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Voz y Datos a través de la Red Eléctrica
24-Mayo-2005
Irazú Muñiz
El pasado miércoles 2 de febrero del año en curso se anunció en México la presentación de los avances de un proyecto piloto realizado por la Comisión Federal de Electricidad (CFE) para transmitir voz y datos a través de la red de suministro eléctrico.
El proyecto "Power Line Communication" (PLC) o Comunicación por la Línea Eléctrica, es un sistema que utiliza la red de suministro eléctrico para conectar a los usuarios y ofrecerles el servicio de telefonía pública y acceso a Internet de banda ancha. La primera llamada telefónica se realizó desde una escuela primaria del Estado de México para comunicarse con la Ciudad de México. Sin embargo, en 2003 la CFE en colaboración con el Instituto Politécnico Nacional y Grupo IUSA, desarrollaron una prueba piloto en Jocotitlán y Morelia, en donde se ofrece el servicio de acceso a Internet a 80 y 700 casas, respectivamente.
Se pretende que este proyecto aporte importantes beneficios a Centros del Conocimiento, Plazas Comunitarias y comunidades indígenas y rurales del país. Asimismo, otra aplicación estará orientada al sector salud a través de la telemedicina para proporcionar atención médica a pacientes del país desde institutos nacionales de especialidades médicas instalados en la Ciudad de México.
Una de las razones por las cuales esta tecnología ha cobrado especial relevancia es el uso de la infraestructura más extensa que se ha creado en todos los países del mundo: la red de suministro eléctrico. A diferencia de otras con gran extensión y cobertura, la red de suministro eléctrico se caracteriza por su ubicuidad, dado que llega a casi todos los rincones de los países, aun en regiones en donde no se cuenta con líneas telefónicas y mucho menos con acceso a Internet.
Partiendo de su ubicuidad como su mejor carta de presentación, la red de suministro eléctrico se convirtió, desde hace ya algunos años, en una gran oportunidad de negocio para los diseñadores de tecnología y para que los gobiernos llevaran las comunicaciones a zonas geográficamente inaccesibles, sin necesidad de invertir en infraestructura extra.
Originalmente, ni la línea telefónica ni la eléctrica fueron diseñadas como canales de transporte de datos. Sin embargo, con ayuda de la tecnología xDSL (Digital Subscriber Loop o Bucle Digital de Suscriptor) la línea telefónica se convirtió en un canal de transmisión de datos de alta velocidad para ofrecer el acceso residencial y empresarial a Internet. Lo mismo se planeaba para la línea eléctrica y fue así como la tecnología también pudo conferirle esta nueva habilidad para convertirla en canal de comunicaciones [Figura 1].
Figura 1 Acceso a Internet vía líneas de suministro eléctrico.
PLC es una tecnología que permite ofrecer el servicio de telefonía IP y de datos de banda ancha a través de la red de suministro eléctrico. Y como sucede en todas las tecnologías de acceso, la fortaleza de la red eléctrica reside en la última milla, que permite llegar al usuario final.
LA RED ELÉCTRICA
La generación de energía eléctrica se realiza en centrales hidroeléctricas, termoeléctricas, eólicas y nucleares del país, algunas de ellas se muestran en la Figura 2.
Figura 2 Centrales de generación eléctrica: Hidroeléctrica de Chicoasén, Chiapas. Carboeléctrica Petacalco, Guerreo. Eoeléctrica La Venta, Oaxaca. Fuente: CFE
La CFE conduce la electricidad desde las plantas de generación hasta los consumidores finales, a través de 676,439 km. de redes de transmisión y distribución, integradas por líneas de conducción de alta, media y baja tensión. En ciertas regiones del país se encuentran subestaciones eléctricas que cambian los parámetros de la electricidad de alta tensión (voltaje y corriente) para facilitar su transmisión y distribución hacia distintas poblaciones. Este voltaje medio (15 y 20 kV) se distribuye hacia regiones o comunidades en donde se colocan transformadores que hacen aún otra conversión para entregar voltaje de 120 V a una magnitud de corriente eléctrica suficiente para abastecer el consumo promedio de la zona. Cada transformador distribuye energía eléctrica en redes con topología de estrella y sirve entre 200 y 600 clientes en promedio [Figura 3].
Figura 3 Red de transporte, distribución y conversión de electricidad. Fuente: CFE
La línea eléctrica proveniente del transformador más cercano, llega hasta el domicilio del usuario y alimenta algunas decenas de contactos eléctricos desde donde se obtiene la energía necesaria para utilizar equipo eléctrico y electrónico.
Con la tecnología PLC, cada contacto eléctrico se convierte en un auténtico puerto de datos para establecer conexiones exteriores o crear redes locales en ambientes cerrados [Figura 4]. La tecnología opera en el cableado de bajo voltaje (120 V) en donde la energía eléctrica llega a los usuarios en forma de corriente alterna de baja frecuencia (50 a 60 Hz), mientras que la banda disponible de alta frecuencia (1.6 - 30 MHz) se utiliza para transportar datos, voz y video.
Figura 4 Cada contacto eléctrico se convierte en un puerto de datos con PLC
Para implantar este servicio se requiere un módem especial PLC por cada conexión particular [Figura 5]. El usuario puede establecer conexiones a Internet conectando módems desde cualquier contacto de la red eléctrica. En esencia, este dispositivo realiza la misma función que un módem telefónico o de cable: modula la señal digital en una portadora analógica para transmitir la información a través de la red eléctrica. En el sentido inverso hace la demodulación de la portadora para convertirla en una señal digital que pueda ser manipulada por la computadora.
Figura 5 Modem y repetidor PLC
La administración de éste y otros módems (hasta 256 en total) la realiza un equipo denominado "repetidor" [Figura 5] que se coloca en el espacio donde se concentren los medidores (contadores) de consumo eléctrico del edificio o zona habitacional. El repetidor a su vez, se conecta con otro módem próximo al transformador de la compañía de electricidad, que recibe las transmisiones provenientes de los usuarios y administra el servicio de entre 300 y 500 viviendas. Algunos módems tendrán únicamente acceso a Internet mientras que otros podrán contar con funcionalidades para manejar telefonía IP. La arquitectura de la tecnología PLC sobre la red de suministro eléctrico, se muestra a detalle en la Figura 6.
Figura 6 Arquitectura PLC
Los datos modulados se inyectan en la red en frecuencias disponibles del cable denominados "bandas de memoria". En tramos exteriores se ocupa el rango entre 3-12 MHz, mientras que para conexiones interiores se utiliza el rango entre 13-38 MHz.
Cada proveedor de tecnología utiliza métodos particulares para optimizar la transmisión de datos sobre la red eléctrica para conseguir máximas capacidades con el mínimo consumo de ancho de banda. Lo anterior se logra con técnicas de modulación muy robustas y la correcta asignación de frecuencias para evitar la interferencia externa.
PLC emplea codificación OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) que le confiere mayor inmunidad a las interferencias, nivel de rendimiento y eficiencia espectral. Esta técnica de modulación digital es similar a FDM (Frequency Division Multiplexing) y su operación básica consiste en distribuir los datos entre un gran número de portadoras situadas a determinadas frecuencias. Esta distribución depende de cada diseñador tecnológico; DS2 es uno de ellos y utiliza 1280 portadoras (768 en el enlace ascendente y 512 en el retorno) con 0, 2, 4, 6, u 8 bits de información por portadora. El espaciamiento entre portadoras confiere "ortogonalidad" para evitar que las frecuencias se traslapen; por ello se logra mayor eficiencia espectral y menor distorsión. La Tabla 1 muestra algunas alternativas de configuración para la transmisión ascendente y descendente en la red eléctrica.
| Enlaces |
Desde (MHz) |
Hasta (MHz) |
| L1 |
Ascendente |
2,460 |
4,960 |
| Descendente |
7,925 |
11,725 |
| L2 |
Ascendente |
13,800 |
16,300 |
| Descendente |
19,000 |
22,800 |
| L3 |
Ascendente |
26,700 |
29,200 |
| Descendente |
34,200 |
38,000 |
| L4 |
Ascendente |
8,575 |
11,075 |
| Descendente |
2,460 |
6,260 |
Tabla 1 Ejemplo de distribución de frecuencias para los enlaces ascendentes y descendentes en PLC.
Como sucede con todas las innovaciones tecnológicas, PLC también enfrenta inconvenientes que deterioran su desempeño y limitan su implantación. El primer y más conocido de ellos está vinculado con las instalaciones eléctricas en mal estado. Cuando una línea eléctrica está llena de empalmes, no está debidamente aislada, se ha humedecido por la entrada de agua en los ductos eléctricos, el sistema está mal aterrizado o tal vez ni siquiera cuenta con aterrizaje, el cable es viejo y por ello se han deteriorado sus características físicas y eléctricas, resulta muy complicado que la señal viaje confiablemente hacia todos los conectores de la casa.
Un reto importante para que PLC funcione de manera óptima consiste en analizar el cableado eléctrico para eliminar o aislar los problemas, además de aislar el cable para poder transportar datos y evitar que éstos actúen como antenas que emiten señales y generen interferencia con otros sistemas de comunicación.
Análogamente con la tecnología xDSL, PLC también tiene limitantes en cuanto a distancia. La transmisión óptima se logra a distancias menores a 100 metros entre el sitio del suscriptor y el modem localizado en el transformador más cercano. A mayor distancia deberá instalarse un repetidor para regenerar la señal o un módem intermedio que realice esta misma función. Lo importante es eliminar al máximo el ruido en las transmisiones para evitar el deterioro en las transferencias de archivos.
Por lo demás, PLC parece indicar que es una tecnología muy estable con una gran capacidad compartida de hasta 4.5 Mbps. Este parámetro depende de la tecnología empleada. Asimismo, presenta una velocidad sostenida en momentos de mayor tráfico, superior a la que presenta la tecnología xDSL de las líneas telefónicas.
Debido a que esta tecnología aún se encuentra en etapa de experimentación y las implantaciones hechas en el mundo se establecen a manera de prueba, no se ha aplicado un proceso de estandarización para el diseño del equipo; actualmente la mayoría son soluciones propietarias. Tampoco se han emitido regulaciones en términos legales para su operación e implantación, no se ha fijado el papel que jugarán las compañías de electricidad en todo este negocio, como redes de transporte o comercializadoras directas del servicio; pero sobre todo, aún no se cuenta con información suficiente para regular las emisiones electromagnéticas que puedan afectar la salud.
Actualmente, España es uno de los países que está a la vanguardia de esta tecnología. No sólo ha comenzado con la implantación y experimentación de PLC, sino que además la empresa española DS2 se ha posicionado como la productora de chipsets para módems PLC. La empresa Ascom de origen suizo y Main.Net de origen israelí, producen concentradores y repetidores para la infraestructura PLC.
Iberdrola y Tecnocom, también empresas españolas, son las que encabezan proyectos relacionados con esta tecnología. La primera ha anunciado que buscará la oportunidad de llegar 3.2 millones de viviendas en España que no cuentan con línea telefónica. Mientras que Tecnocom junto con el grupo industrial mexicano IUSA, han desarrollado un proyecto conjunto para implantar en México la tecnología PLC a una velocidad de 200 megabits por segundo. La CFE ha designado a la ciudad de Morelia para realizar un estudio de 2 años antes de comercializar este servicio a nivel nacional.
Según informes de la CFE, el 96% de los hogares mexicanos están conectados a la red de suministro eléctrico del país y con ellos, automáticamente se convierten en clientes potenciales para obtener el acceso a Internet y en un futuro la telefonía IP, sin necesidad de invertir en infraestructura de comunicaciones y eliminando los costos que representa la conexión telefónica, de cable u otros medios, en diversas regiones del país. El sistema empleado en España indica que este servicio es 30% más barato que otras conexiones a Internet.
La introducción en el mercado de la tecnología PLC no sólo resulta novedoso en cuanto a las formas disponibles de ofrecer al usuario el servicio de conexión a Internet (acceso telefónico, inalámbrico, satelital, por cable y ahora eléctrico), sino que provocará una alteración en las estrategias competitivas actuales entre las compañías de telecomunicaciones del país, incluyendo por supuesto, a los operadores de cable.
Diversos analistas aseguran que la tecnología PLC entrará al mercado de telecomunicaciones hasta en dos años porque aún necesita madurar en cuestiones tecnológicas y esperar a que la regulación le confiera mayor certeza para su implantación. No obstante, es sabido que hasta ese entonces el 70% del mercado residencial y empresarial será atendido por tecnologías existentes y a partir de su introducción, las nuevas tecnologías tardarán uno o dos años en ganar la aceptación del mercado y de los clientes cautivos.
Los operadores de cable deberán observar muy de cerca la interferencia que resulta por la cercanía paralela entre el cable coaxial y las líneas eléctricas con tecnología PLC, tanto en segmentos aéreos como subterráneos. Asimismo, considerar que mientras el sistema de cable tarde más tiempo en implantar su servicio de acceso a Internet, le resultará más difícil lograr la aceptación del cliente cada vez más asediado por una amplia gama de alternativas tecnológicas de acceso. Sobre todo porque se espera que no sólo la siguiente generación de PLC, sino de otras tecnologías de acceso, logren altas tasas de transmisión que en un futuro cercano les permita incursionar de lleno al mercado de la televisión por cable.
El CINIT dará seguimiento al progreso del proyecto PLC para mantener al tanto a los operadores de cable sobre esta y otras tecnologías que pudieran competir directamente con la industria. |
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