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Banda ancha sobre líneas eléctricas

La banda ancha a través de líneas eléctricas ( BPL ) es un método de comunicación por línea eléctrica (PLC) que permite la transmisión de datos digitales a una velocidad relativamente alta a través del cableado público de distribución de energía eléctrica . 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. BPL utiliza frecuencias que forman parte del espectro de radio asignado a servicios de comunicación inalámbrica; por lo tanto, la prevención de interferencias hacia y desde estos servicios es un factor muy importante en el diseño de sistemas BPL.

Hay dos categorías principales de BPL: interna y de acceso. BPL interno es el acceso de banda ancha dentro de un edificio o estructura utilizando las líneas eléctricas de la estructura para proporcionar la infraestructura de red. Access BPL es el uso de líneas de transmisión eléctrica para llevar banda ancha al hogar. Access BPL 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 ya 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 zonas 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, BPL opera a frecuencias más altas que las comunicaciones por línea eléctrica tradicionales, generalmente en el rango entre 2 y 80 MHz. [3] Las técnicas de modulación de BPL son la multiplexación por división de frecuencia (FDM) o la multiplexación por división de frecuencia ortogonal (OFDM), que son superiores al espectro ensanchado o la banda estrecha en cuanto a eficiencia espectral, robustez contra las distorsiones del canal y capacidad de adaptarse a los cambios de canal. . [4] Las compañías eléctricas llevan años combinando radiofrecuencia en la misma línea que la corriente eléctrica para controlar el rendimiento de sus propias redes eléctricas. Ha habido intentos de implementar el acceso BPL, o la prestación de servicios de Internet a los clientes a través de la red. En 2004 se predijo que la perspectiva de BPL posiblemente motivaría a los operadores de cable y DSL a prestar servicios a las comunidades rurales. [5]

Más recientemente, la descarbonización está provocando un aumento significativo de las plantas de generación, los dispositivos de almacenamiento y los consumidores con niveles de voltaje más bajos, lo que provoca problemas de capacidad en las redes de distribución. [6] El control central tradicional se vuelve inviable para niveles inferiores debido al gran número de unidades. [7] Las empresas de servicios energéticos como E.ON comienzan a adoptar BPL como tecnología de comunicación clave para permitir el control descentralizado de la red en tiempo real y a alta velocidad. [8]

Cómo funciona BPL

Broadband Over Power Lines (BPL) funciona como módems especializados para convertir datos en señales y transmitirlos junto con líneas eléctricas. Este proceso garantiza una conectividad de banda ancha constante mediante demodulación, distribución de datos y mitigación de interferencias. [3]

  1. Modulación : la tecnología BPL utiliza módems específicos para transformar datos digitales en señales adecuadas para la transmisión por línea eléctrica. 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 la combinación de señales de datos con las 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 alimentación 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, utilizándolas como medios de transmisión. Estas señales viajan a lo largo del cableado eléctrico, llegando hasta los puntos de destino, como hogares o negocios. 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 la distribución de la conexión a Internet a múltiples 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 la recuperación de 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 diversos dispositivos dentro de las instalaciones, como ordenadores, 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 implementaciones BPL más grandes, 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 aseguran que las señales BPL mantengan una calidad suficiente y lleguen a lugares distantes. Los repetidores reciben y regeneran las señales 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 la interferencia para 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 BPL en las comunicaciones por radio adyacentes. El cumplimiento de las regulaciones establecidas y las normas de la industria garantiza medidas adecuadas de mitigación de interferencias.
  9. Calidad y confiabilidad : el rendimiento del sistema BPL está influenciado por varios elementos. Estos incluyen el estado del cableado eléctrico, la proximidad a equipos BPL y posibles interferencias de señal. Mantener un cableado de alta calidad y una relación señal-ruido adecuada es crucial para el funcionamiento eficaz de BPL.

Características clave de BPL

  1. Utilización de la infraestructura existente : una de las características clave de BPL es su capacidad para utilizar las líneas eléctricas existentes. Esto evita la demanda de construcciones importantes o instalación de cables adicionales, lo que lo posiciona como una opción económica para ampliar la cobertura de banda ancha.
  2. Comunicación de datos de alta velocidad : la tecnología BPL permite la comunicación de datos de alta velocidad a través de líneas eléctricas existentes, ofreciendo velocidades comparables a las tecnologías tradicionales de banda ancha por cable como DSL o cable. Esto permite una transmisión eficiente de grandes cantidades de datos, admitiendo aplicaciones que requieren un uso intensivo de ancho de banda.
  3. Amplia cobertura : la red eléctrica existente cubre un área extensa, lo que hace que BPL sea capaz de llegar a hogares, empresas y otros lugares a los que puede resultar difícil conectarse con otras tecnologías de banda ancha por cable.
  4. Flexibilidad y escalabilidad : BPL permite flexibilidad y escalabilidad en términos de ampliación 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, permitiendo la comunicación bidireccional entre las empresas de energía 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 conservación de 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 que fueron creadas para entregar energía CA de 50 a 60 Hz. Si los datos de banda ancha se transmiten en diferentes frecuencias, entonces los datos y la electricidad pueden viajar por el mismo cable; sin embargo, es necesario superar varios obstáculos para permitir la transmisión de datos a alta velocidad y larga distancia a través de las líneas eléctricas existentes. [ cita necesaria ]

El despliegue de BPL ha ilustrado una serie de desafíos fundamentales, el principal de los cuales es que las líneas eléctricas son inherentemente un entorno muy ruidoso. Cada vez que un dispositivo se enciende o apaga, introduce un pop o un clic 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 tema importante es la compatibilidad electromagnética (EMC). Se esperaba que el sistema utilizara frecuencias de 10 a 30 MHz en el rango de alta frecuencia (HF), utilizado durante décadas por emisoras militares, aeronáuticas, de radioaficionados y de onda corta . Las líneas eléctricas no están blindadas y actuarán como antenas para las señales que transportan, y causarán interferencias en las comunicaciones y transmisiones por radio de alta frecuencia . En 2007, la Organización de Investigación y Tecnología de la OTAN publicó un informe que concluía que el despliegue generalizado de BPL puede tener un "posible efecto perjudicial sobre las comunicaciones militares por radio HF". [9]

Implementaciones

Ha habido muchos intentos en todo el mundo para implementar el acceso BPL, todos los cuales han indicado que BPL no es viable como medio para brindar acceso a Internet de banda ancha. Esto se debe a dos problemas: alcance limitado y ancho de banda bajo que no se acerca a ADSL, Wi-Fi e incluso móvil 3G. Los principales proveedores del mundo han limitado sus despliegues de BPL a equipos conectados con poco ancho de banda a través de redes inteligentes o han cesado las operaciones de BPL por completo.

Australia experimentó pruebas de acceso BPL entre 2004 y 2007; pero no parece que queden allí implementaciones de BPL de acceso activo. [10]

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

En los EE.UU., en octubre de 2004, la Comisión Federal de Comunicaciones de los EE.UU. adoptó normas para facilitar el despliegue de "Access BPL", el término comercial 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 EE. UU., 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.

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

El 3 de agosto de 2006, la FCC adoptó un memorando de opinión y una orden sobre banda ancha a través de líneas eléctricas, dando luz verde para promover el servicio de banda ancha para todos los estadounidenses. [17] La ​​orden rechazó los llamados de la aviación, los negocios, el comercio, la radioafición y otros sectores de usuarios del espectro para limitar o prohibir el despliegue hasta que se completaran estudios adicionales. El jefe de la FCC, Kevin Martin, dijo que BPL "es muy prometedor como 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 EE.UU., International Broadband Electric Communications (IBEC), que tenía un ambicioso plan para proporcionar acceso BPL en EE.UU., 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 servicios a aprox. 48 millones de clientes en diferentes países [*] decidieron 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. El despliegue inicial constó de varios diez mil repetidores y cabeceras, que proporcionaron comunicación segura a unos cientos de miles de hogares. Para gestionar la red se seleccionó el sistema de gestión de energía Corinex GridValue basado en la plataforma IBM Tivoli. [22]

Estándares

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

IEEE relacionado con la tecnología BPL

Escenarios de falla

Hay muchas formas en las que se puede introducir un error en la señal de comunicación. La interferencia, la charla cruzada, 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 causar degradación de la señal, ya que es posible que el módem no pueda determinar una frecuencia específica entre muchas señales en el mismo ancho de banda.
  2. Degradación de la señal por dispositivos activos : dispositivos como relés, transistores y rectificadores crean ruido en sus respectivos sistemas, aumentando la probabilidad de degradación de la señal. Los dispositivos interruptores 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 señal mediante dispositivos pasivos : los transformadores y los convertidores CC-CC atenúan la señal de frecuencia de entrada casi por completo. Los dispositivos de "bypass" se vuelven necesarios para que la señal pase al nodo receptor. Un dispositivo de derivación puede constar de tres etapas, un filtro en serie con una etapa de protección y un acoplador, colocados en paralelo con el dispositivo pasivo.

Ver 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 sobre 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". Búsqueda de banda ancha . Consultado el 10 de agosto de 2023 .
  4. ^ Mollenkopf, J. (2004). "Presentación a la reunión IEEE de Cincinnati" (PDF) . Consultado el 10 de agosto de 2023 .
  5. ^ Denis Du Bois (9 de diciembre de 2004). "Banda ancha a través de líneas eléctricas (BPL) en pocas palabras". Blog de Prioridades Energéticas . 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 y compañía . Consultado el 11 de agosto de 2023 .
  7. ^ Moore, P. (2021). "Redes tradicionales frente a redes inteligentes: por qué estamos haciendo el cambio". Automatización sabia . Consultado el 11 de agosto de 2023 .
  8. ^ Bloomberg (2018). "E.ON elige Corinex Broadband en lugar de la tecnología Powerline para su implementación de medición inteligente". Bloomberg .
  9. ^ "Interferencias, procedimientos y herramientas de HF" (PDF) . Informe final del grupo de trabajo de investigación IST-050/RTG-022 del Panel de tecnología de sistemas de información de la OTAN RTO . 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 Power Line? - 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 transmisiones". 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 PLT y servicios de radio". 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). "El proveedor ofrece banda ancha mediante líneas eléctricas". Mundo PC . Consultado el 22 de julio de 2011 .
  15. ^ Katie Fehrenbacher (13 de septiembre de 2011). "El giro actual: de la banda ancha a la red inteligente y al extranjero". GigaOM . Consultado el 13 de junio de 2012 .
  16. ^ "CURRENT Group se despide de la industria BPL". Noticias de SmartGrid . 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 un memorando de opinión y una orden sobre 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, Andrés; Berger, Lars T. (febrero de 2014). "Reglamento de Compatibilidad Electromagnética de PLC". En Berger, Lars T.; Schwager, Andreas; Pagani, Pascal; Schneider, Daniel M. (eds.). Comunicaciones por línea eléctrica MIMO: estándares de banda ancha y estrecha, EMC y procesamiento avanzado (PDF) . Dispositivos, circuitos y sistemas. Prensa CRC. 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". Telecompetidor . Consultado el 6 de noviembre de 2013 .
  21. ^ "Servicio de abandono IBEC del proveedor de banda ancha del condado de Nelson". 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 portadores de líneas eléctricas. 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 - Borrador de estándar IEEE para equipos de comunicación Powerline - Requisitos de compatibilidad electromagnética (EMC) - Métodos de prueba y medición". IEEE .
  26. ^ IEEE (2019). 1901a-2019 - Estándar IEEE para banda ancha a través de 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- revisado?start=4