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Banda ancha a través de líneas eléctricas

La banda ancha por líneas eléctricas ( BPL ) es un método de comunicación por líneas eléctricas (PLC) que permite la transmisión de datos digitales a una velocidad relativamente alta por el cableado de distribución eléctrica pública . La BPL utiliza frecuencias más altas, un rango de frecuencia más amplio y tecnologías diferentes en comparación con otras formas de comunicaciones por líneas eléctricas para proporcionar comunicaciones de alta velocidad a distancias más largas. La BPL utiliza frecuencias que forman parte del espectro radioeléctrico asignado a los servicios de comunicación por aire; por lo tanto, la prevención de interferencias hacia y desde estos servicios es un factor muy importante en el diseño de sistemas BPL.

Existen dos categorías principales de BPL: interna y de acceso. La BPL interna es el acceso de banda ancha dentro de un edificio o estructura que utiliza las líneas eléctricas de la estructura para proporcionar la infraestructura de red. La BPL de acceso es el uso de líneas de transmisión eléctrica para proporcionar banda ancha al hogar. La BPL de acceso se considera una alternativa viable al cable o DSL para proporcionar la "última milla" de banda ancha a los usuarios finales. [1]

Historia

BPL se basa en la tecnología PLC desarrollada en 1914 por la empresa de telecomunicaciones estadounidense AT&T. [2] En la década de 1990, BPL surgió como un medio para aprovechar la omnipresencia de la red eléctrica para ofrecer comunicaciones de banda ancha de alta velocidad. El objetivo era ampliar el acceso a Internet a áreas donde las soluciones tradicionales de banda ancha por cable, como DSL o cable, no estaban fácilmente disponibles o no eran económicamente viables.

Para lograr altos niveles de ancho de banda, la BPL opera a frecuencias más altas que las comunicaciones tradicionales por línea eléctrica, típicamente en el rango entre 2 y 80 MHz. [3] Las técnicas de modulación de la BPL son la Multiplexación por División de Frecuencia (FDM) o la Multiplexación por División de Frecuencia Ortogonal (OFDM), que son superiores a la de Espectro Ensanchado o Banda Estrecha en cuanto a eficiencia espectral, robustez contra distorsiones de canal y capacidad de adaptación a cambios de canal. [4] Las compañías eléctricas han estado agrupando frecuencias de radio en la misma línea que la corriente eléctrica para monitorear el desempeño de sus propias redes eléctricas durante años. Ha habido intentos de implementar la BPL de acceso, o la provisión de servicios de Internet a los clientes a través de la red. La perspectiva de la BPL se predijo en 2004 para posiblemente motivar a los operadores de DSL y cable a servir a las comunidades rurales. [5]

Más recientemente, la descarbonización está generando un aumento significativo de plantas de generación, dispositivos de almacenamiento y consumidores en niveles de voltaje más bajos, lo que causa problemas de capacidad en las redes de distribución. [6] El control central tradicional ya no es viable para niveles más bajos debido a la gran cantidad de unidades. [7] Las empresas de servicios públicos de energía como E.ON, comienzan a adoptar BPL como una tecnología de comunicación clave para permitir el control descentralizado de alta velocidad y en tiempo real de la red. [8]

Cómo funciona BPL

La banda ancha sobre líneas eléctricas (BPL) funciona como módems especializados para convertir datos en señales y transmitirlos a lo largo de líneas eléctricas. Este proceso garantiza una conectividad de banda ancha constante a través de la demodulación, la distribución de datos y la mitigación de interferencias. [3]

  1. Modulación : La tecnología BPL utiliza módems específicos para transformar datos digitales en señales adecuadas para la transmisión por líneas eléctricas. Se emplean diversas técnicas de modulación, como la multiplexación por división de frecuencia (FDM) o la multiplexación por división de frecuencia ortogonal (OFDM). Estas técnicas permiten combinar señales de datos con señales de potencia en las líneas eléctricas.
  2. Inyección : después de modular los datos digitales, los módems BPL inyectan las señales a las líneas eléctricas en subestaciones o puntos de distribución. Estas señales de datos se fusionan con las señales de corriente alterna (CA) preexistentes, aprovechando la infraestructura existente sin necesidad de cables adicionales.
  3. Propagación de señales : las señales BPL inyectadas se propagan a través de las líneas eléctricas, que se utilizan como medios de transmisión. Estas señales viajan a lo largo del cableado eléctrico y llegan a los puntos de destino, como hogares o empresas. Las líneas eléctricas actúan como conductos para que las señales BPL lleguen a sus receptores previstos.
  4. Recepción : En el extremo del consumidor, los módems BPL reciben las señales de las líneas eléctricas. Estos módems suelen estar conectados a enrutadores o dispositivos de red, lo que permite distribuir la conexión a Internet a varios dispositivos dentro de las instalaciones. Los módems BPL sirven como interfaz entre las líneas eléctricas y la red de área local (LAN).
  5. Demodulación : Los módems BPL demodulan las señales recibidas, separando los paquetes de datos de las señales de potencia. Este proceso implica extraer los datos digitales originales de las señales portadoras moduladas. La demodulación permite recuperar la información transmitida para su posterior procesamiento.
  6. Distribución de datos : una vez demodulados, los paquetes de datos se reenvían a los enrutadores o dispositivos de red conectados. Estos dispositivos se encargan de la distribución de la conexión a Internet a varios dispositivos dentro de las instalaciones, como computadoras, teléfonos inteligentes o dispositivos domésticos inteligentes. El enrutador o los dispositivos de red actúan como puertas de enlace para la transmisión y recepción de datos.
  7. Repetidores y amplificadores : en instalaciones de BPL de mayor tamaño, se pueden instalar repetidores o amplificadores a lo largo de las líneas eléctricas para aumentar la intensidad de la señal y ampliar la cobertura. Estos dispositivos garantizan que las señales de BPL mantengan una calidad suficiente y lleguen a lugares distantes. Los repetidores reciben y regeneran las señales de BPL, lo que permite su propagación a distancias más largas sin una degradación significativa.
  8. Mitigación de interferencias : los sistemas BPL deben incorporar medidas para gestionar las interferencias y lograr una transmisión de datos consistente. Se utilizan métodos de filtrado específicos para abordar las interferencias de radiofrecuencia (RFI) asociadas con las señales BPL. Estos filtros tienen como objetivo limitar la influencia de la BPL en las comunicaciones de radio adyacentes. El cumplimiento de las normas establecidas y las normas de la industria garantiza la adopción de medidas adecuadas de mitigación de interferencias.
  9. Calidad y confiabilidad : el rendimiento del sistema BPL se ve afectado por varios elementos, entre ellos, el estado del cableado eléctrico, la proximidad a los equipos BPL y las posibles interferencias de la señal. Mantener un cableado de alta calidad y una relación señal/ruido adecuada es crucial para el funcionamiento eficaz del sistema BPL.

Características clave de BPL

  1. Utilización de la infraestructura existente : una de las características clave de BPL es su capacidad de utilizar las líneas eléctricas existentes. Esto evita la necesidad de realizar obras importantes o instalar cables adicionales, lo que lo posiciona como una opción económica para ampliar la cobertura de banda ancha.
  2. Comunicación de datos a alta velocidad : la tecnología BPL permite la comunicación de datos a alta velocidad a través de las líneas eléctricas existentes, ofreciendo velocidades comparables a las tecnologías de banda ancha cableada tradicionales, como DSL o cable. Esto permite la transmisión eficiente de grandes cantidades de datos, lo que permite aplicaciones que consumen mucho ancho de banda.
  3. Amplia cobertura : la red eléctrica existente cubre una vasta área, lo que hace que BPL pueda llegar a hogares, empresas y otras ubicaciones que pueden ser difíciles de conectar con otras tecnologías de banda ancha cableadas.
  4. Flexibilidad y escalabilidad : BPL permite flexibilidad y escalabilidad en términos de extensión de la cobertura de la red. Se pueden agregar módems adicionales en puntos de distribución o subestaciones para ampliar el alcance de la red BPL. Esta adaptabilidad permite una expansión gradual a medida que aumenta la demanda o nuevas áreas requieren conectividad.
  5. Potencial para la integración de redes inteligentes : BPL puede facilitar la integración de aplicaciones de redes inteligentes, lo que permite la comunicación bidireccional entre las empresas eléctricas y los consumidores. Permite la gestión de la eficiencia energética, el monitoreo en tiempo real y la implementación de sistemas de respuesta a la demanda, lo que conduce a una mayor resiliencia de la red y la conservación de la energía.
  6. Coexistencia con señales eléctricas : BPL opera junto con las señales eléctricas en las mismas líneas eléctricas. Utiliza técnicas de modulación para garantizar que las señales de datos no interfieran con el funcionamiento normal de la red eléctrica. Esta coexistencia minimiza la necesidad de infraestructura dedicada y simplifica la implementación.

Desafíos de implementación

Las líneas eléctricas no fueron diseñadas para la transmisión de datos, sino para suministrar corriente alterna de 50 a 60 Hz. Si los datos de banda ancha se transmiten a diferentes frecuencias, los datos y la electricidad pueden viajar por el mismo cable, pero se deben superar varios obstáculos para permitir la transmisión de datos a alta velocidad y a larga distancia en las líneas eléctricas existentes. [ cita requerida ]

La implementación de BPL ha puesto de manifiesto una serie de desafíos fundamentales, siendo el principal el hecho de que las líneas eléctricas son, por naturaleza, un entorno muy ruidoso. Cada vez que un dispositivo se enciende o se apaga, se produce un ruido metálico en la línea. Las fuentes de alimentación conmutadas suelen introducir armónicos ruidosos en la línea. Y, a diferencia del cable coaxial o de par trenzado , el cableado no tiene un rechazo de ruido inherente.

El segundo problema importante es la compatibilidad electromagnética (CEM). Se esperaba que el sistema utilizara frecuencias de 10 a 30 MHz en el rango de alta frecuencia (HF), utilizado durante décadas por radiodifusores militares, aeronáuticos, de aficionados y de onda corta . Las líneas eléctricas no están protegidas y actuarán como antenas para las señales que transportan, y causarán interferencias en las comunicaciones y transmisiones de radio de alta frecuencia . En 2007, la Organización de Investigación y Tecnología de la OTAN publicó un informe en el que se concluía que el despliegue generalizado de BPL puede tener un "posible efecto perjudicial sobre las comunicaciones de radio militares de HF". [9]

Despliegues

En todo el mundo se han hecho muchos intentos de implementar el acceso BPL, pero todos han demostrado que no es viable como medio para ofrecer acceso a Internet de banda ancha. Esto se debe a dos problemas: alcance limitado y bajo ancho de banda, que no se acerca al ADSL, Wi-Fi e incluso a la telefonía móvil 3G. Los principales proveedores mundiales han limitado sus implementaciones de BPL a equipos conectados con bajo ancho de banda a través de redes inteligentes o han cesado por completo sus operaciones de BPL.

En Australia se realizaron pruebas de acceso BPL entre 2004 y 2007, pero no parece que haya allí implementaciones activas de acceso BPL. [10]

En el Reino Unido, la BBC publicó los resultados de las pruebas para detectar interferencias de las instalaciones BPL. [11] [12] [13]

En Estados Unidos, en octubre de 2004, la Comisión Federal de Comunicaciones adoptó normas para facilitar la implementación de "Acceso BPL", el término de marketing para el servicio de acceso a Internet a través de líneas eléctricas.

Las reglas técnicas son más liberales que las propuestas por la organización nacional de radioaficionados de Estados Unidos , la American Radio Relay League (ARRL), y otros usuarios del espectro, pero incluyen disposiciones que requieren que los proveedores de BPL investiguen y corrijan cualquier interferencia que causen.

En 2004, Current Communications anunció un servicio para Ohio , Kentucky e Indiana [14] , pero abandonó el negocio de BPL en 2008. [15] [16]

El 3 de agosto de 2006, la FCC adoptó una opinión memorándum y una orden sobre banda ancha a través de líneas eléctricas, dando luz verde a la promoción del servicio de banda ancha para todos los estadounidenses. [17] La ​​orden rechazó los pedidos de los sectores de la aviación, las empresas, el comercio, la radioafición y otros usuarios del espectro de limitar o prohibir el despliegue hasta que se completaran más estudios. El director de la FCC, Kevin Martin, dijo que la BPL "es muy prometedora como una solución de banda ancha ubicua que ofrecería una alternativa viable al cable, la línea de abonado digital, la fibra y las soluciones de banda ancha inalámbrica". [18] [19]

En Estados Unidos, International Broadband Electric Communications (IBEC), que tenía un ambicioso plan para proporcionar acceso BPL en ese país, cesó sus operaciones BPL en enero de 2012. [20] [21]

El 19 de enero de 2018, E.ON, la empresa multinacional alemana de servicios eléctricos que presta servicio a aproximadamente 48 millones de clientes en diferentes países [*], decidió integrar BPL en su estrategia de comunicación, específicamente para la infraestructura de comunicación de medición inteligente dentro del segmento de baja tensión de su red. E.ON eligió a Corinex como proveedor de soluciones para los dos primeros años de implementación. La implementación inicial consistió en varias decenas de miles de repetidores y cabeceras, que proporcionaban comunicación segura para un par de cientos de miles de hogares. Se seleccionó el sistema de gestión de energía GridValue de Corinex basado en la plataforma IBM Tivoli para gestionar la red. [22]

Normas

Se están desarrollando varios estándares para la tecnología BPL, incluidos los de IEEE, HomePlug Powerline Alliance (extinta), PRIME Alliance y Nessum Alliance .

IEEE relacionado con la tecnología BPL

Escenarios de falla

Existen muchas formas en las que se pueden introducir errores en la señal de comunicación. Las interferencias, las interferencias cruzadas, algunos dispositivos activos y algunos dispositivos pasivos introducen ruido o atenuación en la señal. Cuando el error se vuelve significativo, los dispositivos controlados por la señal no confiable pueden fallar, dejar de funcionar o funcionar de manera no deseada.

  1. Interferencia: la interferencia de sistemas cercanos puede provocar degradación de la señal, ya que el módem puede no ser capaz de determinar una frecuencia específica entre muchas señales en el mismo ancho de banda.
  2. Degradación de la señal por dispositivos activos : los dispositivos como relés, transistores y rectificadores generan ruido en sus respectivos sistemas, lo que aumenta la probabilidad de degradación de la señal. Los dispositivos de interrupción de circuito por falla de arco (AFCI), requeridos por algunos códigos eléctricos recientes para espacios habitables, también pueden atenuar las señales. [27]
  3. Atenuación de la señal mediante dispositivos pasivos : Los transformadores y convertidores CC-CC atenúan casi por completo la señal de frecuencia de entrada. Para que la señal llegue al nodo receptor, se necesitan dispositivos de "bypass". Un dispositivo de bypass puede constar de tres etapas, un filtro en serie con una etapa de protección y un acoplador, colocados en paralelo con el dispositivo pasivo.

Véase también

Referencias

  1. ^ Trull, BR (2006). "Una descripción general de la banda ancha a través de líneas eléctricas" (PDF) . Revista académica en línea de Rivier College . 2 : 1.
  2. ^ "Telefonía a través de líneas eléctricas (historia temprana) - Wiki de historia de la ingeniería y la tecnología". ethw.org . Archivado desde el original el 3 de octubre de 2019 . Consultado el 20 de febrero de 2016 .
  3. ^ ab "Banda ancha sobre línea eléctrica (BPL) | Definición, función y características". BroadbandSearch . Consultado el 10 de agosto de 2023 .
  4. ^ Mollenkopf, J. (2004). "Presentación en la reunión del IEEE de Cincinnati" (PDF) . Consultado el 10 de agosto de 2023 .
  5. ^ Denis Du Bois (9 de diciembre de 2004). "Broadband over Powerlines (BPL) in a Nutshell" (Banda ancha sobre líneas eléctricas (BPL) en pocas palabras). Blog Energy Priorities . Archivado desde el original el 19 de noviembre de 2014. Consultado el 6 de noviembre de 2013 .
  6. ^ Finkelstein, J. (2020). «Cómo descarbonizar los sistemas energéticos globales». McKinsey & Company . Consultado el 11 de agosto de 2023 .
  7. ^ Moore, P. (2021). «Redes tradicionales frente a redes inteligentes: por qué estamos haciendo el cambio». Sage Automation . Consultado el 11 de agosto de 2023 .
  8. ^ Bloomberg (2018). "E.ON elige la banda ancha de Corinex en lugar de la tecnología Powerline para la implementación de su medición inteligente". Bloomberg .
  9. ^ "Interferencias de alta frecuencia, procedimientos y herramientas" (PDF) . Informe final del grupo de trabajo de investigación de tecnología de sistemas de información de la OTAN RTO IST-050/RTG-022 . Organización de Investigación y Tecnología de la OTAN. Junio ​​de 2007. Archivado desde el original (PDF) el 25 de octubre de 2007 . Consultado el 6 de noviembre de 2013 .
  10. ^ "¿Qué pasó con la banda ancha a través de líneas eléctricas? - Revista E & T". eandt.theiet.org . 15 de octubre de 2013 . Consultado el 20 de febrero de 2016 .
  11. ^ "Los efectos de PLT en la recepción de emisiones". Archivado desde el original el 6 de agosto de 2007. Consultado el 16 de diciembre de 2011 .
  12. ^ "PLT y radiodifusión". Archivado desde el original el 9 de marzo de 2005. Consultado el 16 de diciembre de 2011 .
  13. ^ "Coexistencia de servicios de radio y PLT". Archivado desde el original el 5 de agosto de 2007. Consultado el 16 de diciembre de 2011 .
  14. ^ Grant Gross (2 de marzo de 2004). «Vendedor ofrece banda ancha por líneas eléctricas». PC World . Consultado el 22 de julio de 2011 .
  15. ^ Katie Fehrenbacher (13 de septiembre de 2011). "El giro de la actualidad: de la banda ancha a la red inteligente y al extranjero". GigaOM . Consultado el 13 de junio de 2012 .
  16. ^ "CURRENT Group dice adiós a la industria BPL". SmartGrid News . 19 de febrero de 2008. Archivado desde el original el 12 de marzo de 2015. Consultado el 13 de junio de 2012 .
  17. ^ "La FCC adopta una opinión y orden en forma de memorando sobre la banda ancha a través de líneas eléctricas para promover el servicio de banda ancha para todos los estadounidenses" (PDF) . Comunicado de prensa . 3 de agosto de 2006 . Consultado el 22 de julio de 2011 .
  18. ^ "Declaración del presidente Kevin J. Martin" (PDF) . 3 de agosto de 2006. Consultado el 22 de julio de 2011 .
  19. ^ Schwager, Andreas; Berger, Lars T. (febrero de 2014). "Reglamento de compatibilidad electromagnética de los PLC". En Berger, Lars T.; Schwager, Andreas; Pagani, Pascal; Schneider, Daniel M. (eds.). Comunicaciones por línea eléctrica MIMO: estándares de banda ancha y estrecha, compatibilidad electromagnética y procesamiento avanzado (PDF) . Dispositivos, circuitos y sistemas. CRC Press. págs. 169–186. doi :10.1201/b16540-9. ISBN 9781466557529.
  20. ^ Joan Engebretson (3 de enero de 2012). "El cierre de IBEC supone el último golpe para BPL". Telecompetitor . Consultado el 6 de noviembre de 2013 .
  21. ^ "El proveedor de banda ancha del condado de Nelson, IBEC, abandona el servicio". WVIR-TV. 2 de enero de 2012. Consultado el 6 de noviembre de 2013 .
  22. ^ E.ON. «El Grupo E.ON: una empresa única». El Grupo E.ON. Consultado el 10 de agosto de 2023 .
  23. ^ IEEE (2005). Guía IEEE para aplicaciones de líneas de transmisión de energía. doi :10.1109/IEEESTD.2005.96284. ISBN 978-0-7381-4068-1. {{cite book}}: |website=ignorado ( ayuda )
  24. ^ IEEE (2008). "IEEE - Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos, Inc. - P1675_D7, mayo de 2008.pdf". IEEE .
  25. ^ IEEE (2009). "P1775/1.9.7, marzo de 2009 - Proyecto de norma IEEE para equipos de comunicación por línea eléctrica - Requisitos de compatibilidad electromagnética (EMC) - Métodos de prueba y medición". IEEE .
  26. ^ IEEE (2019). 1901a-2019 - Estándar IEEE para banda ancha sobre redes de líneas eléctricas: control de acceso al medio y especificaciones de la capa física - Enmienda 1: Mejora para aplicaciones de Internet de las cosas. doi :10.1109/IEEESTD.2019.8710016. ISBN 978-1-5044-5679-1. {{cite book}}: |website=ignorado ( ayuda )
  27. ^ Un trabajo en progreso: Belkin Gigabit Powerline HD disponible en http://www.smallnetbuilder.com/lanwan/lanwan-reviews/30888-a-work-in-progress-belkin-gigabit-powerline-hd-starter-kit-reviewed?start=4