PLC Power Line Communications

1. Nuevas Tecnologías PLCPower Line Communications Profesor: Claudio Mansilla Alumnos: Emiliano G. Giandomenico Ariel E. Gonzalez 5 de Octubre 2009

2. Índice • Un poco de historia • ¿Cómo funciona? • Normativa y Regulación • Características • Ventajas • Desventajas • Arquitectura de la red • Elementos del sistema • Especificaciones • Implementación • Resultado de las experiencias • Aplicaciones • Conclusión

3. Un poco de Historia • Comienzos del siglo XX: Las líneas eléctricas ya eran utilizadas para la transmisión de datos. Las líneas de alta tensión transmitían datos de control de las mismas. • Años 30: Se perfecciona el sistema de transmisión de datos. Se comienzan a utilizar las líneas de media y baja tensión. Reconfiguración de las redes y telecontrol. • Años 80: Se impulsa la investigación de la capacidad de las líneas eléctricas para la transmisión de datos. Se inician proyectos orientados a la gestión de las redes • Comenzó el desarrollo de la tecnología PLC

4. Un poco de Historia • Años 90: Se desarrolló la comunicación bidireccional en las líneas eléctricas. • 1997 – Experimento Universidad Manchester • Transmisión de datos a alta velocidad a través del tendido eléctrico • Viabilidad Técnica • Rentabilidad económica • Luego fueron los alemanes los que se unieron a la carrera por desarrollar la tecnología Power Line. • Afines del '99 y principios de 2000 España ingresó también en esta disputa a través de Endesa.

5. Un poco de Historia • En la actualidad, en algunos países como Austria o Suiza se ofrecen servicios básicos a un numero relativamente bajo de usuarios. • Alemania fue el primer país en ofrecer PLC comercial. • La empresa pionera RWE ofrecía servicios por unos 35 euros al mes, alcanzando en el 2001 los 20.000 abonados. • Esto explica que los principales suministradores europeos de estos equipos fueran Siemens y Ascón (Suiza). • El 30 de septiembre de 2002, RWE de Alemania cesó sus servicios de PLC, dando como motivo problemas regulatorios no resueltos de utilización del espectro.

6. ¿Cómo funciona? • El concepto técnico es sencillo, desde la estación de transformación hasta el usuario final se utiliza la red eléctrica y a partir de la estación de transformación se conecta con la red de telecomunicaciones convencional. Esto supone que se podrá tener acceso a Internet en cualquier punto de la geografía donde llegue la red eléctrica no siendo necesario acceso a la red telefónica, lo que posibilita el acceso a internet en puntos donde la red telefónica no llega y por lo tanto no se tiene acceso a ADSL y en cambio la red eléctrica si lo hace. • La señal utilizada para transmitir datos a través de la red eléctrica suele ser de 1,6 a 30 MHz, la cual difiere mucho de la frecuencia de la red eléctrica convencional (50 - 60 Hz) esto supone que la posibilidad de interferencias entre ambas señales es prácticamente nula.

7. ¿Cómo funciona? • La red eléctrica consta de tres tramos: • Alta tensión: centrales eléctricas a centros de transformación 100 – 400 Kilovoltios • Media tensión: centros de transformación a transformadores próximos a lugares de consumo 15 – 20 Kilovoltios • Baja tensión: transformadores a nuestras casas 220 Voltios (en Europa) • PLC usa la red de media y baja tensión

8. Normativa y regulación • En Europa no existía regulación unificada para esta tecnología. • El principal problema era la regulación del espectro para evitar problemas de interferencias. • El proceso de normalización europeo fue complejo y lento. CEN, CENELEC y ETSI trabajaron conjuntamente. • El proyecto europeo OPERA se encarga, entre otras cosas, de crear un estándar abierto y una regulación europea que haga llegar la banda ancha a todos. • La estandarización y regulación es vital por muchos motivos: • Permite asegurar la inversión en una tecnología con variaciones entre distintos fabricantes. • Permite superar la situación de alegalidad en cuanto al uso de frecuencias y funcionamiento • Homogeniza mercados, lo que permite economías a escala

9. Características • No es necesario ningún tipo de obra adicional para poder disfrutar es esta tecnología de Banda Ancha, al utilizar la propia red eléctrica para la transmisión de datos y voz. • No sufre de los inconvenientes de ADSL o cable que no llega en muchos casos al usuario final. Al estar ya implantada la red eléctrica permite llegar a cualquier punto geográfico. • Se dispone de una única toma a la cual se conecta un módem con tecnología PLC. • La conexión es permanente durante las 24 horas del día. • Su instalación por parte del cliente es sencilla y rápida. • El ancho de banda es de 45 Mbps aunque actualmente ya se alcanzan velocidades de 135 Mbps y en breve se llegará a 200 Mbps, permitiendo la distribución de datos, voz y vídeo de manera rápida y confiable. • Posibilidad de implementar servicios como Internet a altas velocidades, telefonía VoIP (Voz sobre IP), Videoconferencias, VPN's, Redes LAN, Games online, Teletrabajo y comercio electrónico.

10. Ventajas del PLC • La red eléctrica es aún más extendida que la red telefónica, por lo que se podría llegar a cualquier punto residencial. • Cualquier enchufe del domicilio se convierte en un punto de acceso a la red. • Las velocidades probadas alcanzables superan los 45 Mb (troncales), lo que es un ancho de banda considerable. • Complementa a las soluciones de cable e inalámbricas • Despliegue sobre la red de baja tensión. Sencillo, rápido y económico. Instalación da acceso a 150-200 usuarios • Acceso al usuario final (“última milla”). Bucle de abonado. • Coste de implantación reducido en comparación cable/ADSL.

11. Desventajas del PLC • La instalación y el alto rendimiento dependen de la arquitectura de la red eléctrica • Falta de estándares y pautas. No hay regulación unificada. Ninguna norma sobre PLC • Los electrodomésticos están conectados al mismo medio de transmisión de datos, por lo que se producen variaciones de impedancia asíncronas cada vez que se encienden o se enchufan. Tampoco los electrodomésticos están preparados para no generar ruido. • Puede haber “ruido” en las transmisiones. Frecuencias de radioaficionados. Se irá regulando según se vaya implantando • El acceso es compartido. Esto quiere decir que los 45 Mbps reales que se obtienen con la tecnología actual se tienen que dividir entre todos los usuarios servidos por el centro de transformación. Pese a que la Unión Europea recomienda no más 100 usuarios, el modelo español hace estimaciones basándose en 500, lo que da un ancho de banda pequeño, ya que 45Mbps sólo es a 700 m., se reducen a 3 Mbps a distancias de 3 km.

12. Desventajas del PLC • Se añade ruido a la señal. • PLC usa OFDM (OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing). • PLC no puede sobrevivir al paso de un transformador. Solo se utiliza en la última milla (baja tensión). • Muy alta atenuación a altas frecuencias, no están pensados para transmitir datos, por lo que sólo se pueden usar en distancias cortas. • Red eléctrica no está diseñada para transmitir datos.

13. Arquitectura de la red • Consta de tres sistemas: • Backbone • Outdoor PLC • Indoor PLC

14. Arquitectura de la red • Backbone: • Conecta la red Outdoor con la red de transporte de telecomunicaciones. • Inyecta a la red eléctrica la señal de datos que proviene de la red de transporte o línea de media tensión. • Outdoor PLC o de Acceso: • Tramo que va desde el lado de baja tensión del transformador de distribución hasta el medidor de la energía eléctrica. • Indoor PLC: • Tramo que va desde el medidor del usuario hasta todos los enchufes. • Utiliza como medio de transmisión el cableado eléctrico interno.

15. Arquitectura de la red • Para conectar los sistema Indoor y Outdoor se utiliza un equipo repetidor compuesto por: • Módem terminal: recoge la señal proveniente del equipo de cabecera del sistema Outdoor. • Equipo de cabecera: Se comunica con la parte terminal del repetidor e inyecta la señal en el tramo Indoor. • Módem cliente: • Recoge la señal de la red eléctrica a través del enchufe • Velocidad en este tramo es de 45 Mbps • Se comparte entre todos los usuarios, máximo 256 usuarios • La energíaeléctrica y lasseñales de datoscomparten el conductor eléctrico

16. Elementos del sistema Sistemas de Telecomunicación II

17. Elementos del sistema • Módem de cabecera o backbone Por el lado de la compañía eléctrica Conecta el equipo de cabecera del transformador de baja tensión con la red de transporte de telecomunicaciones

18. Elementos del sistema • Módem de acceso y repetidor PLC Conecta el backbone con el Indoor PLC mediante un módem terminal y un equipo de cabecera Amplifica la señal y la retransmite a todos los enchufes

19. Elementos del sistema • Módem de usuario Dispondrá de un puerto para conectarse al la red eléctrica y otro a la placa Ethernet de la PC Separa la señal de baja frecuencia del suministro eléctrico de la quetransporta los datos Consta de dos filtros: • Paso bajo: Dejará circular la electricidad • Paso alto: Separa la ondaportadora de la información Estaondaestratadapor el módemtransformando los datos en protocolo IP

20. Elementos del sistema • También pueden armarse redes domésticas utilizando tecnología PLC. • Distintos tipos de adaptadores nos permite poder ampliar nuestra red domestica o SOHO sin necesidad de cableado adicional. • No es necesario que nuestro ISP maneje tecnología PLC para su funcionamiento. • La red eléctrica ya instalada es un elemento activo de nuestra red de datos.

21. Elementos del sistema • Aquí se pueden apreciar algunos de los componentes y esquemas de conexión de una red doméstica o SOHO sobre tecnología PLC.

22. Especificaciones Técnicas de modulación de datos • OFDM: OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing (Multiplexación de división de frecuencia ortogonal) La técnica de transmisión OFDM se basa en una transmisión simultánea en n bandas de frecuencia (entre 2 y 30 MHz) con N cantidad de portadoras por banda. La señal se comparte entre las portadoras. Las frecuencias de trabajo se eligen de acuerdo con las normas de regulación; las otras se "apagan" con el uso de software. La señal se emite a un nivel de ancho de banda suficientemente alto para poder aumentar el flujo y luego se aplica a varias frecuencias de forma simultánea. Si una de estas frecuencias es atenuada, la señal se transmitirá en todo caso gracias a la transmisión simultánea. El espectro de la señal OFDM presenta un uso óptimo de la banda asignada debido a la ortogonalidad de las subportadoras. Importante: El comité de Homeplug eligió esta modulación OFDM para todos los equipos del estándar Homeplug. Esta modulación también se usa para transmisiones WiFi (802.11a) inalámbricas

23. Especificaciones Generalidades Frecuencias en el rango 4,5 - 21 MHz. Tasa máxima de transferencia de 14 Mbps. Capa Física (PHY) Multiplexación por división de frecuencia ortogonal (OFDM) como técnica básica. División del espectro en 84 portadoras de banda angosta y bajo throughput. Técnicas de adaptación del canal. • Modulación: DBPSK 1/2, DQPSK 1/2, DQPSK 3/4 y ROBO. • Corrección de errores forward (FEC): Convolution Code y Reed-Solomon. Capa de Control de Acceso al Medio (MAC) Basado en IEEE 802.3 para facilitar la integración con Ethernet. Adición de datos de control y encripción. Mecanismo de segmentación y ensamblaje para paquetes largos.

24. Implementacion • IBERDROLA – NEO SKY • Madrid y la Comunidad Valenciana • ENDESA • Barcelona, Zaragoza, Sevilla • UNIÓN FENOSA - AUNA • Madrid, Alcalá de Henares y Guadalajara

25. Iberdrola – Neo Sky(15/10/2003) • La Compañía ofrece un producto con una velocidad de 600 Kbps. (simétricos) por 39 euros mensuales y otro de 100 Kbps. por 24 euros, sin cuota de instalación y con el primer mes gratis • La oferta se dirige en una primera fase a 30.000 habitantes de los barrios madrileños de Arroyo Fresno y Ciudad de los Periodistas, y se extenderá en un futuro cercano en función de la demanda. • Una tecnología innovadora de eficacia comprobada que permite el acceso a Internet a través del enchufe, sin usar la línea telefónica. Además, se ofrecerá a los clientes de distintos barrios de las capitales de Valencia, Castellón y Alicante y a otras zonas de las poblaciones de Chelva, Segorbe y Alcoy, todas en la Comunidad Valenciana. Cumpliendo así un acuerdo firmado con la Generalitat Valenciana (Agosto 2003).Plan de actuaciones: Enero de 2004. Posteriormente, este servicio se extenderá a otras zonas donde la Compañía suministra electricidad, siempre en función de la demanda.

26. ENDESA • Endesa es pionera en la tecnología PLC en España. El Proyecto PLC está impulsado por Endesa Net Factory, filial que promociona y desarrolla iniciativas en nuevas tecnologías para potenciar el valor de las redes y otros activos existentes en la compañía. • La tecnología PLC es ya una realidad, El Proyecto de PLC ha probado con éxito dicha tecnología en las experiencias piloto a pequeña escala llevadas a cabo en Barcelona y Sevilla, y más tarde en la Prueba Tecnológica Masiva de Zaragoza, habiendo obtenido una aceptación muy favorable por parte de los usuarios. • Paralelamente al desarrollo de la Prueba Tecnológica Masiva, se llevó a cabo otra prueba técnica en Santiago de Chile de similares características a las realizadas en Barcelona y Sevilla, con una duración aproximada de dos años. • Además, Endesa ha colaborado con otras compañías eléctricas desarrollando diferentes pruebas piloto PLC por todo el mundo.

27. Unión Fenosa • Ha realizado pruebas en Madrid, Alcalá de Henares y Guadalajara. Sin embargo, su proceso de implantación en la actualidad va más lento que sus competidoras. • Trabaja con la empresa valenciana DS2. • Está en conversaciones con AUNA, su actual socio en el apartado de telecomunicaciones en España, para que implante su sistema y deje atrás el ADSL, servicio que ofrece en la actualidad a sus clientes, tanto domésticos como profesionales.

28. Resultado de las experiencias • Endesa e Iberdrola comenzaron su despliegue comercial mediante pruebas tecnológicas masivas en algunas ciudades del país. • Unión Fenosa, por su parte, no inició ninguna oferta comercial. • Despliegue de forma modular, comenzando por las zonas en las que se detectaba una mayor posibilidad de negocio . • En un principio las expectativas de Endesa e Iberdrola eran bastante buenas y preveían una amplia penetración en el mercado. • La realidad fue bien distinta y no obtuvieron el éxito esperado. Inconvenientes de PLC: • Falta de regulación y estandarización de la tecnología • Falta de apoyo por parte de las operadoras de telefonía • Problemas técnicos de la propia tecnología

29. Resultado de las experiencias • ENDESA • Dos años después de la comercialización de PLC en Zaragoza a través de Auna, el número de clientes que utilizaba PLC se vio reducido de 2000 a 600. • A finales de 2005, el operador de cable Ono formalizó la compra de Auna. • Suprime el acceso a Internet por la red eléctrica en Zaragoza en diciembre de 2005. • Continúa utilizando PLC como herramienta de gestión y control de averías de sus redes • El servicio de PLC de Endesa se continúa prestando en Puerto Real (Cádiz) a través de Epresa. • Población de tamaño medio • Baja penetración de ADSL • Dificultades de los operadores actuales para satisfacer las necesidades de banda ancha.

30. Resultado de las experiencias • IBERDROLA • Lanzó comercialmente en 2003 la tecnología PLC. • La penetración en el mercado no fue la esperada y la compañía nunca llegó a hacer efectivo en su totalidad el despliegue previsto. • Dejó de prestar servicio de PLC desde abril de 2007 en Valencia y en la mayoría de Madrid, dos de sus principales mercados (a excepción de zonas como Arroyofresno y Mirasierra). • A pesar de su retirada del mercado, Iberdrola sigue presente en el desarrollo de la tecnología PLC. • Es el coordinador de la segunda fase de un proyecto europeo para extender el PLC denominado OPERA. • Ha aprovechado también sus inversiones en PLC para utilizar esta tecnología como herramienta de gestión y control de averías de sus redes.

31. Resultado de las experiencias • A pesar de la retirada de ofertas comerciales de PLC, esta tecnología continúa en desarrollo en España. • DS2 continúa desarrollando programas de investigación para convertir a la tecnología PLC en una alternativa real a los servicios de ADSL y cable • Existen también empresas en España que utilizan la tecnología PLC para ofrecer soluciones de banda ancha destinadas a hoteles, pequeñas y medianas empresas; EKOPLC como ejemplo.

32. Aplicaciones Banda angosta: Control y automatizaciónhogareña. Control y supervisiónremota de electrodomésticos, etc. Banda ancha: Accesos a internet Telefonía. TV Recursoscompartidos de internet y LAN Distribución de audio y video en el hogar, etc.

33. Conclusiones El PLC ofrece: • Simplicidad. Ubicuidad de la red eléctrica • Progresividad. Se instalan sólo los equipos necesarios • Movilidad. • Ausencia de obras • Ahorro y rapidez del despliegue • Coexistencia con otras tecnologías

34. FIN