Modulación digital presentacion 4

Preparado: A Granado/MA Núñez Revisado:MA Núñez/R Martín

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PRESENTACIPRESENTACIÓÓNNPLCPLC

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• Características destacadas • Estado actual de PLC

IntroducciIntroduccióón al PLCn al PLC

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CaracterCaracteríísticas destacadas de PLCsticas destacadas de PLC

• Tecnología de banda ancha

• Velocidades de transmisión de hasta 45 Mbps.

• Proceso de instalación sencillo y rápido para el cliente final.

• Enchufe eléctrico (Toma única de alimentación, voz y datos.)

• Sin necesidad de obras ni cableado adicional.

• Equipo de conexión (Modem PLC)

• Transmisión simultánea de voz y datos.

• Conexión de datos permanente (activa las 24 horas del día)

• Permite seguir prestando el suministro eléctrico sin ningún problema

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• Amplitud, frecuencia y fase.• Respuesta en frecuencia• Comportamiento • Decibelio• Concepto general• Afección del Ruido a una modulación Analogica o Digital• Distinción entre Bit y Baudio• Tipos de Modulación Analogica

– AM– FM

• Tipos de Modulación Digital– QPSK– QAM– OFDM

• Errores de Transmisión

Conceptos GeneralesConceptos Generales

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Amplitud, periodo y frecuenciaAmplitud, periodo y frecuencia

tt

TT1/1/ff 11

AA

AA

TT1/1/ff

11

tt

T : periodo (sg)T : periodo (sg)A : Amplitud (V, I o P)A : Amplitud (V, I o P)f : f : frecuencia (Hz)frecuencia (Hz)11

FrecuenciaFrecuencia

• Número de ciclos ocurridos en un segundo. • La unidad de medida es el Hertz (Hertz).

1 Hz = 1 ciclo por segundo (cps)

1 KHz: 1.000 Hz

1 MHz: 10 6 Hz

1 GHz: 10 9 Hz

Período T = 1 sdoEjemplo:

F = 2 cpso 2 Hz

V

t

7

LaLa fasefase

• Es una medida de la posición relativa en el tiempo del periodo de una señal.

t

ππ /2/2

22ππ

8

F1 F 2 Fr(Hz)

A(dB)-3dB

Respuesta frecuencia

El ancho de banda (AB), son las frecuencias comprendidas entre dos frecuencias de corte ( F1 y F2). Estas están a – 3 dB de potencia (70,7 %) de la frecuencia con potencia más alta (frecuencia central).La respuesta en frecuencia es el comportamiento que tiene cualquier elemento de una red a través de la frecuencia, es decir , nos dice la ganancia o perdida que tiene dicho elemento para todas las frecuencias.

F2 – F1 = AB

Respuesta en FrecuenciaRespuesta en Frecuencia

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ComportamientoComportamiento• Ganancia

- Es una característica propia de los elementos activos y es la cantidad de dB que aumenta la señal de salida respecto a la señal de entrada.

• Impedancia- Es una característica física del medio de transmisión; todo medio presenta una impedancia que resulta la atenuación que tiene un elemento al paso de una corriente alterna, cuando hay un cambio de dicha característica en un medio de transporte de la señal se dice que se ha producido una desadaptación de impedancia dando lugar a perdidas de potencia añadidas a la propia introducida por el medio (atenuación del medio).

- La resistencia es la oposición al paso de la corriente continua (en inglés, direct current o DC) y tiene un único valor, mientras que la impedancia es la oposición al paso de la corriente alterna, por lo que es función de la frecuencia y tiene tantos valores como frecuencias de uso.

- Podríamos decir que, de alguna manera, la resistencia es la impedancia para una frecuencia de 0 Hz, ya que los 0 Hz corresponden a la corriente continua.

• Atenuación- Es la característica que define la energía invertida en moverse a través de un medio. Es una característica propia de los elementos pasivos y es la cantidad de dB´s que dicho medio o elemento atenúa la señal respecto a su entrada.

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El decibelio es una unidad de medición en distintas unidades de la amplitud de la señal medida respecto a un valor relativo e inequívoco referente a esa unidad.El decibelio es una medida logarítmica que se utiliza para simplificar los

cálculos y las representaciones gráficas con determinados fenómenos que se comportan de manera logarítmica, por ejemplo la atenuación en espacio libre de un enlace radio. Como por ejemplo, los dBmV se calculan con la siguiente ecuación:

L = 20 log (Vmedida / 1 mV)Ésta relación logarítmica de los distintos niveles medidos respecto a 1 mV, nos da una idea de la magnitud de la señal medida.Para dBm la referencia que se utiliza es 1mW y la fórmula es:

L = 10 log (Pmedida / 1 mW)Un aumento de 3dB corresponde con un aumento del doble de la potencia. P.e.L=10log(1W/1mW)=30dBm; L=10log(2W/1mW)=33dBm.

DECIBELIODECIBELIO ((dBdB))

11

OTRAS UNIDADES DE MEDIDA EN DECIBELIOS:

• Decibelios milivoltio (dBmV):

Es una unidad de medida en escala logarítmica que relaciona voltaje respecto a un milivoltio, y a una impedancia característica determinada de p.e. 50, 75 ó 120 Ohmios como más característicos.

Como podemos ver, es muy sencillo pasar de unas unidades a otras, es tan sencillo como sumarle una cantidad fija y el trasvase es automatico p.e.:

20log (1V/1mV)=60dBmv ; mientras que 20log (1V/1µV)=120dBµV

Es decir, para pasar de dBmv a dBµV basta con sumarle 60 sin tener que hacer referencia al valor en Voltios de la unidad medida.

DECIBELIODECIBELIO ((dBdB))

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• Analógico:– Expresa un evento de forma continua.

Canal

CanalRuidos

V

V

t

t

V

V

t

t

AfecciAfeccióónn del ruido a una sedel ruido a una seññal al AnalogicaAnalogica

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ANALÓGICO vs DIGITAL• Digital:

– Discretización de la señal en magnitud y tiempo.• Muestreo, se toman muestras de la señal fijando una frecuencia de

muestreo, la cual debe ser mayor que el doble a la frecuencia a transmitir (Nyquist).

• Cuantificación. Consiste en asignar un valor numérico a cada intervalo de la muestra. Dependiendo de la altura (V) le corresponderá uno u otro intervalo de cuantificación.

• Multiplexado: Consiste en introducir las muestras, de varias señales, por un mismo medio de transmisión (cable).

Muestreo

Cuantificación

t

t

t

t

V

V

V

V

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– Efecto del ruido. Son interferencias que se introducen en la transmisión a lo largo del canal y que afectan a la amplitud de la señal.

– Regeneración de la señal. En el receptor se coloca un regenerador de la señal para restablecer los valores deseados, disminuyendo los efectos que provoca el ruido, mas fácil de reconstruir en destino.

Canal

Regenerador

V

VV

V

t

t

t

t

AfecciAfeccióónn del ruido a una sedel ruido a una seññalalDigitalDigital

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• Dualidad– Tiempo <=> frecuencia

• Toda señal periódica se puede expresar como una serie finita o infinita de tonos, de diferente amplitud y fase.

• A continuación se puede ver el ejemplo de una señal y su equivalencia en el espectro de frecuencias.

fO

TO

V

T

V

F

Tono discretoWB=0 Hz

AAnnáálisislisis FrecuenciaFrecuencia

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Ejemplo:

Representación espectral de una señal modulada en AM.

ANÁLISIS FRECUENCIAL

La señal de la izquierda corresponde a una señal modulada en amplitud, y la imagen de la derecha es su respuesta espectral en frecuencia.

Espectro de la señal modulada

•Portadora 10Khz

•Moduladora 50Hz

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• Es necesario modular la señal al emitirla.• Después hay que demodular la señal en recepción.

•Modulación- La modulación es el proceso por el cual una propiedad o un parámetro de cualquier señal se hace variar en forma proporcional a una segunda señal.

•El hecho de modular una señal es “montarla” sobre otra que se transmite mejor para transportarla sobre un determinado medio.

•¿Por qué modulamos?- La modulación permite transportar la señal a través de un medio físico (aire, cable coaxial, fibra óptica, ...) a larga distancia.- Permite enviar varias señales de forma simultanea , p.e. FDM (multiplexación en frecuencia).

MODULACIMODULACIÓÓNN

Existen dos tipos de modulaciones principalmente:• De señales analógicas (AM, FM)• De señales digitales (QPSK, QAM, OFDM)

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AMPLITUDAMPLITUD MODULADA (AM)MODULADA (AM)

• El hecho de modular una señal es “montarla” sobre otra que se transmite mejor para transportarla sobre un determinado medio.

• La amplitud modulada quiere decir que modulamos las señal en amplitud, es decir, hacemos que la amplitud de la onda portadora varíe de acuerdo con la amplitud de la señal moduladora.

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AMPLITUDAMPLITUD MODULADA (AM)MODULADA (AM)

X

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FrecuenciaFrecuencia Modulada (FM)Modulada (FM)

• La frecuencia modulada es cuando modulamos una señal en frecuencia para su transmisión por un medio, es decir, hacemos que la frecuencia de la onda portadora varíe de acuerdo con la amplitud de la señal moduladora.

• Es mas inmune al ruido que la AM.• Requiera mas ancho de banda que AM para transmitir la

misma información.

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FrecuenciaFrecuencia Modula (FM)Modula (FM)

X

22Cambios de fase

0 0 0 00 01 1 1 1 1 0

Señal digital a modular

•Amplitud

•Frecuencia

•Fase

Ejemplos de Ejemplos de modulacimodulacióónn de una sede una seññal digitalal digital

Señal digital modulada en:

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DistinciDistincióón entre n entre bitbit y baudioy baudio

• Bit (concepto abstracto): unidad básica de almacenamiento de información (0 ó 1)

• Baudio (concepto físico): veces por segundo que puede modificarse la característica utilizada en la onda electromagnética para transmitir la información

La cantidad de bits transmitidos por baudio depende de cuantos valores diferentes pueda tener la señal transmitida.

Ej.: fibra óptica, dos posibles valores, luz y oscuridad (1 y 0): 1 baudio = 1bit/s.

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DistinciDistincióón entre n entre bitbit y baudioy baudio

Con tres posibles niveles de intensidad se podrían definir cuatro símbolos y transmitir dos bits por baudio (destello):

Símbolo 1: Luz fuerte: 00Símbolo 2: Luz media: 10Símbolo 3 Luz baja: 01Símbolo 4 Oscuridad: 11

Pero esto requiere distinguir entre los tres posibles niveles deintensidad de la luz

En cables de cobre se suele transmitir la información en una onda electromagnética (corrientes eléctricas). Para transmitir la información digital se suele modular usando la amplitud, frecuencia o fase de la onda transmitida.

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DistinciDistincióónn entre entre bitbit y baudioy baudio

En algunos sistemas en que el número de baudios esta muy limitado (p. ej. módems telefónicos) se intenta aumentar el rendimiento poniendo varios bits/s por baudio:

2 símbolos: 1 bit/s por baudio4 símbolos: 2 bits/s por baudio8 símbolos: 3 bits/s por baudio

Esto requiere definir 2n símbolos (n=Nº de bits por baudio). Cada símbolo representa una determinada combinación de amplitud (voltaje) y fase de la onda.

La representación de todos los símbolos posibles de un sistema de modulación se denomina constelación

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I

Q

π/4 ó 45º

π/4 ó 45º3π/4 ó 225º

−3π/4 ó 135º

−π/4 ó 315º

RepresentaciRepresentacióón vectorial Vs. n vectorial Vs. SinusoidalSinusoidal

−3π/4 ó 135º

3π/4 ó 225º

−π/4 ó 315º

t (t (sgsg))

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ModulaciModulacióónn QPSK / 4 QAMQPSK / 4 QAM

• Modulación QPSK: Esta modulación, generalmente utiliza la constelación que se observa en la figura 1, donde la información se codifica en distintas fases, 45º, 135º, 225º y 315º los cuales corresponden a 01, 00, 10 y 11.

• El ancho de banda que ocupa esta modulación esta descrita por la ecuación:

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t

?(t)3π/4

−3π/4

π/4

−π/4

00

10

01

11

I

Q

11

01

10

00

π/4

AnguloAngulo de modulacide modulacióón n QPSKQPSK

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Quadrature amplitud modulation(modulación de amplitud en cuadratura ).• Es una modulación basada en vectores.• Modulación digital de fase (como QPSK) y amplitud

– Se actúa sobre la fase y la amplitud de la portadora.

• Característica:– Aumento de la eficacia espectral.– Disminución Inmunidad al ruido.

Dependiendo del número de niveles se consigueuna mayor tasa de transferencia (distintas nivelesde amplitud de la señal).

QAM

ModulaciModulacióónn QAMQAM

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Ejemplo de modulación 16 QAM :Si tenemos un dato igual a 0000 0101 1010 0010, laseñal transmitida en QAM será:

El dato se dividirá en cuatro grupos de cuatro bits (cuatro baudios), dando lugar a cuatro variaciones de fase.

ModulaciModulacióónn QAMQAM

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- Ventajas de QAM (64QAM) respecto a QPSK:La modulación QAM (constelaciones) permite transmitir más omenos bits en un mismo período de tiempo, según el tipo deconstelación utilizado.

- Desventajas:Cuanto mayor sea el número de bits a transmitir ( tasa detransferencia), mayor será la sensibilidad al ruido, debido a quedisminuirá el margen de amplitud entre los posibles estados(baudios).

ModulaciModulacióónn digitaldigitalQPSK vs. QPSK vs. ““XX””QAMQAM

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Con el mismo Ancho de Banda (WB) conseguimos más eficiencia espectral con 64 QAM que QPSK, y se consigue una mayor transferencia de datos en el mismo tiempo y mismo WB.

ModulaciModulacióónn digitaldigitalQPSK vs. 64QAMQPSK vs. 64QAM

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ModulaciModulacióón digitaln digital

En estos dos dibujos se En estos dos dibujos se puede apreciar la puede apreciar la diferencia de niveles diferencia de niveles elelééctricos aplicados para ctricos aplicados para poder representar los poder representar los distintos sdistintos síímbolos de las mbolos de las distintas modulaciones.distintas modulaciones.

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CuadroCuadro SNR necesaria Vs. ModulaciSNR necesaria Vs. Modulacióónn

QPSK

Bit

tran

smiti

dos

por p

orta

dora

16 QAM

Eb/No(dB)

-1 0 2 5 6 10 14 18 22

6

5

4

2

1

0

32 QAM64 QAM

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FDMFDM -- OFDMOFDM

• Es un tipo de modulación de banda ancha, multiportadora FDM.

• Las subportadoras tienen la separación mínima para poder ser recuperadas utilizando el principio de ortogonalidad de la señales, es decir, en el punto máximo de una portadora se solapa el punto de cero de la contigua y asi sucesivamente N veces, según el número de portadoras utilizadas por el conjunto Transmisor-receptor.

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Principio de OrtogonalidadPrincipio de Ortogonalidad

• Subportadoras solapadas unas con otras.• Máximo de una subportadora, coincide con

ceros del resto.• Separación entre subportadoras :

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FDMFDM -- OFDMOFDMLa modulación se realiza de la siguiente forma:

1º Se coge una ristra de bits y se va dividiendo según la necesidad de cada portadora (su eficiencia espectral, que a su vez depende de la modulación y ancho de banda de cada portadora).

2º Estas divisiones de bits, se van combinando en el modulador a través de un procesador que utiliza la transformada inversa de fourier, con esto lo que conseguimos es que el modulador y posteriormente el demodulador, solo analice el punto máximo de cada portadora, y nos da a su salida el espectro con las portadoras solapadas según el principio de ortogonalidad.

3º Inmediatamente después hay un generador de intervalos de guarda entre cada trama de portadoras OFDM para evitar el problema de señales reflejadas.

4º A continuación se modula la señal sobre una portadora en RF para transmitirla por el medio escogido, en PLC se monta sobre una portadora que va desde 1,5Mhz hasta 40Mhz aproximadamente según el cuadro de Links (frecuencias) que veremos más adelante.

Este proceso se ve recogido en el dibujo de la siguiente diapositiva.

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ModulaciModulacióónn OFDMOFDM

• El esquema planteado es:

• Cada Subcanal o ristra de bits dividida (Data Streams) se adapta a un régimen binario; se emplea un sistema de codificación distinto, dependiendo del nivel de ruido y características del mismo, en el caso que nos afecta en PLC las modulaciones utilizadas son desde QPSKhasta 64QAM).

En naranja se puede ver la En naranja se puede ver la seseññal resultante que veral resultante que verííamos amos en un medidor de campo o en en un medidor de campo o en una analizador de espectros una analizador de espectros

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Estación Base

ECC ( Equipo de Casa Cliente )

Rebote 1Rebote 1

DesadaptaciDesadaptacióón 1n 1

Rebote 2Rebote 2

SeSeññal Directaal Directa

Efecto de una sola portadora en un medio con rebotes y desadaptación

td1td1 tr1d1tr1d1 tr2d1tr2d1

tr1tr1tr2tr2

tt((sgsg))

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CaracterCaracteríísticas portadoras OFDM sticas portadoras OFDM para el PLCpara el PLC

• 1270 OFDM Portadoras

• Tasa de datos :

• 27 Mbps en downstream (20,48 Mbps Efectivos)• 18 Mbps en upstream (12,48 Mbps Efectivos)

• Tasa de envío de datos por portadoras adaptable acorde al nivel de SNR

• Nº bits por portadora : 2 en QPSK, 4 en 16QAM, 5 en 32QAM y 6 en 64QAM.

• Diferente tasa de datos en las distintas subportadoras

• Modulación eficaz de hasta 8 bps/Hz (7,25 efectivos) con modulacion 64QAM.

FDM OFDM

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ErroresErrores de transmiside transmisióónn

• Ante la aparición de errores se pueden adoptar las siguientes estrategias:– Ignorarlos– Detectarlos y descartar la información errónea.

Requiere un código detector de errores o CRC (Cyclic Redundancy Code). Introduce un overhead pequeño.

– Detectarlos y pedir retransmisión. Requiere CRC. El overhead depende de la tasa de errores.

– Detectarlos y corregirlos en recepción. Requiere un código corrector de errores o FEC (Forward Error Correction), que tiene un overhead mayor que el CRC pues tiene que incorporar más redundancia.

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ControlControl de errores. de errores. InterleavingInterleaving

• El FEC no puede corregir muchos errores juntos, funciona mejor si están repartidos. Cuando se habla de un FEC ¾ esto indica que de cada 4 bits que se envían uno se dedica a la corrección de errores

• En este tipo de transimisiones lo normal son errores a ráfagas (p. Ej. interferencia debida al arranque de un motor).

• Interleaving (ó entrelazado): para que sea más eficaz el FEC se calcula sobre una secuencia modificada de los bits que no corresponde a la transmitida; si hay un grupo de bits erróneos en la secuencia original quedarán repartidos en la modificada y el FEC los puede corregir.

• El interleaving aumenta el retardo.

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2423222120191817

161514131211109

87654321

241682315722146211352012419113181021791

242322212019181716151413121110987654321

Orden de transmisiónRáfaga en error

Buffer de interleaving

Al reordenar los datos para calcular el FEC los errores se reparten

EfectoEfecto de de interleavinginterleaving + FEC en + FEC en correccicorreccióón de errores a rn de errores a rááfagasfagas

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• Concepto general• Multiplexación en Frecuencia (FDMA)• Multiplexación en Tiempo (TDMA)

MultiplexiMultiplexióónn

46

LaLa MultiplexiMultiplexióónn

• Cuesta prácticamente lo mismo instalar y mantener un canal de alto ancho de banda que uno de bajo ancho de banda entre dos oficinas de conmutación– gasto principal: excavación zanjas.Esto que quiere decir, que se debe intentar optmizar un solo medio de

transmisión, en el cual multiplexemos (mezclemos) varias señales.

• Se han desarrollado esquemas para multiplexar muchas conversaciones en un solo canal físico

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DIVISIÓN EN FRECUENCIA

MMultiplexaciultiplexacióónn en Frecuenciaen Frecuencia

48

CanalMU

XD

EM

UX

•Multiplexación por división en el tiempo (TDMA)

Ejemplo E1

El tiempo de transmisión se reparte entre los distintos canales.

En este ejemplo los multiplexores se encargan de enviar las información en el mismo canal, pero en diferentes momentos en el tiempo. Esto lo realiza mediante un conmutador, el cuál selecciona de donde coge la señal para enviarla (o al recibirla) en cada momento.

MMultiplexaciultiplexacióónn en Tiempoen Tiempo

49

Ejemplo de multiplexación por división en el tiempo.

Se toman muestras de cada una de las señales (en distintos tiempos) y se transmiten todas ellas, de manera conjunta, en un mismo canal. Con el objetivo de regenerarlas mediante un proceso inverso, obteniendo las señales originales en el receptor.

MMultiplexaciultiplexacióón n

50

• Concepto general• Modulacion PLC• Proceso de negociación de un módem• Modulaciones Utilizadas

CaracteristicasCaracteristicas PLCPLC

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PLCPLC

• Características del Canal• Rango de frecuencias PLC desde 1.6-30 Mhz• La impedancia varía temporalmente por el encendido y

apagado de dispositivos eléctricos.• Reflexiones, debido a la topología de la red eléctrica en las

vivienda• Medio muy ruidoso. Puede no haber neutro (tierra)

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ComoComo Modula PLCModula PLC

• Tecnología de multi-portadora, Orthogonal Frequency• Division Multiplexing (OFDM)• Se utilizan 1270 portadoras (Dependiendo del Ancho de Banda)

– 768 Portadoras en Down (Dependiendo del Ancho de Banda)

– 512 Portadoras en UP (Dependiendo del Ancho de Banda)

– Cada portadora ira modulada en QAM (64, 32 ó 16) y QPSK según varíe la SNR en cada portadora.

– Al utilizar un gran número de portadoras:• Fácil de adaptarse a cortes WBFR

• Mejor inmunidad a ruidos impulsivos, interferencias• Mejor robustez frente a distorsiones.

• El nivel mínimo de sensibilidad de los receptores es de –108dBm/Hz.• El nivel máximo de transmisión es de –42 dBm/Hz

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Margen de Margen de potenciapotencia del del

conjunto PLCconjunto PLC• El margen de potencia del conjunto PLC puede ser calculado utilizando las

siguientes ecuaciones• MP = Nivel de señal inyectada al conjunto - Nivel de ruido-Atenuación del medio

de transporte• SNR = MP - Att• El nivel de señal inyectado hemos dicho que suele rondar los –42dBm/Hz• Los niveles de ruido habitualmente son superiores en bajas frecuencias e

inferiores en altas frecuencias• Para un buen funcionamiento de los equipos la SNR debe de ser mayor de 12

dBm (SNR de QPSK) en caso contrario se considera que el receptor seencuentra en modo HURTO.

Nivel de Ruido

Atenuación

Rango Dinamico> 12 dBm

Nivel de Señal

El nivel de ruido es tEl nivel de ruido es t íípico pico en todos los medios de en todos los medios de transmisitransmisióón, a este se le n, a este se le puede apuede aññadir ruido externo adir ruido externo si el medio no esta bien si el medio no esta bien apantallado como veremos apantallado como veremos sucede en el medio PLCsucede en el medio PLC

La atenuaciLa atenuacióón es n es caractercaracteríística del stica del medio de medio de transmisitransmisióón (aire, n (aire, cable coaxial, cable coaxial, elelééctrico...)ctrico...)

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ModulacionesModulaciones en PLCen PLC

Modulación utilizada en el UP de PLC

Modulación utilizada en el DOWN de PLC

Utiliza una modulación FDMA

Utiliza una modulación TDMA, la cual esta modulada en frecuencia, sobre una modulación en tiempo.

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ModulaciModulacióónn de un Ariesde un Aries

Modulación en el UP(Coge el tramo del espectro que necesita para el envió de datos para este Aries en concreto)

Modulación en el DOWN (El repetidor envía todos los datos solicitados por los Aries, y cada uno coge los datos solicitados por él)

Espectro de un solo modem, como se puede ver en el Espectro de un solo modem, como se puede ver en el UP UP solo transmite en los TS que le solo transmite en los TS que le ““tocatoca”” transmitirtransmitir

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• Nivel Eléctrico• Nivel PLC entre CT´s• Tipologia de Red• Frecuencias Utilizadas• Capacidad de Concurrencia• Adaptación de Impedancias• Acoplamiento Inductivo y

Capacitivo• Señal en distintos puntos de la RED• División de Frecuencias en distintos puntos de

la Red.

Arquitectura de red Arquitectura de red PLCPLC

57

ArquitecturaArquitectura de Red Elde Red Elééctricactrica

58

Esquema general de conexiEsquema general de conexióónn

Red PLC

Red PLC + Eléctrica

C.T.

Subestacion Electrica

Red Eléctrica

59

MaestroMaestro EsclavoEsclavo EsclavoEsclavo EsclavoEsclavoMaestroMaestro MaestroMaestroRJ45

ArquitecturaArquitectura ““Maestro EsclavoMaestro Esclavo””Los Equipos de PLC están basados en una arquitectura de red de tarjetas de maestro y esclavo.

LA carcasa es común para todos, y también se dispone de una tarjeta con conexión 10BaseT que es donde conectaremos la señal del Backbone de la red de servicios.

Siempre debe de estar conectada a la tarjeta maestro de un

equipo, equipos con tarjeta esclavo, si no, no funcionaran.

Los Aries (Módem) son siempre equipos Esclavos.

CTCT CGPCGPCC 1CC 1

Aries 1Aries 1

CC 2CC 2 Aries 2Aries 2

MaestroMaestro

MaestroMaestroEsclavoEsclavo

EsclavoEsclavo

60

TipologTipologííaa de Red PLCde Red PLC

Cliente 1

Cliente 2

Cliente 3

C.T.

CGP

C.C.

C.C.

Aries

Aries

Aries

RJ45

C.T.

MaestroMaestro

MaestroMaestro

MaestroMaestro

MaestroMaestro

MaestroMaestro

EsclavoEsclavo

EsclavoEsclavo

EsclavoEsclavo

EsclavoEsclavo

EsclavoEsclavo

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Para poder ofrecer distintos servicios sobre una misma red, los Para poder ofrecer distintos servicios sobre una misma red, los fabricantes de fabricantes de tecnologia tecnologia PLC se han PLC se han decantado para hacerlo a decantado para hacerlo a trtrááves ves de VLANde VLAN´́s.s.

Una VLAN como indica su nombre es una Una VLAN como indica su nombre es una LAN LAN virtual que se crea para poder dividir el trvirtual que se crea para poder dividir el trááfico por fico por calidades de servicio, anchos de banda, grupos de trabajo etc..calidades de servicio, anchos de banda, grupos de trabajo etc..

La finalidad principal de las VLAN para PLC son la de poder dar La finalidad principal de las VLAN para PLC son la de poder dar calidades de servicio y poder priorizar calidades de servicio y poder priorizar paquetes paquetes VoIP VoIP y la de poder ofrecer distintos anchos de bandas (PLC100 y PLC60y la de poder ofrecer distintos anchos de bandas (PLC100 y PLC600).0).

El resultado es como si dentro del mismo camino fEl resultado es como si dentro del mismo camino fíísico (cable sico (cable electricoelectrico) ) tuvieramos tuvieramos varios caminos varios caminos llóógicos por separado.gicos por separado.

Hasta cada repartidor final del CC llegan todas las VLANHasta cada repartidor final del CC llegan todas las VLAN´́s del sistema, y es este el encargado de s del sistema, y es este el encargado de ““facilitarfacilitar”” una u otra a cada modem PLC seguna u otra a cada modem PLC segúún solicite el cliente.n solicite el cliente.

Las VLAN utilizadas en este momento son:Las VLAN utilizadas en este momento son:

La 100 para la gestiLa 100 para la gestióón de todos los equiposn de todos los equipos la 27 para la 27 para VoIPVoIP

La 14 con La 14 con direcdirec. Fijo y caudal de 100Kbps. Fijo y caudal de 100Kbps La 15 con La 15 con direcdirec. Fijo y caudal de 600Kbps. Fijo y caudal de 600Kbps

La 12 con La 12 con direcdirec. din. dináámico y caudal de 100Kbpsmico y caudal de 100Kbps La 13 con La 13 con direcdirec. din. dináámico y caudal de 600Kbpsmico y caudal de 600Kbps

Los fabricantes de PLC ademLos fabricantes de PLC ademáás han desarrollado una facilidad para evitar que los clientes qus han desarrollado una facilidad para evitar que los clientes que cuelguen e cuelguen de una misma VLAN se puedan ver como es habitual entre usuarios de una misma VLAN se puedan ver como es habitual entre usuarios que dependan de una misma VLAN, que dependan de una misma VLAN, y ese desarrollo lo han bautizado como generaciy ese desarrollo lo han bautizado como generacióón de OVLANn de OVLAN

TipologTipologííaa de Red PLC: VLANde Red PLC: VLAN

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Esta funcionalidad llamada OVLAN, permite crear distintas modaliEsta funcionalidad llamada OVLAN, permite crear distintas modalidades de visibilidad dades de visibilidad a nivel dos entre los elementos de red, aunque la solucia nivel dos entre los elementos de red, aunque la solucióón que se comercializa es sin n que se comercializa es sin visibilidad entre los distintos Aries como representa la figura visibilidad entre los distintos Aries como representa la figura de la derecha.de la derecha.

TipologTipologííaa de Red PLC: VLANde Red PLC: VLAN

63

CaracterCaracteríísticas del Medio Elsticas del Medio Elééctricoctrico

• Cambio de Impedancia– La impedancia característica de la línea cambia con solo conectar un equipo

eléctrico en la red de baja tensión del cliente.

– No es comparable a una red con cable coaxial ya que esta todos los equipos que se conectan a esta tienen la misma impedancia, y no existe este desacoplo.

• Posibilidad de Interferencias en distintas frecuencias cercanas con mucha diferencia de nivel de unas a otras (electrodomésticos con motor, inalámbricos...).

• Frecuencia de trabajo de PLC es una frecuencia muy extendida, esto genera que nos encontremos ruidos externos, al ser un cable eléctrico no esta apantallado, lo que a su vez permite que se introduzca todo tipo de ruido.

• Atenuaciones muy diferentes en frecuencias cercanas (respuesta en frecuencia del medio desigual, desadaptación del medio).

64

3: En base a la relación señal/ruido se decide la codificación a emplear en cadaportadora (desde QPSK a 64QAM) , y con ello la cantidad de bits por segundo enviados en cada uno Frecuencia (KHz)

Eficiencia(bits/ Portadora)

2: A partir de los resultados obtenidos se determina la relación señal/ruido para el enlace a cada una de las frecuencias que se van a utilizar

Frecuencia (KHz)

Relaciónseñal/ruido

(dB)

1: Se envía una señal de prueba en toda la gama de frecuencias para determinar la calidad de cada portadora

Frecuencia (KHz)

Señal deprueba

ProcesoProceso de negociacide negociacióón n de un mde un móódemdem

65

Se muestra aquí la influencia de algunas interferencias en el resultado del proceso de negociación. Como antes se envía una señal de prueba en toda la gama de frecuencias para determinar la calidad de cada portadora.

Frecuencia (KHz)

Señal deprueba

En este caso tenemos una desadaptación de impedancia, producida por un equipo eléctrico. Esto produce una pérdida de calidad de la señal en una determinada frecuencia. También hay una interferencia.

Frecuencia (KHz)

Relaciónseñal/ruido

(dB)

Ruido generado

por equipo

eléctrico

Cambio de modulación (desadaptación)

Como consecuencia de estos problemas los módems han decidido reducir la eficiencia en la portadora correspondiente a la desadaptación , e inhabilitar por completo la portadoracorrespondiente a la frecuencia que esta interferida.

Frecuencia (khZ)

Eficiencia(bits/Portadora)

Portadoradeshabilitado

InterferenciasInterferencias externas en la externas en la seseññal de un mal de un móódemdem

66

ModulacionesModulaciones utilizadas en una utilizadas en una conexiconexióónn

Eficiencia máxima: 8 bits/Hz

Frecuencia

En

erg

ía

0 MHz 1 MHz

SinDatos

32 QAM64 QAM QPSK64 QAM

Bin

32 QAM 64 QAM 64 QAM

Respuesta en frecuencia del medioRespuesta en frecuencia del medioComo se puede ver, la seComo se puede ver, la seññal plana que se introduce por parte de un modulador a un al plana que se introduce por parte de un modulador a un medio desadaptado, produce una recepcimedio desadaptado, produce una recepcióón de la sen de la seññal donde queda reflejado su al donde queda reflejado su falta de planitud a lo largo de distintas frecuencias.falta de planitud a lo largo de distintas frecuencias.

67

AdaptaciAdaptacióónn de Impedanciasde Impedancias• En el caso de que la

adaptación de que la adaptación fuese buena la potencia que se transmite llegaría a su destino en su totalidad, (teniendo la perdida intrínseca del medio, atenuación, en el que se transmite).

TxTx= 30 = 30 dBmdBm RxRx= 5 = 5 dBmdBmAtenuaciAtenuacióón del cable= 25 n del cable= 25 dBdB

• En muchos casos nos encontramos con el caso de que la adaptación no es buena (desadaptación) y se producen rebotes, con lo que la señal que se transmite no llega a destino en su totalidad.

ReflexiReflexióón o rebote n o rebote de la sede la seññalal

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AdaptaciAdaptacióónn de Impedanciade Impedancia

• En el caso de que la adaptación fuese buena, la potencia que se transmite llegaría a sus destinos por igual.

• Sin embargo en los escenarios PLC nos encontramos, un desacoplo de impedancias debido a las distintas redes en cada vivienda el cual se comporta:

69

Es el elemento que se encarga de “amplificar” la señal PLC proveniente del CT. Dicha señal se toma del embarrado y se introduce en el repetidor, que “regenera” la señal y la distribuye a través de la Caja de Distribución (distribution box). Éste iráprotegido por una carcasa para evitar manipulaciones.

Repetidor

70

Es el elemento que reparte la señal PLC que llega desde el repetidor (dejando disponible varias posibles salidas para futuros abonados). Existen dos modelos: con conectores Molex o con regletero.

Con conectores Molex CCon conectores Molex Con Regleteroon Regletero

DistributionDistribution BOXBOX

71

PuntoPunto de Pruebade Prueba

• El punto de prueba se utiliza para comprobar el nivel de señal en la salida de la Distribution Box. Se debe de comprobar cuando los niveles de señal en la casa del cliente no son

buenos.

72

ModemModem

Es el equipo que se instalara el en cliente.

Al equipo le llega la señal a través de la fuente de alimentación, esta tiene instalado un acoplador el cual sirve para extraer la señal PLC del cable eléctrico, y a su vez sirve para alimentar el Módem (Aries). Este tiene una salida RJ45 la cual se conectara al ordenador del cliente.

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FrecuenciasFrecuencias ““++”” UtilizadasUtilizadas

74

AnchoAncho de Banda por Linkde Banda por Link

75

CapacidadCapacidad de concurrenciade concurrencia

AriesC.T. CGP C.C.RJ45

18 Mb

27 Mb

Aries

Aries

Aries

18 Mb18 Mb

18 Mb

18 Mb18 Mb

18 Mb

18 Mb

18 Mb

18 Mb 27 Mb

27 Mb

27 Mb

27 Mb27 Mb

27 Mb

27 Mb

27 Mb

27 Mb

CGP

C.C.

C.C.

C.C.

76

La atenuación del canal obliga a repetir la señal, el repetidor lo que hace es recoger la señal de un determinado Link (frecuencia de trabajo) y dicha señal la regenera y cambia de Link (para evitar interferencias entre links) para transmitir al salto siguiente.

HE (head-end)

Tx: Downstream

Rx: Upstream

CPE (customer premises equipment)

Tx: Upstream

Rx: Downstream

an: atenuación del canal

TX RXRXTX TXRXRX RXRX

LXLX LYLY LZLZPotPot

Fr Fr ((MhzMhz))

HEHE HEHE HEHECPECPE CPECPE CPECPE

a1a1 a2a2 a3a3

LXLX LYLY LZLZ

RepetidorRepetidor

ModemModem

Necesidad de repetidoresNecesidad de repetidores

77

PerdidasPerdidas de sede seññalalentre dos puntosentre dos puntos

TXA

Pot

PA

PB - a

TXA

Pot

PA - a

PB TXB

TXB

aA B

• Medida en el punto A del espectro. • Medida en el punto B del espectro.

Fr (Mhz) Fr (Mhz)

78

AnalisisAnalisis de inyeccide inyeccióón por puntos de n por puntos de interconexiinterconexióónn

Partimos del supuesto que:

• Se pierde 2 puntos de potencia de señal por tramo entre equipos.

•Se pierde ½ punto de señal inyecciones capacitivas e inductivas ( entre equipos de RED y Aries).

•Se pierde 1 punto de señal al paso por el Contador (del Aries hacia los equipos red) .

•Suponemos que la TX de potencia de los equipos en todos ellos es de 8 (0dBm en realidad)

•La señal del Down se verá representada por una portadora de color verde, y el UP de rosa

Cliente 111 22 33 44

55

El enlace entre el CT y el CGP es de L13, entre CGP y CC L2 y enEl enlace entre el CT y el CGP es de L13, entre CGP y CC L2 y entre CC y Aries L3tre CC y Aries L3

79

Analisis Analisis de inyeccide inyeccióón por puntos de n por puntos de interconexiinterconexióónn

8

7

6

5

4

3

2

10

LXLX LYLY LZLZ

Cliente 111 22 33 44

55

Como se puede ver en el punto 1 podrComo se puede ver en el punto 1 podrííamos llegar amos llegar a ver todas las sea ver todas las seññales del ramal por completo ales del ramal por completo incluido los del ARIES, aunque lo habitual es que incluido los del ARIES, aunque lo habitual es que la sela seññal solo aguante al solo aguante ““un saltoun salto”” y la sey la seññal del al del UP UP del ARIES serdel ARIES seríía confundida con el ruido existente a confundida con el ruido existente en la len la líínea elnea elééctrica, en este caso ideal como se ctrica, en este caso ideal como se puede ver esta muy cerca del cero. Por cada Aries puede ver esta muy cerca del cero. Por cada Aries que se colocarque se colocaráá en el sistema la seen el sistema la seññal del al del UP UP aumentaraumentaríía unos 3 a unos 3 dBdB´́s.s.

80


8

7

6

5

4

3

2

10

LXLX LYLY LZLZ

Cliente 111 22 33 44

55

En este punto se puede ver como la seEn este punto se puede ver como la seññal que al que medimos a tope es la del medimos a tope es la del UPUP del CGP mientras del CGP mientras que la del Down pierde un punto debido al salto que la del Down pierde un punto debido al salto de los dos de los dos ““potitospotitos””.l ARIES, aunque lo habitual .l ARIES, aunque lo habitual es que la sees que la seññal solo aguante al solo aguante ““un saltoun salto”” y la sey la seññal al del del UP UP del ARIES serdel ARIES seríía confundida con el ruido a confundida con el ruido existente en la lexistente en la líínea elnea elééctrica, en este caso ideal ctrica, en este caso ideal como se puede ver esta muy cerca del cero. Por como se puede ver esta muy cerca del cero. Por cada Aries que se colocarcada Aries que se colocaráá en el sistema la seen el sistema la seññal al del del UP UP aumentaraumentaríía unos 3 a unos 3 dBdB´́s.s.

81


8

7

6

5

4

3

2

10

LXLX LYLY LZLZ

Cliente 111 22 33 44

55

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8

7

6

5

4

3

2

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LXLX LYLY LZLZ

Cliente 111 22 33 44

55

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8

7

6

5

4

3

2

10

LXLX LYLY LZLZ

Cliente 111 22 33 44

55Punto de pruebaPunto de prueba

La seLa seññal que se mida en el punto de prueba seral que se mida en el punto de prueba seráála misma que en la DB pero la misma que en la DB pero decrementada decrementada (este (este decremento depende del punto donde se inyecte decremento depende del punto donde se inyecte la sela seññal con las ferritas y de donde se coja la al con las ferritas y de donde se coja la seseññal del enchufe desde el embarrado, asal del enchufe desde el embarrado, asíí como como de las caracterde las caracteríísticas, respuesta en frecuencia sticas, respuesta en frecuencia del contador) por que dicha sedel contador) por que dicha seññal tiene que al tiene que pasar por los contadores hasta dicho enchufe, y pasar por los contadores hasta dicho enchufe, y por cada Aries que se colocarpor cada Aries que se colocaráá en el sistema la en el sistema la seseññal del al del UPUP aumentaraumentaríía unos 3 a unos 3 dBdB´́s ass asíí como como unos 3 unos 3 dBdB´́s en el Down.s en el Down.

84

Cliente 1

11 22 33 4455

Punto de pruebaPunto de prueba


Imaginemos ahora que la frecuencia del LX Imaginemos ahora que la frecuencia del LX cambia y viene a caer total o parcialmente sobre cambia y viene a caer total o parcialmente sobre el LZ, solo que con el Down por encima en el LZ, solo que con el Down por encima en frecuencia del Up en este caso, como podemos frecuencia del Up en este caso, como podemos ver esto genera un sever esto genera un seññal interferente que puede al interferente que puede llegar a provocar que la SNR baje y haga que la llegar a provocar que la SNR baje y haga que la comunicacicomunicacióón se caiga (recordar SNR < de n se caiga (recordar SNR < de 12dB igual a corte de comunicaci12dB igual a corte de comunicacióón)n)

8

7

6

5

4

3

2

10

LXLXLYLY LZLZ

SSNNRR

SSNNRR

SSNNRR

85


Ejemplo de espectro medido en una DB, se Ejemplo de espectro medido en una DB, se puede ver que tenemos una frecuencia de L2 puede ver que tenemos una frecuencia de L2 en el Down y se puede ver el en el Down y se puede ver el UP UP de los de los modem con un menor nivel, tambimodem con un menor nivel, tambiéén se n se observa la observa la ““colacola”” de ruido que provoca el alto de ruido que provoca el alto nivel de nivel de Tx Tx de potencia del repetidor, que de potencia del repetidor, que llega a llega a ““cubrircubrir”” parte del parte del UP UP de los de los modemsmodems, , incluso en algunos casos puede llegar a incluso en algunos casos puede llegar a afectar la SNR del afectar la SNR del UPUP..

DownDown

Cola del Cola del DownDown

UpUp

En este otro caso se puede ver como al En este otro caso se puede ver como al bajar el nivel de TX del repetidor la cola bajar el nivel de TX del repetidor la cola desaparece y aparecen los time desaparece y aparecen los time slotsslots de de los los modemsmodems colgados. Se mantiene de colgados. Se mantiene de forma punteada el mforma punteada el mááximo de seximo de seññal al medido en todo momento (funcimedido en todo momento (funcióón MAX n MAX del del PromaxPromax).).

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8

7

6

5

4

3

2

10

LXLX LYLY LZLZ

Cliente 111 22 33 44

55

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Dos Cuartos de Contadores Dos Cuartos de Contadores en un mismo edificioen un mismo edificio

En ocasiones hay dos cuartos de contadores en un mismo edificio En ocasiones hay dos cuartos de contadores en un mismo edificio ambos del mismo Link, lo que ambos del mismo Link, lo que puede provocar interferencias entre ellos ya que la sepuede provocar interferencias entre ellos ya que la seññal va por el mismo embarrado y al va por el mismo embarrado y obviamente se encuentran muy cerca, en la mayorobviamente se encuentran muy cerca, en la mayoríía de este tipo de instalaciones hay que poner a de este tipo de instalaciones hay que poner condensadores para evitar que la secondensadores para evitar que la seññal vaya hacia atral vaya hacia atráás por el embarrado evitando s por el embarrado evitando asi asi las las interferencias de unos interferencias de unos modems modems a otros y de un repetidor a otro. a otros y de un repetidor a otro.

La primera alta en este tipo de escenario suele ser algo mLa primera alta en este tipo de escenario suele ser algo máás complejas de lo habitual, y se suele s complejas de lo habitual, y se suele comparar las prestaciones del modem (BPC) con el repetidor que ncomparar las prestaciones del modem (BPC) con el repetidor que no cuelga encendido y apagado, o cuelga encendido y apagado, con esto resolvemos posibles problemas de ruido entre uno y otrocon esto resolvemos posibles problemas de ruido entre uno y otro..

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EsquemaEsquema de frecuenciasde frecuenciaspor ramalespor ramales

CT CTCT

CGP CGPCGP

CC CC CC

Cliente Cliente Cliente

L12/L13

L3

L2

L4

L12

L2

L1

L13

L2

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EsquemaEsquema de frecuenciasde frecuenciaspor ramalespor ramales

CC

Cliente

L2

CT

CGP

CC

Cliente

L12/L13

L2

L3

Cliente

CC

L3L3

L2

CC

Cliente

L1/L4

CT

CGP

CC

Cliente

L12/L13

L1/L4

L2

Cliente

CC

L2L2

L1/L4

Modulación digital presentacion 4

Healthcare

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