Análisis de transmisión de datos usando PLC sobre redes eléctricas de baja calidad

Texto completo

(1)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.

(2) ANÁLISIS DE TRANSMISIÓN DE DATOS USANDO PLC SOBRE REDES ELÉCTRICAS DE BAJA CALIDAD. EVER JULIÁN CORREA TAPASCO JHON JAIRO AGUIRRE RESTREPO. Trabajo de grado para optar por el título de Ingenieros Electricistas. Director ALEXÁNDER QUINTERO Doctor. UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PEREIRA FACULTAD DE INGENIERÍAS ELÉCTRICA, ELECTRÓNICA, FÍSICA Y CIENCIAS DE LA COMPUTACIÓN PROGRAMA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA PEREIRA 2007.

(3) Nota de Aceptación. Presidente del Jurado. Jurado. Jurado. Pereira, 26 de octubre de 2007.

(4) DEDICATORIA A Dios, porque por él todo es posible. A mis padres y hermanas: Lucelly Tapasco, Luis Correa, Nora, Marcela y Magnolia, que por su amor filial, apoyo incondicional e inagotable paciencia, han hecho posible la culminación de una etapa importante en mi vida.. Ever Julián Correa Tapasco. DEDICATORIA A Dios, por darme la vida y sabiduría para lograr mis éxitos. A mi familia, en especial a mis padres, por sus consejos y apoyo incondicional. A mis compañeros y profesores porque cada uno de ellos realizó un pequeño aporte para alcanzar mi crecimiento personal y formación profesional.. Jhon Jairo Aguirre Restrepo.

(5) AGRADECIMIENTOS. Agradecemos de manera especial al Dr. Alexander Quintero, el cual con su colaboración ilimitada y calidad humana, complementada con sus altos conocimientos y enfoque sobre el área de las comunicaciones permitieron motivar el desarrollo de este proyecto, alcanzando sus objetivos de manera exitosa. A los ingenieros Juan Gabriel Pulgarín, Jason Molina y Duberney Murillo, por estar prestos con su calidad de servicio y colaboración incondicional, las cuales fueron parte significativa para el proyecto. A todos los integrantes del Grupo de Telecomunicaciones y Multimedia, por su espíritu crítico y constructivo frente a los temas de interés social y académico en pro de un crecimiento personal y colectivo. A todos los gestores del centro de investigaciones y extensión por su apoyo económico 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 y desarrollar las pruebas..

(6) CONTENIDO. pág.. LISTA DE FIGURAS. XI. LISTA DE TABLAS. XX XXIII. GLOSARIO 1. INTRODUCCIÓN. 1. 1.1 ANTECEDENTES Y JUSTIFICACIÓN. 2. 1.2 OBJETIVOS. 3. 1.2.1 Generales 1.2.2 Específicos. 3 3. 1.3 APORTE DEL TRABAJO. 4. 1.4 ESTRUCTURA DEL CONTENIDO. 4. 2. ANÁLISIS ECONÓMICO DE LA REGIÓN (PEREIRA-RISARALDA). 6. 2.1 ASPECTOS GENERALES EN LA REGIÓN. 6. 3. REDES ELÉCTRICAS EN PEREIRA. 10. 3.1 ANÁLISIS DEL SECTOR. 10. 3.2 COBERTURA. 10. 3.3 CALIDAD. 12. 3.4 TENDENCIAS. 13. 4. IMPACTO SOCIAL DE LA TECNOLOGÍA PLC EN NUESTRO MEDIO. 14. 5. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA. 17. 5.1 INTERNET. 17 VI.

(7) 5.2 NECESIDAD DE ACCESO A INTERNET. 18. 5.3 CONEXIÓN DE UN COMPUTADOR A INTERNET. 20. 5.4 MEDIOS DE TRANSMISIÓN EN TELECOMUNICACIONES PARA EL ACCESO A INTERNET. 21. 5.4.1 Cable par o multi-par de Cobre 5.4.1.1 Redes de Telefonía Pública por cable de Cobre 5.4.1.2 Redes Privadas por cable de Cobre 5.4.2 Cable Coaxial 5.4.3 Fibra Óptica 5.4.4 Espacio Libre. 22 22 23 23 24 25. 5.5 TECNOLOGÍAS DE ACCESO. 26. 5.5.1 Importancia del área de acceso en las telecomunicaciones 5.5.2 Construcción de nuevas redes de acceso 5.5.2.1 Red óptica 5.5.2.2 Sistema de acceso inalámbrico i) Sistemas móviles inalámbricos ii) Sistemas inalámbricos fijos 5.5.2.3 Sistema satelital 5.5.3 Uso de la infraestructura existente en el área de acceso 5.5.3.1 DSL 5.5.3.2 ISDN/RDSI 5.5.3.3 Cable Modem 5.5.3.4 PLC. 27 29 29 30 30 32 37 38 38 44 47 51. 6. PLC EN EL ÁREA DE ACCESO DE LAS TELECOMUNICACIONES. 53. 6.1 SISTEMAS DE COMUNICACIÓN POR LA RED DE ENERGÍA ELÉCTRICA. 53. 6.1.1 6.1.2 6.1.3 6.1.4 6.1.5. 53 54 55 57 61. Apreciación Histórica Redes de energía eléctrica Estándares (normas) Banda estrecha PLC Banda ancha PLC. 6.2 REDES DE ACCESO PLC. 62. 6.2.1 Estructura de las redes de acceso PLC 6.2.2 Conexión de acceso domestico PLC 6.2.3 Elementos de una red PLC 6.2.3.1 Elementos de una red básica. 62 63 65 66. VII.

(8) 6.2.3.2 El repetidor 6.2.3.3 Gateway PLC 6.2.4 Conexión básica de una red 6.2.4.1 Tecnologías de Comunicaciones para redes de distribución PLC 6.2.4.2 Topología de la red de distribución 6.2.4.3 Administración de la red de acceso PLC. 67 70 72 72 73 76. 7. CARACTERÍSTICAS ENFOCADAS AL PLC. 78. DE. LAS. LÍNEAS. DE. TRANSMISIÓN. 7.1 TOPOLOGÍA DE LA RED. 78. 7.1.1 Topología de las redes de energía eléctrica de baja tensión 7.1.2 Organización de las redes de acceso PLC 7.1.2.1 Ubicación de la estación base 7.1.2.2 Segmentación de la red 7.1.2.3 PLC sobre las múltiples configuraciones de las redes de baja tensión 7.1.2.4 Técnicas para la ubicación del repetidor y gateway en las redes 7.1.3 Estructura de las redes PLC en el hogar 7.1.4 Redes complejas de acceso PLC 7.1.5 Consideraciones de los modelos de la red. 78 80 81 83 85. 7.2 CARACTERÍSTICAS DEL MEDIO DE TRANSMISIÓN PLC. 95. 7.2.1 Caracterización del medio 7.2.2 Características del cable de transmisión para PLC 7.2.3 Modelo del medio PLC. 95 96 98. 7.3 COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNÉTICA DE LOS SISTEMAS PLC. 100. 7.3.1 Aspectos del EMC 7.3.1.1 Definición de los términos de EMC 7.3.1.2 Clasificación de la perturbación de EMC 7.3.1.3 Matriz del ambiente de EMI 7.3.2 El modelo de perturbaciones EM para PLC 7.3.2.1 Fuente de perturbaciones conducidas e irradiadas 7.3.3 Normas de EMC para los sistemas PLC 7.3.3.1 Organizaciones de estandarización de EMC. 100 100 102 105 105 105 108 108. 7.4 CARACTERIZACIÓN DE LA PERTURBACIÓN. 111. 7.4.1 7.4.2 7.4.3 7.4.4. 111 113 115 117. Descripción del ruido Ruido de fondo generalizado Ruido impulsivo El modelo de perturbación VIII. 87 88 90 93.

(9) 7.4.4.1 Modelo Encendido-Apagado 7.4.4.2 Modelos de perturbación para los sistemas basados en OFDM 7.4.4.3 Modelo de parámetros. 117 118 119. 8. MODULACION EN SISTEMAS PLC PARA BAJA TENSIÓN. 120. 8.1 LA ARQUITECTURA DEL SISTEMA PLC. 120. 8.2 TÉCNICAS DE MODULACIÓN PARA SISTEMAS PLC. 124. 8.2.1 La multiplexación por división de frecuencia ortogonal (OFDM) 8.2.1.1 Principios de Modulación 8.2.1.2 Generación de señales OFDM 8.2.1.3 Realización del sistema OFDM 8.2.2 Modulación del espectro de propagación 8.2.2.1 Principios del espectro propagado 8.2.2.2 Secuencia directa del espectro de propagación 8.2.2.3 Frecuencia de salto en el espectro de propagación 8.2.2.4 Comparación entre DSSS y FHSS 8.2.3 Elección del esquema de modulación para sistemas PLC. 125 125 127 130 134 134 136 138 141 143. 9. PRUEBAS Y RESULTADOS. 144. 9.1 DESCRIPCIÓN. 144. 9.2 ANÁLISIS DE LA TASA DE TRANSFERENCIA. 146. 9.2.1 Red LAN 9.2.2 Red PLC 1 9.2.2.1 Con la red no regulada, prueba ideal 9.2.2.2 Con la red no regulada, prueba con cable de energía eléctrica número 12 i) Sin protección ii) Con protección 9.2.2.3 Con la red no regulada, prueba con cable de energía eléctrica número 14 9.2.2.4 Con la red regulada, prueba entre dos tomas 9.2.3 Red PLC 2 9.2.3.1 Prueba en el barrio Villa Santana 9.2.3.2 Prueba en el barrio 20 de Julio dentro de una casa 9.2.3.3 Prueba en el barrio 20 de Julio entre dos casas 9.2.4 Comparaciones. 147 153 154 157. 9.3 PRUEBAS CON EL ANALIZADOR DE ARMONICOS. 182. 9.3.1 Nuevo Plan Villa Santana. 183 IX. 157 160 163 166 170 170 173 176 179.

(10) 9.3.1.1 Nuevo Plan Villa Santana, entre una casa y antes del contador, red original sin elementos PLC conectados 9.3.1.2 Nuevo Plan Villa Santana, entre una casa y antes del contador, con equipos conectados, sin transferencia 9.3.1.3 Nuevo Plan Villa Santana, entre una casa y antes del contador, con equipos conectados, con transferencia 9.3.1.4 Análisis de los datos tomados en la residencia Nuevo Plan Villa Santana 9.3.2 Barrio 20 de Julio 9.3.2.1 Barrio 20 de Julio dentro de la casa, red original sin elementos PLC 9.3.2.2 Barrio 20 de Julio dentro de la casa con equipos conectados, sin transferencia 9.3.2.3 Barrio 20 de julio, dentro de la casa con transferencia 9.3.2.4 Barrio 20 de Julio dentro de la casa, con transferencia de archivos, con licuadora 9.3.2.5 Análisis de los datos tomados en la residencia 20 de Julio 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 9.3.3.2 Barrio 20 de Julio entre dos casas con equipos conectados sin transferencia 9.3.3.3 Barrio 20 de Julio entre dos casas con equipos conectados con transferencia de archivos 9.3.3.4 Análisis de los datos tomados entre dos casas barrio 20 de Julio. 183. 9.4 GUIA PARA REALIZAR LAS PRUEBAS CON LOS EQUIPOS PLC. 207. 9.5 PROTOTIPO PARA LABORATORIO PLC. 208. 9.5.1 GUIA DEL LABORATORIO PLC 9.5.1.1 MATERIALES 9.5.1.2 PREINFORME PRÁCTICA PLC 9.5.1.3 PROCEDIMIENTO 9.5.1.4 INFORME 9.5.1.5 CONCLUSIONES Y APORTES. 208 208 209 209 211 212. 9.6 PRUEBAS CON EL OSCILOSCOPIO. 212. 9.7 PROGRAMAS UTILIZADOS EN LA REALIZACIÓN DE ESTE PROYECTO. 218. 10 CONCLUSIONES, APORTES Y RECOMENDACIONES. 220. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS. 225. X. 185 186 188 189 189 191 194 196 196 198 198 200 203 206.

(11) LISTA DE FIGURAS. pág. CAPÍTULO 5 Figura 5.1 Estructura general de una red de telecomunicaciones.. 28. Figura 5.2 Estructura de redes de acceso inalámbricas móvil.. 31. Figura 5.3 Estructura de redes de acceso inalámbricas fijas.. 33. Figura 5.4 Estructura de una WLAN.. 34. Figura 5.5 Estructura de una red de acceso DSL.. 39. Figura 5.6 Estructura de una red de acceso ISDN.. 46. Figura 5.7 Estructura de una red de acceso CATV.. 48. Figura 5.8 Características de ampliación de cobertura con cable modem.. 49. CAPÍTULO 6 Figura 6.1 Estructura de una red de energía eléctrica.. 54. Figura 6.2 Estructura de un sistema de automatización usando banda estrecha PLC.. 59. Figura 6.3 Estructura general de un sistema PLC para uso de los servicios relacionados de energía.. 60. Figura 6.4 Estructura de una red de acceso PLC.. 63. Figura 6.5 Estructura de una red interna PLC.. 65. Figura 6.6 Funciones del modem PLC.. 67. Figura 6.7 Funciones de una estación base PLC.. 68. Figura 6.8 Función del repetidor PLC.. 69. Figura 6.9 Red PLC con repetidores.. 69. XI.

(12) Figura 6.10 Conexión directa de los suscriptores PLC.. 71. Figura 6.11 Conexión de los suscriptores con Gateway.. 71. Figura 6.12 Gateways en una red de acceso PLC.. 72. Figura 6.13 Conexión a la red principal de comunicaciones.. 73. Figura 6.14 Distribución en bus (topología radial) de una red PLC.. 74. Figura 6.15 Distribución en estrella de una red PLC.. 75. Figura 6.16 Distribución en anillo de una red PLC.. 75. Figura 6.17 Administración de una red PLC.. 77. CAPÍTULO 7 Figura 7.1 Posible topología de una red de energía eléctrica de baja tensión.. 80. Figura 7.2 Red PLC con la estación base en la unidad del transformador.. 81. Figura 7.3 Topología de una red de acceso PLC y de la red de baja tensión correspondiente.. 82. Figura 7.4 Sistemas de acceso PLC paralelos dentro de una red de suministro de energía de baja-tensión.. 83. Figura 7.5 Redes de acceso PLC independientes dentro de una red de energía.. 84. Figura 7.6 Red de acceso PLC con dos niveles de jerarquía.. 85. Figura 7.7 Interconexión entre varias de las redes (circuitos) de baja tensión.. 86. Figura 7.8 Red de acceso PLC con los repetidores (gateways).. 87. Figura 7.9 Topología de una red PLC en el hogar, con BS en el transformador.. 89. Figura 7.10 Topología de una red PLC en el hogar, con BS en el contador.. 90. Figura 7.11 Ejemplo de una red de acceso compleja para PLC.. 92. XII.

(13) Figura 7.12 Estructura de transporte lógica de la red PLC.. 93. Figura 7.13 Modelo del eco representando el modelo multidireccional del medio para PLC.. 99. Figura 7.14 Diversas áreas de la compatibilidad electromagnética.. 101. Figura 7.15 Modelo básico de un problema de EMC.. 102. Figura 7.16 Clasificación de los perturbaciones de EMC según el espectro ocupado.. 104. Figura 7.17 Modelo de una fuente típica de EMI, de sus corrientes y voltajes del modo común y del modo diferencial.. 107. Figura 7.18 Modelo de alta frecuencia de una fuente con EMI.. 108. Figura 7.19 Organización del trabajo y de los enlaces de EMC entre diversos grupos de estandarización.. 109. Figura 7.20 Mecanografía del ruido aditivo dentro de ambientes PLC.. 112. Figura 7.21 Modelo espectral de la densidad para el ruido de fondo generalizado.. 114. Figura 7.22 Ejemplo de algunos impulsos medidos en el dominio de tiempo en una red para PLC.. 116. Figura 7.23 Modelo del impulso usado para el ruido impulsivo.. 116. Figura 7.24 Modelo encendido apagado de perturbación.. 118. CAPÍTULO 8 Figura 8.1 Modelo de referencia ISO/OSI.. 121. Figura 8.2 Especificaciones de las capas de red PLC.. 123. Figura 8.3 Representación de OFDM en el dominio de la frecuencia.. 125. Figura 8.4 Suma del prefijo de duración cíclica para duplicar la primera parte de la señal original.. 127. Figura 8.5 Transmisor básico OFDM.. 128. Figura 8.6 Realización de un sistema OFDM.. 130. XIII.

(14) Figura 8.7 Esquemas de mapeo y desmapeo para 17-PSK y 17-QAM.. 132. Figura 8.8 Principio de ancho de banda propagándose en DSSS.. 135. Figura 8.9 Esquema sinóptico de un transmisor DSSS.. 137. Figura 8.10 Receptor DSSS basado en un filtro insertor equivalente.. 138. Figura 8.11 Representación tiempo-frecuencia de rápido y lento FHSS.. 139. Figura 8.12 Transmisor para FHSS.. 140. Figura 8.13 Receptor para un sistema FHSS.. 141. CAPÍTULO 9 Figura 9.1 Entorno visual del programa DU Meter.. 146. Figura 9.2 Variación de la tasa de transferencia para la red LAN, archivo de 217 MB.. 149. Figura 9.3 Variación de la tasa de transferencia instantánea para la red LAN por DU Meter.. 150. Figura 9.4 Variación de la tasa de transferencia para la red LAN, archivo de 495 MB.. 150. Figura 9.5 Variación de la tasa de transferencia para la red LAN, archivo de 701 MB.. 150. Figura 9.6 Variación de la tasa de transferencia para la red LAN con Router.. 152. Figura 9.7 Variación de la tasa de transferencia instantánea para la red LAN con Router por DU Meter.. 153. Figura 9.8 Configuración de la Red PLC1.. 153. Figura 9.9 Variación de la tasa de transferencia para la red PLC 1 - ideal.. 155. Figura 9.10 Variación de la tasa de transferencia instantánea para la red PLC 1 - ideal por DU Meter.. 156. Figura 9.11 Variación de la tasa de transferencia para la red PLC 1 - ideal, archivo de 495 MB.. 156. XIV.

(15) Figura 9.12 Variación de la tasa de transferencia para la red PLC 1 - cable 12 AWG.. 158. Figura 9.13 Variación de la tasa de transferencia instantánea para la red PLC 1 - cable 12 AWG por DU Meter.. 159. Figura 9.14 Variación de la tasa de transferencia para la red PLC 1 - cable 12 AWG, archivo de 495 MB.. 159. Figura 9.15 Variación de la tasa de transferencia para la red PLC 1 - cable 12 AWG + protección.. 161. Figura 9.16 Variación de la tasa de transferencia instantánea para la red PLC 1 - cable 12 AWG + protección por DU Meter.. 162. Figura 9.17 Variación de la tasa de transferencia para la red PLC 1 - cable 12 AWG + protección, archivo de 495 MB.. 162. Figura 9.18 Variación de la tasa de transferencia para la red PLC 1 - cable 14 AWG.. 164. Figura 9.19 Variación de la tasa de transferencia instantánea para la red PLC 1 - cable 14 AWG por DU Meter.. 165. Figura 9.20 Variación de la tasa de transferencia para la red PLC 1 - cable 14 AWG, archivo de 495 MB.. 165. Figura 9.21 Variación de la tasa de transferencia para la red PLC 1 - entre dos tomas.. 167. Figura 9.22 Variación de la tasa de transferencia instantánea para la red PLC 1 - entre dos tomas por DU Meter.. 168. Figura 9.23 Variación de la tasa de transferencia para la red PLC 1 - entre dos tomas de la red no regulada 1.. 168. Figura 9.24 Variación de la tasa de transferencia instantánea para la red PLC 1 - entre dos tomas de la red no regulada, por DU Meter 1.. 169. Figura 9.25 Variación de la tasa de transferencia para la red PLC 1 - entre dos tomas de la red no regulada 2.. 169. Figura 9.26 Variación de la tasa de transferencia instantánea para la red PLC 1 - entre dos tomas de la red no regulada, por DU Meter 2.. 169. Figura 9.27 Configuración de la Red PLC 2.. 170. XV.

(16) Figura 9.28 Configuración en el sector Nuevo Plan, del barrio Villa Santana.. 171. Figura 9.29 Variación de la tasa de transferencia para la red PLC 2 - Villa Santana.. 172. Figura 9.30 Variación de la tasa de transferencia instantánea para la red PLC 2-Villa Santana por DU Meter.. 173. Figura 9.31 Configuración en el barrio 20 de Julio, dentro de una casa.. 173. Figura 9.32 Variación de la tasa de transferencia para la red PLC 2 - 20 de Julio dentro de una casa.. 175. Figura 9.33 Variación de la tasa de transferencia instantánea para la red PLC 2-20 de Julio dentro de una casa por DU Meter.. 175. Figura 9.34 Configuración en el barrio 20 de Julio, entre dos casas.. 176. Figura 9.35 Variación de la tasa de transferencia para la red PLC 2 - 20 de Julio entre dos casas.. 178. Figura 9.36 Variación de la tasa de transferencia instantánea para la red PLC 2-20 de Julio entre dos casas por DU Meter.. 178. Figura 9.37 Analizador de armónicos Fluke 41B.. 182. Figura 9.38 Lugar de pruebas Nuevo Plan Villa Santana.. 183. Figura 9.39 Conexión del Fluke 41B a la red monofásica.. 184. Figura 9.40 Datos red original, vivienda Nuevo Plan Villa Santana.. 184. Figura 9.41 Datos de la red de energía Nuevo plan Villa Santana, con equipos conectados, sin transferencia.. 185. Figura 9.42 Conexión equipos con transferencia, Nuevo Plan - Villa Santana.. 186. Figura 9.43 Tabla de datos con transferencia Nuevo Plan - Villa Santana.. 186. Figura 9.44 Voltaje con transferencia de datos, Nuevo Plan - Villa Santana.. 187. Figura 9.45 Corriente con transferencia de datos, Nuevo Plan - Villa Santana.. 187. XVI.

(17) Figura 9.46 Ubicación de la vivienda para las pruebas en la red eléctrica interna - barrio 20 de Julio.. 189. Figura 9.47 Voltaje interno de la red original, vivienda del barrio 20 de Julio.. 189. Figura 9.48 Corriente de la red original, vivienda del barrio 20 de Julio.. 190. Figura 9.49 Potencia de la red original, vivienda del barrio 20 de Julio.. 190. Figura 9.50 Datos de la red original, vivienda del barrio 20 de Julio.. 191. Figura 9.51 Conexión de equipos en una vivienda del barrio 20 de Julio.. 191. Figura 9.52 Voltaje de la red con equipos conectados, sin transferencia, vivienda barrio 20 de Julio.. 192. Figura 9.53 Corriente de la red con equipos conectados, sin transferencia, vivienda barrio 20 de Julio.. 192. Figura 9.54 Potencia de la red con equipos conectados, sin transferencia, vivienda barrio 20 de Julio.. 193. Figura 9.55 Datos de los armónicos de la red con equipos conectados, sin transferencia, vivienda barrio 20 de Julio.. 193. Figura 9.56 Voltaje de la red con transferencia, vivienda barrio 20 de Julio.. 194. Figura 9.57 Corriente de la red con transferencia, vivienda barrio 20 de J.. 194. Figura 9.58 Potencia de la red con transferencia, vivienda barrio 20 de Julio.. 195. Figura 9.59 Datos de los armónicos de la red con transferencia, vivienda barrio 20 de Julio.. 195. Figura 9.60 Datos de la red con transferencia, con licuadora en funcionamiento, vivienda barrio 20 de Julio.. 196. Figura 9.61 Lugar de pruebas, red eléctrica entre dos viviendas – barrio 20 de Julio.. 198. Figura 9.62 Voltaje red original, entre dos viviendas – barrio 20 de Julio.. 198. Figura 9.63 Corriente de la red original, entre dos viviendas – barrio 20 de Julio.. 199. XVII.

(18) Figura 9.64 Potencia de la red original, entre dos viviendas – barrio 20 de Julio.. 199. Figura 9.65 Datos de los armónicos de la red original, entre dos viviendas – barrio 20 de Julio.. 200. Figura 9.66 Conexión de equipos entre dos viviendas barrio 20 de Julio.. 200. Figura 9.67 Voltaje entre dos viviendas con equipos conectados sin transferencia de archivos – barrio 20 de Julio.. 201. Figura 9.68 Corriente entre dos viviendas con equipos conectados sin transferencia de archivos – barrio 20 de Julio.. 201. Figura 9.69 Potencia entre dos viviendas con equipos conectados, sin transferencia de archivos – barrio 20 de Julio.. 202. Figura 9.70 Datos de los armónicos de la red eléctrica, entre dos viviendas con equipos conectados, sin transferencia de archivos – barrio 20 de Julio.. 202. Figura 9.71 Graficas y datos de la red eléctrica, entre dos casas con equipos PLC conectados y con transferencia de archivos – barrio 20 de Julio.. 203. Figura 9.72 Voltaje con conexión entre dos viviendas, equipos conectados y transferencia de archivos– barrio 20 de Julio.. 204. Figura 9.73 Corriente con conexión entre dos viviendas, equipos conectados y transferencia de archivos – barrio 20 de Julio.. 204. Figura 9.74 Potencia con conexión entre dos viviendas, equipos conectados y transferencia de archivos – barrio 20 de Julio.. 205. Figura 9.75 Datos de armónicos, conexión entre dos viviendas con equipos conectados y transferencia de archivos – barrio 20 de Julio.. 205. Figura 9.76 Forma de onda de la tensión de alimentación para PLC con transferencia de datos (Amplitud vs Tiempo).. 214. Figura 9.77 Forma de onda de la tensión de alimentación para PLC sin transferencia de datos (Amplitud vs Tiempo).. 215. Figura 9.78 Forma de onda de la corriente de alimentación para PLC con transferencia de datos (Amplitud vs Tiempo).. 215. XVIII.

(19) Figura 9.79 Forma de onda de la corriente de alimentación para PLC sin transferencia de datos (Amplitud vs Tiempo).. 216. Figura 9.80 Circuito serie fuente, PLC y trimmer.. 216. Figura 9.81 Circuito serie fuente, PLC y trimmer en el mínimo valor.. 217. Figura 9.82 Circuito serie fuente, PLC y bombillo.. 218. XIX.

(20) LISTA DE TABLAS. pág. CAPÍTULO 2 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.. 8. Tabla 2.2 Consumo de energía eléctrica y gas natural (Manizales, Armenia y Pereira) I semestre 2005 – I semestre 2006.. 11. CAPÍTULO 5 Tabla 5.1 Características de los sistemas xDSL.. 40. CAPÍTULO 6 Tabla 6.1 Especificaciones por el CENELEC de las bandas en frecuencia para PLC.. 55. CAPÍTULO 7 Tabla 7.1 Tasas de datos de las subportadoras del modelo de error multiestado - como ejemplo.. 118. CAPÍTULO 8 Tabla 8.1 Comparación de las ventajas (+) y desventajas (-) de DSSS y FHSS.. 142. CAPÍTULO 9 Tabla 9.1 Información de la prueba con la red LAN.. 148. Tabla 9.2 Variaciones de la transferencia de datos en la red LAN, considerando la tasa máxima y el promedio.. 148. Tabla 9.3 Tiempo, tasa de transferencia instantánea DL y UL para la red LAN.. 149. Tabla 9.4 Archivo, tasa de transferencia promedio DL y máxima para la red LAN.. 151. XX.

(21) Tabla 9.5 Información de la prueba: red LAN con Router.. 151. Tabla 9.6 Variaciones de la transferencia de datos en la red LAN con Router, considerando la tasa máxima y el promedio.. 151. Tabla 9.7 Tiempo, tasa de transferencia instantánea DL y UL para la red LAN con Router.. 152. Tabla 9.8 Información de la prueba: Red PLC 1-ideal.. 154. Tabla 9.9 Variaciones de la transferencia de datos en la red PLC 1 - ideal, considerando la tasa máxima y el promedio.. 154. Tabla 9.10 Tiempo, tasa de transferencia instantánea DL y UL para la red PLC 1 - ideal.. 155. Tabla 9.11 Archivo, tasa de transferencia promedio DL y máxima para la red PLC 1 - ideal.. 156. Tabla 9.12 Información de la prueba: Red PLC 1-cable 12 AWG.. 157. Tabla 9.13 Variaciones de la transferencia de datos en la red PLC 1 cable 12 AWG, considerando la tasa máxima y el promedio.. 157. Tabla 9.14 Tiempo, tasa de transferencia instantánea DL y UL para la red PLC 1 - cable 12 AWG.. 158. Tabla 9.15 Archivo, tasa de transferencia promedio DL y máxima para la red PLC 1 - cable 12 AWG.. 159. Tabla 9.16 Información de la prueba: Red PLC 1-cable 12 AWG + protección.. 160. 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.. 160. Tabla 9.18 Tiempo, tasa de transferencia instantánea DL y UL para la red PLC 1 - cable 12 AWG + protección.. 161. Tabla 9.19 Archivo, tasa de transferencia promedio DL y máxima para la red PLC 1 - cable 12 AWG + protección.. 162. Tabla 9.20 Información de la prueba: Red PLC 1-cable 14 AWG.. 163. Tabla 9.21 Variaciones de la transferencia de datos en la red PLC 1 cable 14 AWG, considerando la tasa máxima y el promedio.. 163. XXI.

(22) Tabla 9.22 Tiempo, tasa de transferencia instantánea DL y UL para la red PLC 1 - cable 14 AWG.. 164. Tabla 9.23 Archivo, tasa de transferencia promedio DL y máxima para la red PLC 1 - cable 14 AWG.. 165. Tabla 9.24 Información de la prueba: Red PLC 1 - entre dos tomas.. 166. Tabla 9.25 Variaciones de la transferencia de datos en la red PLC 1 entre dos tomas, considerando la tasa máxima y el promedio.. 166. Tabla 9.26 Tiempo, tasa de transferencia instantánea DL y UL para la red PLC 1 - entre dos tomas.. 167. Tabla 9.27 Información de la prueba: Red PLC 2 - Villa Santana.. 171. Tabla 9.28 Variaciones de la transferencia de datos en la red PLC 2 - Villa Santana, considerando la tasa máxima y el promedio.. 171. Tabla 9.29 Tiempo, tasa de transferencia instantánea DL y UL para la red PLC 2 - Villa Santana.. 172. Tabla 9.30 Información de la prueba: Red PLC 2-20 de Julio dentro de una casa.. 173. Tabla 9.31 Variaciones de la transferencia de datos en la red PLC 2 - 20 de Julio dentro de una casa, considerando la tasa máxima y el promedio.. 174. Tabla 9.32 Tiempo, tasa de transferencia instantánea DL y UL para la red PLC 2-20 de Julio dentro de una casa.. 174. Tabla 9.33 Información de la prueba: Red PLC 2 - 20 de Julio entre dos casas.. 176. Tabla 9.34 Variaciones de la transferencia de datos en la red PLC 2 - 20 de Julio entre dos casas, considerando la tasa máxima y el promedio.. 177. Tabla 9.35 Tiempo, tasa de transferencia instantánea DL y UL para la red PLC 2 - 20 de Julio entre dos casas.. 177. Tabla 9.36 Resumen de resultados.. 179. XXII.

(23) GLOSARIO. ADSL ANDI AP APON ARPANET ARQ ASK ATM ATO AWGN BER BPI BPSK BRAN BS CAC CATV CDM CDMA CENELCOM. CENELEC CFS CISPR. COFDM CP CPE CMT CMTS CM CRT CSMA CSMA/CA CSMA/CD CWDM. Asymmetric Digital Subscriber Line (Línea de Abonado Digital Asimétrica) Asociación Nacional de Empresarios de Colombia. Puntos de acceso ATM Passive Optical Network Advanced Research Projects Administration Network (sistema de red informática del cual nació Internet) Automatic Repeat reQuest Amplitude Shift Keying Asynchronous Transfer Mode Analog Turn-Off Additive White Gaussian Noise (ruido aditivo gausiano blanco) Bit Error Rate Baseline Privacy Interface Binary Phase Shift Keying Broadband Radio Access Network Base Station (Estación base maestra) Connection Admission Control Community Antenna TV (redes de televisión) Code Division Multiplex Code Division Multiple Access Comite de Coordination Europeen des Normes Electriques pour le Marche Commun (comité europeo de coordinación de estándares eléctricos por el mercado común) Comite Europeen de Normalization Electrotechnique (comité europeo de estandarización eléctrico) Carrier Frequency Systems Comite International Special des Perturbations Radio-electriques o international committee for radio interferences (comité internacional para interferencias de radio) Coded OFDM Prefijo Cíclico Customer Premise Equipment (Equipo en la Premisa del Cliente) Comisión del Mercado de Telecomunicaciones Cable Modem Termination System Cable Modem Comisión de Regulación de Telecomunicaciones Carrier Sense Multiple Access CSMA with Collision Avoidance CSMA with Collision Detection Coarse WDM XXIII.

(24) DAB DAMA DANE DECT DMT DL DOCSIS Downlink. DPCM DQDB DQRAP DS DS-CDMA DSL DSLAM DSSS DVB DWDM EFM EIB EM EMC EME EMS EMI EPG EPON ESCON ETSI FCC FDD FDDI FDMA FEC FFT FH FH-CDMA FHSS FICON FOM FSK FTP. Digital Audio Broadcasting Demand Assignment Multiple Access Departamento Administrativo Nacional de Estadística. Digital Enhanced Cordless Telecommunications Standard Multi Tono Discreto Download – Downlink (descarga) Data Over Cable System Interface Specification (Downstream) bajada - descarga (de la estación base a los suscriptores; flujo de datos que es recibido por un computador remoto) Differential Pulse Code Modulation Distributed Queue Dual Bus Distributed Queueing Random Access Protocol Direct Sequence (Secuencia directa) Direct Sequence CDMA Digital Subscriber Line Digital Subscriber Line Access Multiplexer Direct Sequence Spread Spectrum Digital Video Broadcast Dense WDM Ethernet 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 Interference Electronic Program Guide Ethernet Passive Optical Network Enterprise System Connection European Telecommunications Standards Institute (Instituto Europeo de Estándares de Telecomunicaciones) Federal Communications comision (Comisión Federal de las Comunicaciones) Frequency Division Duplex Fiber Distributed Data Interface Frequency Division Multiple Access Forward Error Correction Fast Fourier Transform Frequency Hopping (frecuencia de salto) Frequency Hopping CDMA Frequency Hopping Spread Spectrum Fiber Connectivity Fiber Optic Modem Frequency Shift Keying File Transfer Protocol XXIV.

(25) G GEO GMPCS GPRS GSM HDSL HF HFC HFR HTML ICI IEC IEEE IDFT IFFT IGAC ILEC IP IRD ISDN ISI ISMA ISMA/CA ISMA/CD ISM ISO ISP ITE LAN LEO LLC LMDS LOS M MAC MAI MAN MC MC-CDMA MC-DS-CDMA MCM MCSS MDMA MEO. Gateway Geoestacionario Global Mobile Personal Communications by Satellite General Packet Radio Service Global System for Mobile Communications High-speed Digital Subscriber Line High Frequency (alta frecuencia) Hybrid Fiber Coax Hybrid Fiber Radio Hyper Text Markup Language Inter-Channel Interference (Interferencia del Inter-transportador) International Electrotechnical Comisión (Comisión Electrotécnica Internacional) Institute of Electrical and Electronics Engineers Inverse Discrete Fourier Transform Inverse Fast Fourier Transform Instituto Geográfico Agustín Codazzi Incumbent Local Exchange Carrier (compañías telefónicas dominantes) Internet Protocol Integrated Receiver-Decoder Integrated Services Digital Network (RDSI) Inter-Symbol Interference Inhibit Sense Multiple Access ISMA with Collision Avoidance ISMA with Collision Detection Industrial, Scientific and Medical International Standardization Organization Internet Service Provider (Proveedor de Servicios de Internet) Information Terminal Equipment Local Area Network Low Earth Orbit Logical Link Control Local Multipoint Distribution Service Line of Sight Medidor de energía eléctrica Medium Access Control Multiple Access Interference Metropolitan Area Network (red de acceso metropolitana) Multi-Carrier (Multi-portador) Multi-Carrier CDMA Multi-Carrier DS-CDMA Multi-Carrier Modulation Multi-Carrier Spread-Spectrum Minimum-Delay Multi-Access Medium Earth Orbit XXV.

(26) MHP MFN MMDS M-PSK M-QAM MSS MT MT-CDMA NIU NSF NTU OFDM OFDMA ONU OSI PAM PBX PAN-SIM PAL PCBs PDH PDF PER PLC Powerline PN PNS PRMA PSD PSTN QAM QoS QPSK PTR P2P RCS RDSI RegTP RF Rms RSMI RSC RTC RTPBC (RTB). Multimedia Home Platform Multi Frequency Network Multichannel Multipoint Distribution Service M-ary Phase shift Keying M-ary Quadrature Amplitude Modulation Mobile Satellite Service Mobile Terminal (Terminal móvil) Multi-Tone CDMA Unidad de Interfaz de Red National Science Foundation Network Termination Unit (Unidad de Terminación de Red) Orthogonal Frequency Division Multiplexing OFDM Access Optical Network Unit Open Systems Interconnection Señal modulada simple Private Branch Exchange PLC Access Network Simulator Phase Alternation Line Printed Circuit Boards Plesiochronous Digital Hierarchy Probability Distribution Function Packet Error Ratio Power Line Communications PLC Pseudo-Noise Pseudo-Noise Sequence Packet Reservation Multiple Access Power Spectral Density (densidad espectral de energía) Public Switching Telecommunication Network, en español: RTPBC (RTB) Quadrature Amplitude Modulation Quality of Service (calidad en el servicio) Quadrature-Phase Shift Keying Punto de Terminación de Red Peer to Peer (redes conectadas punto a punto) Ripple Carrier Signaling Red Digital de Servicios Integrados Regulierungsbehorde fur Telekommunikation und Post (autoridad reguladora para las telecomunicaciones y las postales). Unidades de Radio Base o RBU Root mean square (valor (error- raíz) medio cuadrático) Received Security Module Interface Recursive Systematic Convolutional Red Telefónica Conmutada Red Telefónica Pública Básica Conmutada XXVI.

(27) RTT SC SCR SDH SDI SF SFN SHDSL SNI SNR SS SSI SSMA SSRG STM-1 SU TCL Tcp TCP TDD TDMA TH TH-CDMA UL UIT UMTS Uplink. UPS URL USB VDSL VLAN VoD VoIP WAN WDM WGN Wi-Fi WiMAX WLAN WLL WWW. Round-Trip Time Street Cabinet (Gabinete de la calle) Rectificadores Controlados de Silicio Synchronous Digital Hierarchy Serial Digital Interface Spreading Factor (factor de propagación) Single Frequency Network Symmetric High-speed Digital Subscriber Line Service Node Interface Signal to Noise Ratio Spread Spectrum Security System Interface Spread-spectrum Multiple Access Simple Shift Register Generator Synchronous Transport Module 1 Subscriber Unit (Unidad de Abonado) Transversal Conversion Loss Cyclic Prefix duration (Prefijo de duración cíclica) Transmission Control Protocol Time Division Duplex Time Division Multiple Access Time Hopping (tiempo de salto) Time Hopping CDMA Upload - Uplink (subida) Unión Internacional de Telecomunicaciones Universal Mobile Telecommunications System (Upstream) subida - envío (de los suscriptores a la estación base; flujo de datos que es enviado desde un computador local a otro remoto o al servidor) Uninterrupted Power Supply (Unidad de Energía Suplementaria) Uniform Resource Locator Universal Serial Bus Very high-speed Digital Subscriber Line Virtual LAN Video on Demand Voice over IP Wide Area Network (redes de área amplia) Wavelength Division Multiplexing White Gaussian Noise Wireless Fidelity Worldwide Interoperability for Microwave Access Wireless Local Area Networks (red de área local inalámbrica o simplemente red local inalámbrica) Wireless Local Loop World Wide Web. XXVII.

(28) 1. INTRODUCCIÓN. En la actualidad es indispensable interactuar con grandes cantidades de información, por lo que es inevitable contar con tecnologías de comunicación que brinden una buena cobertura y velocidad en transferencia de datos. PLC o “Power Line Communication” es la tecnología de banda ancha que utiliza las líneas eléctricas de media y baja tensión para proveer servicios de telecomunicaciones, llegando a los usuarios por medio de la instalación eléctrica existente en hogares, comercios e industria. PLC es una tecnología de vanguardia que da un servicio adicional, con valor agregado a las líneas de energía eléctrica, permitiendo que las conexiones existentes en los hogares, puedan ser aptas para utilizarse en la conexión a Internet por banda ancha, con una velocidad óptima. En este documento se presenta un estudio de factibilidad de una red de acceso a Internet, utilizando la tecnología PLC en zonas de preferente interés social (estratos 1 y 2), donde existe una carencia para la implementación de las tecnologías tradicionales de acceso a Internet, puesto que éstas, son brindadas por empresas privadas que no poseen una cobertura rentable para la prestación del servicio. Existe entonces una necesidad creciente de información y una de las fuentes principales es Internet, con todas las utilidades y posibilidades de servicios que en la red mundial se pueden encontrar; esto proveerá un motor de desarrollo competitivo en los diferentes lugares donde es indispensable la conectividad, para estar a la par con otras ciudades de Colombia y del mundo. La posibilidad de llevar la señal de voz, video y datos a través de la red eléctrica de media y baja tensión puede permitir el crecimiento de la red de telecomunicaciones, equipando a las personas con una herramienta que promueva el desarrollo en diferentes zonas del país, especialmente en escuelas y centros de salud rural, sitios que son apartados y desprotegidos donde no hay una viabilidad económica para una red tradicional de acceso a Internet, pero si una oportunidad social de servicio que beneficie colectivamente a una región remota. En esta tesis se desarrollan temas con herramientas reales de implementación de la tecnología PLC en nuestro medio, describiendo todos los conceptos e infraestructura concerniente a la arquitectura para una red de acceso PLC.. 1.

(29) 1.1 ANTECEDENTES Y JUSTIFICACIÓN. Con la liberación de las comunicaciones, se vienen desarrollando diferentes estándares, los cuales ofrecen muchos servicios, que necesitan un medio físico real para su funcionamiento (XDSL, HFC etc.). La evolución continua de la tecnología permite que cada equipo nuevo sea diseñado con mejores técnicas y cumpla las más estrictas exigencias de transmisión. En el desarrollo continuo de las comunicaciones, han encontrado que los sistemas de frecuencia portadora son considerablemente poderosos para la transmisión ya que estos están basados en una mezcla de señales telefónicas originales moduladas con varias frecuencias portadoras, de tal manera que puedan ser acomodadas una sobre otra en términos de frecuencia. El sistema de Frecuencia portadora más grande, puede transmitir más de diez mil conversaciones en forma simultánea a través de un par de cables coaxiales. Existen nuevos servicios en comunicaciones que requieren tecnologías innovadoras, las cuales demandan importantes inversiones para su infraestructura, por lo que la posibilidad de utilizar un cableado ya existente como la red eléctrica de baja tensión, se convierte en una buena opción para agentes del sector de energía y las telecomunicaciones. El hecho de emplear un cableado ya existente en la mayoría de edificios y hogares como el tendido eléctrico, reduce en gran medida el costo del sistema ya que no es necesaria una instalación exclusiva para dichos servicios. Sin embargo, este medio es poco conocido como canal de comunicaciones y solo se ha implementado con fuerza en países europeos, por lo cual se quiere dar a conocer no solo como medio de suministro de energía eléctrica, sino que además estas redes de energía, se empleen para trasmitir datos digitales a altas velocidades como Internet por banda ancha y otros servicios innovadores que beneficiarían nuestra región. Exponiendo la posibilidad de que las áreas de distribución e iluminación del programa de Ingeniería eléctrica de la Universidad Tecnológica de Pereira, adopten este proyecto como un nuevo criterio de diseño para que las edificaciones futuras, cuenten con una red eléctrica domiciliaria con un valor agregado, como es la utilización de estas redes, no solo para la transmisión del fluido eléctrico, sino también para la prestación del servicio de comunicaciones. Cuando se tiene una conexión de área local o metropolitana, se poseen grandes incertidumbres respecto a la velocidad de conexión, por lo que es importante identificar la velocidad real de transferencia de las tecnologías convencionales y la tecnología PLC; con estos resultados se puede dar un criterio de selección para utilizarla como alternativa para la prestación del servicio en redes de acceso de última milla. 2.

(30) Dentro del marco conceptual la velocidad o tasa de transferencia se enmarca en un valor fijo, por una empresa que específica datos de placa para elementos utilizados en interconexión de computadores, o por un proveedor de servicios de internet. Realmente un computador no viene diseñado para detectar el momento determinado 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 y mostrarla en la ventana: “estado de conexión de área local”, pero esa velocidad es sólo como lo dice su ventana, “de área local”, ya que puede ser o no la que proporciona el ISP, puesto que depende de varios factores como pueden ser, la ubicación, que tan alejado está del ISP, que tipo de red le proporciona conexión a esa área local, entre otros. Por este motivo es indispensable utilizar un programa que mida la velocidad máxima instantánea de la red completa, como lo es DU Meter. Es posible analizar una determinada red de distribución eléctrica, evaluando si es adecuada para la transmisión de señales PLC a partir de varios procedimientos, la mayoría de ellos necesitan equipos especiales y por supuesto experiencia en el manejo 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 las redes eléctricas de baja tensión y de baja calidad en sectores marginados de la población, 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 el sistema 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 de una red de comunicación de datos de bajo costo.. 3.

(31) • Dar a conocer la red eléctrica no solo como medio de suministro de energía eléctrica, sino también como un medio eficiente para la transmisión de datos digitales. • Comparar las ventajas como la velocidad de transmisión, infraestructura y demás aspectos de una red de comunicación PLC con otras tecnologías. • Seleccionar los elementos que se utilizarán para la implementación de la red PLC, dependiendo de las características técnicas, viabilidad e infraestructura con 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 datos empleando un prototipo de comunicación entre dos computadores, en el cual se utiliza como medio de acceso, la red de energía eléctrica de baja tensión en dos ambientes distintos. Se utilizaron diferentes elementos de laboratorio que fueron de gran utilidad para el desarrollo del trabajo, adquiriéndose experiencia en el manejo y manipulación de los equipos que permiten la transmisión de datos por un medio tan hostil para las telecomunicaciones como es la red eléctrica. El trabajo aporta los resultados en un análisis comparativo entre la transmisión de datos por diferentes redes y bajo diferentes condiciones de operación de los elementos de transmisión, tales como: diferencia entre el calibre de los conductores de energía, presencia de distintas cargas, efectos por el cambio de ambiente 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 de alimentación de los dispositivos, etcétera; así mismo, se analizan debilidades y fortalezas de la tecnología PLC. Este trabajo hizo parte de las investigaciones que en el área de comunicaciones por la red de energía eléctrica realiza el Grupo de Telecomunicaciones y Multimedia (GTM), de la Universidad Tecnológica de Pereira. Adicionalmente, éste fue el primer proyecto en el programa de Ingeniería Eléctrica de la universidad, en considerar el tema de la transmisión de datos por la red de energía eléctrica para banda ancha y sería muy interesante que se considere posteriormente para banda estrecha.. 1.4 ESTRUCTURA DEL CONTENIDO. Este documento está organizado tal como se presenta a continuación: 4.

(32) En el capitulo dos, se presenta un análisis económico de la región, basado en los resultados del Dane en la gran encuesta integrada en los hogares para junio de 2007, además se muestra la evolución de la ciudad frente a los diferentes proyectos que se desarrollan impactando financieramente al sector. En el capítulo tres, se muestran varios criterios que han tenido las Empresas de Energía e instituciones como Plantación Municipal, en el diseño de las redes eléctricas de Pereira, mencionando la cobertura que posee con calidad en el servicio, también se analizan las tendencias del sector de energía basados en el análisis económico. En el capítulo cuatro, se expone el impacto social de la tecnología PLC referente a la cobertura y conectividad en sectores marginales de la ciudad, mostrando una viabilidad 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 los medios 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 desde aplicaciones en bajas frecuencias a altas frecuencias, para establecerse como alternativa en redes de comunicación, proporcionando la arquitectura de la red de acceso 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 PLC para la transmisión de datos, proporcionando la topología, el ruido y la perturbación. En el capitulo ocho, se define las técnicas de modulación utilizados para la transmisión de señales con los equipos PLC. En el capitulo nueve, se muestran los resultados obtenidos de las pruebas realizadas, presentando el procedimiento utilizado, además se muestran los resultados obtenidos con las mediciones del osciloscopio. Finalmente, se presentan las conclusiones, recomendaciones y trabajo futuro resultante de este proyecto.. 5.

(33) 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 vital importancia para la planeación económica y para la elaboración, ejecución y seguimiento de proyectos de desarrollo. En el presente año el DANE dio los resultados de la Gran Encuesta Integrada de Hogares, correspondiente a junio de 2007. Según la entidad1, la tasa de desocupación a nivel nacional en el mes de junio fue de 11,1%, mientras que en las 13 principales áreas metropolitanas llegó a ser de un 11,7%, un ligero retroceso frente al pasado reciente. Tales cifras están contenidas en un documento de 55 páginas que lleva el título de Boletín de Prensa y en el cual los datos se muestran en forma trimestral, anual y con un énfasis especial en los jefes de hogar. De tal manera, al tiempo que la economía creció 8 % en el primer trimestre del año y que la inversión y gasto es evidente entre empresarios y consumidores, el DANE sostiene que el número de personas trabajando en Colombia es inferior al de hace un 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, la cifra de afiliados a las cajas de compensación pasó de 4,85 a 4,95 millones en el primer trimestre del año, mientras que la de inscritos a pensiones subió de 5,9 a 6 millones en el mismo período. Dicho de otra manera, todo hace pensar que el empleo formal está aumentando, pero eso no lo reflejan las estadísticas gubernamentales. Ante semejante disparidad los argumentos incluyen hipótesis ilógicas. Una de ellas es que los colombianos dejaron de trabajar porque las cosas ahora están mejor 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 el acumulado enero-mayo está aumentando a un ritmo anual superior al 14 % y que el empleo del sector ha subido en más del 4 %. En contraste, el DANE sostiene que los puestos de trabajo en la industria manufacturera disminuyeron 2 % hasta junio 2007.. 1. DANE, Resultados de la Gran Encuesta Integrada de Hogares, junio de 2007.. 6.

(34) A raíz de esas y otras diferencias, en el seno del Gobierno ha surgido un intenso debate que tiene que ver con los cambios metodológicos a la encuesta de hogares y a la manera de recolectar la información. De tal manera, hay técnicos que afirman que si las cifras actuales son correctas, no es posible compararlas con las de hace un año. Pero también dicen que es posible que el cambio en la formulación de algunas preguntas, sirva para entender el por qué de los saltos registrados. Para tener datos mucho más confiables, sólidos y realistas se toman los que utilizan las Naciones Unidas y en este aspecto el Banco Mundial con estudios mucho más serios y que no dependen de diferentes intereses locales. Los resultados2 para el segundo trimestre del año 2007, el nivel de pobreza tiene un valor no despreciable del 67%, con una tasa de desempleo del 18%, el ingreso per cápita de 2000 dólares al año, un PIB real de 3% y una inversión social de menos de 2% del presupuesto nacional. El municipio de Pereira cuenta con una población proyectada de 499.771 habitantes para el 20073, es decir, el 50% de la población del departamento de Risaralda. Del total de la población de Pereira, el 84% esta ubicada en zonas urbanas y el 16% en las rurales. La población por género muestra que el 51% son mujeres 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 centro occidente del país, situación favorable desde el punto de vista vial ya que se conecta fácilmente con las tres ciudades y centros económicos más grandes del país2 y con los departamentos vecinos del Eje Cafetero. Además está ubicado en el centro del triángulo de las tres capitales más importantes de Colombia. El municipio ha tenido grandes progresos en la infraestructura física urbana en los últimos años, posiblemente acordes con su población, lo cual le ha permitido entre otras cosas la expansión y concentración de servicios tanto públicos como privados, pero sin embargo este desarrollo físico ha favorecido el crecimiento poblacional que hoy genera altas demandas de servicios públicos. La ciudad tradicionalmente ha tenido mejores niveles de vida que el promedio nacional, en un principio por la expansión de la economía cafetera y su impacto positivo en el nivel de ingreso y posteriormente por el crecimiento de sus construcciones, servicios, industrias y un comercio acelerado a causa de la demanda local de otros municipios y departamentos vecinos. Sin embargo, últimamente la situación ha cambiado, generando vulnerabilidades que se ven con mayor impacto cuando se analizan los índices de desarrollo humano. Estos son muy bajos para la ciudad de Pereira, impactando negativamente los indicadores 2 3. Fondo Monetario Internacional. DANE, para el municipio de Pereira Junio de 2006.. 7.

(35) económicos, ocasionando pérdida de los valores, generando desconfianza institucional de todo orden, inseguridad laboral, económica y física, situaciones que 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. Concepto % población en edad de trabajar TGP TO TD T.D. Abierto T.D. Oculto Tasa de subempleo subjetivo Insuficiencia de horas Empleo inadecuado por competencias Empleo inadecuado por ingresos Tasa de subempleo objetivo Insuficiencia de horas Empleo inadecuado por competencias Empleo inadecuado por ingresos Población en edad de trabajar. Dic - Feb 77,2 57,1 49,8 12,7 11,5 1,2 34,0 10,8 16,9 30,1 8,5 3,3 4,4 7,0. Ene – Mar 77,2 56,9 49,6 12,8 11,7 1,1 33,2 10,3 16,7 29,4 8,8 3,3 4,6 7,3. 2007 Feb - Abr 77,2 57,5 50,7 11,9 10,8 1,1 34,3 10,7 17,0 30,4 9,1 3,4 4,8 7,7. Mar- May 77,2 57,2 50,6 11,5 10,4 1,1 34,6 10,7 17,7 30,7 9,1 3,4 5,0 7,8. Abr - Jun 77,3 57,5 51,1 11,1 10,1 1,1 35,0 10,6 18,0 31,1 9,2 3,4 5,1 7,8. 35.238. 35.297. 35.356. 35.412. 35.467. En los últimos doce años la economía de Pereira ha crecido en un promedio anual de 3.7%, porcentaje bajo en un país en vías de desarrollo y para una ciudad intermedia. La composición por grandes sectores de la economía muestra que el sector primario genera el 4.8% del PIB, el secundario 25.8%, mientras el terciario genera 69.4% (2004). Por supuesto la economía terciaria gana participación, 3.2 puntos porcentuales en el 2004 con respecto a 1990, a costas del menor dinamismo en los sectores reales de la economía primario/secundario los cuales están expuestos a una mayor competencia en el mercado internacional. Por sectores económicos durante el período 1990 al 2004 el de mayor crecimiento fue la construcción (vivienda y obras civiles) 10.5%, seguido por los servicios de energía, acueducto, aseo y gas 8.2%, transporte y comunicaciones 5.3%, otros servicios privados (educación, salud, asesorías etc.) 5%, comercio, restaurante y hoteles 3.7%, industria manufacturera 3.6% y del agropecuario un escaso 0.3%. Según un reciente informe del Banco Mundial, la desigualdad es responsable del aumento de la pobreza, en una cifra cercana a un 9%. Hoy el 64% de los colombianos vive en situación de pobreza. De estos hay 9,6 millones de personas. 8.

(36) indigentes que carecen de ingresos suficientes para cubrir sus necesidades más elementales. En Risaralda los sectores reales de la economía como la agricultura y la industria manufacturera, vienen perdiendo participación en la estructura económica del Departamento. EI 75% de la población tiene ingresos inferiores a dos salarios mínimos, con una pobreza cercana al 61% de su población. EI departamento presenta una tasa de desempleo del 16,2% y los niveles subempleo alcanzan el 36 %, superior al promedio nacional, lo cual indica que condiciones laborales son más precarias. En Pereira, son altos los índices desnutrición de niños y mujeres; igualmente son elevadas las deficiencias cobertura y calidad de la educación y salud.. de las de en. EI desplazamiento de personas hacia la capital del departamento, producto de la crisis 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 de homicidios en Pereira fue de 93.9 por cada 100.000 habitantes (2004), superior al promedio nacional. Consecuente a estos factores, se ha generado un flujo importante de personas desde otras regiones del país hacia nuestro territorio, al igual que se ha venido dando un éxodo masivo de población económicamente activa del departamento en búsqueda de mejores oportunidades laborales y sociales en el exterior. Por ello, es conveniente trabajar sobre un modelo que plantee volver sobre la racionalidad económica y el control sectorizado del mercado en contravía del resabio ideológico de la superioridad de la "mano invisible" y de la "iniciativa individual". Aquí el factor verdaderamente crítico está en el esfuerzo propio del productor, en su inversión productiva, la calidad del producto, su flexibilidad en los niveles de producción, la utilización de los recursos de manera eficiente, el progreso de la ciencia y la tecnología, aplicado en estrecha comunión con el Estado que puede y debe apoyarlo en el marco de una política de autosostenibilidad. Además, el Estado debe encontrar el modo de minimizar los efectos de choque sobre los sectores más vulnerables de la población, no sólo por motivos elementales de justicia social, sino como una estrategia para reactivar la demanda e impulsar el crecimiento económico. En este sentido el Estado debe robustecer sus finanzas, evitando el gasto ineficiente y mejorando sus ingresos fiscales.. 9.

(37) 3. REDES ELÉCTRICAS EN PEREIRA. 3.1 ANÁLISIS DEL SECTOR. Pereira, es una ciudad que en los últimos años ha tenido un cambio brusco y relevante en su desarrollo, debido a los diferentes proyectos que se están ejecutando, incluyendo los que ya se han establecido en nuestra ciudad (centros comerciales), como la entrada del Megabús, sistema masivo de transporte que ha modificado gran parte de la infraestructura de la ciudad y que además por las características geográficas se encuentra privilegiada, es decir, se encuentra al paso entre las grandes ciudades del país y el desarrollo de la ciudad se ve influenciado por esta misma condición. Para el análisis de una red eléctrica que cubra las necesidades de todos los subscriptores, se debe tener en cuenta ciertos aspectos, en primera instancia la demanda actual del sistema; con este fin se consultan diversas fuentes, tal como el 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 y Energía. De todos estos estamentos, se logran obtener planos de la ciudad, demandas pico y promedio de cada sector; estratos sociales planificados, redes eléctricas existentes, especificaciones de transformadores con precios según tamaño, calidad y potencia. Sin embargo, también se puede hacer un recorrido por la ciudad para verificar los datos.. 3.2 COBERTURA. La energía eléctrica, es un servicio básico con el que cuentan más del 90% de la población mundial; en Colombia la cobertura del servicio de energía eléctrica es mayor a ese 90% respecto al número de habitantes, en particular esta cifra está en un 93%. El servicio de energía eléctrica se presta mediante una infraestructura que tanto en Colombia como en cualquier parte del mundo tiene una cobertura muy amplia, llegando a toda clase de poblaciones, ciudades, pueblos y en gran parte de las zonas rurales se presta el servicio de energía eléctrica, es por esta razón que las redes de energía eléctrica, poseen características de cobertura que los medios tradicionales no poseen para el acceso a Internet, aparece como una gran alternativa para prestar el servicio de Internet. Para la ciudad de Pereira, la empresa de energía hace estudios de demanda actual, se procede después a calcular de manera muy aproximada, la cantidad de 10.

(38) energía que consume cada usuario; para ello se usa la observación directa, pero por la laboriosidad del trabajo, se debe recurrir a otras fuentes gubernamentales y no gubernamentales, para poder conseguir datos más detallados del comportamiento actual del consumo pereirano.. Tabla 2.2 Consumo de energía eléctrica y gas natural (Manizales, Armenia y Pereira) I semestre 2005 – I semestre 2006*. Período. Consumo de: Energía Eléctrica (1). Gas natural (2). Total Eje Cafetero I Semestre 2005. 398.009. 23.896. I Semestre 2006. 407.424. 27.005. 2,4. 13,0. Var. % 06/05. Manizales I Semestre 2005. 147.250. 17.600. I Semestre 2006. 147.628. 20.074. 0,3. 14,1. Var. % 06/05. Armenia I Semestre 2005. 85.660. (…). I Semestre 2006. 90.979. (…). 6,2. (…). Var. % 06/05. Pereira I Semestre 2005. 165.099. 6.296. I Semestre 2006. 168.817. 6.931. 2,3. 10,1. Var. % 06/05. * Fuente: Empresas de energía eléctrica y gas natural. 1: Corresponde a miles de Kw/h y 2: Corresponde a miles de m3.. Para el planeamiento de los elementos básicos de una red eléctrica se deben tener en cuenta: alimentadores primarios, cargabilidad, longitud, diámetro y ruta, en lo posible se debe mantener la uniformidad de las cargas que alimenta. Se intenta que cada alimentador, surta de energía a un solo estrato económico, cuestión bastante difícil por la irregularidad de la distribución de la población a lo largo de todo el territorio. Una vez se cuenta con las demandas por usuario, el número de usuarios por manzana y el factor de diversidad (que para la ciudad se toma como 1,1), se empiezan a tender las líneas primarias. Éstas, teóricamente se pueden cargar con algo más que 8 MW si el calibre del conductor es 4/0, sin embargo, las mismas en realidad se cargan con la mitad y en algunos casos muy especiales, con algo más; existen dos razones para ello, la regulación y el crecimiento de la demanda.. 11.

(39) 3.3 CALIDAD. Este parámetro depende directamente de la demanda y se pone en consideración al momento de tender la red eléctrica. Pereira como toda ciudad, no es estática, se encuentra en un progresivo crecimiento por razones económicas y políticas, como se ha visto que en los últimos años. Se supone que el crecimiento de la ciudad es constante y en base a los conocimientos empíricos que se tienen, se trazaron rutas de crecimiento en los barrios, encontrándose que la ciudad tiende a aumentar hacia el occidente, aunque esto no es favorable para suministrar el servicio de energía, es obligación de las empresas de energía proveer de energía eléctrica 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 éstas puedan alimentar sin ningún problema cargas futuras, ya sean usuarios o empresas que requieran un suministro adicional o implanten nuevas localidades. Aunque la capacidad de la línea es poco más de ocho megavatios, se decide como se comentó anteriormente, dejarlas a poco más del 50% de su capacidad nominal. El crecimiento de la ciudad se puede dar en varios aspectos, como son los económicos, políticos, culturales, etcétera, que sumados, cambian las condiciones de vida de sus habitantes. Los parámetros de interés para analizar, son aquellos que 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. Este comportamiento no es enteramente lineal sino de tipo exponencial; aunque es cierto que la tasa de crecimiento por persona es menor que hace algunos años, la cantidad de habitantes en la actualidad, tiende a seguir aumentando los usuarios de los servicios públicos. Con todos estos indicativos, se observa que la calidad de vida en Colombia se está perdiendo, esto traducido en otras palabras, el potencial energético consumido tiende a subir desde el punto de vista general, pero la potencia consumida por habitante tiende a disminuir, por la situación social y la crisis que actualmente vive la nación. Asociado a este crecimiento natural de los habitantes, está el crecimiento en un pequeño número de consumidores, que a pesar de las difíciles situaciones que se afrontan, logran aumentar su nivel de vida o por lo menos mantenerlo, esta es otra variable que debe estimarse en el momento del tendido de una línea y la cantidad de carga que se le colocará a la misma. Considerados estos factores, se decide ahora recopilar datos históricos del comportamiento en consumo de electricidad por parte de la comunidad. Para este 12.

(40) cometido, se buscan fuentes gubernamentales y no gubernamentales y se llega a la conclusión, de que los mejores datos históricos los posee la Empresa de Energía de Pereira, la cual lleva analizando estos datos durante años. Para la proyección de la demanda, se emplean los registros de siete años atrás y se concluye que el mejor modelo es uno exponencial; sin embargo, según información encontrada, esta curva tiende a linealizarse por debajo de la exponencial, precisamente por la difícil situación que Colombia está afrontando y que se ha visto agudizada durante los dos últimos periodos presidenciales. Para el diseño de las líneas y redes de distribución para Pereira, como anteriormente fue expuesto, se toman datos históricos de la ciudad. Con este fin se contactó a la empresa de energía de Pereira, quienes amablemente facilitaron las 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 una pequeña investigación por Internet acerca de cómo los colombianos emplean la energía que consumen, entendiendo por energía toda fuente que pueda proveerla, es decir, en este campo entran los combustibles fósiles, el carbón, la madera y por supuesto, el mayor interés es la energía eléctrica. Todos estos datos en conjunto brindarán las herramientas para la toma de decisiones acerca de cuales circuitos necesitarán 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, ya que en las proyecciones, no se prevé un aumento sustancial de estos. De igual forma 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 la demanda de energía y conociendo el crecimiento de cada uno de ellos, el cual es por cierto diferente, permitirá hacer predicciones un poco más realistas de toda la red, 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.. 13.

(41) 4. IMPACTO SOCIAL DE LA TECNOLOGÍA PLC EN NUESTRO MEDIO. Las comunicaciones por medio de líneas eléctricas surgen de la inquietud de combinar las novedosas Tecnologías de Información (TI), con la infraestructura mediante la cual se presta el servicio básico de energía eléctrica y de la necesidad de encontrar herramientas mediante las cuales se puedan masificar los servicios de Telecomunicaciones y al mismo tiempo reducir los costos para la prestación de dichos servicios. PLC (Power Line Communications) se refiere al concepto de transmitir información y servicios de telecomunicaciones utilizando las líneas eléctricas (el cableado eléctrico existente) como un medio de comunicación. Las comunicaciones mediante líneas eléctricas (PLC) son un área de investigación que se ha estudiado por muchos años, aunque nunca ha llegado a ser la corriente principal de las actividades de investigación en comunicaciones. Los sistemas comerciales que se han conseguido han sido difíciles de implementar y de una capacidad relativamente simple. Las investigaciones recientes se han enfocado en resolver muchos de los problemas que enfrentan las comunicaciones por la red de energía al usar las últimas tecnologías de comunicaciones, con nuevos dispositivos de gran velocidad, que llegan al mercado. Las comunicaciones mediante líneas de potencia dan la posibilidad a las líneas de potencia (Infraestructura eléctrica) de convertirse en un componente básico para la construcción de la sociedad de la información y para la nueva economía por dos razones diferentes: • Las líneas de energía como medio de transmisión del servicio de energía eléctrica: la función principal de las líneas eléctricas es proveer electricidad, esto es evidente, pero vale la pena señalar que casi todos los equipos y demás tecnologías de la sociedad de la información dependen económicamente de la fiabilidad en el suministro de electricidad, el suministro eficaz de energía es una condición esencial para la sociedad de la información. • Las líneas de energía como portadoras de información: la última década ha traído consigo invenciones tecnológicas y avances que permiten el uso de las líneas de energía eléctrica como un medio de transmisión de datos y portador de información, estos avances han llegado a un punto en el cual las mismas se han convertido en un medio para la prestación de servicios de telecomunicaciones, este hecho le da un lugar dentro de la infraestructura de telecomunicaciones en la sociedad, entrando a formar parte de un grupo de medios de telecomunicación como son la fibra óptica, el cable coaxial de TV, los medios inalámbricos, el satelital, entre otros. 14.