Universidad Nacional Autónoma de México
Dirección General de Servicios de Cómputo Académico
Año 7 Núm. 74, Publicación Mensual, 27 de Noviembre de 2008

ARTÍCULOS

 

Año 4, Número 37, Marzo de 2005

PLC: no más cables

José Fabián Romo Zamudio

 

Cuando un usuario instala en su casa u oficina su nueva computadora, en principio se enfrenta a la multitud de cables que le acompañan: potencia, teléfono-módem, para el teclado, ratón e impresora y el de la red. No obstante, recientemente hemos sido testigos de una presencia cada vez mayor de las redes inalámbricas, salvando a los asiduos usuarios del cómputo al menos de un cable extra, aunque ésta no es la única tecnología que reduce la cantidad de conductores de cobre asociados a un equipo.

Las Comunicaciones por Línea de Potencia (PLC, por sus siglas en inglés) aprovechan el cableado eléctrico existente como un medio para el intercambio de información digital. También las redes convencionales de datos, como Ethernet, usan energía eléctrica para el tránsito de la información, pero las líneas eléctricas comunes, de 127 voltios y 50 a 60 Hz son uno de los ambientes más contaminados, eléctricamente hablando, y con más alto índice de atenuación o pérdida de señal, por lo que el uso del cableado eléctrico para establecer redes locales o amplias de datos ha implicado años de investigación y desarrollo.

Generación de electricidad y voltajes

La energía eléctrica consumida en computadoras, licuadoras y televisiones se genera, casi siempre, desde puntos distantes al sitio del usuario final: presas con plantas hidroeléctricas que aprovechan la gravedad y considerables volúmenes de agua, termoeléctricas que usan combustible para la activación de turbinas, grandes generadores movidos por el viento al contacto con las aspas de las centrales de energía eólica, fisión del uranio enriquecido que calienta agua para hacer girar los generadores de las plantas nucleares. De cualquiera de esos sitios se envía la electricidad hasta las fábricas, universidades, edificios y casas mediante conductores o cables de cobre.

En el trayecto hasta el consumidor final, la electricidad tiene que salvar varios obstáculos, el principal es la resistencia que pone al paso de la energía el propio conductor. Buena parte de la energía eléctrica se disipa en el ambiente en forma de calor, aunque también pueden existir “fugas” de energía, como sucede con los cortos circuitos o los aparatos que no estén correctamente calibrados y consumen más energía de la necesaria.

Para que llegue la suficiente cantidad de electricidad a cada aparato existen tres niveles principales de tensión eléctrica, también conocida como diferencia de potencial o simplemente voltaje:

  1. Las líneas de alta tensión conectan los puntos de generación de electricidad con las subestaciones distribuidoras. Su voltaje ronda los cientos de miles de voltios (kilovoltios o KV), lo que facilita el transporte de la energía por decenas de kilómetros.
  2. Las líneas de tensión media enlazan a las subestaciones de distribución con los transformadores encontrados en algunos postes o de forma subterránea. Transportan pocos kilovoltios y sólo toleran unos cuantos kilómetros de distancia. Algunos consumidores de gran volumen, como ciertas fábricas, reciben de la compañía eléctrica tensiones de mediano nivel.
  3. Las líneas de baja tensión, esto es, las que conectan a los transformadores en los postes o subterráneos con las casas y consumidores finales, con pocos metros de distancia y proporcionando entre 120 y 220 voltios.

Además del voltaje, otro concepto importante radica en los ciclos por segundo (hertz o Hz) de la energía eléctrica. Prácticamente todos los aparatos eléctricos que funcionan con corriente alterna, es decir, con la potencia suministrada en los contactos caseros, indican en sus etiquetas con cuántos ciclos por segundo son compatibles. Por ejemplo, en México la energía eléctrica proporcionada al consumidor casero tiene una frecuencia de 60 Hz.

Frecuencias en el cable

Los sistemas de televisión por cable usan la separación de radiofrecuencias para cada canal, así pueden transportar decenas o cientos de señales distintas en el mismo cable coaxial. Para cada emisora se asigna una cierta cantidad de ciclos por segundo, lo que permite a las cajas decodificadoras separar cada canal para mostrarlo en la pantalla de la televisión.

El servicio PLC funciona de manera similar. Las líneas de alta tensión son excelentes para transportar señales de radiofrecuencia, dado que el conductor es bastante amplio y existen pocas interferencias a raíz de la cantidad de energía que se transporta. Por ejemplo, una señal de 10 watts de potencia (la sexta parte de lo que consume un foco promedio, o bien la centésima parte de la energía empleada por un horno de microondas) puede viajar por un cable de alta tensión hasta 500 kilómetros sin necesidad de algún aparato que repita o amplifique la señal. Hacia 1992 se puso en operación el primer sistema de señales de radiofrecuencia por un cable de alta tensión con frecuencias entre 15 y 1500 Khz. Su primera aplicación fue en la transmisión de voz, pero las modernas tecnologías de modulación digital y decodificación, como las empleadas en los servicios de ADSL para acceso a Internet, permiten un uso más eficiente de los cables de alta tensión para el envío y recepción de datos, bajo este esquema que también se conoce como Sistema de Frecuencias en la Portadora (CFS).

Mientras que las líneas de alta tensión son muy estables, tanto en el camino que recorren como en el tipo de medio conductor, las líneas de media y baja tensión se distinguen por muchas interconexiones y diferentes tipos de conductor. La propagación de señales de radiofrecuencia por estos medios a grandes distancias no es recomendable, por la excesiva pérdida de señal y la resistencia de los materiales al paso de la corriente. Sin embargo, en 1930 se empezó a usar la Señalización de Ondas en la Portadora (RCS), para la transmisión de datos entre los 125 Hz y 3 KHz. No era mucho el ancho de banda disponible (pocos bits por segundo) pero esta tecnología permitió que las compañías de energía eléctrica pudieran balancear las cargas en los circuitos, entre otras tareas.

La transmisión de datos por medio del cable eléctrico no es una tecnología nueva: las compañías proveedoras de electricidad la han usado por décadas, considerándola un medio natural para administrar sus redes de distribución. El porqué parece novedoso para algunas personas radica en el crecimiento de Internet y en la necesidad de diversificar los medios y puntos de acceso a la red de redes, sin que esto implique instalar más infraestructura de conductores. Esto ha requerido el mejorar la transmisión de datos en redes eléctricas de media y baja potencia, para hacer más accesible a un mayor número de usuarios el uso del cable eléctrico como medio de comunicación a Internet, apoyándose en los notables avances para la señalización de información digital, esto es, la ruta que deberán seguir los paquetes de datos para alcanzar su destino, así como en las innovaciones para la corrección de errores de transmisión y, finalmente, en la evolución de los componentes electrónicos necesarios para interconectar computadoras con la red de datos en el cableado eléctrico.

Dispositivos de interconexión

Tener el servicio de Internet o bien el acceso a otras redes de datos, por el cable eléctrico, no implica que con sólo conectar la computadora a la toma de corriente ya se puedan visitar sitios WWW y enviar correos electrónicos. Se debe instalar un dispositivo digital que funcione como interfaz entre la computadora y el medio eléctrico que contiene a la red de datos. Existen dos familias de interfaces PLC-computadora:

  1. Dispositivos para bajo ancho de banda. Operan en las frecuencias de 3 KHz a 500 KHz y generalmente tienen aplicación en los llamados edificios inteligentes, para la automatización de diversos controles y procesos como el aire acondicionado, la calefacción y la iluminación. Las frecuencias de estos dispositivos ya han sido reguladas en varios países para asegurar la interoperabilidad de aparatos electromagnéticos en el mismo ambiente. Al igual que en las redes de datos, existen protocolos para la transmisión de la información y la corrección de errores. Los más comunes en bajos anchos de banda son X10, CEBus y LonWorks.
  2. Dispositivos para alto ancho de banda. Funcionan en frecuencias de 1 MHz a 30 MHz. Dado que la frecuencia de la corriente alterna que llega a los hogares es de 60 Hz, el uso de frecuencias más altas para la transmisión de datos garantiza, en cierta medida, la estabilidad de la señal. Sin embargo, fue necesario desarrollar un esquema de modulación más robusto para la corrección de errores, puesto que los conductores eléctricos varían de instalación en instalación y es necesario que la resistencia de los materiales esté homologada para una mejor comunicación, como es el caso de las redes Ethernet, donde la resistencia es uniforme. OFDM (Multiplexado Ortogonal para la División de Frecuencias) son un grupo de técnicas de transmisión de datos en el cableado eléctrico. Su función es dividir el espectro de frecuencias disponible en varios pequeños espectros, algo muy similar a lo que ocurre en ADSL y los servicios de televisión por cable. Del lado del usuario final, un aparato separa las distintas frecuencias y selecciona la apropiada para el envío y recepción de datos, además de contener un filtro para separar las altas frecuencias de las bajas, en donde reside la transmisión de la energía eléctrica. Algunos dispositivos alcanzan los 14 Mbps.

Las tecnologías de PLC constituyen una alternativa para el crecimiento de las redes de datos, y en especial de Internet, siempre y cuando se solventen los problemas regulatorios y de uso del espectro electromagnético que esta tecnología impone. Junto a las redes Ethernet de cable de par trenzado, los accesos telefónicos y ADSL así como las redes inalámbricas, PLC amplía las posibilidades que los usuarios de cómputo tienen a su alcance para enviar y recibir información, sin importar dónde se encuentren: tan sólo necesitarán de un contacto eléctrico. Esto demuestra el crecimiento de Internet. Mucho se ha evolucionado desde aquel primer diseño utilizado para interconectar universidades a finales de la década de los 60. En un futuro cercano Internet será el medio de comunicación más ubicuo de todos los tiempos, si no lo es ya.

Para mayor información:

http://www.intellon.com

http://www.homeplug.com

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