios equipos terminales a un mismo terminal NT1. Una líneaT2, en cambio, se conecta a una central PBX29 que dispone de interfaces para laconexión de terminales NT2.
El desarrollo del RDSI plantea dos problemas, el primero es la ya mencionadanecesidad de mantener la compatibilidad con los equipos telefónicos existentes yel segundo es que como se trata de una creación muy reciente, existen muchosaspectos que todavía no están adecuadamente estandarizados. Como se señaló,en Europa y EE.UU, la velocidad a la que trabajan los canales digitales de voz esdiferente, lo que supone que la RDSI también irá a velocidad diferente. Por si estofuera poco, el protocolo utilizado en el canal de señalización también es diferente
27 Terminación de Red 1. Localizado en casa del abonado es el responsable de ejecutar funcionesde bajo nivel. Presenta el final de la conexión física que monitoriza el acceso a la red.28 Terminación de Red 2. Equipo de usuario que realiza las funciones de adaptación a los distintosmedios físicos, así como de la señalización y multiplexación del tráfico. Por ejemplo, una centralitaPBX.29 Private Branch Exchange. Una PBX es una central telefónica, que se encarga de establecerconexiones entre terminales (teléfonos) o de cursar llamadas a otras PBX.
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a cada lado del Atlántico. Esto significa que los equipos de conexión de redeuropeos y americanos son diferentes e incompatibles; es decir, que antes decomprar un equipo, el usuario debe asegurarse de qué funcionará con suinstalación telefónica.
Figura 5.6 Estructura de una red de acceso ISDN.
Características de ISDN/RDSI
El funcionamiento de la tecnología RDSI, permite utilizar la red de telefonía públicaexistente y obtener servicios adicionales. Algunas características de la tecnologíaRDSI, son:
1. Rapidez de instalación y configuración.
2. Asignación de un número IP dinámico al computador.
3. Utilización de cobro de servicio tarifa plana.
4. Permite velocidades de conexión desde 64 kbps.
5. Servicio de telefonía disponible mientras se utiliza servicio de Internet.
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5.5.3.3 Cable Modem
Las redes CATV30 se diseñan para la difusión de programas de TV a los hogares,pero también se utilizan para la realización de otros servicios detelecomunicaciones. En algunas regiones, las redes CATV están extensamentedisponibles y conectan un número muy grande de usuarios. También, la técnicadel cableado usada para la infraestructura CATV tiene que asegurar tasas dedatos altas para proveer buena calidad en la transmisión de los múltiples canalesde TV; por lo tanto, las redes CATV también pueden ser una solución alternativapara la realización de las redes de acceso. Los sistemas de acceso construidassobre la red CATV ofrecen hasta 50 Mbps en descarga (downlink) y hasta 5 Mbpsen la dirección de transmisión de subida (uplink). Sin embargo, en promedio haycerca de 600 suscriptores conectados con una red de acceso CATV que tienenque compartir la capacidad en común de la red - medio compartido (figura 5.7).
Los suscriptores de una red de acceso CATV están conectados con un nodocentral, similar a las redes de acceso DSL. Los modems apropiados, llamadoscable modems, también se necesitan en el suscriptor y en el lado del nodo central.Los suscriptores de un sistema CATV equipado para servir como red de accesogeneral también puede utilizar varios servicios de la comunicación. Sin embargo,dentro de la red se encuentran amplificadores que funcionan solamente en ladirección de descarga (downlink), porque el propósito original de las redes CATVes transmitir señales de TV de una antena central a los suscriptores. Por lo tanto,los amplificadores tienen que ser modificados para funcionar en ambasdirecciones de transmisión, permitiendo una transmisión de datos bidireccional,que es necesaria para la realización de redes de acceso.
El cable modem es un dispositivo que permite el acceso a alta velocidad a Internetsobre una red de televisión por cable. Mientras que es similar en algunos aspectosa un modem análogo, un cable modem es más potenciado que un modem análogotradicional, ya que es más rápido. El cable modem opera sobre una red híbrida defibra óptica y cable coaxial (redes HFC31), proporcionando al usuario una velocidadde transmisión hasta 50 Mbps. La tecnología cable modem, brinda servicios comoel acceso a Internet, el acceso remoto a una LAN, enseñanza en aulas virtuales ymuchos otros servicios más. El cable modem utiliza la misma línea para decenasde usuarios y cuantos más usuarios se conecten a la misma línea, la capacidaddisponible de ancho de banda disminuye. Aunque el cable modem, puede utilizarvelocidades superiores, la velocidad de los servidores de Internet, los retardos dela red y las limitaciones de los terminales de los usuarios, restringe la tasa detransferencia para que no sobrepase los 2 Mbps.
30 CATV: Redes de televisión por cable, utilizan el Cable módem para el acceso a Internet.31 Topología de red, en la cual existen tramos de fibra óptica y tramos de cable coaxial.
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Figura 5.7 Estructura de una red de acceso CATV.
La configuración típica es un canal de datos downstream en lugar de uno de loscanales de 6 MHz en TV, ocupando el espectro por encima de los 50 MHz (ycercano a los 550 MHz) y un canal upstream ubicado en la banda que no se utilizaentre 5 MHz y 50 MHz.
Utilizando una codificación, el canal de bajada puede transmitir hasta 30Mbps(generalmente se transmite a 10Mbps para computadores asociados a algunaconexión Ethernet). La tasa de transferencia del canal de upstream varíadependiendo del operador. El canal de bajada es continuo, la información sedivide en celdas que llevan la dirección de destino, el canal de subida requiere unmecanismo de control de acceso al medio ya que hay más de un usuarioutilizándolo, algunos sistemas dividen el canal en bandas de frecuenciaindividuales para cada usuario. El cable modem opera sobre redes HFC instaladasdesde la ONU (Optical Network Unit) y el terminal de los usuarios y puede haberhasta 100 usuarios por línea, habitualmente estas ramificaciones de cable coaxialnecesitan amplificadores bidireccionales. La tecnología cable modem multiplexahasta 100 usuarios por línea de cable coaxial, por lo tanto si una línea de cablecoaxial queda inutilizada todos los usuarios que estén conectados a dicha líneaquedarán sin servicio. En cuanto a la calidad de servicio, el primer usuario de unalínea de cable modem tendrá un servicio excelente, pero por cada usuarioadicional en la línea, el ancho de banda disminuye.
Más allá de la modulación y demodulación, un cable modem incorpora muchascaracterísticas necesarias para ampliar las comunicaciones de banda ancha a lasredes WAN (Wide Area Network). La capa de red se elige como IP (InternetProtocol) para apoyar los servicios de Internet y del World Wide Web. La capa de
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transmisión de datos abarca tres subcapas: subcapa de Control de Enlace Lógico,subcapa de Seguridad de Acoplamiento, que se conforma con los requisitos de laseguridady subcapa de Control de Acceso al Medio, conveniente para lasoperaciones de sistema del cable (figura 5.8). El formato actual del marco deoperación de una red de cable modem, es muy similar al funcionamiento de unared Ethernet, ya que en él se identifican canales para el envío de datos y canalespara la recepción de datos. Mientras que el número de suscriptores aumenta, unoperador de cable puede agregar más canales de transmisión de datos y canalespara la recepción de datos, para brindar un mejor desempeño a la exigencia que ledemandan los clientes al ancho de banda. De esta manera, el crecimiento de lasnuevas redes de datos de cable se puede manejar de igual forma que elcrecimiento de una red Ethernet dentro de un ambiente corporativo. Los requisitosde la subcapa de Seguridad de Acoplamiento se pueden definir como:
1. Interfaz de aislamiento de la línea de fondo (BPI - Baseline Privacy Interface).2. Interfaz de sistema de seguridad (SSI – Security System Interface).3. Interfaz desprendible del módulo de seguridad (RSMI – Received Security
Module Interface).
Figura 5.8 Características de ampliación de cobertura con cable modem.
La BPI provee a los usuarios de cable modem el aislamiento de datos a través dela red de cable cifrando el tráfico de los datos entre el usuario y la central. Laayuda operacional proporcionada, permite que un servidor, tras identificar aldispositivo cable modem, verifique si el suscriptor ha pagado por el uso delservicio y de tal modo autorice el acceso del suscriptor a los servicios de red de
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datos. Así, el aislamiento y los requisitos de la seguridad protegen al usuario y alos datos, a la vez que previenen el hurto de los servicios de los datos del cable.
Antes de poder usar Internet por cable, el operador de servicio debe habilitar elequipo que maneja a los usuarios para comunicación de datos en ambasdirecciones y establecer canales de acceso a la red.
En algunas áreas donde la transmisión bidireccional no es viable, se puededisponer el bajar datos por el cable y subir datos por un modem de 56kbps víalínea telefónica. El rendimiento total en un segmento de cable puede llegar hasta27Mbps y es compartido por todos los subscriptores de un sector cercano a unared local.
Los cable modems (CM) y el Cable Modem Termination System (CMTS) dediferentes proveedores pueden operar en la misma red, utilizando el estándarDOCSIS32. En este modelo, un cable modem es autorizado por el CMTS parautilizar la red y lo configura de acuerdo a los parámetros que son pasados a estedesde el Head End33. Cuando un cable modem es encendido, éste sigue uno dedos escenarios. Si está autentificado en la red por primera vez (o la configuraciónha cambiado), el cable modem automáticamente busca la frecuencia del espectrode recepción de datos. Si el cable modem permite el acceso previamente a la red,éste inmediatamente afinará el canal de recepción de datos (la frecuencia de lasesión anterior está almacenada). Una vez que el cable modem encuentra la señalde datos, éste espera el mensaje que contiene los parámetros básicos para elcanal de envío de datos (frecuencia, modulación, rango, índice distintivo). El cablemodem entonces transmite un mensaje al CMTS solicitando información adicionalque lo habilitará para conectarse a la red.
A través de una serie de mensajes e interacciones, el cable modem establece unaconectividad IP utilizando DHCP o direccionamiento dinámico y entonces recibeun archivo vía FTP (File Transfer Protocol) que tiene parámetros adicionales queel cable modem necesita para configurarse. Luego que el CM está configurado, seregistra con el CMTS y es autorizado para el uso de la red. En cuanto el cablemodem ha sido configurado y autorizado, éste puede utilizar la red con lascaracterísticas estándar de una red Ethernet. El software OSS (OperationsSupport System) que se encuentra en el CMTS se comunica con todos los cablemodem y tiene la capacidad de reconfigurarlos para el uso de distintos canales,cambiar sus parámetros y deshabilitarlos en el uso de la red.
32 Data Over Cable Service Interface Specification (DOCSIS). Una red DOCSIS, provee detransferencia bidireccional de tráfico de Internet, a través de protocolo IP, entre un sistema decable módem o cabecera y otros cable módem existentes en la red HFC.33 Cabecera de control de la red de televisión por cable.
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Características de un Cable Modem
El funcionamiento de la tecnología cable modem, permite utilizar la red detelevisión por cable para ofrecer servicios de acceso a Internet. Algunascaracterísticas de la tecnología son:
1. Flexibilidad, trabaja en computadores de escritorio, portátiles, Macs,Workstations.
2. Soporte de servicios multiusuario, ideal para redes en el hogar.
3. Instalación y configuración sencilla.
4. Cobro del servicio tarifa plana.
5. Medio de comunicación resistente a la interferencia.
6. Requiere sólo el aparato cable modem y ningún otro dispositivo adicional.
7. Soporta aplicaciones de banda ancha.
8. Asigna un número IP dinámico al computador.
5.5.3.4 PLC
Las redes de teléfono pertenecen generalmente a compañías privadas(operadores) y esto es una gran desventaja para que los nuevos operadores dered los utilicen para ofrecer servicios como ADSL; a menudo el caso es igual conlas redes CATV. Además, las redes CATV deben llenar los requisitos de latransmisión bidireccional con un acondicionamiento especial, que da lugar acostos adicionales.
En algunos casos, las líneas hacia el suscriptor tienen que ser modificadas paraasegurar el uso de la tecnología DSL, lo que también aumenta el costo. Debido aestas razones, el uso de los sistemas de energía eléctrica para la transmisión dedatos se acondiciona para dar una solución alternativa en la realización de redesde acceso. Sin embargo la tecnología PLC, debe proporcionar una solucióneconómicamente eficiente y ofrecer una gama amplia y variable de servicios detelecomunicaciones con cierta calidad, para poder competir con otras tecnologíasde acceso. Por consiguiente, es necesario tener referencias prácticas de latecnología, como puede ser sus condiciones para la utilización de lainfraestructura eléctrica, datos reales de tasa de transferencia y un estudiorelacionado con el tema en Colombia.
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PLC permite la utilización de la infraestructura de energía eléctrica para el envío yrecepción de señales de telecomunicaciones34. En sus desarrollos más recientes,esta tecnología permite altas velocidades de transmisión y comunicaciones debanda ancha a través de estas redes eléctricas, en sistemas de distribución debaja y media tensión.
Características de PLC
El funcionamiento de la tecnología PLC, permite utilizar la red de energía eléctricapara ofrecer servicios de acceso a Internet. Algunas características de latecnología son:
1. Posibilidad de insertarse en áreas de baja densidad de población, dónde no sedispone de acceso a banda ancha ni a tecnologías convencionales.
2. El acceso desde cualquier habitación dentro de un edificio con aplicacionesmúltiples: servicios de internet, aprendizaje a distancia, mantenimiento remoto,vigilancia a distancia, video conferencias, etc.
3. Flexibilidad en el manejo en puntos de acceso de usuarios (incremento delnúmero de usuarios, cambios en los servicios necesarios, ubicación geográfica,etcétera).
4. Integración con las infraestructuras de comunicación existentes (fibra óptica yotros).
5. Sistema de banda ancha que garantiza la confidencialidad en el intercambio deinformación.
6. Facilidad y velocidad de instalación.
7. Optimización del costo de implementación y uso.
8. Cobro del servicio tarifa plana.
En el siguiente capítulo, se trata el medio de acceso a las redes detelecomunicaciones con tecnología PLC, con la cual se busca acercar aún más latecnología de comunicaciones a las personas.
34 Fuente: The Powerline Communications Association- www.plca.net.
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6. PLC EN EL ÁREA DE ACCESO DE LAS TELECOMUNICACIONES
6.1 SISTEMAS DE COMUNICACIÓN POR LA RED DE ENERGÍA ELÉCTRICA
6.1.1 Apreciación Histórica
Como se ha mencionado, PLC es el uso de las redes de energía eléctrica para lospropósitos de las telecomunicaciones. En este caso, las redes de distribucióneléctricas se utilizan no sólo para la de transmisión de energía, sino también parala transferencia de datos de servicios de telecomunicaciones. La idea principaldetrás de PLC es la reducción de costos en la construcción de nuevas redes detelecomunicaciones.
Las redes de energía eléctrica de alta o media tensión se podrían utilizar parahacer un enlace distante, evitando construir una red de comunicaciones, pero enla actualidad esta tecnología se emplea para baja tensión. Las redes de energíaeléctrica de baja tensión están disponibles en cualquier lugar del mundo, en unnúmero muy grande de hogares y se pueden utilizar para la realización de lasredes de acceso PLC, para cubrir las telecomunicaciones de última milla (lastmile). PLC tiene aplicaciones para redes internas de edificios o casas, en dondesu instalación eléctrica se utiliza como medio de comunicación entre aparatos deluso común.
El uso de las redes de energía eléctrica en telecomunicaciones se ha conocidodesde el principio del vigésimo siglo. Los primeros sistemas de frecuenciaportadora (CFS)35 habían funcionado en redes eléctricas de alta tensión quepodían atravesar distancias de más de 500 kilómetros usando una señal detransmisión de 10-W de energía36; tales sistemas se han utilizado para lascomunicaciones internas en utilidades eléctricas y tareas de medida y control enlugares alejados. También, se han transmitido datos por las redes eléctricas demedia y baja tensión. El sistema RCS (Ripple Carrier Signaling) se ha aplicado alas redes de media y baja tensión para la realización de control de carga ensistemas de energía eléctrica.
Las redes eléctricas internas se han utilizado sobre todo para la realización devarios servicios de automatización. El uso de los sistemas PLC en el hogar haceposible el control de numerosos dispositivos eléctricos dentro de un edificio o deuna casa privada desde una posición central de control sin la necesidad de la
35 CFS: Carrier Frequency Systems (http://plugtek.com/powerline-communication-intro.shtml).36 K. Dostert, Telecommunications over the Power Distribution Grid – Possibilities and Limitations,IIR-Powerline 6/97, Germany, 1997.
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instalación de una red de comunicaciones. Los sistemas típicos de automatizaciónbasados en PLC, se utilizan para hacer más agradable, seguro y confiable elambiente en el hogar, con cámaras de seguridad, con supervisión de los aparatosde calefacción en lugares remotos, control de luces, etc.
6.1.2 Redes de energía eléctrica
El sistema de energía eléctrica está conformado por tres niveles de tensión, loscuales se pueden utilizar como medio de transmisión para la construcción deredes PLC (figura 6.1):
• Nivel de transmisión: con una tensión de trabajo entre 138kV y 1000kV (altatensión), la estructura de la red es enmallada o en anillos, para permitir latransferencia de energía eléctrica entre los diferentes puntos de generación ylos puntos de carga; así como la transferencia de energía a otros sistemasinterconectados. Generalmente las redes atraviesan largas distancias,permitiendo el intercambio de energía eléctrica dentro de un continente.
Figura 6.1 Estructura de una red de energía eléctrica.
• Nivel de subtransmisión: con una tensión de trabajo entre 13,2kV y 138kV(media tensión), reciben la energía directamente de la central de generación ode las subestaciones de potencia, normalmente la topología es radial, más no
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siempre; proveen a grandes ciudades y clientes industriales o comerciales. Lasdistancias atravesadas son perceptiblemente más cortas que en las redes dealta tensión.
• Nivel de distribución: tensión primaria de alimentación: 2.3 kV – 13.2 kV; tensiónsecundaria de consumo: 120 – 240 – 380 V (baja tensión), la operación normales radial; provee a usuarios como clientes individuales o como solos usuariosde un cliente más grande. Su longitud generalmente alcanza algunos cientos demetros. En áreas urbanas, se pueden encontrar redes de baja tensión concables subterráneos, mientras que en áreas rurales generalmente seencuentran como redes aéreas.
Las instalaciones eléctricas en el hogar pertenecen al nivel de distribución de bajatensión. Además de esto, las instalaciones internas generalmente son propiedadde los usuarios. Están conectadas con la red de energía a través de una distanciarelativamente corta. Por otra parte, el resto de la red de baja tensión (al aire libre oantes del contador) pertenece a la empresa de energía eléctrica. Las redes debaja tensión alimentan un número muy grande de clientes; por lo tanto, el uso dela tecnología PLC en las redes de baja tensión tiene una buena perspectivarespecto al número de clientes conectados. Por otra parte, las redes de bajatensión cubren los últimos centenares de metros entre los clientes y la unidad deltransformador y ofrecen una solución alternativa usando la tecnología PLC para larealización del área del acceso de las telecomunicaciones en última milla.
6.1.3 Estándares (normas)
Las normas europeas dadas por el CENELEC (EN 50065), han proporcionado unespectro de frecuencia de 9 kHz a 140 kHz para las comunicaciones por la red deenergía eléctrica (Tabla 6.1). La norma europea de CENELEC se diferencianotoriamente de las normas americanas y japonesas, ya que éstas especificanuna gama de frecuencia hasta 500 kHz para el uso de los servicios PLC.
Tabla 6.1 Especificaciones por el CENELEC de las bandas en frecuencia para PLC.
Banda Rango de frecuencia(kHz)
Amplitud máxima detransmisión (V) Uso
A 9 - 95 10 Aplicaciones de controlen energía eléctrica
B 95 – 125 1.2 HogarC 125 – 140 1.2 Hogar
La norma CENELEC hace posible tasas de datos sobre los mil bits por segundo,que es suficiente sólo para algunas funciones medidoras (control de carga parauna red eléctrica, lectura alejada de una medida, etc.), la transmisión de datos con
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tasas de bits muy bajas y la realización de un número pequeño de canales detransmisión para conexiones de voz. Sin embargo, para el uso en redes detelecomunicaciones modernas, los sistemas PLC tienen que proporcionar tasas dedatos mucho más altas (más allá de los 2 Mbps). Solamente en este caso, lasredes PLC pueden competir con las otras tecnologías de comunicaciones,especialmente en el área de acceso (Sección 5.5).
Para obtener tasas de transferencia de datos más altas, los sistemas detransmisión PLC deben operar en un espectro más amplio de frecuencia (sobre los1.5 MHz). Sin embargo, no hay normas que especifiquen la operación de lossistemas PLC fuera de las bandas de frecuencia definidas por la norma deCENELEC. Actualmente, hay varias asociaciones que intentan establecer unaestandarización para la transmisión de banda ancha PLC por las redes de energíaeléctrica, tales como:
• PLCforum [PLCforum] es una organización internacional con autoridad paraunificar y representar los intereses de los inversionistas de PLC sobre todo elmundo. Hay más de 50 miembros en el PLCforum; compañías fabricantes,aplicaciones de control en energía eléctrica, operadores de red, organizacionesde investigación, etc. PLCforum se organiza en cuatro grupos de trabajo:tecnología, regulación, comercialización y un grupo de trabajo interno.
• La alianza de HomePlug Powerline [HomePlug], conformada para establecerforos sobre la creación de normas que autoricen especificaciones abiertas enproductos caseros de alta velocidad y los servicios que podría establecer unared PLC. HomePlug se concentra en soluciones PLC en el hogar y tambiéntrabaja cerca de PLCforum.
En las actividades de estandarización para la tecnología de banda ancha PLCtambién se incluye el trabajo del instituto europeo de estandarización en lastelecomunicaciones (ETSI)37 y CENELEC.
En España las tres grandes electrificadoras Endesa, Iberdrola y Unión FENOSA,operan con PLC bajo la licencia C1 para explotar sus redes, concedida por laComisión del Mercado de las Telecomunicaciones, ya que inicialmente sólocontaban con una autorización provisional.
La regulación (estandarización) en Colombia38, sobre servicios detelecomunicaciones está separada de la regulación sobre servicios de energíaeléctrica, por lo cual para cada uno de estos existe un órgano regulatorio. En elcaso del servicio de Internet que está clasificado dentro de los servicios de valoragregado, su regulación está dada por el Decreto Ley 1900 de 1990 y el Decreto
37 ETSI: European Telecommunications Standards Institute.38 RAMOS, Zoila R., Documento “Análisis técnico y regulatorio de la Interconexión de Redes deTelecomunicaciones” Colombia 2002.
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reglamentario de este, el 1794 de1991. En lo relacionado con energía eléctrica,por ser un servicio domiciliario, su reglamentación se basa en la ley 142 de 1994 ysu decreto reglamentario 143 de 1994.
La regulación en materia de interconexión de redes de telecomunicaciones se hacentrado en la Comisión de Regulación de Telecomunicaciones CRT, aplicando surégimen a los operadores y servicios de PSTN; a las redes y la infraestructuraindispensables para la prestación de estos servicios; a los usuarios de los mismosservicios y en general a las personas que presten servicios de PSTN. Aunque laLey 37 de 1993 da unas directrices sobre interconexión a los operadores de TMC,para la interconexión con la PSTN debe regirse con la Resolución 087/97modificada en materia de interconexión por la Resolución 469 del 4 de enero de2002, sobre el Régimen Unificado de Interconexión (RUDI). La Resolución 469 del4 de enero de 2002 de la CRT, define Interconexión como: “la vinculación derecursos físicos y soportes lógicos, incluidas las instalaciones esencialesnecesarias para permitir el interfuncionamiento de las redes y la interoperabilidadde los servicios de telecomunicaciones”. Indica además, que el objeto de lainterconexión es “hacer posible el ejercicio del derecho de los usuarios deservicios públicos de telecomunicaciones a comunicarse con otros usuarios dedichos servicios, ya sea de Colombia o del exterior, así como de disfrutar de lasfacilidades de la red sobre la cual se prestan, sin distinción del operador que lespreste el servicio de conformidad con la ley y la regulación”.
6.1.4 Banda estrecha PLC
Las redes de banda estrecha PLC operan dentro del rango de frecuenciaespecificada por la norma CENELEC (Tabla 6.1). Este rango de frecuencia sedivide en tres bandas: A, para aplicaciones de control en energía eléctrica, B y C,para el uso privado. La banda estrecha PLC (A) se usa para los serviciosrelacionados con energía eléctrica. Las bandas de frecuencia B y C se utilizanprincipalmente para la realización de automatizaciones en edificios y casas. Hoyen día, los sistemas PLC de banda estrecha proporcionan tasas de datos hasta unpoco más de mil bits por segundo (bps). La distancia máxima entre dos modemsPLC puede ser hasta 1 kilómetro (aunque depende de la tecnología usada en losmodems). Para superar largas distancias, es necesario emplear repetidores.
Los sistemas PLC de banda estrecha aplican ambos esquemas de modulación debanda estrecha y de banda ancha. Las primeras redes de banda estrecha PLChan sido construidas con el uso de ASK39. ASK no es sólido contra lasperturbaciones y por lo tanto, no es conveniente para el uso en redes PLC. Porotra parte, BPSK40 es un esquema resistente y por lo tanto, es más conveniente
39 ASK: Amplitude Shift Keying (codificación en el cambio de amplitud).40 BPSK: Binary Phase Shift Keying (codificación en el cambio binario de la fase).
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para el uso en PLC. Sin embargo la detección de la fase, que es necesaria para larealización de BPSK, se torna compleja en algunos casos, por ello el sistemabasado en BPSK comúnmente no se utiliza. Los más recientes sistemas de bandaestrecha PLC emplean FSK41 y se espera que BPSK sea utilizada en los futurossistemas de comunicación.
Los esquemas de modulación de banda ancha también se utilizan en sistemas debanda estrecha PLC. Las ventajas de la modulación de banda ancha, como susvariantes de espectros separados, son la solidez contra el ruido de banda estrechay el poco efecto de la atenuación selectiva que existe en las redes PLC. Otroesquema de modulación, también usado en sistemas de banda estrecha PLC esOFDM42.
Una descripción de los diferentes sistemas PLC de banda estrecha, incluyendo suconstrucción y desarrollo, se puede encontrar en la referencia “K. Dostert,Powerline Communications, Prentice Hall, 2001”. Lo notable de este libro es lapresentación de los sistemas de banda ancha PLC, ya que no se analizan lossistemas de banda estrecha detalladamente. Sin embargo, para mostrar lasposibilidades PLC de banda estrecha, se presentan varios ejemplos para el uso deesta tecnología, como se describe más adelante.
Una parte muy importante para el uso PLC banda estrecha, es en laautomatización de casas/edificios (domótica). Los sistemas de automatizaciónbasados en PLC se construyen sin la instalación adicional de redes decomunicaciones (figura 6.2). Así, los altos costos que son necesarios para lainstalación de nuevas redes dentro de edificios se pueden reducirconsiderablemente con el uso de la tecnología PLC. Los sistemas deautomatización realizados por PLC se pueden emplear en diversas labores que serealizan frecuentemente dentro de edificios/casas, tales como:
• Control de varios dispositivos que están conectados con la instalación eléctricainterna, tales como la iluminación, la calefacción, el aire acondicionado, losascensores, etc.
• Control centralizado de varios sistemas como el control de la luz por unaventana (control de la cortina) y el control en puertas (abrir-cerrar).
• Tareas de seguridad; visualización con cámaras, sensores de movimientos, etc.
Los sistemas de automatización basados con PLC no sólo se utilizan en grandesconstrucciones, sino que además en casas privadas para la ejecución de tareas
41 FSK: Frequency Shift Keying (codificación en el cambio de la frecuencia).42 OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing (multiplexación ortogonal para división defrecuencia).
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de automatización (automatización casera). En este caso, varios estudios sedesarrollan en este tema como los hogares inteligentes.
Una variante de PLC es el estándar EIB43 se nombra como Powernet-EIB. Losmodems PLC diseñados según el Powernet-EIB se pueden conectar fácilmentecon cualquier tomacorriente o integrado en cualquier dispositivo conectado a lainstalación eléctrica. Esto asegura una comunicación entre todas las partes de unared interna de energía eléctrica. Hoy en día, los modems PLC que usan el FSKalcanzan tasas de datos hasta los 1200 bps44.
Figura 6.2 Estructura de un sistema de automatización usando banda estrecha PLC.
Como es especificado en el estándar CENELEC, las aplicaciones en las redes desuministro de energía eléctrica pueden usar la banda A para la utilización deservicios relacionados con la energía eléctrica. De esta manera, un servicio sobrela red de energía, puede utilizarse para realizar comunicaciones internas entre sucentro de control y diversos dispositivos (externos) a través de PLC, realizandofunciones de control a distancia, sin utilizar recursos adicionales para la red detelecomunicación, como el de un lugar específico o la compra de serviciosofrecidos por un operador de red local (figura 6.3).
43 EIB: European Installation BUS (Instalación Europea BUS).44 K. Dostert, Powerline Communications, Prentice Hall, 2001.
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Simultáneamente, PLC se puede utilizar para la lectura de medidas en un lugaralejado (cliente/usuario), lo que proporciona ahorro en el uso de personalnecesario para la lectura manual. PLC también se puede utilizar para servicios demedición dinámica (recursos disponibles en tiempo real, estado del tiempo en unlugar alejado, oferta total de energía, etcétera), empleados en el análisis, demanday generación de energía. Especialmente en el último caso, los servicios pretendenintegrar un número creciente de pequeñas centrales eléctricas; por ejemplo, unacentral hidroeléctrica pequeña, plantas de viento, etc. Sin embargo, las centraleseléctricas pequeñas no son totalmente confiables y su producción de energía varíadependiendo de las condiciones atmosféricas actuales. Por lo tanto, las regionesque se abastecen por pequeñas plantas generadoras en caso de necesidad debenutilizar otras fuentes. Para este propósito, las plantas necesitan una comunicaciónpermanente del sistema, brindando una utilidad de servicio para PLC.
Figura 6.3 Estructura general de un sistema PLC para uso de los servicios relacionadosde energía.
La automatización típica del interior de un edificio, usando los sistemas PLC bandaestrecha, se definen como aplicaciones adicionales, ya que el servicio de energía
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eléctrica es el principal uso para la red interna. Una aplicación especial para laautomatización basada en PLC se puede dar también en el campo de la aviación,(iluminación del terreno de despegue y aterrizaje), con un control y supervisión dela iluminación del campo. La longitud de los campos de aviación y las redes decomunicación en un aeropuerto grande es por lo general muy extensa (varioskilómetros). Por lo tanto, PLC banda estrecha se puede utilizar para ahorrar costosen la construcción de una red de comunicación independiente. También unejemplo es el uso de PLC para ofrecer servicios rápidos de automatización conaltos requerimientos de seguridad, tales como el control oportuno del movimientode un avión en un aeropuerto.
6.1.5 Banda ancha PLC
Los sistemas de banda ancha PLC proporcionan tasas de datos mejores (más de2 Mbps) que los sistemas de banda estrecha PLC, donde las redes de bandaestrecha pueden emplear solamente un número pequeño de canales detransmisión de voz y datos, con tasas de bits muy bajos; las redes de banda anchaPLC ofrecen servicios de telecomunicación más sofisticados, múltiples conexionesde voz, transmisión de datos a una alta velocidad, transferencia de señales devideo, incluyendo también los servicios de banda estrecha. Por lo tanto, el sistemade banda ancha PLC también se considera una tecnología capacitada paramuchas aplicaciones en las telecomunicaciones.
La utilización de servicios de banda ancha sobre las redes PLC ofrece una granoportunidad en costo/beneficio para las redes de telecomunicación. Sin embargo,las redes de energía eléctrica no son diseñadas para la transmisión de datos y portanto hay algunos factores limitadores en el uso de la tecnología de banda anchaPLC. Por consiguiente, las distancias que se pueden cubrir, así como las tasas dedatos que se pueden obtener con los sistemas PLC, son limitadas. Otro aspectomuy importante para el uso de PLC de banda ancha es su compatibilidadelectromagnética (EMC).
Para la realización de PLC de banda ancha, es necesario un espectro más amplioen la frecuencia (hasta 30 MHz). Por otra parte, una red PLC actúa como antenalo que la convierte en una fuente de ruido para otros sistemas de comunicaciónque operan en la misma gama de frecuencia (como los servicios deradioaficionados). Debido a esto, los sistemas de banda ancha PLC tienen quefuncionar con una señal de potencia limitada, lo que disminuye su capacidad(tasas de datos, distancia).
Los actuales sistemas de banda ancha PLC, proporcionan tasas de datos más alláde 2 Mbps en el área local, incluyendo las redes de media y de baja tensión (figura6.4) y hasta 14 Mbps en el área interna del lugar de aplicación (hogar).
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Algunos fabricantes han desarrollado prototipos de equipos que proporcionantasas de datos mucho más altas45 (hasta los 200 Mbps). La tecnología PLC demedia tensión se utiliza generalmente para la conexión de puentes punto a puntocon distancias grandes (cientos de metros). Las áreas de aplicación de talessistemas son la conexión en redes de área local (LAN), entre los edificios o dentrode un campus, conexión de antenas y de estaciones bases en sistemas decomunicación celular a sus redes WAN, etc. La tecnología PLC en baja tensión seutiliza para redes de acceso de última milla. Debido a la importancia del acceso enlas telecomunicaciones, el desarrollo actual de la tecnología de banda ancha PLCse enfoca sobre todo para cubrir estas redes de acceso incluyendo el área internadel lugar de aplicación (hogar). En contraste con los sistemas de banda estrechaPLC, no se han especificado normas para redes de banda ancha PLC (Sec. 6.1.3).
6.2 REDES DE ACCESO PLC
6.2.1 Estructura de las redes de acceso PLC
Las redes de baja tensión, están compuestas por un transformador y un númerode cables que suministran energía a los usuarios finales conectados a la red pormedidores de energía. Un sistema de transmisión PLC utiliza la red de bajatensión y la usa como un medio para realizar la conexión de acceso PLC. De estemodo, las redes de baja tensión pueden ser utilizadas para una comunicación conotras redes, a lo que es llamado comunicación de última milla.
Las redes de acceso PLC están conectadas a las redes principales decomunicación WAN por una estación base maestra (BS), usualmente colocadadespués del transformador. Muchas utilidades del servicio de energía eléctrica sepueden crear colocando equipos PLC en los transformadores y conectándolos conuna red convencional de telecomunicaciones.
La conexión para la red principal también puede ser colocada en la vivienda de unsuscriptor o en un gabinete del servicio de energía eléctrica, especialmente si hayuna posibilidad conveniente para su instalación (por ejemplo si hay un cableadecuado que este libre en la red). En todo caso, la señal de comunicación con lared principal tiene que ser convertida de tal forma, que pueda ser transmitida
45 La firma DS2 estaba presente en el CES 2006 donde montó una red local PLC capaz dealcanzar velocidades de hasta 200Mbps. IPTV, vídeo a la demanda, HDTV y VoIP, todo por elenchufe. Empresas como AMD, Corinex, ST&T o Samsung han apostado en PLC al integrar estatecnología a sus dispositivos de red. DS2 es la empresa valenciana que desarrolló la tecnología deacceso por PLC, es decir que son ellos quienes diseñaron los procesadores de los modems PLC,tecnología utilizada por la empresa Tecnocom y redistribuida a empresas energéticas comoEndesa o Iberdrola en España. (CES 2006, PLC hasta 200Mbps).
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sobre una red de energía de baja tensión. La conversión se hace en una estaciónmaestra del sistema PLC. Los suscriptores PLC están conectados a la red por unmodem PLC, colocado en el medidor de energía eléctrica (M) (figura 6.4) ocolocado en cualquier conector de la red eléctrica interna.
En el primer caso, los suscriptores dentro de una casa o un edificio estánconectados al modem PLC usando otra tecnología de comunicaciones (porejemplo DSL, WLAN). En el segundo caso, la instalación eléctrica interna esutilizada como un medio de conexión en la transmisión, llamado solucióndoméstica PLC (sección 6.2.2).
El modem convierte la señal recibida de la red PLC en una señal estándar paraser procesada y utilizada por otros sistemas de comunicación convencional. En elusuario, la interfaz estándar que comúnmente se ofrece es el Ethernet y RDSI.
Dentro de una casa, la transmisión puede ser realizada por una red decomunicaciones separada o por una instalación eléctrica interna (en la solucióndoméstica PLC). De este modo, un número de dispositivos de comunicacióndentro de una casa también pueden estar conectados a una red de acceso PLC.
Figura 6.4 Estructura de una red de acceso PLC.
6.2.2 Conexión de acceso domestico PLC
En una conexión de acceso domestico PLC los sistemas usan la infraestructuraeléctrica interna como medio de transmisión. Esto hace posible la conexión de las
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red PLC local con la de otras casas, posibilitando la conexión de algunosdispositivos típicos existentes en las casas como son los teléfonos, loscomputadores, las impresoras, los dispositivos de vídeo, etcétera. Asimismo, lasoficinas pequeñas pueden ser provistas de sistemas de conexión de área localLAN. En ambos casos, la puesta de cables para una red de comunicacionesnueva, tiene un alto costo y con una red PLC se pueden evitar estos gastos.
Actualmente, los servicios de automatización son cada vez más populares, no sólopara su aplicación en el sector industrial, empresarial y dentro de edificiosgrandes, sino también para su aplicación en grupos familiares exclusivos. Losservicios de automatización con una red PLC pueden ser sistemas de vigilancia,control de temperatura, el control automático de luces, etcétera. Por consiguiente,una red PLC doméstica surge como una solución razonable para la conexión detales redes con un gran número de dispositivos finales, especialmente dentro deedificios y casas grandes que no tienen una infraestructura interna apropiada depara la comunicación.
Básicamente, la estructura de una red doméstica PLC no es muy diferente de lossistemas de acceso PLC usando las redes de baja tensión. Allí también se utilizauna estación base que controla la red doméstica PLC y probablemente la conectaal área externa (figura 6.5).
La estación base puede estar colocada en el contador de energía o en cualquierotro lugar adecuado en la red doméstica PLC. Todos los dispositivos de una reddoméstica PLC están conectados por modems PLC (como son los suscriptores dela red PLC). Los modems PLC están conectados directamente en lostomacorrientes de energía colocados en la pared de la vivienda, así mismo sepueden conectar los diferentes dispositivos PLC.
Una red doméstica PLC puede existir como una red independiente cubriendo sólouna casa o un edificio, pero se estaría excluyendo el uso y el control de losservicios domésticos PLC desde una red distante. Con una estación remota sepuede controlar el sistema doméstico PLC, lo que resulta muy útil para controlarlas funciones de diferentes dispositivos (por ejemplo la seguridad, control deenergía, ver sección 6.1.4). También, la conexión de una red doméstica PLC paraun sistema de comunicación externa WAN, permite el uso de numerosos serviciosde telecomunicaciones, por lo que habilitaría cualquier tomacorriente eléctricodentro de una casa para la conexión.
Las redes domesticas PLC pueden conectarse, no sólo para un sistema de accesoPLC, sino que también sirve para la conexión con otra tecnología decomunicación. En el primer caso, si la red de acceso es manejada para unautilidad de suministro de energía, los servicios adicionales de medición delconsumo de energía se pueden efectuar desde un acceso remoto lo que podríareemplazar la lectura de la medición del servicio en forma manual, la cuál puedeestar combinada con una estructura tarifaría atractiva. Por otra parte, una red
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doméstica PLC puede estar conectada igualmente a las redes de acceso provistaspor los diferentes operadores de red. Así, los usuarios de la red domésticatambién pueden sacar ventaja del mercado liberalizado de las telecomunicaciones.
Figura 6.5 Estructura de una red interna PLC.
También existen otros usos de sistemas de comunicación eficientes en base acosto-beneficio para la obtención de la banda ancha en redes domésticas PLC.
Los sistemas inalámbricos de acceso a la red local (WLAN) están disponibles en elmercado, con tasas de transmisión de datos más allá de 20 Mega bits porsegundo (Mbps) (Sección 5.5.2.2). Por lo tanto, el acceso de la red PLC domésticaWLAN, permite el uso de servicios móviles de telecomunicaciones, como son latelefonía inalámbrica y comunicación de portátiles para diferentes usos. Hoy endía, los componentes WLAN tienen una significativa mejora y se hacen másbaratos ofreciendo la penetración de la tecnología doméstica PLC.
6.2.3 Elementos de una red PLC
Como se mencionó anteriormente, el sistema PLC usa el tomacorriente de energíaeléctrica, como un medio para la transmisión de diferentes tipos de información, larealización de automatización y comunicaciones de diversos servicios. Sinembargo, la señal de comunicaciones tiene que convertirse de tal forma que
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permita la transmisión por las redes eléctricas. Con este propósito, las redes PLCincluyen algunos elementos específicos de red, asegurando la conversión de laseñal y su transmisión a lo largo de las tomas eléctricas.
6.2.3.1 Elementos de una red básica
Los elementos básicos de la red PLC, son necesarios para realizar unacomunicación sobre las tomas de energía eléctrica. La tarea principal de loselementos básicos es la preparación de la señal y conversión para su transmisiónsobre los cables de energía eléctrica, así como también la recepción de laseñal. Los siguientes dos dispositivos son necesarios en cada red de acceso PLC:
• El modem PLC.• La estación base /maestra PLC.
El modem PLC conecta el equipo de comunicación estándar usado por lossuscriptores, a un medio de transmisión PLC. La interfaz del usuario puedeproveer acoplamientos mutuos normalizados para diversos dispositivos decomunicación, como por ejemplo Ethernet y el Bus universal (USB), queinteractúan para hacer la transmisión de datos y de telefonía.
Por otra parte, el modem PLC está conectado al tomacorriente usando unconector específico acoplador para enviar y recibir las señales de comunicaciónpor el medio PLC (figura 6.6).
El acoplador tiene que asegurar una separación eléctrica que actúe como un filtropasa alto, dividiendo la señal de comunicación (por encima de 9 KHz.) para elsuministro eléctrico a 50 o 60 Hz.
Para reducir emisiones electromagnéticas del PLC, el acoplador está conectadoentre dos fases en el área de acceso y entre una fase y el conductor neutral en elárea interior. El modem PLC implementa todas las funciones de la capa físicaincluyendo modulación y la codificación. El segundo nivel de comunicaciones(Data Link Layer) es también implementado dentro del modem incluyendo suControl de Acceso a Medios (Medium Access Control) y Control Lógico deVínculos (Logical Link Control) de acuerdo al modelo de referencia de capas OSI(según la interconexión de sistemas abiertos).
Una estación base PLC (la estación maestra) conecta un sistema de acceso PLCa una red principal (figura 6.4), esta realiza la conexión entre la red decomunicaciones principal y el medio de transmisión del PLC. Sin embargo, laestación base no conecta dispositivos individuales del suscriptor, pero puedeproveer interfaces múltiples de comunicación de red (DSL, SDH (Synchronous
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Digital Hierarchy)) para conexiones que posean una alta velocidad en la red, WLLpara interconexión inalámbrica, etcétera (figura 6.7).
Figura 6.6 Funciones del modem PLC.
De este modo, una estación base PLC puede usarse para realizar conexiones conredes principales usando diferentes tecnologías de comunicación. Usualmente, laestación base controla la operación de una red de acceso PLC. Sin embargo, larealización del control de la red o sus funciones particulares puede ser realizadaen diferentes lugares en forma distribuida. En un caso especial, cada modem PLCpuede asumir la vigilancia del control de la operación de red y la realización de laconexión con la red principal.
6.2.3.2 El repetidor
En algunos casos, las distancias entre el modem PLC de los suscriptoresconectados a la red de baja tensión y otros suscriptores individuales con laestación base, es demasiada larga para ser cruzada por un sistema de accesoPLC. Para posibilitar la conexión de una red con una distancia larga, se hace usode un dispositivo repetidor. Los repetidores dividen a una red de acceso PLC envarios segmentos de red, con longitudes donde pueden utilizarse un sistema PLCnormal. Los segmentos de la red son separados, usando bandas de frecuenciasdiferentes (ranuras de tiempo diferentes (figura 6.8)). En el segundo caso, unaranura de tiempo, sirve para la transmisión dentro del primer segmento de la red yotra ranura para el segundo segmento. En el caso de la división por frecuencia el
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repetidor recibe la señal transmitida en la frecuencia f1, la amplifica y la inyecta ala red, pero en la frecuencia f2. En la dirección opuesta de transmisión, laconversión es efectuada para la frecuencia f2 a f1.
Figura 6.7 Funciones de una estación base PLC.
Dependiendo del método de transmisión y modulación aplicado, el repetidor puedeincluir las funciones de desmodulación y modulación de la señal transmitida, asícomo también su procesamiento en un nivel de red superior. Sin embargo, unrepetidor no modifica el contenido de la información transmitida, la cual es siempretransferida entre los segmentos de red de un sistema entero de acceso PLC(figura 6.9).
En un primer segmento de la red, entre una estación base colocada en la unidaddel transformador y el primer repetidor, la señal es transmitida dentro del espectrode frecuencia f1. Otro rango de frecuencia (f2) tiene que ser aplicado en elsegundo segmento de la red. Independiente de la topología física de la red, laseñal es transmitida a lo largo de la red ramificada.
Teóricamente, el rango de frecuencia f1 podría reutilizarse dentro del tercersegmento de la red. Sin embargo, si hay una interferencia entre señales del primersegmento, un tercer rango de frecuencia f3, tiene que ser aplicado al tercersegmento de la red y la frecuencia f4 para el cuarto segmento.
Sin embargo, hay un espectro limitado de frecuencia que puede ser usado por latecnología PLC (aproximadamente hasta 30 MHz), lo cual es (o será) especificadopor los organismos reguladores. Entonces, con el número creciente de rangosdiferentes de frecuencia, el ancho de banda común está dividido en porciones más
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pequeñas, lo cual reduce significativamente la capacidad de la red. Por eso, unesquema de frecuencias para una red de acceso PLC tiene que proveer unnúmero tan bajo de frecuencias como sea posible.
Figura 6.8 Función del repetidor PLC.
La utilización de los repetidores puede extender las distancias de la red para latecnología PLC. Sin embargo los repetidores también aumentan los costos de lared, puesto que los costos del equipo y la instalación se incrementan. Por eso, elnúmero de repetidores dentro de una red de acceso PLC tiene que ser mantenidaen un número posiblemente pequeño.
Figura 6.9 Red PLC con repetidores.
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6.2.3.3 Gateway PLC
Hay dos métodos para la conexión de los suscriptores PLC que poseantomacorrientes de energía en la pared, para acceder a una red PLC:
• Conexión directa.• La conexión indirecta con un gateway.
En el primer caso, los modems PLC están directamente conectados a la red debaja tensión y con ella a la estación base PLC, (figura 6.10). No hay división entrelas áreas externas e interiores (dentro de la casa) y la señal de comunicación estransmitida a través del contador de energía. Sin embargo, las características delas redes interiores y externas del suministro de energía son diferentes, lo cualcausa problemas adicionales estimando las características del medio detransmisión PLC y los problemas electromagnéticos de compatibilidad. Porconsiguiente, la conexión indirecta usando un portal de acceso gateway, es unasolución usada frecuentemente para la conexión directa de los subscritores contomacorrientes en la pared hacia toda la red.
Un gateway se usa para dividir una red de acceso y una red doméstica PLC.También convierte la señal transmitida, a las frecuencias que son especificadaspara el uso en el acceso y en las áreas domésticas. Tal gateway es usualmentecolocado en el contador de energía de la casa (figura 6.11). Sin embargo, ungateway PLC puede proveer funciones adicionales que aseguran una división delacceso en las áreas domésticas de la red.
Los modems PLC, conectados dentro de una red doméstica, pueden comunicarseinternamente sin flujo de información en el área externa. En este caso, un gatewayPLC sirve como estación base, que controla una red doméstica PLC, coordinandola comunicación entre modems PLC y dispositivos internos (sección 6.2.2).
Generalmente, un Gateway puede ser colocado en cualquier parte de una red deacceso PLC, para regenerar ambas señales divididas por el repetidor. De estemodo, una red PLC puede dividirse en varias subredes de comunicación que usanel mismo medio físico (la misma red de baja tensión) de transmisión, pero puedeexistir separadamente como un tipo de red virtual (figura 6.12).
Ambos Gateways (G) funcionan como repetidores PLC, convirtiendo la señal detransmisión en las frecuencias f1 y f2 (o en el dominio del tiempo t1 y t2), así comotambién en f2 y f3 (o t2 y t3). Adicionalmente, los gateways, controlan las subredesde comunicación II y III, lo cual quiere decir que la comunicación interna entre lassubredes son controladas por el gateway y no afecta el resto de la red de accesoPLC, similarmente ocurre en las redes domésticas usando un gateway. Lacomunicación entre un miembro de una subred y la estación base, es posible sólo
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con el control de un gateway. Sin embargo, la red puede ser organizada a fin deque la estación base controle directamente, un número de suscriptores (la subredde comunicación I).
Figura 6.10 Conexión directa de los suscriptores PLC.
Los gateways están conectados a la red en la misma forma que los repetidores,(figura 6.8). También, un número creciente de gateways reduce la capacidad de lared PLC y tiene costos superiores. Sin embargo, donde los repetidores proveensólo un reenvío simple de la señal entre los segmentos de la red, los gatewayspueden proveer una división inteligente de los recursos disponibles de la red,asegurando igualmente una mejor eficiencia.
Figura 6.11 Conexión de los suscriptores con gateway.
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6.2.4 Conexión básica de una red
Una red de acceso PLC, cubre la “última milla” del área de acceso detelecomunicaciones. Esto quiere decir que los últimos cien metros de las redes deacceso, pueden ser realizados con la tecnología PLC, utilizando las redes delsuministro de baja tensión. Por otra parte, las redes de acceso PLC estánconectadas a la red principal a través de redes de distribución de comunicación,como se muestra en la figura 6.13. En general, una red de distribución conectauna estación base PLC con un proveedor local que maneja la red.
Figura 6.12 Gateways en una red de acceso PLC.
Como se ha mencionado, la aplicación de la tecnología PLC debería reducir loscostos en construir redes nuevas de telecomunicaciones. Sin embargo, la red deacceso PLC tiene que estar conectada a la red externa WAN con redes principalesque causan costos adicionales. Por consiguiente, una red principal PLC tiene queser construida con una inversión mínima posible, para asegurar la competitividadde la red con otras tecnologías de acceso.
6.2.4.1 Tecnologías de Comunicación para redes de distribución PLC
Algunos transformadores de energía están ya conectados a una red demantenimiento por cables de comunicación estándar (líneas de cobre),originalmente, estas conexiones fueron provistas para realizar funciones de controlremoto y la comunicación interna entre un centro de control y el personal demantenimiento del equipo. Sin embargo, pueden servir para la conexión de redesPLC a las redes principales, aplicando una de las tecnologías DSL (Sección 5.5.3).
Durante la última década, muchos de los servicios de energía eléctrica utilizaronredes de fibra óptica sobre sus líneas para hacer comunicaciones, lo cual puedeser utilizado para una conexión con la red principal. En este caso, la red de accesoconsta de una parte óptica y una parte de red PLC (figura 6.13), dando unasolución híbrida, parecida a una red HFC (Hybrid Fiber Coax), en la cual una redóptica de distribución conecta redes de acceso CATV para Redes WAN. Una
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solución para realizar la conexión con la red principal es usando la tecnología PLCen la red eléctrica de baja tensión (Sección 6.2.5).
Figura 6.13 Conexión a la red principal de comunicaciones.
La utilización de una tecnología en particular para hacer la conexión PLC con lared principal, depende de las oportunidades técnicas que posee el proveedor parautilizar el acceso a la red. Siendo el uso de sistemas existentes de comunicaciónpor un proveedor de red independiente, una conexión privilegiada.
Generalmente, hay varias posibilidades para la conexión hacia la red central:
• El uso de cables existentes o nuevas redes ópticas.• La utilización de redes inalámbricas, por ejemplo, WLL (Sección 5.5.2.2), la
aplicación de tecnología satelital, etc.• La utilización de tecnología PLC en redes de suministro de MT (Media Tensión).
La tecnología en la comunicación, aplicadas a las redes de distribución PLC, debeasegurar la transmisión de todos los servicios que se ofrecen en las redes deacceso PLC. También, las redes principales PLC no deben ser un impedimento enla estructura común de comunicaciones, entre los suscriptores PLC y la redprincipal. Por consiguiente, una tecnología aplicada en la red principal, tiene queproveer una buena capacidad de transmisión (tasa de datos) y bastante calidad enel servicio de comunicación (QoS).
6.2.4.2 Topología de la red de distribución
Una solución razonable para la conexión de redes múltiples de acceso PLC dentrode un área más pequeña, es la utilización de una red unida de distribución, queconecte un número de redes PLC, como se muestra en figura 6.14. Las redes dedistribución pueden estar conectadas en topologías diferentes (bus, estrella oanillo), independientes de la tecnología de comunicación aplicada. Una topologíaescogida de la red no solo tiene que ser una solución con un costo productivo,
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sino que también tiene que ser rentable, incluyendo primordialmente unarecuperación de la inversión del capital invertido, en caso de que se fracase y estodepende principalmente de la ubicación de las redes de acceso PLC y de laposición del lugar de administración de la red (figura 6.13).
La topología de red en Bus (radial), es una de las posibles soluciones que sepueden utilizar con un bajo costo en áreas adecuadas (figura 6.14). Sin embargo,el factor de costo, no es el único criterio a tomar como decisión para la topologíade la distribución de la red. Un criterio muy importante es la fiabilidad de la red encaso de fallas en el enlace. Entonces, en la topología de bus, si un enlace deconexión entre dos PLC tiene una falla, todas las redes de acceso, después delenlace fallido estarán también desconectadas de la red principal. Por consiguiente,las topologías consideradas en la red tienen que ser confiables a la hora de tomarla decisión de la red de distribución PLC. Una solución posible es una red con unatopología en estrella conectando cada red de acceso PLC separadamente (figura6.15).
Figura 6.14 Distribución en bus (topología radial) de una red PLC.
La topología de red en estrella es adecuada para la utilización de tecnología DSLen la red de distribución PLC. Sin embargo, la falla en el enlace de la red enestrella sólo desconecta una red de acceso PLC y no hay posibilidad para haceruna conexión alterna de la red, afectando el acceso de la red PLC con la redprincipal. Por consiguiente, la utilización de la topología de red en anillo(figura 6.16), parece ser una solución mejor para aumentar la confiabilidad de lared.
En el caso de una falla en el enlace entre los nodos del anillo, hay siempre unaoportunidad para la comunicación por otros caminos alternativos detransmisión. Por supuesto, la reorganización de los caminos de transmisión entrela red PLC y la red principal será siempre redundante y se hará dentro de unintervalo de tiempo relativamente corto (sólo pocos segundos).
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Figura 6.15 Distribución en estrella de una red PLC.
Así, la tecnología aplicada en la transmisión con las redes principales, tiene quesoportar la implementación de una estructura de red en anillo (por ejemplo DQDB,El Interfaz de Fibra de Datos Distribuidos (FDDI)).
Figura 6.16 Distribución en anillo de una red PLC.
Finalmente, la topología de una distribución de red PLC, también puede ser unacombinación de cualquiera de las tres estructuras básicas de red presentadasanteriormente.
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La elección para una topología de red depende de varios factores, como:
• La tecnología usada en la comunicación, como consecuencia de una topologíaespecífica de la red.
• La disponibilidad de un medio de transmisión dentro del área conectada.• La posibilidad de la conexión de red.• La distribución y la estructura geográfica del acceso PLC a las redes y la
ubicación del lugar de administración.
6.2.4.3 Administración de la red de acceso PLC
Un control eficiente de las redes de acceso PLC tiene que hacerse con pocoscentros de administración, de tal forma que sea una solución económicamenteviable. Sin embargo, el acceso a la red PLC se conecta formando parte de una redexistente o con servicios que geográficamente se posean en varios lugares,conectando las redes PLC en varias regiones geográficamente separadas.
Por consiguiente, es importante, para optimizar el sistema de administración ycontrol, utilizar el acceso múltiple a las redes PLC (figura 6.17).
La administración de una red de acceso PLC, incluye la configuración y lareconfiguración de todos sus elementos (estación base, modems, repetidores ygateway) dependiendo del estatus actual de la red. Las funciones deadministración puede hacerse localmente por la estación base, los gateways o porun centro de administración, usando una función de control remoto. Laadministración local se hace automáticamente sin cualquier acción del personal deadministración.
Por otra parte, la administración remota provee ambas funciones de control, laautomática y la ejecución manual. La transmisión de información de laadministración hacia las redes de acceso, tiene que garantizarse sobre las redesde distribución PLC, para evitar la acumulación de sistemas independientes deadministración. Una solución eficiente de la administración es posibilitandofunciones de mantenimiento en las estaciones base y gateways, colocados entoda la red. Sin embargo, la habilidad de la administración de los elementos de lared PLC, aumenta los costos del equipo.
Por consiguiente, al hacer la función de administración entre los elementos de lared y una oficina central optimizara los recursos. Por lo tanto, la operación básicade los elementos de la red tiene que ser provista por los mismos equipos de la redPLC, sin cualquier acción de un centro de administración. Una vez que el equipoestá instalado en una red de baja tensión, la red PLC que provee serviciosautomáticos de control y procedimiento de auto-configuración podrá funcionar sin
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la ayuda del personal de mantenimiento. Las redes de acceso PLC pueden serdiseñadas con una eficiencia económica, sólo si se reduce la necesidad para uncontrol manual, especialmente si son actividades propias de la red.
Figura 6.17 Administración de una red PLC.
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7. CARACTERÍSTICAS DE LAS LÍNEAS DE TRANSMISIÓN ENFOCADAS ALPLC
En este capítulo, se describen las características de las redes PLC usando lasredes de energía eléctrica de baja tensión como medio de transmisión. Las redesPLC se definen por las características propias de la topología de la red de bajatensión, si éstas se utilizan como medio de transmisión en comunicaciones. Porotra parte, una red de acceso PLC actúa como antena causando emisiónelectromagnética y perturbaciones en otros servicios de telecomunicación quefuncionan en la misma gama de frecuencia (hasta 30 MHz). Por consiguiente, elsistema PLC tiene que funcionar con una energía de señal limitada que evite lasperturbaciones. La red de energía eléctrica es muy ruidosa, por ello las redes PLCdeben ser estructuradas con equipos especiales para que mejoren el medio detransmisión. En este capítulo, se consideran cuatro características específicas dePLC: topología de la red en diversas configuraciones de las redes de acceso PLC,características específicas del medio de transmisión PLC (red de energía eléctricade baja tensión), el problema de la EMC46 y las características del ruido quecausan perturbaciones en redes PLC.
7.1 TOPOLOGÍA DE LA RED
La topología de una red de acceso PLC está dada por la topología de la red deenergía eléctrica de baja tensión usada como medio de la transmisión. Sinembargo, una red de acceso PLC se puede organizar de diversas maneras47,tratando de optimizar la operación de la red. En esta sección, se discuten variasconfiguraciones de las redes de acceso PLC, su influencia en la topología de lared y la organización de las comunicaciones en la red. El impacto causado por eluso de elementos adicionales en la red (Repetidores y entradas) y sobre todo elcambio en su estructura.
7.1.1 Topología de las redes de energía eléctrica de baja tensión
Las redes de energía eléctrica de baja tensión son construidas con el uso devarias tecnologías (diversos tipos de cables, diversas unidades de transformación,etc.) y están instalados de acuerdo a las normas (estándares) existentes, que sonalgo diferentes de un país a otro. También se encuentran varias formas de
46 EMC: Electromagnetic compatibility (compatibilidad electromagnética).47 Por la diversa posición de la estación base, por la segmentación de la red, etc.
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cablear en las redes de baja tensión; hay redes de energía eléctrica construidasvía aérea y otras vía subterránea, que tienen diferentes rangos de transmisión(Sección 7.2), esto brinda soluciones para cablear con híbridos(aéreo/subterráneo), en algunos lugares específicos en donde la estética esfundamental. La topología de una red de energía eléctrica de baja tensión paraPLC también se diferencia de un lugar a otro y depende de varios factores, comopor ejemplo:
• Localización de la red: una red PLC se puede construir en un área comercial,residencial o industrial. Además, hay una diferencia entre las áreasresidenciales, rurales y urbanas. Las áreas comerciales e industriales soncaracterizadas por un número más alto de personas que pueden ser usuariospotenciales de los servicios PLC. También es de esperarse que los suscriptoresde áreas comerciales cumplan varios requisitos que son especialmentediferentes a los suscriptores industriales y residenciales. De la misma manerase pueden reconocer diferencias entre las áreas de aplicaciones urbanas yrurales.
• Densidad del suscriptor: el número de usuarios/suscriptores en una red de bajatensión así como la concentración del usuario, varía de una red a otra. Lossuscriptores se pueden definir por el número de casas (densidad baja desuscriptores), que es típico en áreas de aplicación rural, dentro de bloquespequeños incluyendo varios clientes individuales (área residencial urbana),también en edificios con un número grande de apartamentos u oficinas (ladensidad de suscriptores es muy alta), por ejemplo en centros comercialesgrandes.
• Longitud de la red: la larga distancia entre la unidad del transformador y uncliente dentro de una red de baja tensión también diferencia un lugar de otro.Generalmente, hay una diferencia significativa respecto a la longitud de la redentre las áreas de aplicaciones urbanas y rurales.
• Diseño de red: las redes de baja tensión consisten generalmente en variassecciones (ramas) y el número de ellas también varía dependiendo de la red.
En la figura 7.1 se muestra una posible configuración de una red PLC.Generalmente hay varias ramas (secciones de la red) que conectan la estación deltransformador con los usuarios de los extremos. Cada rama puede tener unadiversa topología al conectar un número variable de usuarios. Los usuariospueden concentrarse más o menos y pueden ser distribuidos de una manerasimétrica o asimétrica a lo largo de la red de baja tensión o a lo largo de susramas. Hay también una diferencia entre las longitudes de las ramas, por esousualmente se dice que las redes de baja tensión y sus ramas tienen unatopología física de árbol (radial).
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Las redes de energía eléctrica de baja tensión se diferencian una de la otra y noes posible especificar una estructura típica de la red para ellas. Sin embargo, esposible definir y describir una estructura aproximada de una red típica para PLCcon algunos valores característicos, como se nombra a continuación48:
• Número de usuarios en la red: ~250 a 400• Número de secciones de la red: ~5• Número de usuarios en una sección de la red: ~50 a 80• Longitud de la red: ~500 m.
Figura 7.1 Posible topología de una red de energía eléctrica de baja tensión.
Observe que los usuarios de una red de energía eléctrica son solamentesuscriptores potenciales PLC y no necesariamente utilizan los servicios que puedeofrecer PLC.
7.1.2 Organización de las redes de acceso PLC
En las redes de energía eléctrica de baja tensión con una topología general comola que se presentó anteriormente, se utiliza como medio de transmisión para lasredes de acceso PLC. Sin embargo, existen varias opciones para la organizaciónde los sistemas del acceso PLC usando la misma red de energía eléctrica o lasmúltiples redes (ramas) de baja tensión. En las siguientes secciones, seconsideran varias alternativas para colocar una estación base PLC en la red, la48 Sistema de distribución, normas para los usuarios conectados a un transformador, informacióngeneral.
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segmentación de la red que considera múltiples nodos de PLC en las subredes, elcaso de múltiples redes de energía eléctrica para la realización de una red deacceso PLC y las técnicas aplicadas para la ubicación del repetidor y el gateway(Modem cabecera para PLC).
7.1.2.1 Ubicación de la estación base
Esta estación se denomina base principal en una red de acceso PLC. La estaciónbase conecta el sistema de acceso PLC con la red anterior al usuario o WAN yluego ésta se conecta al ISP, por consiguiente, tiene un lugar central en laestructura de la red PLC. Las siguientes son dos de las posibilidades para colocarla estación base:
• La estación base se pone en la unidad del transformador con conexión a laWAN y la red de acceso PLC conserva la topología de la red de energíaeléctrica de baja tensión (figura 7.2).
• La estación base se sitúa en la casa del suscriptor PLC o de cualquier otro lugarde la red de energía (gabinete de energía en la calle). La topología de la red deacceso PLC cambia y puede variar con la topología de la red de energíaeléctrica, como se muestra en la figura 7.3.
Figura 7.2 Red PLC con la estación base en la unidad del transformador.
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Por lo tanto, la estación base no tiene que ser puesta dentro de la unidad deltransformador. Su posición en una red de acceso PLC depende sobre todo de laposibilidad de conectar la estación base con la red ISP. Por consiguiente, laestación base se puede poner en la casa del suscriptor PLC (si existe unaposibilidad conveniente de la conexión WAN (con el ISP)) o dentro de losgabinetes de la calle que, en un caso general, existen en diversos lugares dentrode una red de baja tensión. Los gabinetes de la calle se equipan generalmente deun cable de comunicación, utilizado para realizar el mantenimiento a distancia y lacomunicación interna con el ISP.
Si la estación base no se pone en la unidad del transformador, el punto central(punto de la conexión al ISP) de la red PLC se mueve a otro lugar en la red. Sinembargo, la ubicación de la estación base se puede hacer a lo largo de losramales existentes en la red de energía eléctrica (figura 7.3). Esto solamentepuede causar variación de distancias entre la estación base y los suscriptores envarias configuraciones de la red. Así, la topología de la red de acceso PLC siguesiendo siempre igual, conservando la misma estructura física de árbol.
Figura 7.3 Topología de una red de acceso PLC y de la red de baja tensióncorrespondiente.
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7.1.2.2 Segmentación de la red
Una red de acceso PLC se puede construir empleando la red completa de energíaeléctrica de baja tensión o incluyendo solamente una parte de la misma. Parareducir el número de usuarios de un sistema PLC, es posible dividir la red de bajatensión en varias partes (un subsistema PLC por sección de la red). En este caso,varios sistemas PLC pueden trabajar simultáneamente en una red de baja tensión.La figura 7.4 representa una posible segmentación de la red de energía de bajatensión y consiste en tres secciones de la red. Cada sección tiene una estaciónbase que conecta a un número de suscriptores de una red de acceso PLCseparada. Así pues, hay tres sistemas separados del acceso PLC dentro de la redde baja tensión. De esta manera, el número de los suscriptores que comparten lacapacidad disponible de la red se reduce.
Figura 7.4 Sistemas de acceso PLC paralelos dentro de una red de suministro de energíade baja-tensión.
Un resultado de la segmentación de la red en sistemas múltiples de acceso PLC,se originan disminuyendo la longitud de la red PLC original en seccionesindividuales. Por consiguiente, la transmisión se puede realizar con una potenciaen la señal más baja de lo normal, lo cual es importante debido al problema de lacompatibilidad electromagnética (EMC Sección 7.3). Se debe notar que hay unnúmero más pequeño de suscriptores potenciales en cada sección de la redcomparado con la red de energía completa, por lo tanto la capacidad de latransmisión es compartida por un número más pequeño de suscriptores PLC; loque proporciona una mayor eficiencia en términos de velocidad de transferencia
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de datos. La segmentación de la red no se limita solamente a una red porsecciones/ramas. Cada parte de una red de energía eléctrica se podría tambiénobservar como un sistema separado del acceso PLC; lo que causa otradisminución de la longitud de la red y del número de los suscriptores conectadoscon una red de acceso PLC (figura 7.5). Se puede concluir que los sistemasindividuales para PLC dentro de una red de baja tensión, también conservan latopología física de árbol.
Cada uno de los sistemas individuales para PLC se puede conectar con la WANseparadamente, constituyendo redes de acceso PLC independientes (figura 7.5).
Figura 7.5 Redes de acceso PLC independientes dentro de una red de energía.
Otra alternativa para la conexión de estaciones base al ISP, es crear una jerarquíade segundo nivel para conectar todas las estaciones base a una estación central(BS-0) utilizando la red de energía como medio de comunicación y luego de allíconectar al ISP (figura 7.6). De esta manera se pueden observar redes PLC demúltiples niveles en jerarquía. Las estaciones base pueden compartir el medio dePLC para comunicarse al nivel de red superior, o emplear un espectro defrecuencia separado para esta comunicación, dando lugar a un espectro reservadopara cada estación base; en ambos casos hay una reducción de la capacidaddisponible de la red (embotellamiento). Por lo tanto, la realización de redes deacceso jerárquicas para PLC no es muy ventajosa y por lo tanto no es muy comúnque se vean aplicadas.
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Sin embargo, si la distancia es corta entre las estaciones base y el punto centralde un nivel superior de jerarquía en la red, la transmisión de datos sería más alta yse pueden recibir en el nivel de red superior (segundo nivel). De esta manera, si lasuma de las cargas de tráfico de todas las estaciones bases simultáneamente (enun solo rango de frecuencia), no supera la capacidad de transmisión de unaestación base maestra, en este caso no se tendría embotellamiento en el nivel dered superior y por lo tanto, la realización de las redes jerárquicas para PLC seríaconveniente.
Figura 7.6 Red de acceso PLC con dos niveles de jerarquía.
7.1.2.3 PLC sobre las múltiples configuraciones de las redes de baja tensión
Las redes de energía eléctrica de baja tensión se interconectan a menudo,asegurando una redundancia en el sistema de energía (figura 7.7). Así pues, siuna unidad de transformación funciona incorrectamente o se desconecta49 delnivel de tensión, ocasiona discontinuidad de energía sobre redes de distribuciónvecinas y sus unidades de transformación. En casos normales, no hay flujoeléctrico en esos momentos entre las redes de baja tensión vecinas; pero por lainterconexión se permite un restablecimiento rápido de la energía, mientraseliminan la contingencia del transformador. Por otra parte, los puntos señalados deinterconexión se pueden equipar fácilmente para asegurar las transmisiones de las
49 Este caso ocurre cuando se presenta un fallo en el sistema eléctrico, lo que ocasiona la aperturade los interruptores en la ubicación del transformador y por consiguiente la anulación del flujoeléctrico.
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señales de alta frecuencia usadas para las comunicaciones, cuando se quiereinterconectar dos o más configuraciones vecinas que están ubicadas con diferenteunidad de transformación de energía. Por consiguiente, una red PLC se puedeconstruir incluyendo múltiples redes de baja tensión; en este caso, una estaciónbase conecta suscriptores PLC a todas las interconexiones WAN de las redes enbaja tensión; tales redes, que cubren múltiples sistemas de energía de bajatensión también conservan la topología de árbol.
De esta manera, una red de acceso PLC puede ser utilizada en un área másgrande cubriendo suscriptores de diversas redes de baja tensión (circuitos). Sinembargo, la capacidad de la red se limita por el número de suscriptores,permitiendo especificar una óptima QoS en la red, para cierto número desuscriptores PLC. Por otra parte, la configuración de PLC sobre múltiples redes debaja tensión (circuitos) es favorable para la primera fase de construcción,formando una base para la red de acceso PLC. Así, en la primera fase, se podríaesperar que el número de suscriptores PLC sea pequeño, pero con un área decobertura grande se puede esperar menor gasto a largo plazo. Por supuesto, conun aumento en el número de suscriptores, la red PLC se puede desarrollarposteriormente con una mayor estructura, incluyendo un sistema PLC adicional omúltiples sistemas de acceso PLC dentro de una red de baja tensión.
Figura 7.7 Interconexión entre varias de las redes (circuitos) de baja tensión.
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7.1.2.4 Técnicas para la ubicación del repetidor y gateway en las redes
Como se ha mencionado, la distancia que se puede atravesar con las redes deacceso PLC asegurando tasas de datos óptimas depende de la energía de laseñal inyectada. Por otra parte, una señal con energía elevada causa radiaciónelectromagnética significativa en el ambiente de la red PLC; por lo tanto, las redesPLC que superan largas distancias pueden ofrecer tasas de datos muy bajas,transmitiendo a un nivel de señal moderado; sin embargo, la construcción de lasredes de acceso PLC que atraviesan largas distancias asegurando buenas tasasde datos es posible con el uso de los repetidores. La figura 7.8 presenta unejemplo de una red de acceso PLC adicionando repetidores. Los lugares distantesde la red están conectadas con la estación base por medio de los repetidores quereciben la señal deficiente y luego la transmiten con señales restauradas a otrosegmento de la red. Los repetidores funcionan en forma bidireccional y utilizandiversas frecuencias en los próximos segmentos de la red.
Debido al hecho de que un repetidor reemite solamente el flujo de informaciónentre dos segmentos próximos de la red, se puede concluir que una red de accesoPLC que usa repetidores conserva la topología física de red radial (árbol).
Figura 7.8 Red de acceso PLC con los repetidores (gateways).
De la misma manera, una red de acceso PLC se puede dividir en subredes por eluso de los gateways50 para PLC. En este caso, cada entrada controla una red PLCy realiza la conexión con una estación base central. En comparación con losrepetidores, los gateways no sólo reemiten los datos entre los segmentos de la red
50 Gateway PLC (G): dispositivo PLC que se coloca en la entrada de una red para poder derivar dela misma varias subredes.
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sino que controlan además las subredes. Las subredes individuales conservan latopología física de red radial, así como en construcciones de múltiples sistemas deacceso PLC dentro de una red de baja tensión. Generalmente, un númerodeterminado de repetidores y gateways se pueden emplear en una red de accesoPLC que la divide en segmentos cortos de la red. Sin embargo, un factor limitadorpara la segmentación de la red de acceso PLC es la interferencia entre lossegmentos próximos. Por lo tanto, al dividir la red en segmentos también se divideel espectro de frecuencia provocando una reducción en la capacidad de la red,como el caso de las redes de baja tensión con sistemas múltiples de acceso PLC.
La instalación de los repetidores y gateways causa costos adicionales que sepueden evitar si la estación de la red es ubicada convenientemente. En el casoextremo, cada estación de la red puede funcionar simultáneamente comorepetidor, dividiendo una red PLC en segmentos muy cortos de la red, lo quedisminuye perceptiblemente la energía necesaria y la radiación electromagnética(solución de la señal propuesta por la compañía ONELINE, Barleben, Alemania).Sin embargo, las estaciones de la red con la función de repetidor son máscomplejas y su uso requiere un sistema de gerencia complicado para permitirasignaciones de la frecuencia dentro de una red PLC. Además, los dispositivos delrepetidor causan propagación adicional debido al tiempo de transformaciónnecesario para la conversión de la señal. Por consiguiente, el número común derepetidores utilizados en una red de acceso PLC, así también como los gatewaysse espera que sea mínimo.
7.1.3 Estructura de las redes PLC en el hogar
Hay tres posibilidades de construcción de las redes PLC en el hogar:
• La instalación eléctrica interna de baja tensión en el hogar, se utiliza comosimple extensión del medio de la transmisión PLC.
• Una red PLC en el hogar conectada por medio de un gateway con una red deacceso (híbrido dentro del hogar), que se puede formar no solamente por unsistema PLC sino también enlazado con otra tecnología del acceso ( DSL).
• Una red PLC en el hogar como sistema independiente.
En el primer caso, la red eléctrica en el hogar es una parte de una red de accesohomogénea para PLC. Una señal de comunicaciones transmitida sobre una red debaja tensión no termina en el contador y puede también ser transmitida a través dela instalación interna en el hogar (figura 7.9). De esta manera, la conexión alsistema de acceso PLC está disponible en cada toma eléctrica dentro de la casa.
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Una instalación eléctrica interna, como pieza de red de acceso PLC en el hogar,conserva también la misma topología física de árbol, como se conoce dentro delas redes eléctricas de baja tensión.
Las redes PLC en el hogar también se pueden conectar con un gateway decualquier red de acceso. En este caso, el gateway actúa como un usuario en elsitio de la red de acceso y como estación base para la red PLC en el hogar. Si lasredes del acceso y en el hogar utilizan tecnología PLC, el gateway se colocadentro del contador. Este es también un punto donde las tres fases pueden serconectadas sencillamente el uno al otro, haciendo que el acceso PLC estédisponible en cada parte interna de la instalación eléctrica. Por consiguiente, estotambién es una parte favorable para el gateway, si la red de acceso es vista porotra tecnología.
Figura 7.9 Topología de una red PLC en el hogar, con BS en el transformador.
Las redes independientes para PLC en el hogar incluyen una estación base queincorpora una función principal para el sistema casero PLC. Se puede asumir quela estación base de una red independiente PLC en el hogar también está situadaen el contador (figura 7.10). Independiente de la clase de red PLC en el hogar,ésta conserva la topología de árbol, así como las redes de acceso PLC. También,si la estación base se mueve a otro lugar dentro de la red PLC en el hogar (otrotoma de pared), sigue existiendo la estructura física de árbol. Sin embargo, lasredes en el hogar son perceptiblemente más cortas que las redes de acceso,incluso si se consideran construcciones más grandes.
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Algunas redes PLC en el hogar se organizan de una manera descentralizada,estableciendo una estructura de la red sin la estación base para PLC; éste esgeneralmente el caso en las redes independientes para PLC en el hogar, donde lacomunicación es organizada por una negociación entre todas las estaciones de lared. Sin embargo, la estructura física de árbol también se puede reconocer enesas redes PLC.
Figura 7.10 Topología de una red PLC en el hogar, con BS en el contador.
7.1.4 Redes complejas de acceso PLC
En secciones anteriores, se han descrito varias topologías de red de acceso PLCvistas de distintas maneras. Se consideró la posición de la estación base PLCdentro de una red, la segmentación y la interconexión, redes PLC con repetidor ygateway, así como las redes PLC en el hogar. Sin embargo en un ambiente real,una red de acceso PLC se puede implementar incluyendo sólo algunas de estascaracterísticas, constituyendo estructuras complejas de la red PLC.
En la figura 7.11, se presenta una posible configuración de red PLC, cubriendomúltiples redes de baja tensión e incluyendo diversos elementos en la red. Haytres redes en el ejemplo, cada una de ellas con una unidad de transformaciónalimentando varias ramas, las cuales conectan un número determinado deusuarios (suscriptores potenciales para PLC). Las redes son interconectadas (I),
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para el caso en el cual una unidad de transformación salga de operación seasegure la permanencia de conexión a todos los usuarios. En el caso normal, seaíslan los puntos de la interconexión, impidiendo algún flujo de datos entre lasredes de energía. Por otra parte, los puntos de la interconexión se equipan parapermitir la transmisión de las señales de comunicaciones de alta frecuencia.
Debido a la división asimétrica de los usuarios en la red, hay un númeroperceptiblemente más alto de suscriptores PLC en la segunda red (figura7.11). Por lo tanto, la red se divide en dos sistemas del acceso PLC, dividiendo asuscriptores PLC en dos grupos y es controlada por dos estaciones basesseparadas (BS). Una estación base se pone en la unidad del transformador y lasegunda estación base en un gabinete de la calle (SC). Dentro de la segunda red,la densidad de suscriptores es muy alta; por lo tanto, se hace necesario amplificarla señal PLC por medio de un número apreciable de gateways que estáninstalados para varios grupos de suscriptores con las estaciones bases (ungateway para cada apartamento de un edificio con varios suscriptores PLC). Latercera red PLC cubre la red de alimentación tres y su estación base se pone en launidad del transformador; dentro de esta red se presenta la necesidad del uso delrepetidor (R3,1) para asegurar datos fiables a los suscriptores distantes.
Se asume que el número de suscriptores PLC en la primera red de alimentacióneléctrica es baja o perceptiblemente más baja que en la segunda y tercera red.Por lo tanto, estos suscriptores pueden ser conectados con las redes de accesoPLC vecinas (redes 1 y 3) ahorrando los costos para la instalación de una estaciónbase adicional y su conexión al ISP. Así, los suscriptores PLC situados en la redde alimentación eléctrica 1, están conectados en parte con la primera y tercera redde acceso PLC y sus estaciones bases. El repetidor R1,2 asegura la cobertura delos suscriptores, que están algo lejos de la estación base de la red PLC 3 (en estecaso el repetidor R1,1 está inactivo).
Las condiciones de tráfico en redes de acceso, como PLC, varían durante el día;los suscriptores administrativos y comerciales están más activos en las horas de lamañana, mientras que los suscriptores privados están más activos después delmedio día. Si se asume que los suscriptores en la red de alimentación eléctrica 3son principalmente las casas privadas (figura 7.11) y que hay varios clientes decomerciales en la red de alimentación eléctrica 2, las redes de acceso PLC 1 y 2se estarían cargando más durante el día y la red PLC 3 se estaría cargando másen la tarde. Por lo tanto, sería razonable optimizar la carga de la red entre lossistemas del acceso PLC, proporcionando también mejor QoS en la red. Así pues,relevar la red PLC 3 (en la tarde) entregando parte de los suscriptores a la red deacceso PLC 1. En este caso, el repetidor R1,1 llega a ser activo, asegurandocomunicaciones entre la primera estación base y su área de cobertura en laprimera red de alimentación eléctrica, también se apaga el repetidor R1,2.
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Figura 7.11 Ejemplo de una red de acceso compleja para PLC.
El cambio de configuración de la red PLC en un área con varios sistemas, sepuede realizar de diferentes formas, dependiendo de dos factores: del tráfico porla carga (según lo explicado anteriormente) y las condiciones de la transmisión enla red. Sin embargo, para poder reaccionar a los cambios condicionados de la red,la reconfiguración tiene que ser realizada automáticamente. Los suscriptores PLCdistantes se ven afectados por la variación del ruido en el ambiente de la red,causando condiciones desfavorables en la transmisión, haciendo más difícil lacomunicación. En este caso, la organización de repetidores y de la interconexiónde la red se puede cambiar para solucionar este problema. Incluso los repetidoresadicionales se pueden insertar temporalmente en la red para superar el problema.
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Es de notar, que las estaciones de la red del suscriptor se pueden diseñar parapoder asumir el control cuando se requiera la función del repetidor, que asegure lainserción pronta de repetidores adicionales.
7.1.5 Consideraciones de los modelos de la red
Como se consideró en la sección 7.1.2, varias de las configuraciones de la redPLC se conectan con el ISP (WAN) con una estación base. Esta conexión existeen todas las configuraciones de acceso PLC como sistema independiente de laposición de la estación base y del número de los subsistemas para PLC dentro deuna red eléctrica de baja tensión. La comunicación entre los suscriptores y la WANse realiza a través de la estación base y se puede asumir que las comunicacionesinternas entre los suscriptores de una red PLC también se hacen de esta manera.
Por ejemplo, la comunicación de datos entre los suscriptores dentro de una red deacceso PLC se realiza por medio de un servidor de Internet, colocadogeneralmente en una red PLC. Por otra parte, si se considera el servicio detelefonía, las conexiones son realizadas por un sistema de conmutación tambiénsituado en alguna parte de la WAN. De acuerdo con esta consideración, en unared PLC se pueden tener dos sentidos de transmisión (figura 7.12):
• Downlink/downstream de la estación base a los suscriptores y• Uplink/upstream de los suscriptores a la estación base.
Figura 7.12 Estructura de transporte lógica de la red PLC.
La información enviada por la estación base en la dirección downlink se transmitea todas las subdivisiones de la red y es recibida por todos los suscriptores en lared. En la dirección uplink, la información enviada por un suscriptor PLC esrecibida no solamente por la estación base sino también por todos lossuscriptores.
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Vista desde una capa de red más alta (como la capa MAC), un sistema de accesoPLC se puede considerar como red de transporte lógico que conecta un númerode estaciones de la red con una estación base, que proporciona comunicación conla WAN. Por consiguiente, la estación base toma un lugar central en la capa detransporte de la red de la estructura de comunicaciones. La red lógica detransporte no incluye información sobre distancias entre la estación base y lossuscriptores o entre los mismos suscriptores. Esta información es necesaria paraconsiderar la propagación de la señal que se retrasa en la red. Para estepropósito, se puede definir una matriz para especificar las distancias entre todaslas estaciones en la red.
Según lo analizado en la sección 7.1.2, la ubicación de la estación base en redesde acceso PLC no cambia la estructura física de árbol (radial) de la red. Porconsiguiente, la estructura lógica de la red de transporte se puede conformar concapas de red más altas. La misma conclusión se puede hacer si una red eléctricade baja tensión se divide en segmentos con varios sistemas PLC, o si las múltiplesredes de baja tensión se interconectan para formar una red de acceso PLC. Lasredes PLC en el hogar conservan la misma topología (sección 7.1.3) y porconsiguiente, la estructura lógica de la red de transporte también la conserva.
Según lo descrito previamente, las redes de acceso PLC se pueden fortalecer conrepetidores. En este caso, hay un número de segmentos de la red dentro de unsistema PLC dividido por repetidores. Diversas gamas de frecuencia se utilizan endiversos segmentos de la red, permitiendo su coexistencia dentro de un sistemade acceso PLC. Los repetidores manipulan las frecuencias entre los segmentos dela red sin ningún impacto en el contenido de los datos. Las unidades de datostransmitidas se pasan simplemente entre los segmentos de la red asegurandocontinuidad en la red completa. Por lo tanto, la misma estructura lógica de la redde transporte (figura 7.12) también se puede emplear para utilizarlas en las capasde red más altas en sistemas PLC con repetidores, así como en redes congateways para PLC.
En la sección 7.1.4, se consideró un ejemplo de una red compleja de acceso PLCque contenía varios sistemas y estaciones base, repetidores y gateways deacceso PLC, así como múltiples redes eléctricas de baja tensión. También seconcluyó que la estructura de las redes múltiples de acceso PLC puede cambiarcon el curso del tiempo debido a las condiciones variantes de la red. Sin embargo,a pesar de que las redes de baja tensión se interconectan, cada red de accesoPLC tiene la estructura física de árbol (radial) (figura 7.11). El cambio en laestructura de la red también da lugar a una topología física semejante a variasredes radiales. Así, el modelo lógico de transporte se puede aplicar a cada una delas redes originadas de acceso PLC.
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7.2 CARACTERÍSTICAS DEL MEDIO DE TRANSMISIÓN PLC
Un sistema de transmisión en una red de telecomunicaciones debe convertiradecuadamente la información en paquetes de datos, antes de que se inyecte enel medio de comunicación. Como el resto de los medios de comunicación, elmedio para PLC provoca atenuación y desplazamiento de fase de lasseñales. Además, el medio PLC fue diseñado inicialmente para la distribución deenergía, por esta razón, diferentes máquinas y dispositivos están conectados aella, sin tener en cuenta ruidos e interferencias que afecten la transmisión. Estasactividades en la red de energía hacen al medio no adecuado para las señales decomunicación. Por lo tanto, en esta sección se presenta una investigación delmedio PLC y de sus características. También se discute un modelo del medioPLC, que describe el efecto que se introduce en las señales transmitidas, comoatenuaciones y desfasamientos. Debido a las discontinuidades de la impedanciaque caracterizan al medio PLC, las señales se reflejan varias veces, lo que dalugar a una transmisión multidireccional, que es un efecto muy conocido en elambiente inalámbrico.
7.2.1 Caracterización del medio
La red de energía eléctrica es un medio de transmisión inestable debido a lavariación de la impedancia causada por la variedad de dispositivos que se puedenconectar en los enchufes de energía. Como este medio se ha diseñado para ladistribución de energía y no para la transmisión de datos, hay característicasdesfavorables, como el ruido y las altas atenuaciones.
Como la energía eléctrica varía en el tiempo, la red se puede considerar comocanal multidireccional causando reflexiones, que generan en los cablesdiscontinuidades de impedancia. La impedancia de la red eléctrica varía con lafrecuencia y la longitud, en el orden de algunos ohmios hasta algunos kilo -Ohmios. La impedancia es influenciada principalmente por la característica de loscables, la topología de la red considerada y la naturaleza de las cargas eléctricasconectadas. El análisis estadístico de algunas medidas han demostrado que sobreel espectro entero, el valor medio de la impedancia está aproximadamente entre100 y 150 ; sin embargo, por debajo de 2MHz, este valor medio tiende a caerhacia valores más bajos, entre 30 y 100 . La variación de la impedancia, elacoplamiento desigual y las pérdidas que resultan en la transmisión, sonfenómenos comunes en las redes PLC.
Diversos estudios han propuesto modelos para describir el medio de la red deenergía. Una primera aproximación consiste en considerar el medio PLC comocanal multidireccional, debido a la naturaleza multidireccional de la red de energíaeléctrica, que se presenta por la presencia de varias ramas y uniones mal hechas,
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la impedancia causa muchas reflexiones de la señal. Aunque esta aproximaciónen la cual se centra este capítulo tiene dos desventajas importantes, es muyinteresante enfocarla. En primer lugar, hay un alto costo de cómputo en estimarretrasos, amplitudes y desfases asociadas a cada trayectoria. En segundo lugar,puesto que es un acercamiento en el dominio del tiempo, es también necesariotomar en consideración un alto número de trayectorias asociadas a todas lasreflexiones posibles de los terminales a lo largo de la línea. Debido a esto, otraaproximación también se ha propuesto, en la cual los circuitos equivalentes delmodo diferenciado y del modo par de propagación, se derivan a lo largo del cabley luego el modelo derivado se presenta en términos de redes doble puertoconectadas en cascada (2PNs). Una vez que se obtenga la representaciónequivalente 2PN, el acoplamiento de la red de energía eléctrica se representa pormedio de las matrices de transmisión, también llamadas las matrices ABCD.
7.2.2 Características del cable de transmisión para PLC
La propagación excesiva de las señales sobre la red de energía eléctrica,introduce una atenuación, que aumenta con la longitud de la línea y con lafrecuencia. Esta atenuación es una función de la impedancia característica ZL dela red de energía y de la constante de propagación . Estos dos parámetros sepueden definir por la resistencia primaria R' por unidad de longitud, laconductancia G' por unidad de longitud, la inductancia L' por unidad de longitud yla capacitancia C' por unidad de longitud, que son generalmente dependientes dela frecuencia (f), según lo formulado por las ecuaciones (7.1) y (7.2).
)´(.2.)´()´(.2.)´(
fCjfGfLjfRZL
ππ
++
= (7.1)
y))´(...2.)´()).(´(..2.)´(()( fCfjfGfLfjfRf ππγ ++= (7.2)
)(.)()( fjff βαγ += (7.3)
Considerando una línea transmisión, que es equivalente a tener la propagación dela onda de la fuente al destino, la función de transferencia de la línea con longitud lse puede formular de la siguiente manera:
lfjlflf eeefH ).(.).().( .)( βαγ −−− == (7.4)
En diversas investigaciones y mediciones de las características de los cables deenergía, se ha concluido que R´ (f) <<2 .f.L´ (f) y G´ (f) << 2 .f.C´ (f) en la bandade frecuencia considerada para PLC (1-30 MHz). Por otra parte, despreciando ladependencia de la frecuencia de L' y C' sobre la impedancia característica ZL y la
97
constante de propagación , éstas se pueden determinar usando las siguientesaproximaciones:
´´
CLZL = (7.5)
y
44344214444 34444 21 )(Im
)(Re
´´...2.).´(.21)´(.
21)(
γγ
πγaginario
al
CLfjZLfGZL
fRf ++= (7.6)
Para obtener la parte real Re ( ) de la constante de propagación como funcióndirecta de la frecuencia f, se substituye R'(f) por su fórmula dada en la ecuación(7.7) donde o y k representan la constante de permeabilidad y la conductividad,respectivamente y r es el radio del cable.
frk
fR ...)´( 2
0µπ= (7.7)
Las medidas han demostrado que G'(f) ~ f, y esto también se sustituye en laexpresión de la parte real Re ( ), como se expresa en la siguiente ecuación (7.8).
Amortiguación: fZLfrkZL
alf .2
....
.21)(Re)( 2
0 +==µπ
γα (7.8)
Resumiendo los parámetros del cable (ZL, r, etc.) en las constantes k1, k2 y k3, laparte real e imaginaria de la constante de propagación se pueden expresar como:
fkfkalf ..)(Re)( 21 +== γα (7.9)
fkaginariof .)(Im)( 3== γβ (7.10)
Los resultados obtenidos de las diversas medidas dadas por las pérdidas depropagación han sido comparados con los valores obtenidos por la ecuación (7.9)y haciendo una aproximación para obtener una ecuación que represente elcomportamiento verdadero (o cerca al verdadero) de las pérdidas de lapropagación en el dominio de la frecuencia, se obtiene la formulación aproximadade esta pérdida, que es dada por la ecuación (7.11), donde están como constantesa0, a1 y k.
kfaaf .)( 10 +=α (7.11)
98
Si la pérdida de la propagación calculada anteriormente es representada por lapérdida del medio por unidad de longitud, entonces la atenuación sobre un medioes una función de su longitud l. Con una selección conveniente de los parámetrosde atenuación a0, a1 y k, la atenuación de la red de energía eléctrica,representando la amplitud de la función de transferencia del medio (canal), sepueden definir por la ecuación (7.12).
lfaalf k
eelfA )..().( 10),( +− == α (7.12)
7.2.3 Modelo del medio PLC
Además de la atenuación dependiente de la frecuencia que caracteriza el canal dela red de energía eléctrica, el intervalo de banda estrecha está en la función detransferencia, el cual se puede extender en el rango total de frecuencia. Estosintervalos son causados por múltiples reflexiones en las discontinuidades de laimpedancia. La longitud de respuesta de los impulsos y el número de picosocurridos, pueden variar considerablemente dependiendo del ambiente. Estecomportamiento se puede describir por un "modelo del eco" del canal, como seilustra en la figura 7.13. Considerándose como modelo del eco, cada señaltransmitida alcanzada por el receptor sobre diversas trayectorias N. Cadatrayectoria i es definida por una constante de tiempo iτ y por un factor de
atenuación Ci. El medio PLC se puede describir por medio de la respuesta delimpulso del tiempo discreto h (t) como se indica en la ecuación (7.13).
ifjN
iii
N
ii eCfHtCth τπτδ ..2.
11.)()(.)( −
==∑∑ =⇔−= (7.13)
Descomponiendo en factores la fórmula de atenuación del medio, la función detransferencia en el dominio de la frecuencia se puede escribir como:
ifji
N
ii elfAgfH τπ ..2.
1).,(.)( −
=∑= (7.14)
Donde ig es un factor de peso que representa el producto de los factores de lareflexión y transmisión a lo largo de la trayectoria. La variable iτ , representa el
retraso dado por la trayectoria i, es calculado dividiendo la longitud il detrayectoria por la velocidad de la fase.
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Sustituyendo la atenuación media A (f, il ) por la expresión dada en la ecuación(7.12), se obtiene la ecuación final del modelo del medio PLC, abarcando losparámetros de tres características: atenuación, fluctuaciones de impedancia yefectos multidireccionales.
Esta ecuación se compone principalmente de una constante de peso, un términode la atenuación y un término de retraso:
4342143421
trasode
oTér
fj
Atenuaciónde
oTér
lfaaN
i
pesode
oTéri
iik
eegfH
Re
min
..2.
min
)..(
1 min
..)( 10 τπ−+
=∑= (7.15)
Figura 7.13 Modelo del eco representando el modelo multidireccional del medio para PLC.
Por medio de las anteriores expresiones se puede ver que matemáticamente elmodelamiento de un sistema PLC, requiere de muchos factores y de muestrasbien tomadas del sistema de transmisión, parámetros de las líneas ycaracterísticas especiales en un determinado ambiente. Lo que lleva a unprofundo análisis que esta tesis no abarcaría por su extensión, tanto en precisióndel modelo con la selección adecuada de parámetros y relaciones, como por elempleo de programas que dentro de los mismos involucrarían procesos desimulación. Se deja para el lector y para posteriores estudios la base para unafutura profundización.
100
7.3 COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNÉTICA DE LOS SISTEMAS PLC
La tecnología PLC utiliza la red de energía en cualquier nivel de tensión para latransmisión de señales de información. Desde el punto de vista electromagnético,la inyección de la señal eléctrica de comunicación en los cables de transmisiónproporciona radiación electromagnética en el ambiente, donde los cables detransmisión pueden actuar como antenas. Este campo electromagnético seconsidera como perturbación para el ambiente y por esta razón su nivel no debeexceder cierto límite, por la compatibilidad electromagnética. La compatibilidadelectromagnética exige que el sistema PLC funcione en un ambiente sin provocarperturbación en otro sistema aledaño. En esta sección, después de dar unadefinición exacta de EMC, se definen diversos aspectos y términos de esteconcepto. Entonces, se definen dos maneras para clasificar perturbacioneselectromagnéticas. Para describir la influencia electromagnética real de lossistemas PLC en su ambiente, se han realizado varias medidas y los resultados dealgunos de éstos se muestran en esta sección. Las medidas son un punto departida de los esfuerzos de estandarización para los sistemas PLC, fijando límitespermitidos en sus ambientes del campo eléctrico y magnético irradiado. En estasección se consideran algunas normas y entidades de estandarización.
7.3.1 Aspectos del EMC
7.3.1.1 Definición de los términos de EMC
La compatibilidad electromagnética (EMC) es la capacidad de un dispositivo o deun sistema de funcionar satisfactoriamente en su ambiente electromagnético, sinintroducir perturbaciones electromagnéticas intolerables en forma de interferenciasa cualquier otro sistema en ese ambiente. EMC significa la coexistencia con otrossistemas a partir de dos aspectos:
• Para funcionar satisfactoriamente: significa que el equipo es tolerante a otros,sin ser susceptible a señales electromagnéticas (EM) que otro equipo presenteen el ambiente. Este aspecto de EMC se describe como susceptibilidadelectromagnética (EMS51).
• No producir perturbaciones intolerables: significa que la emisión de señales EMpor el equipo no causa problemas de interferencia electromagnética en otroequipo presente. Este comportamiento de EMC también se conoce comoemisión electromagnética (EME52).
51 EMS: Electromagnetic Susceptibility (Susceptibilidad electromagnética).52 EME: Electromagnetic Emission (emisión electromagnética).
101
El significado de los dos aspectos EME y EMS, y otras de sus variantes sepresentan en la figura 7.14. El concepto de la susceptibilidad, es complementario aotro concepto de EMC, que es la inmunidad, causando la mayoría del tiempo unaconfusión entre ambos términos. Los dos términos tienen significadosabsolutamente diferentes. La susceptibilidad es una característica fundamental deuna parte del equipo y se puede encontrar un ambiente de señales EM quehostilmente afecten el equipo. Inmunidad, por otra parte, indica el grado decontaminación del ambiente con señales EM antes de que el equipo se veaafectado.
Las propagaciones electromagnéticas del ruido por conducción, radiación y poremisión, pueden tener consecuencias tanto en el interior como en el exterior delsistema, causando la fuente de las perturbaciones. En el caso de la producción deEME por emisiones conducidas, se habla de la compatibilidad dentro del sistema,y en el caso de EMS por emisión irradiada la compatibilidad alcanzada es laexterna del sistema. Una distinción similar se puede hacer para la susceptibilidad,donde la compatibilidad fuera del sistema se alcanza con la susceptibilidadconducida (CS) y la tolerancia dentro del sistema, con la susceptibilidad irradiada(RS), como se puede ver en la figura 7.14.
Figura 7.14 Diversas áreas de la compatibilidad electromagnética.
La interferencia electromagnética (EMI) inicialmente emerge como un serioproblema en telecomunicaciones, por lo tanto EMC tiende a ser discutida dentrodel ambiente de las telecomunicaciones. Es por esto, que durante el diseño de undispositivo o sistema de telecomunicación, el aspecto de EMC sobre el equipodebe ser analizado e investigado cuidadosamente antes de su producción en granescala. La organización de estandarización IEC53 definió la EMI como “la
53 IEC: International Electrotechnical Comisión (Comisión Electrotécnica Internacional) es unaorganización de normalización en los campos eléctrico, electrónico y tecnologías relacionadas.
102
degradación del funcionamiento de un dispositivo o de un sistema por unaperturbación electromagnética”. Esto significa que el problema de EMC se puedemodelar básicamente en tres partes (figura 7.15), como se ilustra a continuación:
• Una fuente de un fenómeno EM, que emite energía EM.• Una víctima susceptible a esa energía EM, que no puede funcionar
correctamente debido al fenómeno EM.• Una trayectoria entre la fuente y la víctima, llamada trayectoria de acople, que
permite que la fuente interfiera con la víctima.
Figura 7.15 Modelo básico de un problema de EMC.
En la práctica, una fuente puede generar perturbaciones simultáneas en variaspartes de un equipo y varias fuentes pueden también generar perturbaciones auna sola parte de un equipo, generando un problema combinatorial. Sin embargo,el modelo básico para la investigación de los problemas de EMC sigue siendo elmostrado en la figura 7.15. Este modelo permite aclarar que si uno de estos treselementos está ausente, el problema de interferencia está solucionado. Por estarazón, si una fuente de perturbaciones está causando muchos problemas, esnecesario suprimirla para evitarlos, es decir, bloquear la trayectoria de acople a lafuente. Sin embargo, no toda fuente se puede amortiguar de esta manera, comopor ejemplo, los transmisores de radiodifusión. Una sola parte de un equipo quesufra interferencia, a menudo se puede apagar para evitarla, lo que significa unbloqueo en la trayectoria de acople a la parte del equipo afectado.
7.3.1.2 Clasificación de la perturbación de EMC
Las perturbaciones electromagnéticas de un dispositivo eléctrico no son fáciles dedescribir, especificar y analizar exáctamente, pero hay algunos métodos generalespara clasificarlos con base en algunas características de las señalesafectadas, como el contenido de la frecuencia y el modo de transmisión, queproporcionan la base para clasificar perturbaciones electromagnéticas. Un primermétodo para clasificar las perturbaciones de señales EM se basa en los métodosde acoplamiento de energía electromagnética de la fuente al receptor. Elacoplador se puede definir en cuatro categorías:
• Conducido (corriente eléctrica).• Acoplado inductivamente (campo magnético).
103
• Acoplado capacitivamente (campo eléctrico).• Irradiado (campo electromagnético).
Usualmente las trayectorias del acoplador utilizan una combinación compleja deestas categorías, formando una trayectoria difícil de identificar, incluso si seconocen la fuente y el receptor. La interferencia también se puede irradiar delequipo a través de diversas trayectorias, dependiendo de la frecuencia de esainterferencia. Por ejemplo a alta frecuencia, los ensambles y cables en los tablerosde circuitos impresos (PCBs54) irradian gran interferencia. En frecuencias másbajas, la interferencia se puede acoplar en el equipo que conduce las señales y losconductores de la red eléctrica como emisiones conducidas. Estas emisionesconducidas también se pueden irradiar en diversos lugares como emisionesirradiadas lejanas. Generalmente, la transición entre las emisiones irradiadas yconducidas está alrededor de 30MHz, donde las emisiones conducidaspredominan bajo este valor y las emisiones irradiadas sobre el mismo valor, segúnlo mostrado en figura 7.16.
Otra manera de categorizar las perturbaciones EM está en base a tresparámetros: duración, tasa de repetición y el ciclo (periodo). Las perturbacionespueden ser de larga o corta duración. Los cambios de larga duración no seincluyen generalmente en el dominio de EMC porque causan principalmentealteraciones en el valor rms55 del voltaje de la red eléctrica, pero las de cortaduración que son alrededor de unos segundos hasta menos de un microsegundose incluyen, ya que presentan alteraciones en alta frecuencia. Las perturbacioneselectromagnéticas de corta duración se pueden dividir en tres clases:
• Ruido: alteración más o menos permanente en la curva del voltaje. El ruidotiene un carácter periódico y su tasa de repetición es más alta que la frecuenciade la red eléctrica. Se genera típicamente por los motores eléctricos, máquinasde soldadura, entre otros. La amplitud del ruido generalmente es inferior a laamplitud máxima del voltaje de la red eléctrica.
• Impulsos: picos positivos y negativos que sobrepasan el voltaje de la redeléctrica. Los impulsos se caracterizan por tener corta duración, alta amplitud yrápidos tiempos de subida y/o caída. Los impulsos pueden funcionar de formasíncrona o asíncrona con la frecuencia de la red eléctrica. Entre estos impulsosse pueden incluir los ruidos generados durante varios procedimientos deconmutación (suicheo). Los dispositivos típicos que producen impulsos soninterruptores, relés de control y rectificadores.
• Transitorios: en éstos, el período de tiempo puede extenderse desde algunosmilisegundos hasta algunos segundos. Lo más común, es que los transitorios
54 PCBs: Printed Circuit Boards, (tableros de circuitos, circuitos impresos).55 Rms: Root mean square, (valor (error- raíz) medio cuadrático).
104
se generen por interruptores de alta potencia. En transitorios de ruido continuo,el ciclo que es introducido se define por la ecuación (7.16).
f.τδ = (7.16)
Donde:
- τ : es la anchura del pulso medido a una altura del 50%- f : es el índice de repetición del pulso, o número medio de pulsos por segundo,
al azar.
Figura 7.16 Clasificación de las perturbaciones de EMC según el espectro ocupado.
Un equipo eléctrico que tiene un ciclo (δ ) interno menor a 510− se puede examinarcomo fuente de transitorios. Cuando el ciclo llega a ser significativamente mayor a
510− , como el ciclo de los suicheos de las fuentes de alimentación de energía, lafuente emisora ya no se considera como transitoria o impulsiva, sino comocontinua.
Para permitir un acercamiento sistemático, la estandarización europea CENELECTC 210 (IEC01) adopta el estándar IEC TC 77, estableciendo una clasificación defenómenos electromagnéticos.
105
7.3.1.3 Matriz del ambiente de EMI
Antes de colocar un sistema de telecomunicación en ejecución en un lugardeterminado, se debe fijar una matriz de EMI56; ésta matriz proporcionainformación sobre la compatibilidad de la interferencia electromagnética, entre elnuevo sistema y los sistemas ya existentes. Una representación general de lamatriz EMI para un ambiente dado contiene los elementos aij, con se presenta en(7.17). Los elementos de la matriz pueden ser positivos "+", nulos "0" o negativos"-". Si el aij es "+", esto significa que el sistema Si y el sistema Sj son tolerables ypueden funcionar simultáneamente en el mismo ambiente sin modificaciones enlos sistemas. Para representar un nivel bajo de perturbación EM, el aij debe serigual a "0", en este caso se deben hacer algunas correcciones en el ambiente delsistema i o del sistema j, para permitir el funcionamiento normal en ambossistemas. En el anterior caso, las correcciones o modificaciones fundamentales sedeben efectuar al nuevo sistema, para poder obtener un funcionamiento normal deambos sistemas. Por consiguiente, es probable que no haya entre ambossistemas, alguna tolerancia (“-”). La información obtenida en la matriz EMI, serelaciona con normas57 que dependen de cada país, para verificar la viabilidad delos diversos equipos conectados58.
444 8444 76 sj SSSS
ssss
ji
s
s
iEMI
aaa
aaaa
s
ss
M
...
,2,1,
,
,12,11,11
21
........................
...
↓= (7.17)
7.3.2 Modelo de perturbaciones EM para PLC
7.3.2.1 Fuente de perturbaciones conducidas e irradiadas
Las emisiones electromagnéticas producidas por los equipos electrónicosgeneralmente son de banda ancha, ocupando una banda alrededor de lafrecuencia de funcionamiento más ancha (en el rango de los MHz). Las emisionesconducidas generalmente se deben medir dentro de este rango de frecuencia,
56 Matriz de interferencia electromagnética.57 Estándares que dependen de la frecuencia utilizada y del margen de error de perturbaciones.58 Los diversos equipos incluyen los de radioaficionados, radioayuda, radios de zona militar, dezona marítima, de telecomunicaciones móviles, de aeronáutica, entre otros.
106
pero las normas en su medida consideran solamente el espectro de frecuenciaentre 0.15 MHz y 30 MHz.
Las perturbaciones electromagnéticas se pueden generar en "modo común"(forma asimétrica) o " modo diferencial” (forma simétrica) en el voltaje y lacorriente. La definición del modo común y del modo diferenciado se demuestra enla figura 7.17. Las componentes de estos modos son definidas por los voltajes ylas corrientes, medidas en los terminales de la red de energía y expresadas de lasiguiente manera:
21 UUU d −=y
2
221
21
UUU
III
c
d
−=
−=
y
21 III c +=
Donde:
- dU : es la componente del voltaje en modo diferencial.- dI : es la componente de la corriente en modo diferencial.- cU : es la componente del voltaje en modo común.- cI : es la componente de la corriente en modo común.
El modelo general de una fuente de EMI se ilustra en figura 7.17. Según estemodelo, un sistema o un dispositivo se considera como fuente de EMI, que inyectados tipos de corrientes en la red de energía: una está en el modo diferencial ( dI ) yla otra está en el modo común ( cI ). Generalmente, si se inyecta una señal a alta(incluso a baja) frecuencia en un cable (conductor), éste reacciona como antenairradiando un campo electromagnético en el ambiente, éste es el fenómeno que sesimula con las señales de corriente dI e cI .
La fuente de EMI, genera una corriente de modo diferencial sobre la red deenergía en la dirección uplink (del dispositivo a la fuente de energía), lo que dalugar al primer campo EM, por otro lado, la otra corriente de modo diferencial segenera con la misma intensidad que la primera pero en dirección opuesta (de lared al dispositivo). Esta segunda corriente de modo diferencial produce un campoEM con la misma intensidad que el campo generado en la dirección uplink, peroen dirección opuesta. Como resultado de la simetría, los campos generados de
107
EM se restan entre si causando de esta manera, que la corriente en modosimétrico no propague en el ambiente alguna perturbación EM. Por el contrario enel modo diferencial, la señal en el modo común fluye en la misma dirección; por lotanto, los campos EM que resultan se propagan de una manera asimétrica y enconsecuencia el campo total irradiado en el ambiente, es la superposición de estosdos campos. Por esta razón, la causa de las perturbaciones EM en las redes PLCes la ausencia de la interferencia en modo común.
Figura 7.17 Modelo de una fuente típica de EMI, de sus corrientes y voltajes del modocomún y del modo diferencial.
El circuito equivalente en alta frecuencia (HF) de una fuente con EMI, se muestraen la figura 7.18. La componente en modo diferencial fluye por los conductores deenergía (con el conductor neutro). La componente de voltaje del modo diferencialtambién se puede medir entre los conductores de fase. La componente de lacorriente de modo común fluye de la fase y del conductor neutro hacia la tierra. Elcircuito para la componente en modo común se cierra con la impedancia Zc. Deacuerdo a la figura, se puede concluir que no hay una simple relación entre lascomponentes de EMI en modo común y el voltaje de la red de la fuente de EMI,porque la EMI medida depende de la impedancia de la fuente y de diversosefectos parásitos (incluidos en Zc) que se presentan en la red de energía eléctrica.
En este rango de alta frecuencia, la componente de modo diferencial ( dI ) fluyendode la fuente a las redes de energía generan un campo eléctrico, pero este campoes atenuado por un campo eléctrico opuesto con la misma fuerza y generado porla identificación actual que fluye del lado opuesto (de la red a la fuente de la EMI),según lo demostrado en el modelo de HF. Al contrario del modo diferencial, la
cI actual del modo común genera un campo eléctrico, sin tener un componentesimétrico que pueda cancelar este campo. De este efecto viene la EMI irradiadaen la gama entre 0.15 MHz a 30 MHz.
108
Figura 7.18 Modelo de alta frecuencia de una fuente con EMI.
7.3.3 Normas de EMC para los sistemas PLC
7.3.3.1 Organizaciones de estandarización de EMC
Las normas de EMC son requisitos previos para asegurar que dispositivos ydiversos sistemas no generen perturbaciones y funcionen correctamente. Sedefinen los requisitos para el equipo en lo que se refiere a la máxima emisiónpermitida de perturbaciones electromagnéticas parásitas conducidas e irradiadas,así como el funcionamiento del equipo bajo la influencia de estas perturbaciones.
Para probar el equipo y verificar que respeta los límites de emisión, lascondiciones de prueba para medir los niveles de perturbación también sondefinidas por las normas; sin embargo, las normas son solamente un aspecto delos problemas asociados a la EMC. Los grupos de estandarización de EMC sepueden dividir en tres clases, de acuerdo al número de los estados en los cualesfuncionan: internacional, regional59 y nacional, por ejemplo RegTP en Alemania yla RA (Agencia de las Radiocomunicaciones) en el Reino Unido. Todo el trabajode estos grupos es de manera consultiva y cooperativa al desarrollar las normasde EMC, intentan combinar el interés de todas, esta división se muestra en lafigura 7.19.
59 La mayor representación de esta parte son los Estados Unidos y la Unión Europea.
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Los comités internacionales
La Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) por sus siglas en inglés, es unaorganización que promueve y coordina la estandarización internacional dematerias relacionadas, tales como la imposición de normas en los campos de laelectricidad, electrónica y tecnologías relacionadas. Para su trabajo técnico, la IECabarca unos 200 comités y subcomités, de los cuales quienes cerca de 50 serefieren a la EMC. Estos comités y subcomités presentan los resultados de sustrabajos en forma de normas o de informes técnicos. El más viejo y másimportante de estos comités es el CISPR60", que fue dado por la IEC en 1934 enParís, cuando las interferencias radioeléctricas empezaron a generar problemas;esta era la primera organización que coordinaba internacionalmente las normaspara limitar la emisión y recepción de radio, luego extendió su campo de actividada las normas de la EMC, por ejemplo, para el equipo tecnológico de información(ITE). Sus recomendaciones contenidas en CISPR22 definieron los límites paralas emisiones conducidas e irradiadas de ITEs y han sido la base para lasprincipales normas nacionales.
Figura 7.19 Organización del trabajo y de los enlaces de EMC entre diversos grupos deestandarización.
El segundo subcomité de estandarización importante de la IEC es el TC77 (ComitéTécnico 77), también designado IECTC77 y desempeña un papel complementarioal CISPR. Fue creado en 1973, para ser responsable, en cierto grado junto conotros comités, de las normas básicas de la EMC que tienen uso general, en loscuales los requisitos indicados se pueden respetar completamente o parcialmente;también permite un acercamiento sistemático para clasificar los fenómenos EM.60 “Comite International Special des Perturbations Radio Electriques” o international committee forradio interferences (CISPR), comité internacional para interferencias de radio.
110
El estudio de EMS en los equipos eléctricos y la definición de los métodos demedida, así como la clasificación de recomendaciones y normas para EMC, hansido la especialidad del subcomité TC65 de la IEC.
Las organizaciones regionales
En los Estados Unidos, la Comisión Federal de las Comunicaciones (FCC) es laentidad gubernamental responsable del control de interferencias. La mayoría deltiempo, la FCC se considera una organización regional, más que una organizaciónnacional. La FCC cubre la regulación de emisiones para una amplia gama deproductos; estas regulaciones imponen dos límites de emisión, medidos a diversasdistancias del dispositivo; el límite empleado depende del ambiente en el cualfuncionará el equipo. Se define la clase A para el equipo diseñado de usocomercial o industrial. La clase B define los límites que se aplican a los equipos deuso residencial en un país determinado. La FCC no especifica la eficiencia quebrinda sino que regula las emisiones EM para las clases A y B. Para cada clase, laFCC define los límites de radiación en el espectro de 30 MHz a 1 GHz y el límitedel voltaje para perturbaciones en la banda de frecuencia de 450 kHz a 30 MHz.
En Europa decidieron establecer un comité común de estandarización y crear unestándar para los límites de emisión de equipos eléctricos y lo denominaronCENELCOM61. Fue fundada en 1970 y se ligó inmediatamente al Comité Comúnde Estandarización representando a los proveedores de sistemas eléctricos deenergía y a los fabricantes de electrodomésticos. El comité de estandarización seextendió en 1973 y con esto, CENELCOM se reorganizó bajo el nombre deCENELEC62.
Los reguladores nacionales (Europeos)
La agencia (entidad) de las radiocomunicaciones (RA) es administrada por elMinisterio de Industria y Comercio del Reino Unido; es responsable de la gerenciadel espectro de radio no militar en el Reino Unido, que implica la representacióninternacional coordinando la investigación, asignando espectro y licenciando suuso para mantener un radio de espectro limpio. En Alemania y después de laliberalización de los mercados postales y de las telecomunicaciones, losoperadores privados de AG63 todavía mantenían posiciones dominantes en elmercado. De aquí vino la necesidad de un cuerpo regulador, con autoridad
61 CENELCOM: “Comite de Coordination Europeen des Normes Electriques pour le MarcheCommun”, comité europeo de la coordinación de estándares eléctricos por el mercado común.62 CENELEC: “Comite Europeen de Normalization Electrotechnique”, comité eléctrico europeo deestandarización.63 AG: Deutsche Post AG and Deutsche Telekom AG, operador de telecomunicaciones Alemán.
111
estructural separada con máxima independencia como lo era la RegTP64, la cualfue instalada el 1 de agosto de 1996; equipada de procedimientos legales yeficaces con los cuales se hacen cumplir condiciones de regulación;procedimientos que incluyen información de los operadores, investigacioneslegalizadas, así como un sistema de sanciones para los infractores de normasimplantadas.
7.4 CARACTERIZACIÓN DE LA PERTURBACIÓN
7.4.1 Descripción del ruido
Ya que las líneas de transmisión solo fueron diseñadas para la transmisión deenergía, no se había demostrado ningún interés en las características de estemedio en el espectro de alta frecuencia. Además, existe gran variedad deaplicaciones, aparatos con diferentes características conectados a la red deenergía. En consecuencia, antes de usar este medio para la transmisión deinformación, se debe formular una investigación de los fenómenos presentes en suambiente; además de la distorsión de la señal de información, debido a pérdidasresistivas del cable y a la propagación multidireccional, el ruido sobrepuesto en laenergía de la señal provoca la recepción incorrecta de la información. Encomparación con otros medios de telecomunicación, la red de energía eléctrica norepresenta el AWGN65, en el que la densidad espectral de energía es constantesobre todo el espectro para la transmisión.
Algunas investigaciones y medidas se han obtenido para dar una descripcióndetallada de las características del ruido en un ambiente PLC. Una descripcióninteresante se da en la figura 7.20, en la cual se clasifica el ruido como lasuperposición de cinco tipos de ruidos, determinados por el origen, duración,intensidad y ocupación del espectro.
Ruido de fondo coloreado (tipo 1), la densidad espectral de energía (PSD) esrelativamente baja y disminuye con el aumento de la frecuencia. Este tipo de ruidoes causado principalmente por una superposición de numerosas fuentes de ruidocon una intensidad muy pequeña. Comparado con el ruido blanco, que es un ruidoal azar, con una densidad espectral continua y uniforme, además de sersustancialmente independiente de la frecuencia, el ruido de fondo coloreadomuestra una fuerte dependencia de la frecuencia considerada. Los parámetros deeste ruido varían en el tiempo, en términos de minutos y horas.
64 RegTP: “Regulierungsbehorde fur Telekommunikation und Post”, autoridad reguladora para lastelecomunicaciones y las postales.65 AWGN: (Additive White Gaussian Noise), ruido aditivo gausiano blanco.
112
Figura 7.20 Mecanografía del ruido aditivo dentro de ambientes PLC.
Ruido de banda estrecha (tipo 2), la mayoría del tiempo tiene una formasinusoidal, con amplitudes moduladas. Este tipo de ruido ocupa varias subbandas,que son relativamente pequeñas y continuas sobre el espectro de frecuencia. Esteruido es causado principalmente por el ingreso de estaciones adyacentes debanda estrecha al medio y de la difusión de onda corta. Su amplitud generalmentevaría durante el día y en la noche se generan las amplitudes más altas ya que lascaracterísticas de reflexión de la atmósfera son más fuertes. La fuente de este tipode ruido son las estaciones de radio y las variaciones del nivel del mismo, según lahora del día.
Ruido impulsivo periódico, asincrónico a la frecuencia principal (tipo 3), esuna serie de impulsos que tiene generalmente una tasa de repetición entre 50 kHzy 200 kHz, y que da lugar al espectro con líneas discretas en el espaciamiento dela frecuencia según la tasa de repetición. Este tipo de ruido es causado sobre todoal cambiar fuentes de alimentación. Debido a su alta tasa de repetición, este ruidoocupa las frecuencias que están cerca de la fundamental. Como el nombresugiere, estos tipos de ruidos son los que no tienen una fuerte relación con lafrecuencia de la Red o armónicos superiores. Las fuentes de ruidos másimportantes para este caso, son los monitores de televisión y los decomputadores, producto de la exploración y sincronización de las señales en estetipo de aplicaciones. Una característica de este ruido es que ellos ocurren afrecuencias conocidas, como por ejemplo los sistemas de televisión (PAL) a lafrecuencia 15625 Hz y armónicos superiores. El ruido de banda estrecha tambiénse encuentra dentro de esta categoría.
Ruido impulsivo periódico, síncrono a la frecuencia principal (el tipo 4), sonimpulsos con un índice de repetición de 50 Hz o 100 Hz y es síncrono con lafrecuencia fundamental de la red de energía eléctrica. Tales impulsos tienen unaduración corta, en el orden de microsegundos y tienen una densidad espectral deenergía que disminuye con la frecuencia. Este tipo de ruido es causadogeneralmente por la fuente de alimentación que funciona síncrona con lafrecuencia principal, tal como los convertidores de energía conectados con lafuente. Normalmente este ruido es causado por los rectificadores controlados desilicio (SCR), el cual conmuta cuando la tensión cruza un cierto valor. Este ruido
113
es considerado como un fenómeno que no ocurre regularmente, pero una vez quesucede puede durar muchas horas. El nivel de ruido normalmente no excede los -70 dB por cada armónico.
Ruido impulsivo asincrónico (tipo 5), los impulsos son causados principalmentepor transitorios en las redes. Estos impulsos tienen duraciones de algunosmicrosegundos hasta algunos milisegundos con un tiempo arbitrario entrellegadas. Su densidad espectral de energía puede alcanzar valores superiores a50dB sobre el nivel del ruido de fondo, provocando la causa principal deocurrencias de error en la comunicación digital sobre redes PLC.
Las medidas alcanzadas han demostrado generalmente que los tipos de ruido 1, 2y 3 siguen siendo en períodos relativamente más largos, de segundos, minutos yalgunas veces por varias horas. Por lo tanto, estos tres se pueden resumir en unaclase de ruido, que se considera como clase coloreada del ruido de fondo PLC yse llama el "ruido de fondo generalizado", que ocupa la frecuencia y modelomatemático que se presenta en la sección 7.4.2. Los ruidos tipo 4 y 5, por elcontrario, varían por una duración de milisegundos y microsegundos, y se puedenrecolectar en una clase de ruido llamado “ruido impulsivo”, conocido también enotras literaturas como "ruido de impulso". Debido a sus amplitudes relativamentemás altas, el ruido de impulso se considera la causa principal de la ocurrencia delerror en la transmisión de datos a alta frecuencia sobre la red de energía eléctrica.
7.4.2 Ruido de fondo generalizado
Para modelar del ruido de fondo generalizado en el ambiente PLC, se considerauna superposición del ruido de fondo coloreado con las perturbaciones de bandaestrecha, de acuerdo a lo ilustrado en la figura 7.21. En este caso, no se diferenciael hecho entre las radios de interferencia de la onda corta y las otrasperturbaciones de banda estrecha en la forma de líneas espectrales, porque laslíneas espectrales se encuentran normalmente unidas. Además, debido a la altatasa de repetición del ruido, el tipo (3) ocupa las frecuencias que están tambiéncerca a la fundamental y la estructura de la frecuencia de envío de paquetes, porlo tanto son generalmente aproximados para una aplicación de banda estrecha.
Por consiguiente, para su modelamiento, este ruido será considerado como ruidode banda estrecha con PSD baja. La densidad de energía del ruido de fondocoloreado en tiempo promedio puede modelarse como )( fNGBN . La característicade dependencia del tiempo de este ruido se puede modelar independientemente,conociendo su desviación estándar. Por lo tanto, la PSD del ruido de fondogeneralizado se puede escribir de la siguiente forma:
)()()( fNfNfN NNCBNGBN += (7.18)
114
∑=
+=B
k
kNNCBNGBN fNfNfN
1
)( )()()( (7.19)
Donde: )( fNGBN es la PSD del ruido de fondo coloreado, )( fN NN es la PSD del
ruido de banda estrecha y )( fN kNN es la PSD de la subcomponente k generada
por la interferencia k del ruido de banda estrecha.
Figura 7.21 Modelo espectral de la densidad para el ruido de fondo generalizado.
Para el modelo de la PSD del ruido de fondo coloreado, las medidas handemostrado que una función exponencial de primer orden es la más adecuada,como se formula en la ecuación (7.20).
1.)( 10ff
CBN eNNfN−
+= (7.20)
Con: 0N la constante de densidad del ruido, 1N y 1f son los parámetros de la
función exponencial y las unidades de la PSD son 21
/ HzVdBµ . A través dediversas investigaciones y medidas del ruido en ambientes residenciales eindustriales, es posible encontrar las aproximaciones para los parámetros de estemodelo y la PSD del ruido de fondo coloreado se puede describir por lasecuaciones (7.21) y (7.22) para los ambientes residenciales e industrialesrespectivamente.
6.3][
.3535)(MHzf
BN efN−
+−= , para ambientes residenciales y 7.21)
115
6.8][
.4035)(MHzf
BN efN−
+−= , para ambientes industriales (7.22)
Para la aproximación por las interferencias de banda estrecha del ruido, se utilizala función paramétrica Gaussiana, la cual tiene ventajas principales por los pocosparámetros requeridos para especificar el modelo. Además, los parámetros sepueden obtener individualmente de las medidas y según estos han demostradouna pequeña variación, con el modelo.
2
2
.2
),(
)( .)( kB
koff
kk
NN eAfN−
−
= (7.23)
Los parámetros de la función son: kA para la amplitud, kf ,0 es la frecuencia mediay kB es la anchura de banda de la función Gaussiana.
7.4.3 Ruido impulsivo
El ruido impulsivo se compone de los impulsos periódicos que son síncronos conla frecuencia principal y, el ruido impulsivo asincrónico. Las medidas demuestranque esta clase es dominada en gran parte por el último tipo del ruido vistoanteriormente (tipo 5). Por esta razón, para modelar esta clase se basa en lasinvestigaciones y las medidas del tipo (5), el ejemplo de la figura 7.22 muestraparte de esas medidas.
El fin de estas investigaciones y medidas es descubrir las característicasestadísticas de los parámetros del ruido, tales como la distribución de laprobabilidad de la anchura de los impulsos y su distribución entre llegadas detiempo, representando el tiempo entre dos impulsos sucesivos (figura 7.23). Unaaproximación para modelar estos impulsos es un tren de pulsos con: wt la anchuradel pulso, amplitud del pulso A, el tiempo entre llegadas at y una función de pulsogeneralizada )/( wttp .
∑∞
−∞=
−=
i iw
iaiimp t
ttpAtn
,
,.)( (7.24)
Los parámetros iwt , , iA y iat , del impulso i son variables aleatorias, que soncaracterísticas estadísticas medidas e investidas profundamente. Los impulsosmedidos han demostrado que los 90% de sus amplitudes están entre 100mV y200mV. Solamente menos del 1% excede una amplitud máxima de 2V. Las
116
medidas de wt (la anchura del impulso) también han demostrado que solamentecerca de 1% de los impulsos medidos tienen una anchura que excede los 500µs ysolamente el 0.2% excedieron 1ms. Finalmente, el tiempo entre llegadas quesepara dos impulsos sucesivos está por debajo de 200ms para más del 90% delos impulsos registrados. Otras medidas más detalladas demuestran que sobre el30% de los pulsos detectados tenían un tiempo entre llegadas de 10ms o 20ms,con lo cual se representa el ruido impulsivo que es síncrono con la frecuencia dela red de energía, ruido tipo 3.
Figura 7.22 Ejemplo de algunos impulsos medidos en el dominio de tiempo en una redPLC.
Figura 7.23 Modelo del impulso usado para el ruido impulsivo.
117
7.4.4 El modelo de perturbación
Las perturbaciones pueden tener un gran impacto en la transmisión PLC endiferentes lugares de la red. A continuación, se describe un modelo encendido-apagado, que es simple para la perturbación y un modelo complejo deperturbación con el uso de investigaciones basadas en los sistemas detransmisión OFDM.
7.4.4.1 Modelo Encendido-Apagado
En la sección 7.4.2, se mostró que el ruido de fondo generalizado se da ensegundos, minutos u horas. También se concluye que los impulsos periódicos,síncronos con la frecuencia fundamental (ruido de tipo 4) tienen una duración cortay una PSD baja. Por otra parte, la variación a corto plazo en el ambiente para PLCse introduce sobre todo por el ruido impulsivo asincrónico (tipo 5); impulsos quepueden alcanzar una duración hasta de varios milisegundos, con altas amplitudesde PSD.
Métodos convenientes para la corrección e interpolación del error puedenocuparse de las perturbaciones causadas por el ruido impulsivo. Sin embargo,existe la probabilidad de error en la transmisión de datos, por ejemplo ciertasaplicaciones podrían dar resultados en la transmisión de datos errónea y conretransmisión de datos dañada.
La transmisión de datos incorrecta tiene gran influencia en el funcionamiento de laMAC y de capas de red más altas (sección 8.1). Por lo tanto, se desarrolla unmodelo encendido apagado de perturbación para representar la influencia delruido impulsivo asincrónico en la transmisión de datos. Los impulsos del ruidopueden hacer desaparecer un canal de transmisión por cierto período. Después deque desaparezca el impulso, el canal de transmisión afectado estará otra vezdisponible. Bajo esta clase de ruido, las perturbaciones en un medio detransmisión para PLC se pueden representar por un modelo encendido apagadocon dos estados: ONT y OffT (figura 7.24).
El estado de OffT representa la duración de un impulso que hace el canalinasequible por el tiempo de su duración. El ONT es el tiempo sin lasperturbaciones (ausencia de los impulsos de perturbación) cuando el canal seconsidera disponible. La duración de los impulsos de perturbación y su tiempoentre llegadas se pueden representar por dos variables aleatorias que sonnegativas y exponencialmente distribuidas, según el comportamiento de losimpulsos del ruido.
118
Figura 7.24 Modelo encendido apagado de perturbación.
7.4.4.2 Modelos complejos de perturbación para los sistemas basados en OFDM
Como se consideró anteriormente, un modelo encendido-apagado de error sedefine con la descripción de la disponibilidad del canal de transmisión. Sinembargo, si ocurre un impulso de perturbación, puede afectar un número variablede frecuencias utilizadas por OFDM (capítulo 8) dependiendo de suscaracterísticas, energía espectral, origen, etcétera. Por lo tanto, las perturbacionestienen que ser modeladas no solamente en el dominio de tiempo (duración ytiempo entre llegadas de impulsos) sino también en el dominio de la frecuencia,especificando cuántos y qué subportadoras son afectadas por un impulso deperturbación. Además, en el modelo encendido-apagado simple de perturbación,una subportadora de OFDM puede estar simplemente en dos estados, definidoscomo: Encendido (on) - disponible para la transmisión, o Apagado (off) - nodisponible.
Por otra parte, un sistema OFDM puede emplear un bit de carga para proporcionaríndices de datos variables de una subportadora según su calidad, que dependedel comportamiento del ruido en la frecuencia de la subportadora. Para modelar unsistema OFDM usando el bit de carga, el modelo encendido-apagado deperturbación se extiende para incluir varios estados entre el "canal apagado“(de latransmisión no posible) y el "canal encendido"(es posible una tasa de datoscompleta) como se presenta en la tabla 7.1.
Los estados entre "off" y "on" representan las situaciones cuando una (o varias)subportadora es afectada por el impulso de perturbación, pero todavía puedentransmitir los datos por otra subportadora (aunque con menor tasa de datos). Entales casos, los sistemas basados en OFDM pueden reducir la tasa de datos porlas subportadoras afectadas y hacer posible la transmisión.
Tabla 7.1 Tasas de datos de las subportadoras del modelo de error multiestado - comoejemplo.
Estado subportadora On 1−On 2−On 3−On 4−On 5−On 6−On 7−On Off
Datos tasa/kbps 8 7 6 5 4 3 2 1 0
119
Por lo tanto, el modelo del error multiestado tiene sentido si se investiga unsistema PLC basado en OFDM. Como se menciona anteriormente, la longitud delas típicas redes de acceso PLC está alrededor de varios metros. Así, se puedecontar con que las perturbaciones afectan diferentes segmentos particulares de lared; por ejemplo, dependiendo de la posición de la fuente de ruido, de laprotección de la red de energía en diversas secciones de la red, etcétera. En estecaso, una red PLC está bajo la influencia de las perturbaciones seleccionadas,donde las estaciones de la red son afectadas por múltiples perturbaciones, queprincipalmente dependen de su posición en la red. Tales perturbaciones sonrepresentadas por los modelos selectivos de perturbación. Se puede concluir quelas perturbaciones actúan selectivamente de dos maneras, dependiendo de lafrecuencia y del espacio/posición.
7.4.4.3 Modelo de parámetros
Para la especificación de los parámetros que representan característicasgenerales de perturbación en redes de acceso PLC, las medidas de loscomportamientos de perturbación tienen que ser tomadas en redes que funcionanen varios ambientes: áreas rurales y urbanas, de negocio e industriales, las redesPLC diseñadas con varias tecnologías (como diversos tipos de cables), etcétera.
Las condiciones y las construcciones locales de las redes PLC pueden serdiferentes una de la otra y los resultados alcanzados con la medida pueden variaraltamente de una red a otra. Por lo tanto, no sólo hay necesidad de lacaracterización general del comportamiento de la perturbación sino también de lacaracterización de cada red de acceso PLC.
8. MODULACION EN SISTEMAS PLC PARA BAJA TENSIÓN
Las redes de acceso PLC se caracterizan por utilizar la topología y las redes debaja tensión, la transmisión deficiente es dada por factores como: el problema decompatibilidad electromagnética en la red eléctrica o la baja tasa de datosresultante por la sensibilidad a las perturbaciones de la red misma y del ambientesobre la red.
Para solucionar estos problemas y poder asegurar la transmisión de datos sobre lared eléctrica, logrando cierta calidad en la transmisión y así poder acceder a labanda ancha, se debe recurrir a diversos mecanismos de transmisión ymejoramiento de los protocolos aplicados. El acceso PLC está reglamentado por
120
varios elementos de la red, básicamente, la comunicación dentro de una red deacceso PLC esta dada entre una subestación y un número de modems PLC, lossuscriptores PLC y sus dispositivos de comunicación.
En este capítulo, se presentan algunos aspectos para realizar sistemas de accesoPLC, como la transmisión, los protocolos y la arquitectura implementada dentro delos elementos de la red.
8.1 LA ARQUITECTURA DEL SISTEMA PLC
El cambio de información entre usuarios distantes es complejo, puesto que losdispositivos de comunicación usados pueden diferir el uno del otro y el flujo deinformación entre ellos puede ser efectuado sobre diferentes redes, que puedentener tecnologías diferentes de transmisión.
Para entender lo complejo de las estructuras utilizadas en la comunicación, elproceso entero de comunicación ha sido universalmente estandarizado yorganizado en capas jerárquicas individuales de comunicación.
El modelo jerárquico especifica tareas de cada capa de comunicación, así comotambién, las interfaces entre ellas, asegurando una estandarización y relaciónmucho más sencilla de los protocolos de comunicación.
Actualmente, el modelo de referencia es ISO/OSI66 (figura 8.1), el cual se usa parala descripción de diversos sistemas de comunicación. Consta de siete capas, cadauna de ellas lleva una función (o varias funciones) precisamente definida. Cadacapa superior representa un nivel nuevo de abstracción comparado con la capainferior. El primer nivel de red especifica la transmisión de datos, llamado nivel dered físico (medio de transmisión) y así continua en un nivel cada vez más alto.
66 ISO/OSI: International Standardization Organization/Open Systems Interconnection.
121
Figura 8.1 Modelo de referencia ISO/OSI.
Por lo tanto, se dará una breve descripción de las funciones definidas en elmodelo correspondiente al sistema PLC, con el fin de poder definir los nivelesempleados.
• Capa 1 (Física): considera la transmisión de bits sobre un medio decomunicación, incluyendo características eléctricas y mecánicas de un mediode transmisión, la sincronización, la señal codificada, modulación, etc.
• Capa 2 (Enlace/vínculo de Datos): está dividido en dos subcapas:
- MAC (Medium Access Control - SubCapa baja): Control de Acceso a Medios,especifica el acceso a los protocolos.
- LLC (Logical Link Control – Subcapa superior): Control Lógico de Vínculos,crea la detección y corrección de errores y el control de flujo de datos.
• Capa 3 (Red): es responsable de la estructuración y terminación de conexionesde la red, así como también la determinación del recorrido.
• Capa 4 (Transporte): considera el transporte de datos de extremo a extremo,incluyendo segmentación de mensajes transmitidos, control de flujo de datos,manipulación de la seguridad de datos, etcétera.
• Capa 5 (Sesión): controla la sesión entre terminales participantes (losdispositivos).
122
• Capa 6 (Presentación): transforma estructuras de datos en un formato estándarpara la transmisión.
• Capa 7 (Aplicación): le provee la interfaz al usuario final.
Las capas 5–7 de red están más cercanas con el usuario final para correr unaaplicación de comunicación. Por consiguiente, estos niveles de red sonfrecuentemente caracterizados como Niveles de Red Aplicativos (o Capasorientadas a aplicaciones). Como en las capas de aplicativos, las capas de red 1–4 son las responsables de la transmisión sobre una red e igualmente son Capasdesignadas de Transporte (o las Capas orientadas al transporte).
Como se menciono anteriormente, la capa de transporte (la capa 4) sólo toma lasconexiones finales, por lo que es implementada entre los que se comunican. Porotra parte, el enlace en las capas de red 1–3 se efectúa con tareas relacionadasen la transmisión de datos sobre diferentes redes de comunicación y las seccionesde la red (las subredes de comunicación). Por lo tanto, estas capas son usadasdentro de diferentes elementos de la red, algo parecido como a la función decambiar nodos, routers, etcétera y son llamadas Network Dependent Layers (oNetwork Layers). Así, la capa de transporte (Capa 4) representa una interfaz entrelos niveles de red y el 5–7 de la capa aplicativos, es completamente independientede la red.
Una red de acceso PLC consta de una estación base y un número de suscriptoresusando modems PLC. Los modems proveen, usualmente, diversas interfaces deusuario para poder conectar dispositivos diferentes de comunicación (figura 8.2).
Asimismo, una interfaz de usuario puede proveer una interfaz de Ethernet,conectando un computador personal. Por otra parte, un modem PLC estárelacionado al medio de transmisión PLC con una interfaz específica. Lacomunicación entre el medio de transmisión PLC y el usuario es efectuada en latercera capa de red. La información recibida en la capa física de red PLC esentregada a través del Control de Acceso a Medios y subcapas de Control Lógicode Vínculos para el nivel de red, la cual es organizada según un estándarespecificado o protocolo, asegurando comunicación entre el PLC y las interfacesde datos de Ethernet (o cualquier otro). La información recibida por la interfaz dedatos del dispositivo de comunicaciones es remitida a la capa de red deaplicaciones.
La estación base conecta una red de acceso PLC y su medio de transmisión a unared de distribución de comunicación y con ella hacia la red principal. Por lo tanto,provee al PLC una interfaz específica y una interfaz correspondiente para latecnología de comunicaciones usada en la red de distribución. Generalmente, losdatos intercambiados entre una red PLC y una red de distribución son llevados
123
fuera por la tercera capa de red como un medio, donde el modem PLC y el usuariopuedan interactuar.
De acuerdo con lo anterior, la estación base y los modems PLC le proveen unainterfaz específica para su conexión al medio de transmisión PLC (figura 8.2). Porotra parte, las interfaces para la conexión de distribución y las redes principales,así como también para diversos dispositivos de comunicación, están realizadassegún las tecnologías aplicadas en la red y en los dispositivos finales, los cuálesson especificados en los estándares correspondientes de telecomunicaciones.
La interconexión entre PLC y otras tecnologías de comunicación es llevada a caboen el tercer nivel de red, cumpliendo ciertos estándares.
Figura 8.2 Especificaciones de las capas de red PLC.
La interfaz de una red PLC determinada, incluye los primeros dos niveles de red:la capa física y el Control de Acceso a Medios y las subcapas de Control Lógicode Vínculos. La capa física PLC es organizada según las característicasespecíficas del medio de transmisión PLC y está descrita en la Sección 8.2. Acausa del inconveniente que produce el ruido en las redes PLC, hay diferentesmecanismos para manipular el error y se hace en la parte de la subcapa deControl Lógico de Vínculos.
8.2 TÉCNICAS DE MODULACIÓN PARA SISTEMAS PLC
124
La elección de la técnica de modulación para un sistema de comunicaciones estádada por la naturaleza y las características del medio en el cual tiene quefuncionar. La red de energía eléctrica como medio de transmisión de la señal decomunicación presenta dificultades, entre ellas el ruido. La modulación aplicadapara un sistema PLC debe vencer el deterioro del medio, además de hacer enforma rápida estos procesos, por ejemplo, las características del medio no lineal.
La no-linealidad del medio haría que el demodulador fuera muy complejo y caro,haciendo casi imposible la conversión de tantos datos por encima de 10 Mbps,utilizando un solo tipo de modulación. Por lo tanto, la modulación PLC debe vencereste problema sin que sea necesario utilizar una tecnología muy complicada. Laincompatibilidad de impedancias en las líneas de energía da como resultado uneco que retrasa la señal, dando otro reto para la técnica de modulación que debevencer este problema.
La modulación escogida debe ofrecer una flexibilidad alta al usar o evitar algunasfrecuencias dadas, si éstas poseen mucho ruido o son asignadas a otro servicio ypor consiguiente, tienen prohibiciones para ser utilizadas con las señales PLC.
Recientes investigaciones han enfocado la atención en dos técnicas demodulación que han demostrado ser buenas en ambientes difíciles y estas seadaptaron para diferentes sistemas de banda ancha. La primera es OFDM(Multiplexación por División de Frecuencia Ortogonal), la cuál ha sido adoptadapara el DAB (Audio Digital Europeo Broadcasting) y la tecnología DSL. Ensegundo lugar, la modulación por propagación de espectro, la cuál esampliamente usada en aplicaciones inalámbricas, ofreciéndole una modulaciónadecuada para ser utilizada con una gran variedad de esquemas con accesosmúltiples.
En esta sección, se explican los principios de cada técnica de modulación y sufondo matemático. Luego, se mencionan algunas realizaciones prácticas deldemodulador y su demodulador correspondiente, con sus respectivas propuestaspara cada modulación. Finalmente, se hace una comparación entre estossistemas, analizándolos y demostrando las ventajas de las características de cadauno de ellos. Esta comparación podría resolver la elección de la técnica demodulación que se adopta para sistemas PLC, permitiendo encontrar lasnecesidades de la red, como son la alta velocidad de bits, el nivel deperturbaciones electromagnéticas, error en la tasa de bits, etcétera.
8.2.1 La multiplexación por división de frecuencia ortogonal (OFDM)
125
8.2.1.1 Principios de Modulación
MCM (MultiCarrier Modulation): es el principio de transmitir datos dividiendo lacorriente en varios bits de corrientes paralelas, cada una tiene una tasa en bitsmás pequeña, pero utiliza varias subportadoras; designando tambiénsubportadoras para modular estas subcorrientes.
Los primeros sistemas usando un MCM fueron circuitos radiotelefónicosintercalados, usados en comunicaciones militares de alta frecuencia en los añosde 1970. La multiplexación por división de frecuencia ortogonal es una formaespecial de MCM con subportadoras densamente espaciadas y los espectrospropagados, como se muestra por la representación de la señal OFDM en eldominio de la frecuencia en la figura 8.3. Para permitir una recepción libre de erroren la señal OFDM, se debe hacer que las formas de onda de las subportadorassean ortogonales una de la otra.
Comparando los métodos de modulación como BPSK (Binary Phase Shift Keying)o QPSK (Quadrature Phase Shift Keying), OFDM (BPSK). OFDM transmiteseñales que tienen relativamente una larga duración en el tiempo, pero una bandacorta. En el caso de una duración de señal que está al menos igual, para elmáximo atraso, como es el caso con las otras modulaciones, la señal recibida tratade traslapar las otras señales transmitidas (Interferencia de la Interseñal “ISI").
Figura 8.3 Representación de OFDM en el dominio de la frecuencia.Usualmente, los sistemas OFDM son diseñados a fin de que cada subportadorasea lo suficientemente estrecha, para experimentar un desvanecimiento en lafrecuencia. Esto también le permite a las subportadoras permanecer ortogonales
126
cuando la señal es transmitida, sobre un canal selectivo de frecuencia e invarianteen el tiempo. Si una señal en una modulación por OFDM es transmitida sobre talcanal, cada subportadora experimenta una atenuación diferente, codificando lassubcorrientes de datos, estos errores tienen más probabilidad de ocurrir en lassubportadoras gravemente atenuadas, esto es detectado y normalmente corregidoen el aparato receptor por medio de códigos de corrección de errores.
A pesar de la robustez del proceso debido a la selectividad de la frecuencia, quese ve como una ventaja en OFDM, hace que cualquier variación de tiempoempleado en el canal tenga un límite para la actuación del sistema. Se sabe quelas variaciones del tiempo deterioran la ortogonalidad de las subportadoras.
En este caso, la ICI (Interferencia del inter-transportador) aparece porque loscomponentes de la señal de una subportadora interfieren con otras subportadorasvecinas. Para la transmisión de información en las N subportadoras, la duración dela señal OFDM es N tiempos más larga que la duración de una sola señal de untransportador. Los efectos del ISI (Interferencia de la inter-señal) introducidos porcanales dispersivos de tiempo lineal, son minimizados. Sin embargo, para eliminaral ISI completamente, un tiempo de espera es insertado con una duración máslarga que la duración de la respuesta de impulso del canal. Además, para eliminaral ICI, el tiempo de espera es cíclicamente extendido. Se debe tener en cuentaque en la presencia de canales dispersivos de tiempos lineales, un tiempoapropiado de espera evita a ISI pero no a ICI, a menos que sea cíclicamenteextendido. Por esta razón un tiempo de espera con duración Tcp (prefijo deduración cíclica) es añadido al OFDM.
Para construir un tipo de periodicidad alrededor del tiempo de espera, el tiempocontenido de la señal OFDM es multiplicado por dos de las primeras partes de laseñal, como se representa en la figura 8.4. En este caso, el tiempo de espera seconvierte en el prefijo cíclico (CP). La inserción de los tiempos cíclicos apropiadosy prolongando el tiempo de protección, elimina a ISI y a ICI en un canal dispersivolineal; Sin embargo, esto introduce también una pérdida en la relación señal/ruido(SNR) y un incremento del ancho de banda necesitado. La pérdida SNR es dadapor:
−
=CP
loss TTTdBSNR log*10)( (8.1)
Y el factor de expansión de ancho de banda es dado por:
127
−
=CP
B TTT
ε (8.2)
Figura 8.4 Suma del prefijo de duración cíclica para duplicar la primera parte de la señaloriginal.
8.2.1.2 Generación de señales OFDM
La generación de las señales OFDM se basa en dos principios; el primero, que losdatos están subdivididos en un número dado de subcorrientes, dónde cada unatiene que ser modulada sobre una señal separada de la transportadora. Lasseñales moduladas resultantes tienen que ser luego multiplexadas antes de sutransmisión. En segundo lugar, las subportadoras modulantes, se separan por lainversa de la duración de la señal marcada, separándose independientemente delas subportadoras multiplexadas en la frecuencia. Esto asegura que los espectrosde las subportadoras individuales son ceros en otras frecuencias de subportadora,como se ilustra en la figura 8.5, esto se basa en el concepto fundamental deortogonalidad y la realización OFDM.
Los datos enviados están subdivididos en N elementos paralelos de datos y sonespaciados por At = 1/fs, donde fs es la tasa deseada de señal. Las N series deelementos modulados y las N frecuencias de subportadoras, son luegomultiplexadas por división de frecuencia. El intervalo de la señal ahora ha sidoaumentado a tN ∆⋅ , que provee una solides para el retraso que se causa en el
128
canal. Cada una de las frecuencias adyacentes de la subportadora es entoncesespaciada por el intervalo formulado por la ecuación (8.3).
tNf
∆⋅=∆ 1
(8.3)
Esto asegura que las frecuencias de subportadora estén separadas porsubmúltiplos de 1/T, a fin de que las subportadoras sean ortogonales sobre unaduración de señal sin distorsiones.
Figura 8.5 Transmisor básico OFDM.
Se debe aclarar que T en esta fase es la duración de la señal OFDM, para la cual,el período cíclico Tcp no está aún añadido. Según la realización básica OFDM, laseñal transmitida s (t) puede ser expresada por la ecuación 8.4.
[ ]∑ ∑−
=
∞
−∞=
−=1
0)(.)(
N
kk
ll lTtkbts ψ (8.4)
Con la función en el pulso p (t) y tkfk /= , cada subportadora puede serformulada por:
tfjk
ketpt πψ 2)()( ⋅= (8.5)
La base 0, 1, N-1 es ortogonal, por consiguiente:
129
≠=
=∫ kisikisi
dtttT
ik :,0:,1
)()(0
*ψψ (8.6)
Luego la señal transmitida puede ser expresada como:
[ ]∑ ∑−
=
∞
−∞=
⋅−=1
0
2)()(N
k
tfj
ll
kelTtpkbts π (8.7)
Tomando muestras en una tasa TS=T/N
[ ] [ ] [ ]∑ ∏∑−
=
∞
−∞=
⋅−=1
0
)/(2N
k
NTknTj
Nss
ll
sselNTnTkbnx π (8.8)
[ ] [ ] [ ]∑ ∏∑−
=
∞
−∞=
⋅−=1
0
/2N
k
Nknj
Nll elNnkbnx π
(8.9)
Con:
[ ] +≤<
=−∏ valorotroparaNlnlNpara
lNnN __,0
))1((:,1 (8.10)
La señal se puede representar de la siguiente manera:
[ ] [ ] [ ]∑ ∑∏∞
−∞=
−
=
⋅⋅−=l
NknjN
ll
N
ekblNnnx /21
0
π (8.11)
[ ] [ ]∑∏∞
−∞=
⋅−=l
lN
nbIDFTlNnnx ),( (8.12)
Donde IDFT es Transformada Inversa Discreta de Fourier.
De la representación de la señal modulada OFDM, puede deducirse que para lageneración de las señales OFDM x[n], en el bloque IDFT se hace necesaria unaprogresión. La generación de la señal OFDM puede ser optimizada y calculadacon IDFT de la señal original por el término medio de la transformada rápida deFourier Inversa (IFFT). Para la extensión cíclica de la señal OFDM, las últimas Tcpprobadas de la salida del bloque IFFT, ya están insertas en el principio de la señalOFDM. En el receptor, las primeras pruebas Tcp de señal OFDM tienen que serluego descartadas, como se muestra en la figura 8.6.8.2.1.3 Realización del sistema OFDM
130
La sección previa ha demostrado que la generación de la señal OFDM puede serrealizada a través del procesamiento del bloque IFFT/IFF, para el cual se utilizanlos datos originales del bloque. Sin embargo, varias operaciones complementariastienen que ser obtenidas y aplicadas para los bits de información antes de quesean enviadas al IFFT, como es ilustrado por la figura 8.6.
La codificación de la información original es un paso primordial para hacer posiblela transmisión sobre los canales reales y así evitar la distorsión. La interpolaciónde la información codificada debería ayudar a evitar los largos errores en ráfagas,que limitan la capacidad de los códigos de corrección de errores para la deteccióny la corrección de estos mismos. En el sistema OFDM es más complicado larealización de este procedimiento, por lo tanto es necesario cargar cada bit. Coneste bit cargado, la cantidad de información (o los bits) enviada sobre unasubportadora dada depende de la calidad de esta subportadora. En este caso, latasa en bits generada sobre las subportadoras que se afectan por lasperturbaciones, están más abajo de la tasa en bits generada sobre lassubportadoras limpias.
Figura 8.6 Realización de un sistema OFDM.
La funcionalidad media requerida para la realización de un sistema OFDM sepuede resumir como:ü Codificación y decodificación (Interpolación y desinterpolación).
131
En el lado del transmisor y antes de modular la señal de información, es usadauna codificación de canal, así que los datos correctamente admitidos por lamayoría de las subportadoras son difícilmente corregidos por la mayoría de lassubportadoras débiles.
Un set de esquemas de codificación de canal ha sido investigado, para laaplicación dentro de códigos de bloque, como son los sistemas OFDM, códigosespirales, etcétera. Además, la señal que es débil en la respuesta en frecuenciase desvanece, causando en el medio de transmisión algunos grupos desubportadoras menos fieles que otros grupos y por lo tanto causando bitserróneos.
Sin embargo los esquemas de codificación del canal son normalmente diseñados,para ocuparse de errores independientes y no para errores en ráfagas, la técnicade interpolación se usa para garantizar esta independencia, efectuando al azarerrores dispersos. Por esta razón, en el transmisor y después de la codificación,los bits están al azar, combinados de tal manera que los bits adyacentes sonseparados por varios números de bits. En el lado del aparato receptor, antes de ladecodificación, una desinterpolación es realizada para obtener el ordenamientooriginal de los bits. La función desinterpolación puede estar realizada por bloqueso convolución interpolada.
ü Mapeo y desmapeo.
Después de codificar y de la interpolación, los bits son transportados en el tiempol-th OFDM, sobre la subportadora de k-th OFDM, en la que se traza un mapa parauna señal conveniente de modulación Sl, k.
Este mapeo puede ser llevado fuera con o sin codificación diferencial. Sincodificación diferencial, los bits de datos son directamente mapeados con uncomplejo algoritmo de modulación. Generalmente, está codificación esta dada porM-PSK (M-ary Phase Shift Keying) o por M-QAM (M-ary Quadrature AmplitudeModulation).
En la figura 8.7, en Gris se codificaron a 17-PSK y la forma de la señal 17-QAM esilustrada, donde las palabras binarias son asignadas a estados adyacentes de laseñal y difieren por sólo un dígito. Sí la codificación es el tiempo, se tiene:
klklkl xBSS ,,1, −= (8.13)
132
Y para darle un reset a este proceso diferencial de mapeo, cada subportadora dela primera señal OFDM transporta un valor de referencia conocido.
Si la codificación se realiza en frecuencia, entonces se tiene:
klklkl xSSS ,,1, −= (8.14)
Y para la iniciación de esta codificación diferencial la primera subportadora decada señal OFDM transporta un valor de referencia conocido. En el aparatoreceptor y antes de interpolar y descodificar, la señal modulada recibida Rl, k semapea produciendo los bits transportados en la ranura de tiempo de l-th OFDM yel subcanal de k-th OFDM. La detección coherente o la detección diferencialpueden ser utilizadas según el esquema de mapeo usado en el transmisor. Parahacer mapas sin codificación diferencial, se usa la detección coherente, aunque ladecisión se basa en el cociente Dl, k, que es dado por:
∧∧ +≈=
klklH
NS
H
RD kl
klkl
kl
,,
,,
,, (8.15)
Donde Hl,k es una estimación del factor de propagación del canal Hl,k y Nl,k es elcomponente del ruido blanco aditivo Gaussiano y esta superpuesta a la señaltransmitida.
Figura 8.7 Esquemas de mapeo y desmapeo para 17-PSK y 17-QAM.
Para esta estimación es necesario identificar el tamaño y las referencias de fasedel grupo de señales en cada subportadora OFDM, a fin de que las señales
133
complicadas de datos puedan ser correctamente demoduladas. Esta operaciónsimple de igualación es la ventaja principal de los aparatos receptores OFDM.
Esencialmente se transmiten los datos originales sobre las subportadorasmúltiples en la banda corta. En conjunto cada canal seleccionado en la frecuenciaes transformado en un set de canales planos atenuados, cuyo efecto es sólointroducir una atenuación de fase aleatoria cambiando de posición en cadasubportadora OFDM. Por consiguiente, a cada canal OFDM le corresponde unahilera de multiplicadores compuestos.
En el caso de la codificación diferencial, la detección diferencial debe ser usada enla recepción para recuperar las señales moduladas. Si la codificación diferencialfue lograda en el dominio del tiempo, la detección diferencial es realizadasemejándose a la información de cada subportadora en señales consecutivasOFDM y está dada por el cociente:
klkl
klklkl
NHSNHBS
RR
Dkl
kl
kl
klkl
,1,1
,,,1
,1
,
,1
,,
−−
−
+
+==
−− (8.16)
Si la codificación diferencial fue realizada en la frecuencia, la detección diferencialse realiza semejándose a la información en las subportadoras consecutivas de laseñal OFDM y la decisión se basa en el siguiente cociente:
1,1,
,,1,
1,
,
1,
,,
−−
−
+
+==
−− klkl
klklkl
NHSNHBS
RR
Dkl
kl
kl
klkl (8.17)
Comparando el diferencial y los métodos poco diferenciales de detección, losesquemas diferenciales son muy robustos y complejos, para los desbalances defase residuales, causados por un desbalance en el tiempo de la señal entre elcierre con una fase poco perfecta, creada por los equipos como: el transmisor, elconvertidor oscilador y el oscilador desconvertidor en el receptor. Además, losesquemas diferenciales son utilizados para implementaciones más simples delaparato receptor, porque ninguna estimación del canal es necesaria, en contrastecon esquemas poco diferenciales. Sin embargo, en presencia del ruido, ladetección diferencial se destaca para el rango de 3-dB en el SNR, cuando escomparada para la detección coherente ideal.
ü Modelo de inserción /Estimación del canal
En el caso del sistema coherente de detección, una estimación del canal esnecesaria. Esta estimación es importante para identificar el tamaño y la referencia
134
de fase de la constelación de mapeo en cada subportadora, a fin de que lasseñales complicadas de datos puedan ser identificadas correctamente.
La estimación del canal en los sistemas OFDM requiere la inserción de señalesconocidas en el modelo de la señal OFDM. Estas señales conocidas producenestimaciones de los puntos de respuesta en frecuencia del canal y una operaciónde descodificación produce los puntos restantes en la frecuencia del canal delpunto estimado. La estructura es adecuada desde que el canal pueda ser miradocomo una señal en dos dimensiones en el tiempo y la frecuencia. Las pruebas enlas posiciones pilotos se hacen por medio del teorema de dos dimensiones queprueba e impone topes en la densidad de pilotos para obtener una representaciónprecisa del canal.
Esencialmente, el tiempo de coherencia del canal dicta la separación mínima delos pilotos en el dominio del tiempo y el ancho de banda de coherencia del canaldicta la separación mínima de los pilotos en el dominio de la frecuencia. En lainserción piloto, mientras más alta sea la densidad de señales pilotos, mejor laexactitud. Sin embargo, mientras más alta sea la densidad de señales pilotos, másalta es la pérdida en SNR y la tasa de datos.
8.2.2 Modulación del espectro de propagación
8.2.2.1 Principios del espectro propagado
El espectro propagado es un tipo de modulación que esparce datos para sertransmitidos a través de la banda entera disponible de frecuencia, sin exceder elancho de banda mínimo requerido para enviar la información.
Los primeros sistemas de espectro fueron diseñados para comunicacionesinalámbricas digitales, específicamente para vencer la interferencia, es decir, paraser más inmune a interferencias en la comunicación.
Para desestabilizar la comunicación, se necesita hacer dos cosas:
Primero se debe detectar que tipo de transmisión esta dada y segundo transmitiruna señal de interferencia que es diseñada para bloquear el aparato receptor. Porconsiguiente, El sistema de espectro propagado debe hacer posible que estastareas sean más complicadas de lo normal.
En primer lugar, la señal transmitida deberá ser difícil de detectar por otra personay por esta razón la señal transmitida del espectro propagado, es en su mayor parteseñal de interferencia designada. En segundo lugar, la señal deberá ser difícil dedistorsionar con una señal de interferencia.
135
El espectro propagado se originó en las Fuerzas Armadas y encuentra la mayoríade sus aplicaciones en ambientes hostiles de comunicación, algo que essemejante en los ambientes PLC. Sus aplicaciones típicas son los teléfonosinalámbricos, radiotelegrafía a LANs, sistemas como PLC y Bluetooth. En algunoscasos, no hay control central sobre los recursos radiodifusores y los sistemastienen que funcionar aun en presencia de las interferencias fuertes que poseenotros elementos como: sistemas de comunicación, dispositivos eléctricos yelectrónicos. En este caso, la interferencia no es intencional, pero lasinterferencias electromagnéticas pueden ser, lo suficientemente fuertes parainterferir en la comunicación de otros sistemas de propagación mas débiles quefuncionan en el mismo espectro.
El principio del espectro propagado es ilustrado en figura 8.8, donde la informaciónoriginal tiene un ancho de banda B y duración TS, es convertida a través de unaseñal de seudoruido, en una señal que ocupa el espectro W, con W mayor o iguala B. La expansión multiplicativa de ancho de banda puede ser medida por unparámetro del espectro propagado designado como factor de propagación (SF).
Para aplicaciones militares, el SF esta entre 100 y 1000, y en el sistema UMTSW-CDMA el SF esta entre 4 y 257. Este parámetro está también conocido como"ganancia propagadora" o "ganancia procesadora" y está definido por la ecuación.
sTWBWG ⋅== (8.18)
Las tecnologías del espectro propagado tienen gran ventaja, entre las cuales sepuede mencionar la seguridad inherente a la transmisión, la resistencia ainterferencias de otros sistemas, la redundancia, la resistencia a las diferentesrutas y los efectos de pérdidas.
Figura 8.8 Principio de ancho de banda propagándose en DSSS.
136
Las técnicas eficaces de espectro extendido más comunes son: DS (DirectSequence - Secuencia directa), FH (Frequency Hopping – frecuencia de salto), elTH (Time Hopping – tiempo de salto) y el MC (Multi-Carrier - Multi-portador). Porsupuesto, cabe también mezclar estas técnicas de espectro extendido para formashíbridas alcanzando muchas mas ventajas.
Analizando sólo a DS y HF. El DS es un sistema de tipo de reducción deinterferencia, tiene lugar porque la interferencia puede ser promediada sobre unespacio de tiempo grande. El FH y sistemas TH son sistemas de evitación deinterferencia. Aquí, la reducción en la interferencia ocurre porque la señal evita lainterferencia para una fracción grande de tiempo.
8.2.2.2 Secuencia directa del espectro de propagación
La secuencia directa del espectro de propagación (DSSS - Direct SequenceSpread Spectrum) es la forma más aplicada sobre el espectro de propagación envarios sistemas de comunicación.
La propagación del espectro de la señal transmitida de información DSSS, modulala señal de datos con una secuencia de fases pseudoaleatorias con pulsosmodulados, antes de mezclar la señal a la frecuencia del transportador en elsistema de transmisión. En el transmisor DSSS ilustrado en figura 8.9, el bit deinformación b[n], tiene una tasa de la señal 1/Tb y un tamaño de set - 1, +1, seconvierte en una señal eléctrica b (t) a través de una simple señal modulada(PAM), generando un tren de pulsos TlTb (t), para propagar el espectro de la señalde información b (t). Está luego es multiplicada por una tasa alta única, con códigodigital de propagación c (t) que tiene muchos cruces de cero en el intervalo deseñal con período Tc.
Para la generación de la señal propagadora c (t), primero una secuencia de códigoc (t), es generado por una PNS (Pseudo-Noise Sequence – secuencia de ruido),generando una frecuencia 1/Tc y luego modulada a través de PAM con un trenWTb (t). Las diferentes modulaciones del transportador solo pueden usarse paraempujar la señal propagada en la alta frecuencia, algo semejante como BPSK yQPSK, o la M-PSK.
Considerando el transmisor DSSS basado en la modulación BPSK en la figura 8.9,la señal transportada tiene un tamaño de amplitud (2Eb/Tb)1/2, dónde Eb es laenergía por bit de información. Luego la señal transmitida s (t) se puede escribircomo:
)()()2cos(2)( tctbtfTEts cb
b π= (8.19)
137
Donde la señal b (t) es definida como:
[ ]∏∑ −=∞
−∞= bTb
nnTtnbtb )()( (8.20)
Y la forma de la onda del código propagador, con una señal de banda base, estádefinida por:
[ ]∏∑ −=∞
−∞= bTc
nmTtmctc )()( (8.21)
Tomando 1/Tc = N/Tb, después de la modulación la señal transmitida tiene unancho de banda de 2N/Tb. Esto quiere decir que el ancho de banda de la señaltransmitida es N tiempos más ancha que el ancho de banda de la señal original deinformación. Luego, el factor propagación es igual N.
Figura 8.9 Esquema sinóptico de un transmisor DSSS.
En el aparato receptor, la demodulación y una operación de despropagación,recuperan la señal original. La modulación en el aparato receptor es simplementeuna etapa que mezcla antes de ser seguida por un filtrado de la señal Tbsegmentos de c (t), por así llamarlo código de filtro. La multiplicación de la señaldel demodulador con frecuencia fc, consiste en pasar la señal a su forma de bandabase. Luego un código de secuencia c (t) idéntico a la generada en el transmisortiene que ser generada en el aparato receptor y multiplicada con la señal de bandabase.
Si hay una buena sincronización entre los dos códigos, la secuencia se realiza,esto es llamado autocorrelación y será igual a uno. En este caso, después de
138
enviar la señal de banda base a un correlacionador, se tiene en la salida un b (t),que normalmente es similar a b (t). La señal obtenida es entonces probada, enuna tasa 1/Tb y se tiene una estimación acerca de la amplitud original de prueba,ya sea +1 o -1, ésta es hecha para fortalecer la corriente del bit original b[n].
El esquema sinóptico del aparato receptor donde se implementa un filtro con uncorrelacionador es ilustrado en figura 8.10. Hay otros esquemas posibles desolución que se usan en el aparato receptor según las técnicas que sean usadasen el transmisor, como aparatos receptores basados en "chip matched filter” conuna forma de onda arbitraria del chip.
8.2.2.3 Frecuencia de salto en el espectro de propagación
En un sistema de frecuencia de salto en el espectro de propagación (FHSS-Frequency Hopping Spread-Spectrum) la señal de frecuencia es constante, parauna duración específica de tiempo, denominada como un chip de tiempo Tc. Lasfrecuencias de transmisión luego son variadas periódicamente. Usualmente, labanda disponible está dividida en frecuencia sin que se traslape, esto es llamado"bins". Los datos en la señal ocupan un único e incomparable bin67 para unaduración Tc y así sucesivamente.
Conviene clasificar en categorías las frecuencias de propagación como: saltorápido (fast-hop) y salto lento (slow-hop). Un sistema de salto rápido es un sistemaen el cual la frecuencia saltada tiene lugar en una tasa 1/Th, lo cual es mayor queel envío con una tasa 1/Th, como lo muestra la figura 8.11, usando unamodulación 4-ary FSK y donde Th es igual al tomado para Ts/2. En un sistema desalto rápido, la tasa de brinco es menor a la tasa en bits del envío, por ejemplo1/Th es igual a 1/2Ts 1 como lo ilustra la figura 8.11.
Figura 8.10 Receptor DSSS basado en un filtro insertor equivalente.
67 Bin: División de la frecuencia sin que se traslape.
139
El diagrama de bloques de un transmisor de salto rápido FHSS y su aparatoreceptor correspondiente es presentado en la figura 8.12 y la figura 8.13respectivamente.
En el sistema FHSS, se utiliza la modulación M-FSK, para las señales de datos,porque es prácticamente difícil de construir sintetizadores coherentes defrecuencia.
Según el código pseudoaleatorio generado de secuencia, el sintetizador defrecuencia genera una señal con una frecuencia entre un set predefinido defrecuencias posibles, la cual tiene que arrastrar la señal de banda base al canal detransmisión.
Para el M-FSK, los datos en la señal se pueden expresar como:
∑∏∞
−∞=
+−⋅=n
nnT
b tfnTtPtbb
)2cos()(2)( φπ (8.22)
Figura 8.11 Representación tiempo-frecuencia de rápido y lento FHSS.
Donde fk ∈ fs0.fs 1,. . ., fsM-1 y P es el promedio de potencia transmitida. Elsintetizador de frecuencia devuelve una señal de salto:
∑∏∞
−∞=
+−⋅=n
mmT
c tfmTttac
)2cos()(2)( '' φπ (8.23)
140
Donde la f'm ∈ fc0, fc1,. . ., fcL-1. En este caso, hay L intervalos de frecuenciaen ese sistema FHSS.
Y en el caso de saltos lentos, la señal transmitida es:
]))(22cos[()(2)( '/
'/∑ ∏
∞
−∞=
++∆−+∆−−⋅=n
NnnNnnT
b tffnTtptsb
φφππ (8.24)
La señal transmitida en un FHSS para saltos rápidos es:
]))(22cos[()(2)( '/
'/∑ ∏
∞
−∞=
++∆−+∆−−⋅=n
mNmmNmT
c tffmTtptsc
φφππ (8.25)
El requisito de ortogonalidad para señales FSK es forzar la separación entre lasfrecuencias adyacentes de la señal FSK con al menos 1/Tc para saltos rápidos y1/Tb para saltos lentos. Por Consiguiente, la separación adyacente mínima entrefrecuencias de salto es M/ Tc para saltos rápidos y M/ Tb para saltos lentos. En elaparato receptor FHSS, la tarea principal es regenerar una secuenciapseudoaleatoria que debe ser similar a la que generó el transmisor y define cuáles la modulación para lograr la señal en la alta frecuencia. Esto debería dar unademodulación correcta de la señal transmitida.
Figura 8.12 Transmisor para FHSS.
Sin embargo, es importante anotar en que otras demodulaciones son hechas ennuestro ejemplo, según el M-Ary FSK. Luego la señal recuperada tiene Mfrecuencias posibles y esto debería permitir una estimación correcta del valor deb[n] en cada período de tiempo Tb.
141
8.2.2.4 Comparación entre DSSS y FHSS
La comparación se puede lograr según la evaluación de diferentes parámetroscomo: la reducción de la densidad espectral, susceptibilidad a la interferencia,capacidad, etcétera. Además, la elección del esquema adecuado según lasnecesidades del sistema se basa en parámetros que son lineales o inversamentedependientes uno de otro. Ambos DSSS y FHSS reducen la potencia media de ladensidad espectral de una señal. La forma en que lo hacen es fundamentalmentediferente y tiene consecuencias serias para otros usuarios.
Figura 8.13 Receptor para un sistema FHSS.
El DSSS propaga su energía cortando la fase de la señal a fin de que sea continuasólo para intervalos de tiempo cortos (chip). Por consiguiente, en lugar deconcentrarse toda la energía transmitida en el ancho de banda de los datos, estaes extendida sobre el ancho de banda propagada. El poder total es el mismo, perola densidad espectral es inferior. Claro está, que más canales son interferidos,pero en un nivel muy inferior. Además, si la señal propagada posee ruido, lamayoría de otros usuarios, no la notarán.
Las señales FHSS tradicionales de baja potencia promedian la densidad espectralsaltando sobre muchos canales. Pero durante un brinco, una señal FHSS pareceser una señal de banda con un poder superior de densidad espectral. Lasusceptibilidad a la interferencia es otro parámetro importante que le permite alsistema operar correctamente. En aparatos receptores DSSS la operación dede-spread, consiste en multiplicar la señal recibida por una copia local del códigopropagador. Esto correlaciona la señal deseada para enviarla de regreso al anchode banda de los datos.
142
Después de que la señal propagada es filtrada para el ancho de banda de datos,la mayor parte del ruido está fuera de este ancho de banda y es más pequeño,donde puede ser eliminado. Esto le beneficia sólo a todos los tipos de banda cortae interferencia no correlacionada y no tienen la ventaja para la interferencia debanda ancha, entonces el ruido es un ruido instantáneo y el porcentaje que caedentro del ancho de banda no altera los datos.
La señal FHSS es rápida y no gasta mucho tiempo en cualquier frecuencia ycuando toca una frecuencia que tiene demasiada interferencia, la señal deseadase pierde. En el sistema conmutado cuando hay pérdidas de paquetes, se dacomo resultado una retransmisión, usualmente sobre un canal más claro. En unsistema lo suficientemente rápido FHSS, la porción de señal perdida puede serrecobrada.
Otros parámetros y otras comparaciones del DSSS y FHSS se encuentranenumerados en la tabla 8.1, en la cual se compara y se observa que las funcionesDSSS poseen más ventajas que los sistemas FHSS.
Tabla 8.1 Comparación de las ventajas (+) y desventajas (-) de DSSS y FHSS.
DSSS FHSS
La densidad espectral ygeneración de interferencia
(+) Reducido con procesamiento deganancia.
(+) Propagación continua de lapotencia de la señal transmitida conuna interferencia mínima.
(+) Reducida con procesamiento deganancia.
(-) Únicamente el promedio depotencia de la señal transmitida espropagada y esto da una reducciónde la interferencia.
La transmisión (+) Ancho de banda continua. (-) Ancho de banda discontinua
La susceptibilidad a lainterferencia
(+) La interferencia en la bandaestrecha está reducida por elprocesamiento de la ganancia.
(-) La interferencia en la bandaestrecha en la misma interferencia noestá reducida.
(+) Hay saltos en la transmisión portodos los canales posibles.
Tasa de datos superior
(+) La proporción de datos puede seraumentada, aumentando la proporcióndel tiempo y/o la complejidad de lamodulación (multinivel).
(-) Se necesita un ancho de bandamás amplio que no está disponible.
Tiempo real (voz)
(+) Ninguna restricción de en el tiempo.
(-) Si una estación se bloquea, todopara hasta el desbloqueo.
(-) Si un canal se bloquea, la próximatransmisión disponible se bloqueahasta un tiempo Tc
La sincronización (+) La misma sincronización (-) Muchos canales para buscar
La implementación (-) El proceso para pasar a banda basees complejo.
(+) El proceso análogo es simple.
143
8.2.3 Elección del esquema de modulación para sistemas PLC
Varias investigaciones se han llevado a cabo para encontrar implementacionesadecuadas del OFDM para redes PLC. Para evitar la pérdida de señal OFDMsobre el canal de transmisión, se debe ser selectivo en la frecuencia con máspérdidas.
Esta solución consiste en controlar el poder de la transmisión de cadasubportadora de señal OFDM, para maximizar al SNR común de cadasubportadora de señal recibida.
Esto controla la regulación de potencia total transmitida. La mejor mejora paraeste control es propagando las subcorrientes en la salida, con un convertidor desalida serial a paralelo. Un sistema OFDM subdivide la información original en tresdatos paralelamente agrupados, donde cada grupo es mapeado de acuerdo aBPSK o QPSK y cifrado según el código de Red, esto es llamado Salomón ocodificación convolucional.
Las funciones del sistema OFDM fueron también investigadas bajo diferentesescenarios con problemas de ruido, especialmente bajo el ruido impulsivo, el cuales considerado como el ruido predominante en ambientes PLC.
Las técnicas de modulación de propagación del espectro con secuencia directa obrinco de frecuencia, fueron investigadas para ser implementadas en la capa físicaPLC. Al decidirse por una modulación dada, el diseñador del sistema debe sabercuál función tiene la prioridad para él y cuáles tienen menos importancia. Ademásde las tasas altas en bits, los sistemas OFDM, también son menos sensibles a lasdistorsiones del canal.
En esta tesis se hacen pruebas en algunos barrios de la ciudad de Pereira, losbarrios seleccionados para realizar las pruebas contienen redes de distribución deenergía con características técnicas deficientes y problemas de regulación; unared típica de un barrio de estrato 1 (estrato Bajo-Bajo), se ve influenciada por usosincorrectos en calibres de conductores, causando recalentamientos y maladistribución de la potencia consumida, mala regulación por empalmes, armónicospor diferentes equipos (motores, ventiladores, etcétera), circuitos inapropiadospara conexión de cargas especiales, conexiones fraudulentas, calibres sin teneren cuenta las normas vigentes, entre otros.
Por lo anterior, para la realización de las pruebas se emplean equipos de laempresa Corinex, los cuales utilizan modulación OFDM.
144
9. PRUEBAS Y RESULTADOS
Es posible analizar una determinada red de distribución eléctrica, evaluando si esadecuada para la transmisión de señales PLC a partir de varios procedimientos, lamayoría de ellos requieren equipos especiales y por supuesto experiencia en elmanejo de los mismos, lo cual demanda de un tiempo previo para su estudio. Eneste capítulo se analizan principalmente dos formas, la primera es tomandomuestras de tasas de transferencia de datos en diferentes instantes de tiempo y lasegunda es adquiriendo señales con el analizador de armónicos de las diferentesvariables del sistema, tanto en pequeña como en gran escala, tales como: voltaje,corriente, ángulos, potencia y claramente los armónicos. Se presenta elprocedimiento y los resultados obtenidos durante la realización de las pruebas;adicionalmente se incluyen datos interesantes de otros procedimientos.
9.1 DESCRIPCIÓN
Durante el planeamiento para el desarrollo de las pruebas se tuvieron en cuentavarias alternativas para el análisis de la transmisión de datos, entre ellas el análisisde la señal tanto de corriente como de voltaje, antes y después de la transmisión;por limitaciones de los equipos disponibles no se pudo concretar con totalsatisfacción el análisis, pero queda marcada una gran experiencia en lamanipulación de los mismos y en los resultados obtenidos durante su utilización;esta parte del análisis se ha dejado al final del capítulo.
Inicialmente se planteó un cronograma general para la obtención de todas lasmedidas necesarias en el desarrollo del análisis de la transmisión de datos,concentrando el procedimiento que se utilizaría tanto para los datos de los barrioscomo para los datos de referencia en la universidad. Al final se obtuvo elprocedimiento simplificado que se muestra a continuación:
1. Análisis de la red de energía sin elementos PLC conectados.
a. Se toman muestras con el analizador de armónicos68 de las diferentes variablesdel sistema, tanto en pequeña como en gran escala, tales como: voltaje,corriente, ángulos, potencia y armónicos.
b. Mediciones con el osciloscopio de la forma de la señal, tanto de corriente comode tensión.
68 Sólo para las pruebas realizadas con la tecnología PLC.
145
2. Transferencia de archivos de un computador a otro:
a. Se toman pruebas transfiriendo un archivo en un solo sentido.
b. Se obtienen medidas de tasa de transferencia en diferentes instantes detiempo.
c. Se analiza la red de energía eléctrica como en el paso 1.
Por simplicidad se omiten pasos durante el procedimiento, pero algunos de ellosse comentan a continuación. En primera instancia se debió hacer previamente unaserie de prácticas para agilizar el manejo de los elementos empleados, la elecciónde archivos especiales para la transferencia, la configuración de loscomputadores, la instalación y manejo de los equipos de medida con susrespectivos programas, la elección de software confiable empleado para medir latasa de transferencia, la gestión de visitas en los barrios, entre otros.
Inicialmente se toman medidas con diferentes archivos, con el fin de analizar suinfluencia en la tasa de transferencia, unos comprimidos como imagen, otros comocarpetas, todos con diferente tamaño.
El “software DU Meter 3.5” utilizado para medir la tasa de transferencia, fueverificado con una serie de pruebas que garantizaron el correcto funcionamiento yla gran eficiencia que tiene frente a otros programas (figura 9.1); pruebas queconsistieron en medir el tiempo en transferir un archivo determinado y con estosdatos obtener la velocidad promedio de transferencia; el programa entrega datosen unidades de Bytes, pero por comodidad el análisis se hará en gran parte conbits ya que en el entorno la mayoría de las personas utilizan bits por segundo [bps]como unidades de tasa de transferencia.
Características del los gráficos del programa (figura 9.1-a):
1. Esta es la visualización numérica de DU Meter. Muestra la velocidad detransferencia de datos actual. DL es una abreviatura para "Download – Downlink"(descarga) y UL para “Upload - Uplink” (subida).
2. El color rojo del gráfico de DU Meter muestra los datos que están siendodescargados del ordenador.
3. El color verde del gráfico de DU Meter muestra los datos que están siendosubidos desde el ordenador.
Computador 1(PC1) Computador 2(PC2)
Medio de acceso
146
4. El color amarillo es una mezcla del rojo y del verde (no tiene ninguna relacióncon la mezcla de colores). Por lo tanto quieren decir los datos que están siendosubidos y bajados.
5. La etiqueta de texto vertical muestra el valor máximo del gráfico. Ésta etiqueta ylas líneas de rejilla del gráfico DU Meter son opcionales y están deshabilitadas pordefecto.
La información obtenida en los diferentes lugares donde se realizaron las pruebasfue muy extensa, por ello y por la importancia de los resultados, a continuación seregistran los más representativos durante el proceso del análisis.
Figura 9.1 Entorno visual del programa DU Meter.
9.2 ANÁLISIS DE LA TASA DE TRANSFERENCIA
Cuando se tiene una conexión de área local o metropolitana, se tienen grandesincertidumbres respecto a la velocidad de conexión; es por ello que se quiereregistrar como dato de referencia, una velocidad promedio que identifique a latecnología PLC como una alternativa eficiente en el área de acceso de últimamilla, además identificando algunos problemas que se pueden tener respecto alestado y el tipo de conductor.
Durante la adquisición de medidas, se obtuvieron muchas que por prioridad no semostrarán, como por ejemplo los paquetes enviados y recibidos en determinados
147
instantes para cada una de las pruebas; este análisis se omite por que estáincluido abstractamente en la tasa de transferencia; cuando se pierden paquetesdurante la transferencia de datos, se afecta directamente su tasa.
El análisis consta de cuatro partes:
• Red LAN,• Red PLC 1,• Red PLC 2 y• Comparaciones.
9.2.1 Red LAN
Dentro del marco conceptual la velocidad o tasa de transferencia se enmarca enun valor fijo, por una empresa que específica datos de placa para elementosutilizados en interconexión de computadores, o por un proveedor de servicios deinternet. Realmente un computador no viene diseñado para detectar el momentodeterminado en el que la velocidad de navegación esté en excelentes condiciones,generalmente ese hecho sólo se nota cuando se interactúa con internet.
Un computador puede detectar automáticamente una velocidad máxima ymostrarla en la ventana: estado de conexión de área local, pero esa velocidad essólo como lo dice su ventana “de área local”, ya que puede ser o no la queproporciona el ISP; depende de la ubicación, que tan alejado está del ISP, que tipode red le proporciona internet a esa área local, etcétera; de allí el cual el interés deutilizar un programa que midiera la velocidad máxima instantánea de la redcompleta, como lo es DU Meter.
DU Meter proporciona medición exacta y precisa de los datos que fluyen a travésde la conexión a Internet o local, en un momento dado. Esta lectura es presentadatanto en formato gráfico cómo numérico y en tiempo real.
Medir la máxima velocidad de una red LAN proporcionaría una referencia paracompararla con la red PLC; la red está conformada por cableado estructurado deaproximadamente 25m, ubicada en el laboratorio de medidas del programa deIngeniería Eléctrica. En estas instalaciones se suelen utilizar redes de tipo100BASE-TX para las cuales lo más adecuado es el cable UTP categoría 5; lo quesignifica en datos de placa:
Fast Ethernet, 100baseTVelocidad: 100 MbpsLongitud máxima: 100 MetrosCable: UTP, Conectores RJ-45
148
Por consiguiente la máxima velocidad sería 100 Mbps, pero como endeterminadas conexiones se deben utilizar latiguillos (Path Cords) de tipo10baseT, éstos limitan la máxima velocidad a 10 Mbps. Por lo tanto, la velocidadmáxima depende de varios factores, como puede ser la calidad de los elementosutilizados o el tipo de medio de acceso.
Se transfirieron tres archivos diferentes del PC1 al PC2 para este tipo de medio,las tablas 9.1, 9.2 y 9.3 muestran los resultados que corresponden al archivo de217 MB; las demás tablas (495 MB y 701MB) se omiten pero se da un resumen deresultados en la tabla 9.4; paralelo a lo anterior se muestran las respectivasgráficas de velocidad vs número de muestras (datos) en determinados instantesdurante la transferencia.
Tabla 9.1 Información de la prueba con la red LAN.
UBICACIÓN PRUEBA ESTADO DE CONEXIÓN DE ÁREA LOCAL
PC 1 ARCHIVO IMAGEN DE 217 MB VELOCIDAD TEÓRICA 10 Mbps
Tabla 9.2 Variaciones de la transferencia de datos en la red LAN, considerando la tasamáxima y el promedio.
DU Meter 3.5
TRANSFERENCIA DE DATOS - DESCARGA
DATO TOTAL TASA MÁX. TASA PROM. [kB/seg]
1 0 Kb 0 kB/seg 0,0
2 21,52 MB 1021,7 kB/seg 881,4
3 48,93 MB 1021,7 KB/seg 879,0
4 66,76 MB 1021,7 kB/seg 876,5
5 85,09 MB 1021,7 kB/seg 871,3
6 122,03 MB 1022,2 kB/seg 873,8
7 149,50 MB 1,06 MB/seg 874,8
8 173,59 MB 1,06 MB/seg 875,6
9 194,94 MB 1,06 MB/seg 875,5
10 230,53 MB 1,06 MB/seg 874,3
El programa DU Meter toma los últimos datos de velocidad instantánea einternamente los promedia y durante la selección de esos datos almacena el picomáximo. El procedimiento exigió tomar una de esas medidas instantáneas yacumularla en las tablas en determinados momentos de la transferencia.
149
Tabla 9.3 Tiempo, tasa de transferencia instantánea DL y UL para la red LAN.
DU Meter 3.5
TASA DE TRANSFERENCIA
DATO TIEMPO DL [kB/seg] UL [kB/seg] DL [kbps]
1 00:00:00 1,5 0 12,0
2 00:00:26 885,0 865,1 7080,0
3 00:00:57 885,1 875,5 7080,8
4 00:01:18 820,3 798,6 6562,4
5 00:01:40 884,9 850,4 7079,2
6 00:02:24 816,9 825,4 6535,2
7 00:02:56 1021,5 986,4 8172,0
8 00:03:24 816,8 791,2 6534,4
9 00:03:48 748,8 782,5 5990,4
10 00:04:30 816,3 796,6 6530,4
De acuerdo a la tabla anterior:
TASA MÁXIMA [kbps] TASA MÍNIMA [kbps] CAMBIO [DELTA] [kbps]8172,0 5990,4 2181.6
El promedio de la tasa de transferencia DL sin tomar en cuenta el primer dato esde 855,2 kB/seg es decir 6841,9 kbps, aproximadamente 6.8 Mbps, o sea el 68 %de la capacidad teórica. En las figuras 9.2 y 9.3 se puede observar la variación dela velocidad gráficamente en diferentes momentos. Es conveniente aclarar que seencontró un pico máximo de 1,06 MB/seg lo que equivale a unos 8,5 Mbps, el 85%de 10 Mbps.
Figura 9.2 Variación de la tasa de transferencia para la red LAN, archivo de 217 MB.
150
En la figura 9.3 se puede ver que el cambio instantáneo de la velocidad no es muygrande y se tiene una tendencia a permanecer constante en su promedio.
Figura 9.3 Variación de la tasa de transferencia instantánea para la red LAN por DUMeter.
Las figuras 9.4 y 9.5 ilustran el comportamiento de la tasa de transferencia paralos otros archivos. Durante las diferentes pruebas con esta red, se encontraronpromedios similares como lo muestra en la tabla 9.4.
Figura 9.4 Variación de la tasa de transferencia para la red LAN, archivo de 495 MB.
Figura 9.5 Variación de la tasa de transferencia para la red LAN, archivo de 701 MB.
151
Tabla 9.4 Archivo, tasa de transferencia promedio DL y máxima para la red LAN.
ARCHIVO DL PROM. [kB/seg] TASA MÁX. DL PROM. [kbps]
217 MB 855,2 1,06 MB/seg 6841,9
495 MB 898,8 1,05 MB/seg 7190,0
701 MB 825,1 1,06 MB/seg 6600,4
PROMEDIO 859,7 1,1 MB/seg 6877,4
Después de hacer lo anterior, quedó una incertidumbre frente a la eficiencia de lared LAN con cableado estructurado de buena calidad, sabiendo que en la prácticano se superó el 90% de lo especificado en teoría. Luego se hizo otra prueba conun cable estructurado de 6m, CENTELSA UTP CAT 5 / 4x2x24 AWG < 8 > 2000;es decir un cable de la misma categoría alta pero más corto. Para utilizarlo comomedio de acceso entre los dos computadores se tuvieron dos alternativas, laprimera conectar en serie con un cable cruzado y la segunda con un Router69; sedispuso del Router híbrido con tecnología HomePlug categoría 5, el cual permitecomunicación con tecnología PLC y sería utilizado en las pruebas LAN PLC 1- 2.Se necesitó además de lo anterior, un latiguillo (Path Cord) de tipo 100BASE-T(categoría 5).
Se transfirió un archivo de 1.37 GB del PC1 al PC2 para este tipo de medio, lastablas 9.6 y 9.7 muestran los resultados. Paralelo con lo anterior se muestran lasrespectivas gráficas de velocidad vs número de muestras (datos) en determinadosinstantes durante la transferencia.
Tabla 9.5 Información de la prueba: red LAN con Router.
UBICACIÓN PRUEBA ESTADO DE CONEXIÓN DE ÁREA LOCAL
PC 1 ARCHIVO IMAGEN DE 1.37 GB VELOCIDAD TEÓRICA 100 Mbps
Tabla 9.6 Variaciones de la transferencia de datos en la red LAN con Router,considerando la tasa máxima y el promedio.
DU Meter 3.5
TRANSFERENCIA DE DATOS - DESCARGA
DATO TOTAL TASA MÁX. TASA PROM. [MB/seg]
1 10,11 MB 10,11 MB/seg 10,11
2 210,51 MB 10,94 MB/seg 9,15
3 350,77 MB 10,94 MB/seg 8,99
4 - 10.94 MB/seg -
69 Corinex Wireless to Powerline Router G. / 100 – 240 V, 50/60 Hz.
152
En la segunda columna se muestra el progreso de la descarga, se muestran losdatos más relevantes.
Tabla 9.7 Tiempo, tasa de transferencia instantánea DL y UL para la red LAN con Router.
DU Meter 3.5
TASA DE TRANSFERENCIA
DATO TIEMPO DL [MB/seg] UL [MB/seg] DL [Mbps]
1 00:00:01 5,95 5,82 47,60
2 00:00:24 8,50 8,28 68,00
3 00:00:40 9,77 9,55 78,16
4 00:00:55 7,91 7,75 63,28
5 00:01:08 9,21 9,01 73,68
6 00:01:22 3,20 3,14 25,60
7 00:01:37 7,86 7,71 62,88
8 00:02:45 9,84 9,59 78,72
De acuerdo a la tabla anterior:
TASA MÁXIMA [Mbps] TASA MÍNIMA [Mbps] CAMBIO [DELTA] [Mbps]78,72 25,60 52.12
El promedio en la tasa de transferencia DL es de 7.78 MB/seg es decir 62.24Mbps, aproximadamente 62 Mbps, o sea el 62 % de la capacidad teórica. En lasfiguras 9.6 y 9.7 se puede observar la variación de la velocidad gráficamente endiferentes momentos. Se encontró un pico máximo de 10,94 MB/seg lo queequivale a unos 87,5 Mbps, el 87.5% de 100 Mbps.
En la figura 9.7 se puede ver que el cambio instantáneo de la velocidad no es muygrande y se tiene una tendencia a permanecer constante en su promedio.
Figura 9.6 Variación de la tasa de transferencia para la red LAN con Router.
153
Figura 9.7 Variación de la tasa de transferencia instantánea para la red LAN con Routerpor DU Meter.
Una vez más se verifica que en teoría las cosas son muy ideales y en la realidadse encuentran muchos factores limitantes, haciendo que la eficiencia sea un factorimportante a la hora de seleccionar un producto. Es importante tener en cuentaque de acuerdo a los resultados, las tecnologías tradicionales no son eficientessobre el 90%.
9.2.2 Red PLC 1
El resultado de esta práctica se va a tener como referencia para la Red PLC 2; elmedio de acceso en esta parte son ramas de la red de energía del laboratorio demedidas eléctricas en la UTP, se hacen algunas variaciones en el medio para verel cambio representativo de la tasa de transferencia, tales como la longitud y elcalibre. En esta parte de la práctica se hace necesario el uso de los elementos quehacen parte de la tecnología PLC, como son el terminal PLC (Modem) y el RouterPLC (Head End, en este caso); el calibre del conductor para el Router PLC esnúmero 14 AWG y un diagrama esquemático se presenta en al figura 9.8.
Figura 9.8 Configuración de la Red PLC1.
Red de energía eléctrica 125 – 126 V rms
Router PLCMódem PLC
Red eléctrica
Conductor # 14 AWG (1,5 m)
Latiguillo categoría 5 (2 m)
Medio de acceso
154
La red de energía eléctrica del laboratorio de medidas tiene dos tomas, uno quetiene regulación de voltaje y otro que no. Los siguientes resultados son tomadosprimero con la red no regulada y luego con la red regulada.
9.2.2.1 Con la red no regulada, prueba ideal
Se hicieron varias pruebas con variaciones en el medio de acceso, la primera deellas fue conectando el Modem PLC en la misma toma eléctrica donde se conectóel Router PLC, en este caso el medio de acceso por la red de energía sería muycorto por lo que se le denominó a ésta, como prueba ideal.
Se transfirieron dos archivos diferentes del PC1 al PC2 para este tipo de medio,las tablas 9.9 y 9.10 muestran los resultados que corresponden al archivo de 217MB; las demás tablas (495 MB) se omiten pero se da un resumen de resultados enla tabla 9.11. Paralelo a lo anterior se muestran las respectivas gráficas develocidad vs número de muestras (datos) en determinados instantes durante latransferencia.
Tabla 9.8 Información de la prueba: Red PLC 1-ideal.
UBICACIÓN PRUEBA ESTADO DE CONEXIÓN DE ÁREA LOCAL
PC 1 ARCHIVO IMAGEN DE 217 MB VELOCIDAD TEÓRICA 10 Mbps
Tabla 9.9 Variaciones de la transferencia de datos en la red PLC 1-ideal, considerando latasa máxima y el promedio.
DU Meter 3.5
TRANSFERENCIA DE DATOS - DESCARGA
DATO TOTAL [MB] TASA MÁX. [kB/seg] TASA PROM. [kB/seg]
1 0,00 0,0 0,0
2 24,19 707,4 458,8
3 41,56 757,5 472,9
4 55,12 770,4 470,3
5 71,94 770,4 484,6
6 86,34 786,4 491,2
7 100,54 790,0 492,6
8 115,27 790,0 493,9
9 129,65 790,0 491,7
10 144,98 790,0 493,2
11 159,81 790,0 497,4
12 175,67 790,0 499,7
13 189,23 790,0 496,8
14 205,05 792,9 499,9
15 237,72 792,9 498,8
155
Tabla 9.10 Tiempo, tasa de transferencia instantánea DL y UL para la red PLC 1-ideal.
DU Meter 3.5
TASA DE TRANSFERENCIA
DATO TIEMPO DL [kB/seg] UL [kB/seg] DL [kbps]
1 00:00:00 0,0 0 0,0
2 00:00:54 697,0 679,6 5576,0
3 00:01:30 705,4 687,7 5643,2
4 00:02:00 195,7 191 1565,6
5 00:02:32 293,2 283,9 2345,6
6 00:03:00 699,2 681,8 5593,6
7 00:03:30 687,7 671,2 5501,6
8 00:04:00 475,8 461,2 3806,4
9 00:04:30 686,9 669,7 5495,2
10 00:05:01 547,0 533,6 4376,0
11 00:05:29 702,5 684,7 5620,0
12 00:06:00 697,4 680,1 5579,2
13 00:06:30 277,3 270,6 2218,4
14 00:07:00 518,1 505,6 4144,8
15 00:08:09 681,6 668,7 5452,8
De acuerdo a la tabla anterior:
TASA MÁXIMA [kbps] TASA MÍNIMA [kbps] CAMBIO [DELTA] [kbps]5643,2 1565,6 4077.6
El promedio en la tasa de transferencia DL (sin tener en cuenta el primer dato) esde 561.8 kB/seg es decir 4494.2 kbps, aproximadamente 4.5 Mbps, o sea el 45 %de la capacidad teórica. En las figuras 9.9 y 9.10 se puede observar la variaciónde la velocidad gráficamente en diferentes momentos. Se encontró un picomáximo de 792.9 kB/seg lo que equivale a unos 6.34 Mbps, el 63.4% de 10 Mbps.
Figura 9.9 Variación de la tasa de transferencia para la red PLC 1-ideal.
156
En la figura 9.10 se puede ver que el cambio instantáneo de la velocidad es unpoco grande, aunque tiende a permanecer constante en su promedio.
La figura 9.11 ilustra el comportamiento de la tasa de transferencia para el otroarchivo. Durante las diferentes pruebas con esta red, se encontraron promediosparecidos como lo muestra en la tabla 9.11.
Figura 9.10 Variación de la tasa de transferencia instantánea para la red PLC 1-ideal porDU Meter.
Figura 9.11 Variación de la tasa de transferencia para la red PLC 1-ideal, archivo de 495MB.
Tabla 9.11 Archivo, tasa de transferencia promedio DL y máxima para la red PLC 1-ideal.
ARCHIVO DL PROM. [kB/seg] TASA MÁX. DL PROM. [kbps]
217 MB 561.8 792.9 kB/seg 4494.2
495 MB 537.8 774.9 kB/seg 4302,0
PROMEDIO 549.8 783.9 kB/seg 4398,4
157
9.2.2.2 Con la red no regulada, prueba con cable de energía eléctrica número 12
A continuación se muestran dos pruebas una sin protección y la otra conprotección:
i) Sin protección
El interruptor termomagnético no es utilizado en este caso como protección; lassiguientes tablas muestran los resultados de la transferencia de datos utilizandocomo medio de acceso (figura 9.8) un conductor de energía eléctrica (2#12 AwgTHW) de 6.8 m.
Se transfirieron dos archivos diferentes del PC1 al PC2 para este tipo de medio,las tablas 9.13 y 9.14 muestran los resultados que corresponden al archivo de 217MB; las demás tablas (495 MB) se omiten pero se da un resumen de resultados enla tabla 9.15. Paralelo a lo anterior se muestran las respectivas gráficas develocidad vs número de muestras (datos) en determinados instantes durante latransferencia.
Tabla 9.12 Información de la prueba: Red PLC 1-cable 12 AWG.
UBICACIÓN PRUEBA ESTADO DE CONEXIÓN DE ÁREA LOCAL
PC 1 ARCHIVO IMAGEN DE 217 MB VELOCIDAD TEÓRICA 10 Mbps
Tabla 9.13 Variaciones de la transferencia de datos en la red PLC 1-cable 12 AWG,considerando la tasa máxima y el promedio.
DU Meter 3.5
TRANSFERENCIA DE DATOS - DESCARGA
DATO TOTAL [MB] TASA MÁX. [kB/seg] TASA PROM. [kB/seg]
1 0,00 0,0 0,0
2 33,53 759,6 470,4
3 57,22 759,6 509,5
4 74,17 781,3 527,5
5 89,53 856,6 529,9
6 110,17 856,6 537,2
7 127,34 856,6 536,6
8 151,45 856,6 531,1
9 172,78 856,6 531,3
10 184,92 856,6 531,9
11 201,63 856,6 532,1
12 230,34 856,6 530,0
158
Tabla 9.14 Tiempo, tasa de transferencia instantánea DL y UL para la red PLC 1-cable 12AWG.
DU Meter 3.5
TASA DE TRANSFERENCIA
DATO TIEMPO DL [kB/seg] UL [kB/seg] DL [kbps]
1 00:00:00 11,7 314,1 93,6
2 00:01:14 709,9 692,1 5679,2
3 00:01:55 556,3 542,7 4450,4
4 00:02:24 631,4 615,0 5051,2
5 00:02:53 373,3 364,3 2986,4
6 00:03:30 551,6 538,3 4412,8
7 00:04:04 541,3 528,0 4330,4
8 00:04:53 499,1 486,3 3992,8
9 00:05:33 544,3 532,4 4354,4
10 00:05:56 720,6 702,7 5764,8
11 00:06:29 555,1 541,3 4440,8
12 00:07:25 490,1 477,9 3920,8
De acuerdo a la tabla anterior:
TASA MÁXIMA [kbps] TASA MÍNIMA [kbps] CAMBIO [DELTA] [kbps]5764,8 2986,4 2778,4
El promedio en la tasa de transferencia DL (sin tener en cuenta el primer dato) esde 561.2 kB/seg es decir 4489.5 kbps, aproximadamente 4.5 Mbps, o sea el 45 %de la capacidad teórica. En las figuras 9.12 y 9.13 se puede observar la variaciónde la velocidad gráficamente en diferentes momentos. Se encontró un picomáximo de 856.6 kB/seg lo que equivale a unos 6.85 Mbps, el 68.5% de 10 Mbps.
Figura 9.12 Variación de la tasa de transferencia para la red PLC 1-cable 12 AWG.
159
En la figura 9.13 se puede ver que el cambio instantáneo de la velocidad de nuevoes un poco grande, aunque tiende a permanecer constante en su promedio.
Figura 9.13 Variación de la tasa de transferencia instantánea para la red PLC 1-cable 12AWG por DU Meter.
La figura 9.14 se ilustra el comportamiento de la tasa de transferencia para el otroarchivo. Durante las diferentes pruebas con esta red, se encontraron promediospor el mismo orden, aunque con una disminución no muy significativa (por elcambio [delta]) en la velocidad promedio para el archivo grande, como lo muestraen la tabla 9.15.
Figura 9.14 Variación de la tasa de transferencia para la red PLC 1-cable 12 AWG,archivo de 495 MB.
Tabla 9.15 Archivo, tasa de transferencia promedio DL y máxima para la red PLC 1-cable12 AWG.
ARCHIVO DL PROM. [kB/seg] TASA MÁX. DL PROM. [kbps]
217 MB 561.2 856.6 kB/seg 4489.5
701 MB 512.9 792.8 kB/seg 4102.8
PROMEDIO 537.1 824.7 kB/seg 4296.2
160
ii) Con protección
El interruptor termomagnético es el utilizado en este caso como protección dentrodel medio; las siguientes tablas muestran los resultados de la transferencia dedatos utilizando como medio de acceso (figura 9.8) un conductor de energíaeléctrica (2#12 Awg THW) de 6.8 m, en serie con el interruptor.
La idea en este caso es verificar que tanto se afecta la velocidad, cuando sequiere transferir datos por la red de energía teniendo en cuenta que debe pasarpor el interruptor.
Tabla 9.16 Información de la prueba: Red PLC 1-cable 12 AWG + protección.
UBICACIÓN PRUEBA ESTADO DE CONEXIÓN DE ÁREA LOCAL
PC 1 ARCHIVO IMAGEN DE 217 MB VELOCIDAD TEÓRICA 10 Mbps
Tabla 9.17 Variaciones de la transferencia de datos en la red PLC 1-cable 12 AWG +protección, considerando la tasa máxima y el promedio.
DU Meter 3.5
TRANSFERENCIA DE DATOS - DESCARGA
DATO TOTAL [MB] TASA MÁX. [kB/seg] TASA PROM. [kB/seg]
1 0,00 0,0 0,0
2 84,79 777,6 487,8
3 93,61 788,2 486,6
4 105,14 788,2 491,8
5 124,59 788,2 488,8
6 141,83 788,2 485,7
7 163,44 788,2 485,1
8 180,37 788,2 484,8
9 204,07 788,2 489,4
10 215,93 788,2 488,1
11 237,51 788,2 489,4
161
Tabla 9.18 Tiempo, tasa de transferencia instantánea DL y UL para la red PLC 1-cable 12AWG + protección.
DU Meter 3.5
TASA DE TRANSFERENCIA
DATO TIEMPO DL [kB/seg] UL [kB/seg] DL [kbps]
1 00:00:00 0,0 0,0 0,0
2 00:02:58 362,1 352,2 2896,8
3 00:03:17 300,2 292,8 2401,6
4 00:03:40 447,1 436,3 3576,8
5 00:04:21 711,3 693,6 5690,4
6 00:05:00 83,8 81,3 670,4
7 00:05:45 695,7 678,8 5565,6
8 00:06:21 275,6 269,2 2204,8
9 00:07:07 432,3 421,5 3458,4
10 00:07:33 703,4 686,2 5627,2
11 00:08:18 571,0 559,2 4568,0
De acuerdo a la tabla anterior:
TASA MÁXIMA [kbps] TASA MÍNIMA [kbps] CAMBIO [DELTA] [kbps]5690,4 670,4 5020,0
El promedio en la tasa de transferencia DL (sin tener en cuenta el primer dato) esde 458.3 kB/seg es decir 3.67 Mbps, o sea el 36.7 % de la capacidad teórica. Enlas figuras 9.15 y 9.16 se puede observar la variación de la velocidad gráficamenteen diferentes momentos. Se encontró un pico máximo de 788.2 kB/seg lo queequivale a unos 6.31 Mbps, el 63.1% de 10 Mbps.
Figura 9.15 Variación de la tasa de transferencia para la red PLC 1-cable 12 AWG +protección.
162
En la figura 9.16 se puede ver que el cambio instantáneo de la velocidad de nuevoes un poco grande, pero tiende a permanecer constante en su promedio.
Figura 9.16 Variación de la tasa de transferencia instantánea para la red PLC 1-cable 12AWG + protección por DU Meter.
La figura 9.17 ilustra el comportamiento de la tasa de transferencia para el otroarchivo. Durante las diferentes pruebas con esta red, se encontraron promediossimilares como lo muestra en la tabla 9.19; en este caso se ve un aumento en lavelocidad promedio para el archivo grande.
Figura 9.17 Variación de la tasa de transferencia para la red PLC 1-cable 12 AWG +protección, archivo de 495 MB.
Tabla 9.19 Archivo, tasa de transferencia promedio DL y máxima para la red PLC 1-cable12 AWG + protección.
ARCHIVO DL PROM. [kB/seg] TASA MÁX. DL PROM. [Mbps]
217 MB 458.3 788.2 kB/seg 3.67
495 MB 502.3 813.4 kB/seg 4.02
PROMEDIO 480.3 800.8 kB/seg 3.85
163
9.2.2.3 Con la red no regulada, prueba con cable de energía eléctrica número 14
Se realizó una prueba utilizando como medio de acceso (figura 9.8) un conductorde energía eléctrica (2#14 Awg THW) de 7.5 m; las siguientes tablas muestranlos resultados de la transferencia de datos.
Se transfirieron dos archivos diferentes del PC1 al PC2 para este tipo de medio,las tablas 9.21 y 9.22 muestran los resultados que corresponden al archivo de 217MB; las demás tablas (495 MB) se omiten pero se da un resumen de resultados enla tabla 9.23. Paralelo a lo anterior se muestran las respectivas gráficas develocidad vs número de muestras (datos) en determinados instantes durante latransferencia.
Tabla 9.20 Información de la prueba: Red PLC 1-cable 14 AWG.
UBICACIÓN PRUEBA ESTADO DE CONEXIÓN DE ÁREA LOCAL
PC 1 ARCHIVO IMAGEN DE 217 MB VELOCIDAD TEÓRICA 10 Mbps
Tabla 9.21 Variaciones de la transferencia de datos en la red PLC 1-cable 14 AWG,considerando la tasa máxima y el promedio.
DU Meter 3.5
TRANSFERENCIA DE DATOS - DESCARGA
DATO TOTAL [MB] TASA MÁX. [kB/seg] TASA PROM. [kB/seg]
1 0,00 0,0 0,0
2 30,32 771,4 500,8
3 43,57 778,8 495,8
4 58,01 778,8 499,2
5 71,85 778,8 493,8
6 87,50 778,8 497,8
7 102,50 780,8 504,6
8 117,67 793,3 504,2
9 133,01 793,3 506,3
10 149,30 793,3 507,9
11 163,38 793,3 508,5
12 176,50 793,3 503,4
13 193,14 793,3 509,7
14 208,48 793,3 510,7
15 237,08 793,3 513,3
164
Tabla 9.22 Tiempo, tasa de transferencia instantánea DL y UL para la red PLC 1-cable 14AWG.
DU Meter 3.5
TASA DE TRANSFERENCIA
DATO TIEMPO DL [kB/seg] UL [kB/seg] DL [kbps]
1 00:00:00 714,4 696,9 5715,2
2 00:01:02 711,1 687,7 5688,8
3 00:01:31 598,3 577,5 4786,4
4 00:01:59 554,6 540,1 4436,8
5 00:02:29 167,3 163,6 1338,4
6 00:03:00 724,0 698,8 5792,0
7 00:03:29 715,6 698,0 5724,8
8 00:03:59 167,4 163,9 1339,2
9 00:04:29 717,7 699,5 5741,6
10 00:05:02 705,5 684,7 5644,0
11 00:05:29 720,3 702,5 5762,4
12 00:06:00 363,3 353,4 2906,4
13 00:06:29 731,6 714,3 5852,8
14 00:06:59 305,0 302,1 2440,0
15 00:07:54 319,5 311,8 2556,0
De acuerdo a la tabla anterior:
TASA MÁXIMA [kbps] TASA MÍNIMA [kbps] CAMBIO [DELTA] [kbps]5852,8 1338,4 4514,4
El promedio en la tasa de transferencia DL es de 547.7 kB/seg es decir 4381.7kbps, aproximadamente 4.4 Mbps, o sea el 44 % de la capacidad teórica. En lasfiguras 9.18 y 9.19 se puede observar la variación de la velocidad gráficamente endiferentes momentos. Se encontró un pico máximo de 793.3 kB/seg lo queequivale a unos 6.35 Mbps, el 63.5% de 10 Mbps.
Figura 9.18 Variación de la tasa de transferencia para la red PLC 1-cable 14 AWG.
165
En la figura 9.19 se puede ver que el cambio instantáneo de la velocidad de nuevoes un poco grande, aunque tiende a permanecer constante en su promedio.
Figura 9.19 Variación de la tasa de transferencia instantánea para la red PLC 1-cable 14AWG por DU Meter.
En la figura 9.20 se ilustra el comportamiento de la tasa de transferencia para elotro archivo. Durante las diferentes pruebas con esta red, se encontró un aumentodel promedio de la velocidad al aumentar el tamaño del archivo, aunque no esmuy significativo (tabla 9.23).
Figura 9.20 Variación de la tasa de transferencia para la red PLC 1-cable 14 AWG,archivo de 495 MB.
Tabla 9.23 Archivo, tasa de transferencia promedio DL y máxima para la red PLC 1-cable14 AWG.
ARCHIVO DL PROM. [kB/seg] TASA MÁX. DL PROM. [kbps]
217 MB 547.7 793.3 kB/seg 4381.7
495 MB 551.5 796.7 kB/seg 4411.6
PROMEDIO 549.6 795 kB/seg 4396.7
166
9.2.2.4 Con la red regulada, prueba entre dos tomas
Se realizó una prueba utilizando como medio de acceso (figura 9.8) un segmento(2#12 Awg THW) de la red de energía regulada del laboratorio, específicamenteentre dos tomas separados.
Se transfirió un archivo carpeta del PC2 al PC1 para este tipo de medio, las tablas9.25 y 9.26 muestran los resultados que corresponden al archivo de 490 MB; Setomaron 41 datos, por comodidad y espacio sólo se mostrarán los 15 últimosdatos, las gráficas que se muestran contienen todos los puntos (datos).
Tabla 9.24 Información de la prueba: Red PLC 1- entre dos tomas.
UBICACIÓN PRUEBA ESTADO DE CONEXIÓN DE ÁREA LOCAL
PC 1 CARPETA DE ARCHIVOS DE 490 MB VELOCIDAD TEÓRICA 10 Mbps
Tabla 9.25 Variaciones de la transferencia de datos en la red PLC 1- entre dos tomas,considerando la tasa máxima y el promedio.
DU Meter 3.5
TRANSFERENCIA DE DATOS - DESCARGA
DATO TOTAL [MB] TASA MÁX. [kB/seg] TASA PROM. [kB/seg]
27 348,91 775,2 458,1
28 366,32 791,0 459,7
29 376,99 791,0 459,6
30 390,88 791,0 459,5
31 403,25 791,0 458,8
32 417,37 791,0 459,6
33 433,27 791,0 462,1
34 445,88 791,0 461,2
35 459,56 791,0 461,4
36 473,12 791,0 461,4
37 486,94 791,0 461,7
38 500,27 791,0 461,5
39 514,60 791,0 462,2
40 520,77 791,0 462,9
41 535,91 791,0 461,9
167
Tabla 9.26 Tiempo, tasa de transferencia instantánea DL y UL para la red PLC 1- entredos tomas.
DU Meter 3.5
TASA DE TRANSFERENCIA
DATO TIEMPO DL [kB/seg] UL [kB/seg] DL [kbps]
27 00:13:00 35,8 3,7 286,4
28 00:13:37 545,1 12,7 4360,8
29 00:14:00 257,8 6,4 2062,4
30 00:14:31 271,9 6,1 2175,2
31 00:15:00 546,7 12,6 4373,6
32 00:15:30 399,3 9,6 3194,4
33 00:16:01 692,3 16,9 5538,4
34 00:16:31 508,8 12,2 4070,4
35 00:17:00 383,1 10,5 3064,8
36 00:17:30 391,4 9,6 3131,2
37 00:18:00 545,2 13,0 4361,6
38 00:18:30 241,5 5,7 1932,0
39 00:19:00 615,0 14,3 4920,0
40 00:19:13 207,7 5,7 1661,6
41 00:19:48 139,1 3,3 1112,8
De acuerdo a la tabla anterior:TASA MÁXIMA [kbps] TASA MÍNIMA [kbps] CAMBIO [DELTA] [kbps]
5538,4 286,4 5252,0
El promedio en la tasa de transferencia DL con todos los datos (41) es de 450.5kB/seg es decir 3604.2 kbps, aproximadamente 3.6 Mbps, o sea el 36 % de lacapacidad teórica. En las figuras 9.21 y 9.22 se puede observar la variación de lavelocidad gráficamente en diferentes momentos. Se encontró un pico máximo de791.0 kB/seg lo que equivale a unos 6.33 Mbps, el 63.3% de 10 Mbps.
Figura 9.21 Variación de la tasa de transferencia para la red PLC 1- entre dos tomas.
168
En la figura 9.22 se puede ver que el cambio instantáneo de la velocidad de nuevoes un poco grande, aunque tiende a permanecer constante en su promedio; esuna característica apreciable respecto a una red LAN con cableado estructurado.
Figura 9.22 Variación de la tasa de transferencia instantánea para la red PLC 1- entre dostomas por DU Meter.
Inicialmente se pensaba que la tasa de transferencia dependía del tipo de archivoy del tamaño, pero comparando algunos resultados obtenidos se verificó que notiene una dependencia significativa que afecte los resultados, ya que la tasapromedio oscila entre 400 kBps y 600 kBps aproximadamente, por que la tasainstantánea varía en gran medida.
La figuras 9.23 y 9.24 muestran el comportamiento de la tasa de transferenciapara el mismo archivo pero conectado a la red no regulada; se debe notar que elpromedio en la tasa de transferencia DL fue de 483.1 kB/seg es decir 3864.6 kbps,aproximadamente 3.9 Mbps, o sea el 39 % de la capacidad teórica. Lo quemuestra claramente un beneficio no muy significativo (3%) al hacer latransferencia en la red no regulada. Se encontró un pico máximo de 790.0 kB/seglo que equivale a unos 6.32 Mbps, el 63.2% de 10 Mbps.
Figura 9.23 Variación de la tasa de transferencia para la red PLC 1- entre dos tomas de lared no regulada 1.
169
Al hacer de nuevo otra prueba con el mismo archivo pero con la red no regulada(figuras 9.25 y 9.26), se verificó la influencia beneficiosa de la red no regulada yademás se confirmó la independencia que tiene el archivo transferido con lavelocidad. El promedio en la tasa de transferencia DL fue de 683.3 kB/seg es decir5466.5 kbps, aproximadamente 5.5 Mbps, o sea el 55 % de la capacidad teórica.Se encontró un pico máximo de 879.8 kB/seg lo que equivale a unos 7.04 Mbps, el70.4 % de 10 Mbps. Algo que en pruebas anteriores no se había dado.
Figura 9.24 Variación de la tasa de transferencia instantánea para la red PLC 1- entre dostomas de la red no regulada, por DU Meter 1.
Figura 9.25 Variación de la tasa de transferencia para la red PLC 1- entre dos tomas de lared no regulada 2.
Figura 9.26 Variación de la tasa de transferencia instantánea para la red PLC 1- entre dostomas de la red no regulada, por DU Meter 2.
170
En la muestra número 16 se presentó una disminución muy significativa duranteun pequeño lapso de tiempo que al principio fue preocupante, pero si se observabien en alguna de las figuras dadas por DU Meter (figuras 9.24 y 9.26), se notaráque este dato es uno de los muchos que no se habían registrado por la frecuenciade muestreo utilizada.
9.2.3 Red PLC 2
De acuerdo a los anteriores resultados se tiene una referencia que ayuda acomprender los resultados que se obtienen en los barrios. El medio de acceso enesta parte son ramas de la red de energía eléctrica de los diferentes lugaresvisitados, se muestran los resultados de tres situaciones.
En esta parte de la práctica de nuevo se hace necesario el uso de los elementosque hacen parte de la tecnología PLC, como son el terminal PLC (Modem) y elRouter PLC (Head End, en este caso);
Figura 9.27 Configuración de la Red PLC 2.
9.2.3.1 Prueba en el barrio Villa Santana
El medio de acceso (figura 9.27) en este lugar fue la red de distribución eléctricade una casa, desde su acometida, incluyendo el contador y toda su infraestructurainterna (figura 9.28); una distancia entre extremos de aproximadamente 30m.
Red de energía eléctrica 125 – 126 V rms
Router PLCMódem PLC
Red eléctrica
Conductor # 14 AWG (1,5 m)
Latiguillo categoría 5 (2 m)
Medio de acceso
171
Se transfirió un archivo del PC2 al PC1 para este tipo de medio, las tablas 9.28 y9.29 muestran los resultados que corresponden al archivo de 490 MB; en lasfiguras 9.29 y 9.30 se muestran las respectivas gráficas de velocidad vs númerode muestras (datos) en determinados instantes durante la transferencia.
Figura 9.28 Configuración en el sector Nuevo Plan, del barrio Villa Santana.
Tabla 9.27 Información de la prueba: Red PLC 2-Villa Santana.
UBICACIÓN PRUEBA ESTADO DE CONEXIÓN DE ÁREA LOCAL
PC 1 CARPETA DE ARCHIVOS DE 490 MB VELOCIDAD TEÓRICA 10 Mbps
Tabla 9.28 Variaciones de la transferencia de datos en la red PLC 2-Villa Santana,considerando la tasa máxima y el promedio.
DU Meter 3.5
TRANSFERENCIA DE DATOS - DESCARGA
DATO TOTAL TASA MÁX. TASA PROM. [kB/seg]
1 60,74 MB 1,07 MB/seg 545,6
2 87,05 MB 1,16 MB/seg 550,2
3 108,94 MB 1,20 MB/seg 560,6
4 125,83 MB 1,20 MB/seg 565,1
5 134,81 MB 1,20 MB/seg 568,1
6 140,23 MB 1,20 MB/seg 567,2
7 145,60 MB 1,20 MB/seg 566,8
8 151,17 MB 1,20 MB/seg 563,2
9 156,29 MB 1,20 MB/seg 568,5
10 161,91 MB 1,20 MB/seg 564,6
11 167,23 MB 1,20 MB/seg 558,2
12 172,60 MB 1,20 MB/seg 565,4
172
Tabla 9.29 Tiempo, tasa de transferencia instantánea DL y UL para la red PLC 2-VillaSantana.
DU Meter 3.5
TASA DE TRANSFERENCIA
DATO TIEMPO DL [kB/seg] UL [kB/seg] DL [kbps]
1 00:01:55 642,9 13,5 5143,2
2 00:02:42 666,2 14,3 5329,6
3 00:03:19 701,6 14,4 5612,8
4 00:03:49 550,5 13,0 4404,0
5 00:04:04 460,9 10,7 3687,2
6 00:04:53 516,2 12,0 4129,6
7 00:05:13 726,6 15,0 5812,8
8 00:05:30 644,5 12,8 5156,0
9 00:05:59 638,3 12,4 5106,4
10 00:06:29 517,7 12,2 4141,6
11 00:06:58 690,2 14,1 5521,6
12 00:07:28 777,5 15,9 6220,0
De acuerdo a la tabla anterior:
TASA MÁXIMA [kbps] TASA MÍNIMA [kbps] CAMBIO [DELTA] [kbps]6220,0 3687,2 2532,8
El promedio en la tasa de transferencia DL fue de 627.8 kB/seg es decir 5022.1kbps, aproximadamente 5.0 Mbps, o sea el 50 % de la capacidad teórica. En lasfiguras 9.29 y 9.30 se puede observar la variación de la velocidad gráficamente endiferentes momentos. Se encontró un pico máximo de 1.20 MB/seg lo queequivale a unos 9.6 Mbps, el 96 % de 10 Mbps. En la figura 9.30 se puede ver queel cambio instantáneo de la velocidad.
Figura 9.29 Variación de la tasa de transferencia para la red PLC 2-Villa Santana.
173
Figura 9.30 Variación de la tasa de transferencia instantánea para la red PLC 2-VillaSantana por DU Meter.
9.2.3.2 Prueba en el barrio 20 de Julio dentro de una casa
El medio de acceso (figura 9.27) en este lugar fue la red de distribución eléctricainterna de una casa (figura 9.31), con una distancia entre los extremos deaproximadamente 25m.
Se transfirió un archivo del PC2 al PC1 para este tipo de medio, las tablas 9.31 y9.32 muestran los resultados que corresponden al archivo de 490 MB; Se tomaron23 datos, por comodidad y espacio sólo se mostrarán los 15 últimos datos, lasfiguras 9.32 y 9.33 contienen todos los puntos.
Figura 9.31 Configuración en el barrio 20 de Julio, dentro de una casa.
Tabla 9.30 Información de la prueba: Red PLC 2-20 de Julio dentro de una casa.
UBICACIÓN PRUEBA ESTADO DE CONEXIÓN DE ÁREA LOCAL
PC 1 CARPETA DE ARCHIVOS DE 490 MB VELOCIDAD TEÓRICA 10 Mbps
174
Tabla 9.31 Variaciones de la transferencia de datos en la red PLC 2-20 de Julio dentro deuna casa, considerando la tasa máxima y el promedio.
DU Meter 3.5
TRANSFERENCIA DE DATOS - DESCARGA
DATO TOTAL TASA MÁX. TASA PROM. [kB/seg]
9 249,70 MB 1.24 MB/seg 636,0
10 262,36 MB 1.24 MB/seg 636,6
11 279,30 MB 1.24 MB/seg 638,4
12 296,48 MB 1.24 MB/seg 639,2
13 315,19 MB 1.24 MB/seg 640,4
14 334,93 MB 1.24 MB/seg 642,3
15 353,66 MB 1.24 MB/seg 642,1
16 371,95 MB 1.24 MB/seg 643,4
17 389,11 MB 1.24 MB/seg 644,7
18 420,45 MB 1.24 MB/seg 647,4
19 436,90 MB 1.24 MB/seg 648,4
20 452,58 MB 1.24 MB/seg 649,1
21 476,29 MB 1.24 MB/seg 650,3
22 491,33 MB 1.24 MB/seg 650,0
23 531,07 MB 1.24 MB/seg 643,6
Tabla 9.32 Tiempo, tasa de transferencia instantánea DL y UL para la red PLC 2-20 deJulio dentro de una casa.
DU Meter 3.5
TASA DE TRANSFERENCIA
DATO TIEMPO DL [kB/seg] UL [kB/seg] DL [kbps]
9 00:06:42 725,4 14,8 5803,2
10 00:07:03 728,9 15,2 5831,2
11 00:07:29 673,0 14,0 5384,0
12 00:07:56 703,2 14,6 5625,6
13 00:08:24 723,3 14,7 5786,4
14 00:08:55 679,4 13,9 5435,2
15 00:09:24 726,3 14,9 5810,4
16 00:09:53 668,4 13,8 5347,2
17 00:10:18 702,0 14,3 5616,0
18 00:11:06 659,8 14,7 5278,4
19 00:11:31 720,3 14,8 5762,4
20 00:11:55 621,9 14,7 4975,2
21 00:12:31 722,6 14,9 5780,8
22 00:12:55 647,9 15,1 5183,2
23 00:14:05 611,0 15,6 4888,0
175
De acuerdo a la tabla anterior:
TASA MÁXIMA [kbps] TASA MÍNIMA [kbps] CAMBIO [DELTA] [kbps]5831,2 4888,0 943,2
El promedio en la tasa de transferencia DL fue de 680.9 kB/seg es decir 5447.4kbps, aproximadamente 5.4 Mbps, o sea el 54 % de la capacidad teórica. En lasfiguras 9.32 y 9.33 se puede observar la variación de la velocidad gráficamente endiferentes momentos. Se encontró un pico máximo de 1.24 MB/seg lo queequivale a unos 9.92 Mbps, el 99.2 % de 10 Mbps. En la figura 9.33 se puede verque el cambio instantáneo de la velocidad.
Figura 9.32 Variación de la tasa de transferencia para la red PLC 2-20 de Julio dentro deuna casa.
Figura 9.33 Variación de la tasa de transferencia instantánea para la red PLC 2-20 deJulio dentro de una casa por DU Meter.
176
9.2.3.3 Prueba en el barrio 20 de Julio entre dos casas
El medio de acceso (figura 9.27) en este lugar fue la red de distribución eléctricade dos casas, desde una casa tomando toda su infraestructura interna hasta laotra casa, incluyendo los contadores, interruptores y sus acometidas (figura 9.34);con una distancia de aproximadamente 40 m.
Se transfirió un archivo del PC2 al PC1 para este tipo de medio, las tablas 9.34 y9.35 muestran los resultados que corresponden al archivo de 490 MB; Se tomaron41 datos, por comodidad y espacio sólo se mostrarán los 15 últimos datos, lasfiguras 9.35 y 9.36 contienen todos los puntos.
Figura 9.34 Configuración en el barrio 20 de Julio, entre dos casas.
Tabla 9.33 Información de la prueba: Red PLC 2-20 de Julio entre dos casas.
UBICACIÓN PRUEBA ESTADO DE CONEXIÓN DE ÁREA LOCAL
PC 1 CARPETA DE ARCHIVOS DE 490 MB VELOCIDAD TEÓRICA 10 Mbps
177
Tabla 9.34 Variaciones de la transferencia de datos en la red PLC 2-20 de Julio entre doscasas, considerando la tasa máxima y el promedio.
DU Meter 3.5
TRANSFERENCIA DE DATOS - DESCARGA
DATO TOTAL TASA MÁX. TASA PROM. [kB/seg]
27 325,18 MB 0,81 MB/seg 448,2
28 339,41 MB 0,81 MB/seg 449,0
29 353,38 MB 1,01 MB/seg 450,6
30 367,63 MB 1,01 MB/seg 451,9
31 381,07 MB 1,01 MB/seg 452,2
32 394,85 MB 1,01 MB/seg 452,8
33 408,50 MB 1,01 MB/seg 452,7
34 420,95 MB 1,01 MB/seg 452,3
35 434,40 MB 1,01 MB/seg 452,5
36 446,93 MB 1,01 MB/seg 451,8
37 473,42 MB 1,01 MB/seg 451,8
38 487,10 MB 1,01 MB/seg 452,2
39 501,18 MB 1,01 MB/seg 452,6
40 513,88 MB 1,01 MB/seg 452,5
41 530,80 MB 1,01 MB/seg 448,5
Tabla 9.35 Tiempo, tasa de transferencia instantánea DL y UL para la red PLC 2-20 deJulio entre dos casas.
DU Meter 3.5
TASA DE TRANSFERENCIA
DATO TIEMPO DL [kB/seg] UL [kB/seg] DL [kbps]
27 00:12:24 658,3 13,5 5266,4
28 00:12:55 549,5 11,2 4396,0
29 00:13:24 548,0 11,2 4384,0
30 00:13:54 517,7 10,5 4141,6
31 00:14:24 475,6 9,7 3804,8
32 00:14:54 522,4 10,7 4179,2
33 00:15:24 363,4 9,2 2907,2
34 00:15:53 447,2 10,4 3577,6
35 00:16:24 494,0 10,2 3952,0
36 00:16:54 542,5 11,5 4340,0
37 00:17:54 556,9 11,4 4455,2
38 00:18:24 532,6 10,8 4260,8
39 00:18:54 459,0 11,6 3672,0
40 00:19:24 437,1 8,9 3496,8
41 00:20:13 412,1 12,2 3296,8
178
De acuerdo a la tabla anterior:
TASA MÁXIMA [kbps] TASA MÍNIMA [kbps] CAMBIO [DELTA] [kbps]5266,4 2907,2 2359,2
El promedio en la tasa de transferencia DL fue de 486.7 kB/seg es decir 3893.9kbps, aproximadamente 3.9 Mbps, o sea el 39 % de la capacidad teórica. En lasfiguras 9.35 y 9.36 se puede observar la variación de la velocidad gráficamente endiferentes momentos. Se encontró un pico máximo de 1,01 MB/seg lo queequivale a unos 8,08 Mbps, el 80,8 % de 10 Mbps. En la figura 9.36 se puede verque el cambio instantáneo de la velocidad.
Figura 9.35 Variación de la tasa de transferencia para la red PLC 2-20 de Julio entre doscasas.
Figura 9.36 Variación de la tasa de transferencia instantánea para la red PLC 2-20 deJulio entre dos casas por DU Meter.
Nota: Durante las pruebas se debió conectar primero el Router y luego el terminalPLC.
179
9.2.4 Comparaciones
Para hacer una adecuada comparación se deben tener en cuenta algunos datosclaves (que en este caso se denotan como resumen), para ver variaciones de unaprueba a otra.
La recolección de datos es complicada y requiere de una buena dedicación paraque no se distorsione en algún punto, es conveniente tener mucho cuidado con lainformación ya que esto podría implicar cambios drásticos en los resultados.
Tabla 9.36 Resumen de resultados.
Red Prueba TASA PROMEDIO TASA MÁXIMA CAMBIOkbps % kbps % (kbps)
LAN 1 (pág. 6 ) 6841,9 68,0 8500,0 85,0 2181,62 (pág. 9) 62240,0 62,0 87500,0 87,5 52120,0
PLC 1 1 (pág. 12) 4494,2 45,0 6340,0 63,4 4077.62 pág. 16 ) 4489,5 45,0 6850,0 68,5 2778,43 (pág. 19) 3670,0 36,7 6310,0 63,1 5020,04(pág. 22) 4381,7 44,0 6350,0 63,5 4514,45 (pág.25) 3604,2 36,0 6330,0 63,3 5252,06 (pág.26) 3864,6 38,6 6320,0 63,2 NA7 (pág.26) 5466,5 54,7 7040,0 70,4 NA
PLC 2 1 (pág. 30) 5022.1 50.2 9600,0 96,0 2532,82 (pág. 33) 5447.4 54.5 9920,0 99,2 943,23 (pág. 35) 3893,9 38,9 8080,0 80,8 2359,2
Especificaciones adicionales de la tabla 9.36 (Columna Prueba)
Red LAN1. Red LAN.2. Red LAN con Router.
Red PLC 11. Red PLC 1, con la red no regulada, prueba ideal.2. Red PLC1, con la red no regulada, prueba con cable de energía eléctricanúmero 12, sin protección.3. Red PLC1, con la red no regulada, prueba con cable de energía eléctricanúmero 12, con protección.4. Red PLC1, con la red no regulada, prueba con cable de energía eléctricanúmero 14, sin protección.5. Red PLC 1, con la red regulada, prueba entre dos tomas.6. Red PLC 1, entre dos tomas de la red no regulada 1.7. Red PLC 1, entre dos tomas de la red no regulada 2.
Red PLC 21. Red PLC 2, prueba en el sector Nuevo Plan, del barrio Villa Santana.2. Red PLC 2, prueba en el barrio 20 de Julio, dentro de una casa.3. Red PLC 2, prueba en el barrio 20 de Julio, entre dos casas.
180
De acuerdo al porcentaje de la tasa máxima y tasa promedio, se obtuvieronbuenos resultados en el campo; esto se venía notando en el análisis con la red deenergía no regulada, ya que presentaba mejores velocidades que con la redregulada. Es claro que la red eléctrica es un medio hostil para la transmisión dedatos, se ve la influencia de la modulación (OFDM) ya que según estudios, la capafísica OFDM ofrece la posibilidad de extraer el mayor provecho del canal, teniendoen cuenta las condiciones tan hostiles de propagación encontradas, concontribuciones de multicamino, atenuación y retardo.
La capa física del HomePlug (tecnología del router) utiliza multiplexación pordivisión en frecuencia ortogonal (OFDM). HomePlug utiliza esta técnica en modoráfaga, en lugar de hacerlo de forma continua como por ejemplo en los sistemasde radiodifusión digital. Para aumentar la robustez del sistema también se utilizaprotección contra errores de tipo FEC (forward error correction) para la carga útil yturbo-códigos para las tramas de señalización más sensibles. La modulaciónOFDM con centenas de portadoras, implementa un control adaptativo al medio,ajustándose a las condiciones de ruido y atenuación imperantes en las líneas debaja tensión. Además usa mecanismos de detección y corrección de errores FECpara ocupar el medio lo mínimo posible y obtener las máximas prestaciones deforma global. Las tecnologías existentes DS2 (el chip Corinex) utilizan lamodulación OFDM y permite que los datos sean transferidos de una portadora aotra, a medida que cambian las condiciones de ruido y las características de lalínea eléctrica en tiempo real.
Por consiguiente FEC permite que entre más hostil sea el medio, se adapte mejorla tecnología, aunque se debe tener en cuenta que una cosa es adaptarse y otraes propagarse; la señal PLC se atenúa por muchos factores y es algo que no sepuede ignorar. Es lógico que entre más buena sea la estructura de la red deenergía eléctrica mejor serán los resultados en la tasa de transferencia, aunquemuchos de los inconvenientes que causan la no conexión de los equipos son losmalos empalmes, en los cuales no hay un buen contacto, uno de los masimportantes es la no conservación de la estructura radial de la configuración de lared de distribución de energía, refiriéndose como radial a que no se tenganconexiones en las que se refuerce un conductor con otro paralelo, lo másconveniente es tener un sólo conductor bien empalmado sin interesar el calibre, lomás importante es que la corriente de energía eléctrica no se divida sin necesidadpor esta causa.
La velocidad con transferencia bidireccional no cambia significativamente,respecto a la unidireccional, por eso se selecciona en un solo sentido.
La tecnología PLC utilizada es de categoría baja70 respecto a la tecnología delcableado estructurado, por lo tanto, los resultados obtenidos no son tan malos a
70 Actualmente existen categorías altas en tecnología PLC, con velocidades que llegan hasta 200Mbps, todo depende de la aplicación.
181
pesar de bajar en eficiencia hasta un 36% de la tasa de transferencia teórica,mientras la eficiencia con cableado estructurado no baja del 60%.
Es conveniente aclarar que la tasa de transferencia que normalmente se tiene enla universidad (banda ancha) en promedio es de 862 kbps, con picos que lleganhasta los 1191 kbps para la red de área local (dentro de la universidad), la redexterna limita la velocidad a un pico máximo de 542 kbps. En condicionesdesfavorables se obtienen velocidades que en promedio podrían estar alrededorde 40 kbps (menor velocidad que la dada teóricamente para un acceso conmutadopor línea telefónica de 56 kbps). Los anteriores resultados se obtuvieron a partirde una semana de análisis en la universidad con el programa DU Meter. Enconsecuencia, la tecnología PLC puede hasta superar estos valores de velocidad,como se puede ver en la tabla 1, a pesar de que se utilizaron elementos que noson de última generación.
ü Factores atenuantes de la señal PLC
Luego de analizar los datos de la tasa de transferencia teniendo en cuenta elinterruptor termomagnético, se puede observar una disminución apreciable, lainfluencia es notoria y aún más si el interruptor está en mal estado, porconsiguiente es conveniente tenerlo en cuenta para instalaciones de baja calidad.
Los empalmes afectan la transmisión de datos y sobre todo cuando hay cambiosde calibre en los conductores, la señal se atenúa más fácil en los conductores másgruesos cuando hay derivación por empalmes, en consecuencia es recomendablepara instalaciones en donde se quiera aplicar tecnología PLC, tener empalmes endonde se deriven pocos conductores y sobre todo que la variación del calibre nosea muy notoria en las derivaciones.
En los resultados de las pruebas no es notoria la variación de la velocidadrespecto al calibre y la distancia, pero es bueno tener en cuenta que a medidaque se aumenta la distancia, generalmente después de los 100m se deben colocarrepetidores y sobre los conductores es conveniente tener buenos empalmes.
Una debilidad de la tecnología PLC es que la señal se atenúa en mayor medidacuando se conectan algunos elementos entre la distribución eléctrica, tales comolos interruptores termomagnéticos y nodos en los que se derivan muchas ramas,lo que generaría el uso de repetidores para amplificar esa señal atenuada.
Una fortaleza para PLC es que el medidor de energía eléctrica (contador) nogenera problemas relevantes en la transmisión de datos a través de él. Lo quepermite descartar un elemento atenuante para la señal PLC en una distribucióneléctrica de baja calidad. Esto hace posible que en ambientes donde la red deenergía esté en buen estado se emplee sólo los elementos necesarios para laemisión y recepción de la señal PLC, evitando así el uso de repetidores.
182
9.3 PRUEBAS CON EL ANALIZADOR DE ARMONICOS
El analizador de armónicos (probador) es un instrumento que además de censar lacorriente y el voltaje, necesita de éstos valores para calcular en una red deenergía eléctrica sus respectivas frecuencias armónicas.
Usando estas entradas, el probador automáticamente calcula la potencia, losniveles de distorsión armónica y sus orígenes. Emplea lectura monofásica otrifásica.
Figura 9.37 Analizador de armónicos Fluke 41B.
Estas capacidades permiten que se supervise la calidad de energía antes ydespués de alguna instalación, localiza averías en un sistema de distribución deenergía. Con el modelo Fluke 41B se pueden imprimir y descargar los datos parasu análisis posterior.
El probador se puede utilizar para medir fallas en circuitos por variaciones en: elvoltaje (sobretensiones, interrupción de línea y voltajes entre tierra y neutro), lacorriente y la potencia. La frecuencia fundamental del equipo va hasta los 100 Hzy la frecuencia de armónicos cerca de los 2 kHz.
Los barrios seleccionados para la realización de las pruebas contienen redes dedistribución de energía con características técnicas deficientes y problemas que nose tienen comúnmente en barrios de estrato alto; una red típica de un barrio deestrato 1 (estrato Bajo-Bajo), se ve influenciada por: usos incorrectos en calibresde conductores, causando recalentamientos y mala distribución de la potenciaconsumida, mala regulación por empalmes, armónicos por diferentes equipos(motores, ventiladores, etcétera), circuitos inapropiados para conexión de cargasespeciales, conexiones fraudulentas, calibres sin tener en cuenta las normasvigentes, entre otros.
183
Las pruebas en los barrios se hacen en redes de distribución de baja tensión(redes de 110/220 voltios a 60 Hz) sin tener en cuenta el transformador, tomandolas acometidas y/o las instalaciones eléctricas domiciliarias. Que corresponde ala red más utilizada para aplicaciones de la tecnología PLC.
9.3.1 Nuevo Plan Villa Santana
9.3.1.1 Nuevo Plan Villa Santana, entre una casa y antes del contador, redoriginal sin elementos PLC conectados
Se localiza al Sur oriente de la ciudad de Pereira, pertenece al barrio VillaSantana, el lugar de las medidas se muestran en la figura 9.38.
Figura 9.38 Lugar de pruebas Nuevo Plan Villa Santana.
Las medidas registradas inicialmente dan información del estado de la redeléctrica, sin conexión de los equipos de la tecnología PLC; se toman entre la fasey neutro del sistema monofásico, antes del contador (M-medidor de energía) de lavivienda, sin carga. La conexión del equipo se realiza como se muestra en lafigura 9.39 para un sistema monofásico.
184
Figura 9.39 Conexión del Fluke 41B a la red monofásica.
Los datos obtenidos son:
Figura 9.40 Datos red original, vivienda Nuevo Plan Villa Santana.
185
9.3.1.2 Nuevo Plan Villa Santana, entre una casa y antes del contador, conequipos conectados, sin transferencia
Se tomaron medidas con los equipos PLC conectados, pero sin transferencia dearchivos, con la idea es medir el comportamiento de la red de energía eléctrica eseste estado; la conexión es entre fase y neutro del sistema monofásico, antes dela entrada del contador de la vivienda y el terminal PLC (Wall Mount Corinex)conectado en un toma eléctrico dentro de la casa.
Los resultados del analizador de armónicos Fluke 41B son:
Figura 9.41 Datos de la red de energía Nuevo plan Villa Santana, con equiposconectados, sin transferencia.
186
9.3.1.3 Nuevo Plan Villa Santana, entre una casa y antes del contador, conequipos conectados, con transferencia
Las medidas muestran los resultados obtenidos al tener conectados los equiposPLC Wall Mount y Router como se muestra en la figura 9.42, además transfiriendoarchivos de un computador a otro.
Figura 9.42 Conexión equipos con transferencia, Nuevo Plan - Villa Santana.
Figura 9.43 Tabla de datos con transferencia Nuevo Plan - Villa Santana.
187
Figura 9.44 Voltaje con transferencia de datos, Nuevo Plan - Villa Santana.
Figura 9.45 Corriente con transferencia de datos, Nuevo Plan - Villa Santana.
188
9.3.1.4 Análisis de los datos tomados en la residencia Nuevo Plan Villa Santana
Para localizar el lugar de pruebas, se escoge previamente un sitio que poseacaracterísticas típicas a las redes de los estratos bajos, luego se verifica las redesdel sector para conectar los equipos PLC, por consiguiente se habló con un líderdel lugar permitiendo utilizar su vivienda y tomar las medidas necesarias.
Las redes de este barrio poseen dificultades de empalmes y mala distribución dered, es por esto que la empresa de energía debido a estas condiciones a diseñadoun cambio de redes con cable concéntrico (antifraude) y así evitar conexionesfraudulentas y el robo continuo del cable de energía, al momento de hacer laspruebas en este sector se encontraban las redes tradicionales.
La red real71 (figura 9.40) posee armónicos del orden 3 y 5 en el voltaje, estosarmónicos son propios de las redes monofásicas en las que existen malasconexiones con cargas desbalanceadas por motores, licuadoras enfriadores,etcétera.
Cuando se conectan los equipos PLC a la red de energía eléctrica en estavivienda sin trasferencia de archivos, se observa un cambio en la corriente propiadel consumo de los equipos conectados como el Router PLC y el WallmountCorinex72 , también cabe señalar que hay una variación en la potencia consumidaprecisamente por dichos equipos (figura 9.41).
Al hacer la transferencia de archivos y poner en funcionamiento la red PLC con elRouter y el Wallmount Corinex se obtiene que en la red no hay cambio alguno conrespecto a los armónicos propios de la red real, en cambio si hay un aumento dela corriente y potencia consumida, debido al consumo normal de los equipos PLCconectados (figura 9.43 y figura 9.45).
Según lo anterior se puede fácilmente llegar a la conclusión que la red eléctrica nose ve afectada por la conexión de los equipos de red PLC, el único cambioencontrado es el aumento de consumo de corriente y potencia propio de dichosequipos, cabe mencionar que este aumento es semejante al consumo que puedetener cualquier electrodoméstico conectado a la red de energía eléctrica interna dela vivienda.
Cuando se comenzaron las pruebas y se analizo la red con el equipo Tool KitCorinex73, instrumento para verificar la conectividad de los equipos PLC, seencontró que no había conexión entre el transmisor y el receptor del Tool Kit, peroal conectar el Router PLC y el Wallmount Corinex se podía encontrar enlace entrelos equipos en cualquier toma eléctrica de la casa, esto es debido a que el Tool Kitno posee muy buena potencia de transmisión.
71 Red de energía eléctrica sin elementos PLC conectados, red original sin modificaciones.72 Modem PLC o Terminal PLC.73 Equipo de prueba de la conexión punto a punto por la red eléctrica.
189
9.3.2 Barrio 20 de Julio
Se localiza en la comuna oriente de la ciudad de Pereira, la red pertenece alestrato bajo-bajo, se observan muchas deficiencias en el diseño de la redeléctrica, el lugar de las pruebas se muestra en la figura 9.46.
Figura 9.46 Ubicación de la vivienda para las pruebas en la red eléctrica interna - barrio20 de Julio.
9.3.2.1 Barrio 20 de Julio dentro de la casa, red original sin elementos PLC
Las mediciones se hicieron dentro de la vivienda y los resultados obtenidos devoltaje, corriente, potencia y armónicos se muestran en las graficas 9.47, 9.48,9.49 y 9.50 respectivamente.
Figura 9.47 Voltaje interno de la red original, vivienda del barrio 20 de Julio.
190
Figura 9.48 Corriente de la red original, vivienda del barrio 20 de Julio.
Figura 9.49 Potencia de la red original, vivienda del barrio 20 de Julio.
191
Figura 9.50 Datos de la red original, vivienda del barrio 20 de Julio.
9.3.2.2 Barrio 20 de Julio dentro de la casa con equipos conectados, sintransferencia
Las mediciones se hicieron dentro de la vivienda y los resultados obtenidos soncon los equipos PLC conectados pero sin transferencia de archivos (figura 9.51).
Figura 9.51 Conexión de equipos en una vivienda del barrio 20 de Julio.
192
Los datos de voltaje, corriente, potencia y armónicos obtenidos para estaconexión se muestran en las figuras 9.3.16, 9.3.17, 9.3.18 y 9.3.19respectivamente.
Figura 9.52 Voltaje de la red con equipos conectados, sin transferencia, vivienda barrio 20de Julio.
Figura 9.53 Corriente de la red con equipos conectados, sin transferencia, vivienda barrio20 de Julio.
193
Figura 9.54 Potencia de la red con equipos conectados, sin transferencia, vivienda barrio20 de Julio.
Figura 9.55 Datos de los armónicos de la red con equipos conectados, sin transferencia,vivienda barrio 20 de Julio.
194
9.3.2.3 Barrio 20 de julio, dentro de la casa con transferencia
La conexión se hizo como se muestra en la figura 9.51, con los equipos PLCconectados y con transferencia de archivos. Los datos de voltaje, corriente,potencia y armónicos obtenidos para esta conexión se muestran en las figuras9.56, 9.57, 9.58 y 9.59 respectivamente.
Figura 9.56 Voltaje de la red con transferencia, vivienda barrio 20 de Julio.
Figura 9.57 Corriente de la red con transferencia, vivienda barrio 20 de Julio.
195
Figura 9.58 Potencia de la red con transferencia, vivienda barrio 20 de Julio.
Figura 9.59 Datos de los armónicos de la red con transferencia, vivienda barrio 20 deJulio.
196
9.3.2.4 Barrio 20 de Julio dentro de la casa, con transferencia de archivos, conlicuadora
La conexión se hizo como se muestra en la figura 9.51, con los equipos PLCconectados y con transferencia de archivos además se le adicionó una licuadoraen funcionamiento como carga adicional. Los datos obtenidos para esta conexiónde voltaje, corriente, potencia y armónicos se muestran en la figura 9.60.
Figura 9.60 Datos de la red con transferencia, con licuadora en funcionamiento, viviendabarrio 20 de Julio.
9.3.2.5 Análisis de los datos tomados en la residencia 20 de Julio
Para localizar el lugar de pruebas, se escoge previamente un sitio que poseacaracterísticas típicas a las redes de los estratos bajos, luego se verifica las redes
197
del sector para conectar los equipos PLC, por consiguiente se habló conhabitantes del sector que amablemente prestaron sus viviendas con plenaautorización para realizar las pruebas y medidas necesarias.
Las redes de este barrio poseen dificultades de empalmes y mala distribución dered, también se evidencian cables que no corresponden al calibre apropiado paralas redes de baja tensión.
La red original (red real) sin terminales PLC conectados (figuras sección 9.3.2.1)poseen armónicos del orden 3, 5 y 7 en la corriente y en el voltaje del orden 5,estos armónicos son propios de las redes monofásicas en las que existen malasconexiones con cargas desbalanceadas por motores, licuadoras enfriadores,etcétera.
Cuando se conectan los equipos PLC a la red de energía eléctrica en estavivienda sin transferencia de archivos, se observa un cambio en la corriente propiadel consumo de los equipos conectados (figura 9.53) como el Router PLC y elWallmount Corinex, también cabe señalar que hay una variación en la potenciaconsumida precisamente por dichos equipos (figura 9.54).
Al hacer la transferencia de archivos y poner en funcionamiento la red PLC con elRouter y el Wallmount Corinex se obtiene que en la red no hay cambio alguno conrespecto a los armónicos propios de la red real, en cambio si hay un aumento dela corriente y potencia consumida, debido al consumo normal de los equipos PLCconectados (figuras 9.57 y 9.58).
También se tomaron unas muestras con una licuadora, electrodoméstico queregularmente se encuentra en la cocina de cualquier casa y que distorsiona laseñal y añade ruido a una red eléctrica. Los resultados obtenidos en esta muestra,es que la señal de la red PLC es inmune a estas interferencias, pero también hayque comentar que la red si se ve afectada por este artefacto (figura 9.60), puestoque se nota un pequeño incremento en la magnitud de la corriente y el voltaje,también aparecen armónicos del orden par 2, 4 y 6.
Según lo anterior se puede fácilmente llegar a la conclusión que la red eléctrica nose ve afectada por la conexión de los equipos de red PLC, el único cambioencontrado es el aumento de consumo de corriente y potencia propio de dichosequipos, cabe mencionar que este aumento es semejante al consumo que puedetener cualquier electrodoméstico conectado a la red de energía eléctrica interna dela vivienda.
198
9.3.3 Barrio 20 de Julio, entre dos casas
9.3.3.1 Barrio 20 de Julio, entre dos casas, red original sin elementos PLC
Este barrio se localiza en la comuna oriente de la ciudad de Pereira, pertenece alestrato bajo-bajo en el análisis de la red, se observan muchas deficiencias en eldiseño de la red eléctrica el lugar de las pruebas se muestra en la figura 9.61.
Figura 9.61 Lugar de pruebas, red eléctrica entre dos viviendas– barrio 20 de Julio.
Los resultados obtenidos de voltaje, corriente, potencia y armónicos se muestranen las figuras 9.62, 9.63, 9.64 y 9.65 respectivamente.
Figura 9.62 Voltaje red original, entre dos viviendas– barrio 20 de Julio.
199
Figura 9.63 Corriente de la red original, entre dos viviendas– barrio 20 de Julio.
Figura 9.64 Potencia de la red original, entre dos viviendas– barrio 20 de Julio.
200
Figura 9.65 Datos de los armónicos de la red original, entre dos viviendas– barrio 20 deJulio.
9.3.3.2 Barrio 20 de Julio entre dos casas con equipos conectados sintransferencia
Las dos viviendas pertenecen al mismo circuito de distribución de energía eléctrica(figura 9.66).
Figura 9.66 Conexión de equipos entre dos viviendas barrio 20 de Julio.
201
Los resultados obtenidos de voltaje, corriente, potencia y armónicos se muestranen las graficas 9.67, 9.68, 9.69 y 9.70 respectivamente.
Figura 9.67 Voltaje entre dos viviendas con equipos conectados sin transferencia dearchivos– barrio 20 de Julio.
Figura 9.68 Corriente entre dos viviendas con equipos conectados sin transferencia dearchivos– barrio 20 de Julio.
202
Figura 9.69 Potencia entre dos viviendas con equipos conectados, sin transferencia dearchivos– barrio 20 de Julio.
Figura 9.70 Datos de los armónicos de la red eléctrica, entre dos viviendas con equiposconectados, sin transferencia de archivos– barrio 20 de Julio.
203
9.3.3.3 Barrio 20 de Julio entre dos casas con equipos conectados contransferencia de archivos
Los datos y graficas generadas por el analizador de armónicos se muestran en lafigura 9.71; para las dos viviendas, pertenecientes al mismo circuito de distribuciónde energía eléctrica domiciliaria. La conexión se muestra en la figura 9.66.
Figura 9.71 Graficas y datos de la red eléctrica, entre dos casas con equipos PLCconectados y con transferencia de archivos– barrio 20 de Julio.
204
Los resultados de voltaje, corriente, potencia y armónicos se muestran en lasfiguras 9.72, 9.73, 9.74 y 9.75 respectivamente.
Figura 9.72 Voltaje con conexión entre dos viviendas, equipos conectados y transferenciade archivos– barrio 20 de Julio.
Figura 9.73 Corriente con conexión entre dos viviendas, equipos conectados ytransferencia de archivos– barrio 20 de Julio.
205
Figura 9.74 Potencia con conexión entre dos viviendas, equipos conectados ytransferencia de archivos– barrio 20 de Julio.
Figura 9.75 Datos de armónicos, conexión entre dos viviendas con equipos conectados ytransferencia de archivos – barrio 20 de Julio.
206
9.3.3.4 Análisis de los datos tomados entre dos casas barrio 20 de Julio
Para localizar el lugar de pruebas, se escoge previamente un sitio que poseacaracterísticas típicas a las redes de los estratos bajos, luego se verifica las redesdel sector para conectar los equipos PLC, por consiguiente se hablo conhabitantes del sector que amablemente prestaron sus viviendas con plenaautorización para realizar las pruebas y medidas necesarias.
Las redes de este barrio poseen dificultades de empalmes y mala distribución dered, también se evidencian cables que no corresponden al calibre apropiado paralas redes de baja tensión.
La red real (original) (figuras sección 9.3.3.1) posee armónicos del orden 3, 5 y 7en la corriente y en el voltaje del orden 5, estos armónicos son propios de lasredes monofásicas en las que existen malas conexiones con cargasdesbalanceadas por motores, licuadoras enfriadores, etcétera.
Cuando se conectan los equipos PLC a la red de energía eléctrica en estavivienda sin transferencia de archivos, se observa un cambio en la corriente propiadel consumo de los equipos conectados (figura 9.68) como el Router PLC y elWallmount Corinex, también cabe señalar que hay una variación en la potenciaconsumida precisamente por dichos equipos (figura 9.69).
Al hacer la transferencia de archivos y poner en funcionamiento la red PLC con elRouter y el Wallmount Corinex se obtiene que en la red no hay cambio algunorespecto a los armónicos propios de la red real, en cambio si hay un aumento dela corriente y potencia consumida, debido al consumo normal de los equipos PLCconectados (figura 9.73 y figura 9.74).
Según lo anterior se puede fácilmente llegar a la conclusión que la red eléctrica nose ve afectada por la conexión de los equipos de red PLC, el único cambioencontrado es el aumento de consumo de corriente y potencia propio de dichosequipos, cabe mencionar que este aumento es semejante al consumo que puedetener cualquier electrodoméstico conectado a la red de energía eléctrica interna dela vivienda.
Cuando se comenzaron las pruebas y se analizo la red con el equipo Tool KitCorinex, instrumento para verificar la conectividad de los equipos PLC, seencontró que no había conexión entre el transmisor y el receptor del Tool Kit, peroal conectar el Router PLC y el Wallmount Corinex se podía encontrar enlace de losequipos en cualquier toma eléctrica de la casa, esto es debido a que el Tool Kit noposee muy buena potencia de transmisión, pero estos equipos de diagnósticofuncionan adecuadamente en pequeñas distancias.
207
9.4 GUIA PARA REALIZAR LAS PRUEBAS CON LOS EQUIPOS PLC
Luego de seguir un procedimiento se define la guía utilizada para facilitar la tomade muestras en el campo, el procedimiento empleado se muestra a continuación:
1. Verificar los equipos a utilizar en el campo.• Funcionamiento.• Manuales de los equipos.• Funciones.• Características.
2. Realizar una bitácora del lugar donde se van a tomar las muestras.• Recorrido.• Mapa del sitio.• Instalaciones eléctricas (Transformadores, redes de media, baja tensión).• Lugar de las tomas de las muestras.• Contactos telefónicos y permisos.• Fecha de la visita y duración de las pruebas.
3. Toma de las señales e implementación de PLC.• Visita en el campo.• Verificar las redes de conexión.• Instalación de los equipos PLC.• Verificar ruido en las redes.• Ver posible aplicación.• Solución de inconvenientes.• Conclusiones y problemas.
4. Conexión de una red LAN.• Conexión de los modems.• Configuración de los equipos de red.• Validar la conexión.• Verificar el alcance de la señal.
5. Conclusiones.• Valoración de posibles aplicaciones.• Impacto de la tecnología PLC.• Validar la tecnología actual como posible solución.• Evaluar los costos de puesta en marcha en dichos sitio.• Tiempo de ejecución del proyecto.
6. Informes y varios
208
9.5 PROTOTIPO PARA LABORATORIO PLC
Con el fin de conocer, familiarizarse con los equipos PLC y poder utilizarlosdebidamente, es necesario hacer una investigación de la tecnología PLC, elconocimiento de ésta permitirá obtener características especiales de los equiposnecesarios para la implementación de PLC; además, facilita la capacitación con elfin de ofrecer diversos servicios a una alta velocidad y que permita establecerservicios de Internet y telefonía.
PLC es considerada como una tecnología de vanguardia, debido a que cadaconexión eléctrica de los hogares se convierte en un punto de acceso a servicioscomo Internet y telefonía IP, además el costo de los equipos no es muy elevado yno se necesita realizar ningún tipo de obra civil, solo requiere conectar un modemPLC a la toma de corriente y podrá tener servicios de comunicación.
Es una tecnología que se puede aprovechar al máximo y ofrecer más opciones alos usuarios de Internet, que exigen más velocidad de conexión.
Por todo esto y para aprovechar los equipos PLC utilizados en esta tesis (Router,Wallmount, Tool Kit y el software de administración) se realiza un prototipo paralaboratorio PLC.
9.5.1 GUIA DEL LABORATORIO PLC
9.5.1.1 MATERIALES
1. Dos computadores.
a. Pueden ser de mesa o portátiles con tarjeta de red.b. Dos tres a dos.
i. Para el PC de adquisición de señales, el otro no interesa.
2. Osciloscopio
a. Una sonda.b. Un módulo de adquisición.c. Cable serial hembra-hembra.d. Un tres a dos.
3. Dos interruptores termomagnéticos
a. 1 Amperio.
209
i. Uno para la carga del osciloscopio.ii. El otro para toda la carga PLC (opcional).
4. Tres cables (pueden ser los especificados u otros, con diferentescaracterísticas).
a. Cable UTP. CAT 5, 4x2x24 AWG < 8 > 2000.b. Cable de energía eléctrica (2# 8 Awg THW).c. Cable de energía eléctrica (2#14 Awg THW).
5. Bombillo de 100 W.
6. Analizador de armónicos, con sus respectivas sondas.
9.5.1.2 PREINFORME PRÁCTICA PLC
1. Conocimiento de los equipos a utilizar en el laboratorio PLC (Router PLC,modem PLC, analizador de armónicos Fluye 41B, osciloscopio Tectronix,computadores, etcétera).
• Manuales de los equipos.• Características técnicas.• Funciones.• Verificar su funcionamiento.
2. Reconocimiento del lugar donde se van a tomar las muestras.
• Mapa del sitio.• Instalaciones eléctricas (Redes de media, transformadores, baja tensión).• Ubicación de los tomacorrientes para la conexión de los equipos PLC.• Fecha de la toma de muestras.
9.5.1.3 PROCEDIMIENTO
1. Tener preparado dos archivos comprimidos, uno para cada computador.
2. Conectar el computador que se utilizará para adquirir los datos con tres ados, tanto el monitor como la cpu; ubicar bien el osciloscopio, conectarlocon tres a dos al mismo circuito del computador referencia74.
3. Analizar la red real sin conexión de los equipos PLC y tomar muestras conel analizador de armónicos.
74 Computador con el que se hace la adquisición de señales, por el puerto serial.
210
a. Conectar el analizador de armónicos como se describe en el manualpara una red monofásica.
b. Adquirir las señales de voltaje, corriente y potencia de la red con susrespectivos armónicos.
4. Conectar los dos computadores mediante el cable de la parte: materiales 4a(para obtener una velocidad de referencia de un medio tradicional).
a. Pasar el archivo de un PC a otro.b. Si es posible, pasarlo bidireccionalmente.c. Medir la velocidad de transferencia de datos en diferentes instantes
de tiempo.
5. Conectar los dos terminales PLC a través del cable de la parte: materiales4b.
6. Conectar los dos computadores mediante los terminales PLC con el cablepropuesto.
a. Conexión paralela con el bombillo.
i. Pasar el archivo de un PC a otro.ii. Si es posible, pasarlo bidireccionalmente.iii. Medir la velocidad de transferencia de datos en diferentes
instantes de tiempo.
b. Conexión paralela con el bombillo, práctica con el Osciloscopio.
i. Desconectar los terminales PLC, tomar medidas de tensión enel bombillo sin ellos de la siguiente manera:
• Medir un periodo completo; tomar fotografía con elOsciloscopio (pause), quitar la carga del mismo75 yadquirir la señal de datos por el puerto del computador;guardar archivos y desconectar el Osciloscopio delcomputador.
ii. Conectar los terminales PLC, pero sin transferencia dearchivos tomar medidas de tensión de la manera como serealizó en el paso i.
iii. Con los terminales conectados iniciar transferencia dearchivos, tomar medidas de tensión de la manera como serealizó en el paso i.
75 Esto se debe hacer para evitar problemas de referencia (diferentes tierras).
211
c. Conexión serie con el bombillo, práctica con el Osciloscopio.
i. Se debe montar un circuito para conectar el bombillo en seriecon el terminal PLC.
ii. Conectar los terminales PLC, pero sin transferencia dearchivos tomar medidas de tensión en el bombillo de lasiguiente manera:
• Medir un periodo completo; tomar fotografía con elOsciloscopio (pause), quitar la carga del mismo yadquirir la señal por el puerto en el computador;guardar archivo y desconectar el Osciloscopio delcomputador.
iii. Con los terminales conectados iniciar transferencia dearchivos, tomar medidas de tensión en el bombillo de lamanera como se realizó en el paso ii.
7. Analizar la red con conexión de los equipos PLC, pero sin transferencia dearchivos y tomar muestras con el analizador de armónicos.
a. Conectar el analizador de armónicos como se describe en el manualpara una red monofásica.
b. Adquirir las señales de voltaje, corriente y potencia de la red con susrespectivos armónicos.
8. Analizar la red con conexión de los equipos PLC y con transferencia dearchivos, tomar muestras con el analizador de armónicos.
a. Conectar el analizador de armónicos como se describe en el manualpara una red monofásica.
b. Adquirir las señales de voltaje, corriente y potencia de la red con susrespectivos armónicos.
9. Conectar los dos terminales PLC mediante el cable de la parte: materiales4c. Repetir los pasos (6), (7) y (8). Se debe hacer para analizar lasdiferencias generadas por el cambio de conductor (diámetro).
9.5.1.4 INFORME
1. Analizar los datos adquiridos con el analizador de armónicos en la práctica dellaboratorio PLC.
a. Comparar y analizar los datos de la red real de la parte (3) de la práctica.
212
b. Comparar y analizar los datos de la red con los equipos PLC conectados perosin trasferencia de archivos.
c. Comparar y analizar los datos de la red con los equipos PLC conectados contransferencia de archivos.
2. Analizar los datos obtenidos en la parte (6) con la adquisición de datos delOsciloscopio Tektronix de la práctica del laboratorio PLC.
9.5.1.5 CONCLUSIONES Y APORTES
Con esta guía es posible darle un uso adecuado a los equipos PLC, como tambiénobservar el gran potencial y funcionamiento que se ha desarrollado con estatecnología.
Es de reiterar colocarle muy buena atención a las conexiones hechas, cuando sevan a adquirir los datos con el osciloscopio Tectronix, rectificando las conexiones ylas líneas a tierra con respecto a la misma referencia.
Nota: para esta sección es necesario emplear los programas de la sección 9.7;programas base para la adquisición y como tal, están sujetos a cualquiermodificación para su mejoramiento.
9.6 PRUEBAS CON EL OSCILOSCOPIO
Es interesante saber que ocurre con la señal de corriente y voltaje de la red deenergía eléctrica cuando se emplean equipos de la tecnología PLC. Para estalabor es necesario emplear equipos especializados como es el osciloscopio, con elque se puede obtener la forma de onda de una señal medida, en este caso elvoltaje o la corriente. En esta sesión se muestran algunas características de laspruebas con el osciloscopio y sobre todo el estado de la red de energía con y sintransferencia de datos.
La mayoría de los actuales osciloscopios vienen con una integración dedispositivos extraíbles o fijos, que permiten realizar mediciones de diferentesparámetros a un determinado circuito; es claro que entre más moderno sea, máscomodidades y aplicaciones tiene.
Los osciloscopios son costosos y por ello su gran precaución al prestarlos en elalmacén del laboratorio; el que se pudo utilizar fue uno de gama media dentro delos disponibles en el laboratorio del programa de ingeniería eléctrica y la referenciaes Tektronix TDS 210.
213
El osciloscopio puede dar el resultado gráficamente de la transformada discreta deFourier de la onda adquirida, pero para ello se le debe adicionar un módulo deadquisición de referencia “TDS2MM MEASUREMENT EXTENSION MODULE”; elmódulo disponible y que se utilizó fue el “TDS2CM COMMUNICATIONSEXTENSION MODULE”, el cual sólo sirve para la comunicación al computador.
Por consiguiente se pensó en el programa para adquirir los datos que semostraban en la pantalla del osciloscopio, para luego con la información,específicamente con los datos de la onda de tensión de la red de energía eléctrica,poder aplicarle la transformada discreta de Fourier y analizar los espectros defrecuencia encontrados, todo esto antes y después de la conexión con losterminales PLC.
Además de los espectros de frecuencia, es posible visualizar el ruido generado enla señal de voltaje y la corriente con filtros digitales especializados. Como la señalde 60 Hz tiene una gran magnitud, es conveniente utilizar un filtro pasa alto paraobtener el ruido de alta frecuencia con mejor resolución, el cual se presenta en lared de energía eléctrica; sería interesante analizar ese ruido antes y después deconectar los equipos PLC.
El programa para adquirir los datos (sección 9.7) se desarrolló en MatLab®, eltiempo computacional para correrlo y tener una correcta adquisición de lainformación es de aproximadamente 40 segundos; durante el desarrollo delprograma no se tuvo en cuenta la frecuencia de muestreo y se dejó por defecto,luego de adquirir los datos se hizo el análisis de la señal obtenida y la frecuenciade muestreo invariable por defecto, la que no permitía medir espectros defrecuencia mayores a 25kHz76. Lo que finalmente proporcionó una informaciónimportante respecto a la baja capacidad del osciloscopio para adquirir informaciónde una señal de alta frecuencia; la tecnología PLC ocupa espectros de frecuenciaen el rango de los MHz y según la frecuencia de muestreo (50 kHz) los espectrosde interés no se pueden visualizar. Esta experiencia no fue exitosa, pero aportóinformación en el campo de la adquisición de señales de potencia, como lo es elvoltaje de la red de energía eléctrica de baja tensión.
Inicialmente se trabajó con un programa para la adquisición de la imagen que sevisualiza en el osciloscopio en un determinado momento (sección 9.7); lasimágenes que se obtuvieron son muy interesantes ya que con ellas se puedevisualizar la forma de la señal PLC, sobre todo en la corriente (figura 9.78).
Se tomaron imágenes y datos, tanto de corriente como de voltaje de la red deenergía eléctrica, antes y después de la transferencia de archivos de uncomputador a otro. Los resultados en forma gráfica de la variación de estas dosseñales fueron muy notorias a la hora de medir la corriente, ya que se presentó un
76 La frecuencia de muestreo fue de 50 KHz, por Nyquist sólo es posible ver espectros defrecuencia, menores a la mitad de la frecuencia de muestreo.
214
cambio muy drástico, que se atribuye a la poca corriente empleada para lamedición y que proporciona una buena aproximación al efecto producido por PLC.
Las señales de voltaje y corriente, antes y después de la transferencia de datos semuestran en las figuras 9.76, 9.77, 9.78 y 9.79.
Figura 9.76 Forma de onda de la tensión de alimentación para PLC con transferencia dedatos (Amplitud vs Tiempo).
Figura 9.77 Forma de onda de la tensión de alimentación para PLC sin transferencia dedatos (Amplitud vs Tiempo).
215
Figura 9.78 Forma de onda de la corriente de alimentación para PLC con transferencia dedatos (Amplitud vs Tiempo).
Figura 9.79 Forma de onda de la corriente de alimentación para PLC sin transferencia dedatos (Amplitud vs Tiempo).
216
El voltaje se mide directamente en los terminales del toma eléctrico antes ydespués de conectar el equipo PLC. La corriente77 inicialmente se trata de medircon un trimmer78 en serie con el equipo PLC, pero al hacer esto se genera unacaída de tensión (109 Vrms) muy grande, lo que impide la operación del equipoPLC por su baja tensión de alimentación (16 Vrms).
Figura 9.80 Circuito serie fuente, PLC y trimmer.
Haciendo un análisis circuital aproximado de lo que sucede, tomando laresistencia del equipo PLC por medio del medidor de resistencia (Multímetro -FLUKE)79 se obtiene que Ω= 446PLCR , es muy pequeña comparada con la deltrimmer Ω= KRTr 11.5 (figura 9.80).
Empleando un divisor de tensión se obtiene:
rmsrmsPLC
rmsrmsTrimmmer
VVVVVV
03.10)5110/()446(*)125(97.114)5556/()5110(*)125(
====
Valores muy cercanos a los obtenidos con el medidor de voltaje (Multímetro), sondiferentes ya que la resistencia medida del equipo PLC no es la real, pero si esmuy aproximada.
Haciendo un nuevo análisis teniendo en cuenta Ω= 446PLCR , se obtiene:
77Tomando una aproximación en magnitud de la corriente que pasa por el equipo PLC, ya que lamedición que se realiza por medio del osciloscopio, es el voltaje que se encuentra en el trimmer oel bombillo. En consecuencia las figuras de corriente sólo muestran la forma de la onda y no sumagnitud, esto se puede hacer ya que la corriente en un elemento resistivo está en fase con elvoltaje; la magnitud de la corriente se obtiene dividiendo el voltaje por la resistencia, ya sea deltrimmer o del bombillo.78 Resistencia variable de 100 K , se establece en una resistencia pequeña de 5,11 K .79 Esta resistencia sólo es una aproximación a la real y sirve para el modelo, ya que lascaracterísticas circuitales internas del aparato hacen que se genere una diferencia entre la medidaque se toma y la real.
Ω= 446PLCR
Ω= KR Tr 11.5Trimmer
EquipoPLC
Fuente125 Vrms
217
Figura 9.81 Circuito serie fuente, PLC y trimmer en el mínimo valor.
Donde la caída de tensión en el trimmer debe ser 5 Vrms y en el equipo PLC 120Vrms, para permitir su funcionamiento:
AV
i rms 2691.0446
120=
Ω=
Ω== 5833.185
iV
R rmsTr
La resistencia que se debe colocar en serie con el equipo (terminal) PLC debe ser:Ω≈ 6.18TrR para que le permita su funcionamiento. Para evitar colocar esa
resistencia tan pequeña, se optó por reemplazar el trimmer por un bombillo de 110Vrms (100 w) ya que se obtiene en el mismo, una mínima caída de tensión que noafecta el funcionamiento del equipo PLC.
Cuando se cambia el trimmer por el bombillo (figura 9.82) se obtienen resultadosóptimos, con una caída de tensión de 124.100 Vrms en el PLC funcionandocorrectamente y de 1.061 Vrms en el bombillo.
La señal que se muestra en las figuras 9.78 y 9.79, es la forma de onda de lacorriente que alimenta al equipo PLC y en magnitud es aproximadamente lacorriente, ya que lo que se mide es el voltaje en el bombillo. Realmente el bombillofunciona como el trimmer sólo que es automático y gradúa su resistencia,acondicionándose al consumo del circuito.
Figura 9.82 Circuito serie fuente, PLC y bombillo.
i
Ω= 446PLCR
Ω= 5833.18TrRTrimmer
EquipoPLC
Fuente125 Vrms
Bombilloi
Fuente125 Vrms
Ω= 446PLCR
EquipoPLC
218
ü Precauciones en la medición con el osciloscopio
Cuando se realizan adquisiciones o mediciones en redes de distribución de mediay baja tensión, es indispensable (aparte de verificar que las conexiones estén bienhechas) conservar la equipotencialidad, es decir, si algún elemento está aterrizadocon un sistema de puesta a tierra, los demás elementos involucrados en laadquisición o medición, deben estar unidos a ese sistema de puesta a tierra, de locontrario todo debe aislarse.
El sistema de puesta a tierra es empleado para la seguridad, tanto para losaparatos como para el personal que los opera, para evitar diferencias de tensiónque se involucran dependiendo del tipo de conexión y sobre todo para eventos dedescargas atmosféricas. Se protegen todos los elementos conectados al sistema,pero si se conectan nuevos equipos y estos no se incluyen al sistema, es muyprobable que se generen diferencias de tensión entre equipos que interactúan conlos del sistema, aumentando un riesgo que puede ser dañino para los equipos,llegando al extremo de quemarlos.
9.7 PROGRAMAS UTILIZADOS EN LA REALIZACIÓN DE ESTE PROYECTO
ü Programa modelo para la adquisición de datos de una señal
El siguiente programa está diseñado para adquirir los puntos de la forma de ondaque aparece en la pantalla del osciloscopio y con ellos obtener una gráfica pormedio de MatLab. Está diseñado para cada canal pero como está presentado sóloobtiene los datos del canal uno.
% Programa para obtener los puntos de la forma de onda y graficarloss = serial ('COM1','InputBufferSize',10000,'Timeout',40,'Flowcontrol','none');fopen (s);% Obtención de parámetros básicosfprintf (s,'WFMP:XIN?')T = str2num (fscanf(s));fprintf (s,'WFMP:YMU?');Y_MULT = str2num (fscanf(s));% Obtención de los datos de cada canal% Canal 1fprintf (s,'DAT:SOU CH1');fprintf (s,'CURV?');DATOS1 = fread (s);%DATOS1 = str2num (fscanf(s));DATOS_CH1 = Y_MULT*DATOS1;% Canal 2% % fprintf (s,'DAT:SOU CH2');% % fprintf (s,'CURV?');% % DATOS2 = str2num (fscanf(s));
219
% % DATOS_CH2 = Y_MULT*DATOS2;% Graficación de los datost = 0 : T : (2499*T);plot (t,DATOS_CH1(1:length(t)),'r');% % plot (t , DATOS_CH2,'b');grid on% Guardar los datos en un archivo (datos1...datos2...datosn)save 'OsciloscopioTektronix/datos1.txt' 'DATOS_CH1' -ASCII -DOUBLE -TABS% Cerrar el puerto serial y borrarlo de memoriafclose (s);delete (s);clear s
ü Programa para la adquisición de una imagen del osciloscopio
El siguiente programa está diseñado para adquirir la imagen que aparece en lapantalla del osciloscopio, este programa al igual que cualquier otro hecho enMatLab, está guiado por las instrucciones propias del manual de MatLab.
% Asignación de parámetross = serial ('COM1');s.InputBufferSize = 50000;s.BaudRate = 9600;fopen (s)% Obtención de parámetros básicosfprintf (s,'HARDCOPY:PORT RS232')pause (0.25);% Cambiarle el formato a .bmpfprintf(s,'HARDCOPY:FORMAT BMP')pause (0.25);fprintf (s,'HARDCOPY START')pause (40);out = fread(s,s.BytesAvailable,'uint8');% Cerrar el puerto serial y borrarlo de memoriafclose (s)delete (s)clear sfid = fopen('test1.bmp','w');fwrite (fid,out,'uint8');fclose (fid)% Para mostar la ventana con la imagen adquiridaa = imread ('test1.bmp','bmp');imagesc (a)mymap = [0 0 0; 1 1 1];colormap (mymap)
220
10. CONCLUSIONES
ü Para evitar perturbaciones utilizando la tecnología PLC es conveniente tener encuenta algunos puntos importantes, como que las acometidas sean con cableconcéntrico (antifraude) y en baja tensión, que el conductor tenga aislamiento yque la empresa que implemente la tecnología PLC sea la que posea losdispositivos más eficientes tanto en velocidad como en disminución deemisiones radioeléctricas.
ü La transmisión de datos sobre las redes que se encuentran en los estratosbajos es aceptable, puesto que los equipos PLC se comportaron bien en redesque poseen baja calidad y fueron inmunes a las condiciones hostiles generadaspor malas conexiones, deficiente regulación y desbalance en las líneas pordesigualdad en las cargas.
ü El ruido generado por el sistema PLC, no causó alteración en la señal de voltajepero si en la señal de corriente, aunque esta corriente es pequeña (por el pococonsumo de energía) se pudo apreciar un cambio que es probablemente lacausa de alteraciones en el espacio radioeléctrico, sin embargo este fenómenono afectó el óptimo desempeño de la red para la transmisión de datos.
ü Después de estudiar y analizar los datos obtenidos con el analizador dearmónicos, se obtiene que la red no se modifica cuando se conectan losdispositivos PLC, el único cambio que se manifiesta es el aumento del consumode potencia activa y reactiva propia de estos equipos, también se evidencia unaumento de corriente consumida por los equipos conectados sin generararmónicos a la red de energía eléctrica.
ü PLC en términos de prestación de servicios es una innovadora oferta detecnología que permite nuevas oportunidades de servicios para empresasdistribuidoras de energía. En la actualidad es factible convertir las redeseléctricas y tomacorrientes de una casa, oficina o industria en puntos deentrada y salida de información, ya sea voz, video o datos.
ü Debido al factor económico la implementación del acceso a Internet a través dela red eléctrica por medio de la tecnología PLC es viable, ya que solo se debeinvertir en el costo inicial de los equipos PLC y la red de energía eléctrica debaja tensión sirve como red de comunicaciones, además no se debe realizarningún cambio al cableado eléctrico de los hogares, debido a que no requierecableado eléctrico especial.
ü PLC podría poner en igualdad de condiciones a las distribuidoras de energía y alos operadores de telecomunicaciones, debido a la utilización de una misma
221
infraestructura, lo cual permitiría alianzas estratégicas para que las empresasde energía presten diferentes servicios de telecomunicaciones, utilizandoconjuntamente la red para operadores de TV, voz o datos, brindando alasociado un mejor precio, mayor cantidad y calidad de servicios.
ü PLC se puede emplear por usuarios individuales, pero por conveniencia y paramejorar la eficiencia, es necesario que una red PLC se administre directamentepor un operador de red, ya que éste podría proporcionar la mejor velocidaddisponible y no limitarse únicamente a la velocidad de acceso que podría tenerun usuario en particular, igualmente podrá generar economías de escala para elmantenimiento
ü En un futuro próximo, la evolución de la tecnología PLC ofrecerá un mayorancho de banda y una reducción del tamaño de los equipos, así como laintegración de tarjetas PLC en los ordenadores, aprovechando así el cable de lafuente de alimentación de los mismos para la conexión a la red de datos.
ü La tecnología de los equipos utilizados de la empresa Corinex, manejan el chipHomePlug, el cual emplea modulación OFDM y permite que los datos seantransferidos de una portadora a otra a medida que cambian las condiciones deruido y la característica de la línea eléctrica en tiempo real.
ü Es muy importante adoptar nuevas tecnologías para mantener la vanguardia delas comunicaciones en el país, estableciendo mejores oportunidades a losusuarios de Internet y brindando mejores servicios de educación a la poblaciónque se encuentra en zonas apartadas donde el cableado telefónico no puedallegar, puesto que con PLC el servicio de Internet existirá en cualquier lugar quecuente con energía eléctrica y un toma corriente.
ü En los resultados de las pruebas no es notoria la variación de la velocidad,respecto al calibre y distancia, pero es bueno tener en cuenta que a medida quese aumenta la distancia, generalmente después de los 100m, se deben colocarrepetidores y sobre los conductores es conveniente tener buenos empalmes.
ü Es previsible la integración de tecnologías PLC e inalámbricas en redes mixtas,con dispositivos híbridos como PLC – WiFi en última milla, ya que lapotencialidad del servicio PLC se encuentra en las redes de baja tensión conconectividad al usuario final.
ü La velocidad de transmisión mejora sustancialmente para una red LANinstalada con tecnología PLC, en comparación con la red tradicional paraacceso conmutado e incluso en muchos casos supera al ADSL.
222
10.1 APORTES
ü Se comprueba que el sistema PLC es aplicable a la red eléctrica de bajatensión en los estratos marginales con una red eléctrica deficiente.
ü Se ha incursionado en la tecnología, abriendo el camino del conocimiento en launiversidad.
ü Se obtiene que es viable la interconexión de una red PLC con redes públicas deInternet de otros operadores.
ü Se verifica que la tecnología PLC es competitiva respecto a la tasa detransferencia e infraestructura.
ü Se encuentra que los contadores no influyen en la atenuación de la señal PLC.
ü Se diseña un proyecto de laboratorio para el análisis de la transmisión de datosusando tecnología PLC.
ü Se encuentra que el marco regulatorio es favorable para las empresas quequieran prestar el servicio de Internet con redes emergentes PLC.
ü Se descubre que el ruido que existe en las líneas con conexión de equiposPLC se ha reducido gracias a la creación de filtros en los equipos,disminuyendo la interferencia electromagnética que generalmente causaproblemas en los equipos de comunicación.
ü Se comprueba que la red PLC utiliza frecuencias entre 9 kHz y 30 MHz y enestas frecuencias los cables presentan fugas emanadas en forma de radiaciónelectromagnética, comportándose como antenas de baja eficiencia, esta formade radiación produce interferencia con las comunicaciones de radio,principalmente en las frecuencias entre 1 a 20 MHz, bandas asignadas a AM yradionavegación.
ü Se observa que la atenuación de la red PLC, aumenta rápidamente al aumentarla longitud de los conductores y que también aumenta con el incremento de lafrecuencia.
ü Se examina que existen procedimientos sencillos que evalúan automáticamenteel medio para la transmisión de datos, pero los mismos requieren directamentede equipos especializados para dicho fin y como tal son costosos para nuestroalcance.
223
10.2 PROYECCIONES
ü Desarrollar aplicaciones en software para mejorar la prestación del servicio deenergía eléctrica, analizando los datos suministrados por los equipos PLC yposteriormente mejorar la calidad con la predicción de fallos en las redes deenergía, evitando cortes del servicio.
ü Implementar un prototipo de una red PLC en escuelas y centros de salud rural,sitios que son apartados y desprotegidos donde no hay una viabilidadeconómica para una red PLC sostenible de acceso a Internet, pero si unaoportunidad social de servicio que beneficie humanitariamente a una regióndesamparada.
ü Diseñar aplicaciones de administración remota para una red PLC, queimplemente un control de la red de acceso desde una subestación o un centrode gerencia.
ü Innovar con la administración remota y la posibilidad del transporte deinformación que posee una red PLC, para diseñar equipos de control inteligentede abonados, tanto del servicio de energía eléctrica como de acceso a Internet,dando un control de facturación oportuno y fiable de consumos de los serviciosadquiridos.
ü En el análisis y estudio de la tecnología PLC en este documento, se puedenencontrar diversas ramas de análisis e investigación, ya que pertenece a unaciencia tan extensa como son las comunicaciones, área que constantementeesta en desarrollo y en especial PLC, que es una tecnología de vanguardia yque además se esta abriendo camino a una gran velocidad. Por lo tanto,después de examinar y comprender los ámbitos de aplicación de PLC, sepuede asegurar que esta tecnología dará de que hablar en muchos aspectos deinvestigación, dando nuevos y continuos estudios de desarrollo e innovacióndesarrollados en esta tesis.
ü Estudiar la proyección de una red PLC en lugares apartados donde las redes decomunicaciones convencionales, existentes en el mercado, no encuentrenoportunidad técnica, ni económica para ser empleadas comercialmente, dandoa la tecnología PLC un camino de acceso a Internet viable y asequible.
ü Estudiar las posibilidades de diseñar equipos híbridos PLC con las otrastecnologías existentes, para la conexión en el área de acceso de lascomunicaciones, teniendo en cuenta que la red PLC posee sus beneficios yaplicaciones en los servicios de acceso de última milla, siendo una tecnologíacomplementaria y no de reemplazo de las ya existentes.
224
ü Analizar y ejecutar pruebas con el analizador de espectro para una red deacceso PLC, estudiando los efectos de emisión electromagnética y otrasvariables que pueden afectar y ocasionar problemas en la prestación delservicio de acceso a Internet con esta tecnología.
ü Diseñar equipos PLC que mejoren la utilidad de la tecnología, innovando enservicios y aplicaciones de bienestar para el usuario.
225
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