La resolución de este proyecto pasa por realizar un tratamiento de los datos en el dominio de la frecuencia.

Transcripción

1 RESUMEN DE PROYECTO Hace años que se empezaron a aprovechar las líneas eléctricas para el transporte de datos además de su ya utilización para el transporte de energía eléctrica. Sin embargo, esta tecnología que en un principio las compañías usaban únicamente para el control de líneas eléctricas y la transmisión de datos de las lecturas de contadores, se ha comenzado a utilizar para transportar datos, voz y vídeo de forma que pueda sustituir y/o complementar el actual ADSL. Esta tecnología se basa en el uso de frecuencias de entre 1,6 y 30 MHz frente a los 50Hz usados para el transporte de la energía eléctrica. Las ventajas más obvias pasan desde el uso de las ya existentes líneas eléctricas como medio de transmisión, hasta el ahorro de los costes de desarrollo de última milla, el hecho de que cualquier enchufe de una casa se convierta en un punto de acceso a la red, las posibilidades de domótica que ello ofrecerá y las velocidades ya alcanzadas de hasta 45Mb. Desde luego, como en todas las tecnologías también existen una serie de inconvenientes, muchos de ellos derivados de su estado en proceso de desarrollo y maduración, tales como la falta de estandarización; las propiedades de las líneas eléctricas, diseñadas para transportar energía y con características poco ventajosas tales como el ruido y su comportamiento como filtros paso-bajo; el acceso compartido; y la necesidad de instalar una unidad de de conexión en cada subestación y transformador, siendo éstos muy numerosos. Sin embargo, actualmente y desde Enero de 2004 se inició un proyecto europeo denominado OPERA (Open PLC European Research Alliance), en el que se encuentran empresas como Iberdrola, Endesa, Unión FENOSA y universidades como la Universidad Politécnica de Madrid y la nuestra, Universidad Pontificia de Comillas-ICAI. Financiado con más de 20M, su objetivo se encuentra en paliar estos inconvenientes y crear una tecnología PLC eficiente y accesible para todos los ciudadanos de la Unión Europea.

2 En el marco de dicha iniciativa de mejora de la tecnología de PLC por parte de OPERA, este proyecto que es, en parte, continuación de un proyecto realizado el año pasado, trata de desarrollar a partir de un simulador proporcionado en Matlab por OPERA, un emulador de líneas eléctricas, que servirá para ser utilizado en ensayos de transmisión de datos para la mejora de los mismos. Partiendo por lo tanto de la base del simulador mencionado, se han buscado los bloques fundamentales que lo representan, se han desarrollado en Quartus II (herramienta utilizada para volcar un diseño en hardware programable), comprobado su viabilidad, el comportamiento por separado de los bloques, su carga computacional y se han comparado las salidas de dichos bloques con aquéllas del simulador de Matlab. La resolución de este proyecto pasa por realizar un tratamiento de los datos en el dominio de la frecuencia. Este tratamiento consiste en hacer pasar los datos por un FFT, transformada inversa de Fourier, de forma que se obtiene su espectro en frecuencia. Una vez hecho esto, se separa parte real e imaginaria del espectro de frecuencia para multiplicarla respectivamente con la parte real e imaginaria del modelo de atenuación y desfase para el tipo de línea en cuestión, que viene proporcionado por OPERA. Al pasar el resultado de estas operaciones por un bloque de IFFT, operación de transformación inversa de Fourier, obtenemos la señal de salida del emulador, que se corresponde con la de salida del simulador. La creación del bloque de FFT nos sirve además para observar el espectro de frecuencia y su amplitud, tanto a la entrada de la línea, como al final de la misma o entre los diferentes elementos, para poder comprobar cuáles son los elementos que producen pérdida de amplitud, y por tanto, pérdida de señal a través de la línea.

3 Asimismo, las líneas también constan de acopladores, filtros y ruido. Todo ello también deberá ser tenido en cuenta en posteriores modelados con el fin de obtener un emulador lo más fiel posible al simulador, lo cual dejamos abierto para un posterior proyecto. Los ensayos realizados arrojaron unos resultados satisfactorios al obtenerse a la salida del emulador las señales de salida esperadas, que son aquellas que se obtienen del simulador. Por tanto, puede concluirse que el emulador de PLC desarrollado funciona correctamente, si bien un aumento en la frecuencia de muestreo, es decir, en la resolución, llevaría a resultados más exactos.

4 ABSTRACT Some years ago power lines started to be used for data transmission added to the already use for power transportation. At the beginning, this technology was first used by companies for data transmission at a low rate, such as control signals. Nowadays, data transmission rates reachable using this technology have been increased allowing services such as data, voice and video transportation. Power lines may therefore replace or complement current data transmission technologies such as DSL. This new application for data transportation uses the MHz frequency range, while power transportation uses 50 Hz carrier. One of the most significant advantages of this technology is the already existing infrastructure, which is the limiting factor with DLS technologies. Note that last mile savings using this technology are significant since every plug in houses may be a network access point. This fact could be very useful for applications such as domotics using the already reached rates of 45 Mbps. However this technology is not completely mature yet and further developments need to be undertaken. One of these new developments is the creation of a reliable standard. Some constraints of this technology are: power lines properties designed for the power transportation which provide undesirable phenomena for data transportation such as noise and its low-pass filter behaviour; shared access; need of installing a connection at each substation and transformer (which are present in a large amount in the infrastructure). Nevertheless, in January 2004 a European project called OPERA (Open PLC European Research Alliance) started. It is composed by some important companies such as Endesa, Unión Fenosa and universities such as Universidad Politécnica de Madrid and us, Universidad Pontificia de Comillas-ICAI. It counts with a financial budget of over 20 million. The

5 aim of the project is to improve weaknesses of the technology at its current state, and to develop an efficient and accessible PLC technology to all European citizens. In the context of OPERA, this project is an extension of a project developed last year by a former student at this University. This project is a development of a power line emulator, taking the simulator provided by OPERA as a reference. This new emulator will enable diverse research activities on data transmission over power lines. The main simulator structure blocks have been taken from the OPERA simulator. They have been implemented in Quartus II (software tool used for FPGA (Field Programmable Gate Array) design), then their viability has been verified, as well as its behaviour and resource consumption. Then the results have been compared with those of the simulator. For the development of this project, signal processing in the frequency domain is the most convenient. Data has been injected into a FFT (Fast Fourier Transform) block in order obtain its frequency spectrum. Real and imaginary components are then splitted and multiplied respectively by the real and imaginary components of the attenuation model for the desired power line which is provided by OPERA. Then an IFFT (inverse Fourier transformation operation) is applied to the result of the multiplication operation, we obtain then the final output signal of the emulator, which has a correspondence with the output signal of the simulator. The FFT block is also useful for the observation of the spectrum of frequency and amplitude both at the beginning and at the end of the line, or between elements in order to locate the points on the line where losses take place. In addition, power lines are also contain accoplators and filters, and are affected by noise. All this must also be included in further models to obtain the most accurate emulator of the simulator.

6 Tests made on the emulator showed successful results as the output signal of the emulator was very close to that of the simulator. The accuracy of the emulator is the one we hoped to reach. Finally, we can conclude the emulator development has been successful and works properly. In order to obtain more accurate results, a higher frequency sampling rate should be used, which will lead us to a better resolution.