Interferencias en Redes PLC de Banda Ancha

Uno de los temas de mayor interés ha sido el estudio de la tecnología del tipo POWER LINE COMMUNICATIONS o simplemente PLC, con el apoyo de las completas y didácticas conferencias del Profesor Ferran Castro (DIMAT ZIV) en nuestro Máster en Comunicaciones para la Gestión de la Energía (MCGE). El mensaje ha sido claro: La tecnología en su esencia no es nueva, lo que sí resulta innovador es el desarrollo en función al interés de mercado en la implementación actual. De hecho, las primeras aplicaciones, de hace más de treinta años (control sobre equipos de maniobra, lectura de contadores…) en redes internas de compañías eléctricas fueron exitosas, en gran medida porque no fue necesario cumplir con  prestaciones en velocidad de transferencia de datos.

 Funcionamiento

De manera resumida describiremos el funcionamiento de esta tecnología. Dos formas de onda conviven en un mismo medio físico, el cable eléctrico: una señal de alimentación convencional a 50 (o 60) Hz, con otra de muy baja potencia (ya que sólo se transmite información) desde los 3 a los 500kHz para banda estrecha y desde los 1,6 hasta los 30MHz para banda ancha. Para convertir la señal digital de datos en señal analógica, los métodos más utilizados son el ASK, FSK y PSK para sistemas de banda estrecha, y los famosos Spread Spectrum y Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) para sistemas de banda ancha⁽¹⁾. La comunicación, al viajar por el cable eléctrico, ofrece ventajas inmediatas en cuanto al ahorro del coste asociado a nuevas instalaciones. Ocurre lo mismo que con ADSL: Éste nació para optimizar el transporte de datos y ofrecer servicios de banda ancha aprovechando la red telefónica.

La seguridad de los datos es otro tema importante en estas redes (ya que es posible acceder a la información con sólo establecer conexión con la red), bien sean internas o externas. Considerando que existen dispositivos físicos que actúan como barreras que atenúan la señal de datos, como lo son los medidores de energía y los tableros de distribución, el hardware para la implementación física de la tecnología PLC incluye mecanismos de encriptación, normalmente del tipo AES 128bits.  Con esto, se tiene el mecanismo ideal para un robusto sistema de comunicación que puede alcanzar velocidades de hasta 200Mbps, lo que posibilita la transformación de la red eléctrica en una auténtica red de banda ancha⁽²⁾.

Vista gráfica de una red PLC para servicio de Internet residencial con sus tres elementos principales: Backbone: Red de Comunicaciones o Tramo de Acceso - Outdoor PLC: Instalación PLC exterior - Indoor PLC: Instalación PLC interior). Fuente: Google.

Intentos en España

Es un hecho que esta tecnología ha tenido múltiples ventajas para posicionarse con fuerza entre los medios establecidos hoy en día: el ADSL, la Fibra Óptica y el Wireless. Una de ellas, por ejemplo, es que puede llegar a lugares a donde el resto no llega. Todo esto motivó, en el caso español, a que fuesen realizadas algunas pruebas piloto a partir del año 2000 por parte de las compañías distribuidoras más importantes del territorio, como lo son Endesa, Iberdrola y Fenosa. Sin embargo y poco tiempo después, la penetración en el mercado no fue la esperada para ninguna de ellas.

 Interferencias

Actualmente la tecnología continúa en desarrollo a nivel mundial. Desde el punto de vista de estándares existió lo típico: la falta de un reglamento único que permitiese la interoperabilidad motivó la formación de la Alianza HomePlug en el año 2001, la cual ha creado varios estándares en función a las generaciones de equipos de conexión PLC que ha sido desarrollados. No obstante, a pesar de todos los esfuerzos, el PLC se ha visto frenado enormemente por el problema de las interferencias.

 Nombrar la palabra “interferencia” en este tipo de tecnologías equivale a hacer referencia a dos eventos distintos, los cuales, combinados, se traducen en una limitación importante que lamentablemente mantiene a esta tecnología por debajo del resto.

 Interferencias efectuadas sobre la comunicación PLC

Lo primero que debe considerarse es que la señal de comunicación PLC, si viaja desde la Red de Media Tensión (de no ser así se habría de recurrir a las otras tecnologías para llevar el servicio, lo cual carece de sentido), encontrará un elemento de muy alta impedancia que impedirá su paso hacia los puntos de acceso residenciales: la inductancia serie del transformador de distribución. Esto sin embargo se resuelve mediante la instalación de equipamiento adicional. Conviene indicar también, que para hacer frente a las atenuaciones de señal ocasionadas por la longitud del canal, en este caso el cable eléctrico de MT, será requerida la instalación de unidades repetidoras.

Una vez superado el primer obstáculo, aparece una condición de entrada: la cantidad de clientes conectados a un mismo Centro de Transformación. Esto significa que un ancho de banda limitado supone una velocidad de transferencia de la información inversamente proporcional al número de contratos existentes. En otras palabras: la topología de una red PLC es en BUS.

Finalmente encontramos el ruido natural de la Red de Baja Tensión (“última milla” en el lenguaje de telecomunicaciones). Como es sabido en tecnología de datos, el conocimiento de los principios “longitud del cable, impedancia de desconexión y número de terminales” son importantísimos para diseñar una red libre de interferencias, principios que desgraciadamente se desconocen para la red eléctrica⁽³⁾. Así pues, se tiene un medio que además de ser afectado por su deterioro natural (no olvidemos incluir la cantidad de empalmes de cables que puedan existir), sufre la presencia de aparatos que trabajan a una frecuencia mayor que la frecuencia nominal del sistema, como lo son los aparatos electrónicos. Por otra parte, la propia conexión y desconexión de elementos de potencia (neveras, hornos microondas, aires acondicionados) tienen su cuota de participación en los cambios de impedancia de la red que generan reflexiones de la señal, ocasionando a su vez reforzamientos y cancelaciones de la misma⁽⁴⁾.

 A pesar de todo, el problema en este punto no es el filtrado del ruido como tal, sino la estimación (más que la determinación) de la condición del mismo para cada cliente o conjunto de clientes, y a partir de allí la creación de una solución final válida para cualquier escenario comercial. Y esto es así porque en un proceso de modulación del tipo OFDM (también ocurre con el SS y con las demás técnicas) caracterizado por minimizar todos estos efectos, de entrada se asume un conocimiento perfecto del estado del canal⁽⁵⁾.

Interferencias efectuadas por la comunicación PLC

El cable eléctrico, diseñado y fabricado para transmitir energía mediante señales de bajas frecuencias, no ofrece prestaciones en cuanto al apantallamiento necesario para una transmisión efectiva libre de radiación. En otras palabras, el cable tiende a comportarse como una antena, liberando ondas electromagnéticas en un rango de frecuencias (específicamente el asociado a la banda ancha) susceptible de generar interferencias a los servicios de comunicaciones que utilizan tal gama.

 En España un sector altamente afectado ha sido el de los radioaficionados, quienes luego de las pruebas realizadas por las mencionadas compañías en las ciudades de Zaragoza, Barcelona, Valencia y Madrid, expusieron públicamente su malestar por las interferencias recibidas, e incluso crearon un grupo de trabajo especializado en el seguimiento⁽⁶⁾ de las interferencias generadas por la comunicación PLC.

Adicionalmente, estos rangos también son asignados legalmente a los Servicios de Emergencias, Cruz Roja, Protección Civil, Comunicaciones Aeronáuticas, Ejército, entre otros, que a nivel mundial también se han visto afectados, lo cual ha obligado su regulación o suspensión en muchos casos.

Ing. Jonás González Mendible

Regidor del Postgrado en Smart Grids 2014 - 2015

La Salle BCN

  Referencias:

(1) Serna, Víctor. “Comunicaciones a través de la red eléctrica - PLC”. Maxim Integrated (Disponible en http://www.redeweb.com/_txt/676/62.pdf). 2011.

(2) Enrique Quero, Agustín García, Javier Peña. “Mantenimiento de Portales de la Información”. Paraninfo, 2007.

(3) Harke, Werner. “Domótica para viviendas y edificios”. Marcombo, 2010.

(4) Cañete, J. Cortés Et al. “Modeling and Evaluation of The Indoor Power Line Transmission Medium”. IEEE Communications Magazine, 2005.

(5) Baig y N. Gohar. “A discrete multitone transceiver at the heart of the phy layer of an in-home power line communication logical area network”. IEEE Communications Magazine, 2003.

(6) Unión de Radioaficionados Españoles. “¿Cómo identificar la interferencia?” (Sitio web disponible en http://www.ure.es/plcure/plc/htm/ea4gg.htm)