Instituto Tecnológico de la Energía (ITE),

En el ámbito de la telegestión de los consumos eléctricos en las redes de baja tensión es habitual el despliegue de tecnologías PLC (Power Line Communications) con el objetivo de aprovechar la propia infraestructura de distribución eléctrica para la transmisión de las comunicaciones, pero esta no siempre tiene unas condiciones adecuadas. Por ello, la nueva tendencia en este ámbito es la creación de tecnologías híbridas que puedan comunicarse mediante PLC y radiofrecuencia (RF) para suplir esta problemática. Por otra parte, en las comunicaciones PLC de alta frecuencia, conocidas también como BPL (Broadband over power lines), los nuevos protocolos -como es el caso de G.hn- se están posicionando como una alternativa robusta y con una mejora de velocidad para hacer frente al aumento de la afluencia de datos.

En este contexto, el proyecto HINETCO, financiado por el Instituto Valenciano de Competitividad Empresarial (IVACE), nace con el objetivo de estudiar el medio físico de transmisión de estas tecnologías y generar así escenarios de pruebas representativos, controlados y robustos para facilitar el desarrollo de estas tecnologías y su puesta en campo. En el proyecto participan el Instituto Tecnológico de la Energía (ITE), junto a las empresas colaboradoras: Uvax, Datakorum y Pinturas Montó.

En el contexto de la transición energética la participación del usuario en sus consumos de electricidad, agua y gas ha producido un aumento del tráfico de datos y, a su vez, la disponibilidad de los datos en un marco de tiempo casi real ha supuesto un incremento de las velocidades de transmisión necesarias.

En las redes de distribución de baja tensión la calidad de la infraestructura resulta un factor determinante para la transmisión de comunicaciones PLC. Los deterioros producidos por el paso del tiempo, las roturas puntuales en algún punto de la red o incluso en redes rurales, y las largas distancias entre nodos se traducen como una pérdida de la calidad de las comunicaciones, llegando a suponer la pérdida del servicio. 

Figura 1. Comunicaciones híbridas PLC/RF en Smart cities

Las tecnologías de RF permiten realizar una ampliación de los sistemas implementados PLC, pudiendo aportar conectividad a aquellos dispositivos que no dispongan de cobertura con tecnologías PLC, sin repercutir en costes de infraestructura de comunicaciones, permitiendo generar redes híbridas entre tecnologías PLC/RF y mejorando las comunicaciones. Los estándares como PRIME y Meters and More ya apuestan por ellas, empezando a definirlas como parte de sus protocolos, pero no habiendo experiencia en su implantación.

Por otra parte, las tecnologías basadas en BPL, como es el caso del protocolo G.hn, permiten ampliar el ancho de banda de utilización hasta los 100 MHz, que permite una mayor capacidad de transferencia de datos alcanzando mayor velocidad de transmisión. Asimismo, el despliegue de esta tecnología se plantea en redes de MT (Media Tensión), cuya tecnología BPL se ha implementado en los últimos años, alcanzando las bandas de frecuencia de hasta 40 MHz, adicionalmente se pretende prolongar esta tecnología abarcando las comunicaciones PLC hasta el usuario final o hasta un punto intermedio de la red de BT (Baja Tensión), utilizando comunicaciones BPL basadas en estándar G.hn en coexistencia con otras tecnologías de comunicaciones.

El proceso y la propuesta de valor
Un aspecto importante en las comunicaciones mediante radiofrecuencia es el modo en el cual las ondas se propagan por el medio, así como los efectos que este genera sobre la señal. Es habitual para el análisis de estas comunicaciones el uso de un medio controlado, como puede ser una cámara anecoica, lo cual supone la necesidad de unos recursos con un alto coste.

Con el objetivo de facilitar a las empresas la ejecución de pruebas de comunicaciones de radiofrecuencia, ITE analiza e investiga cómo generar escenarios controlados y robustos para evaluar la robustez de las comunicaciones en la banda del Sub-GHz la cual, para Europa se encuentra entre los 863 Mhz y 868 Mhz.

De la misma forma, para las comunicaciones BPL en BT, ITE analiza las atenuaciones que generan los elementos de estas líneas eléctricas con el objetivo de modelar y generar escenarios de pruebas representativos que permitan evaluar la robustez de las comunicaciones hasta los 100 Mhz, incorporando la capacidad de introducir interferencias externas y atenuaciones a la señal de una forma controlada y configurable.

Comparativa entre la tecnología G.hn y el BPL estándar en MT
En el proyecto CELINE, ITE realizó un análisis de la calidad de las comunicaciones BPL en MT y su posible uso como sistema de mantenimiento predictivo ante envejecimientos en los cables. Además, se caracterizaron los elementos típicos de la red en frecuencia para conocer la atenuación que introducen en las señales. Dicho conocimiento adquirido permite en este nuevo proyecto comparar las ventajas que presenta G.hn como tecnología de comunicaciones BPL en MT frente al actual.

Por otra parte, se ha analizado la respuesta de varios acopladores capacitivos comerciales de señal para redes de MT con el objetivo de verificar si su respuesta es válida para G.hn al aumentar la frecuencia de la señal dado que, para el BPL actual esta llega hasta 32 Mhz.

Figura 2. Respuesta en frecuencia de acopladores comerciales capacitivos para líneas de MT

Estado del proyecto y resultados esperados
Actualmente el proyecto HINETCO se encuentra en el ecuador de su desarrollo y su finalización está estipulada en junio de 2023. Con los avances actuales ITE ha conseguido caracterizar tanto las comunicaciones BPL como RF en medios guiados y en pequeñas redes, recopilando datos para la validación de los escenarios futuros que se generen.

Con todo esto, los siguientes pasos en el proyecto son:

• Confección de los elementos atenuadores para comunicaciones RF por medio radiado y caracterización de su efecto en las comunicaciones.
• Creación de escenarios relevantes para evaluar comunicaciones RF utilizando diferentes configuraciones de los elementos obtenidos.
• Comparativa de las prestaciones de las comunicaciones en líneas de MT de la tecnología BPL – G.hn y BPL actual.
• Creación de un set-up experimental configurable validado para pruebas de comunicaciones BPL de BT.

Se espera que estos resultados permitan a las empresas desarrolladoras de estas tecnologías disponer de las herramientas necesarias para depurar el funcionamiento de sus comunicaciones sin la necesidad de gastar una cantidad excesiva de recursos previo a la puesta en servicio en campo de sus dispositivos. Esto permitirá aumentar la fiabilidad y calidad de los servicios que presten y fomentará la incursión de nuevos agentes en la fabricación y desarrollo de estas tecnologías.

Generación de escenarios de pruebas para comunicaciones basadas en radiofrecuencia
Como paso previo, desde ITE se ha analizado la robustez de estas comunicaciones utilizando medios guiados, lo cual permite generar un escenario con un alto grado de control y repetitividad, el cual, aporta datos experimentales que permiten validar los escenarios que se generan para la transmisión de la señal por medio radiado.

Estos escenarios de análisis de comunicaciones por radiofrecuencia se generan utilizando una variedad de materiales y sistemas de apantallamiento, realizando diferentes configuraciones morfológicas, con el objetivo de confeccionar un medio de transmisión de la señal que simule un escenario real y representativo introduciendo atenuaciones en las señales similares a las analizadas en los ensayos por medio guiado. De este modo, estos escenarios no aíslan completamente los dispositivos como es el caso de las cámaras anecoicas, sino que los expone a condiciones similares a su despliegue en campo, aportando un escenario de pruebas representativo.

Para la validación de estos escenarios se utilizan los datos obtenidos en ensayos de comunicaciones por medio guiado comparando los niveles de atenuación, potencia de señal, estabilidad de las comunicaciones y relación señal/ruido.

Figura 3. Proceso de generación de escenarios RF: A). Análisis de comunicaciones por medio guiado y caracterización de las atenuaciones. B). Creación de elementos atenuadores para medio radiado y análisis de su respuesta. C). Validación del escenario mediante los datos obtenidos por medio guiado para las pruebas de medio radiado.

Generación de escenarios de pruebas para comunicaciones BPL en BT
Dado que en la red existen múltiples interferencias es importante contar con un escenario aislado y controlado donde las comunicaciones, especialmente las conducidas por cable eléctrico a alta frecuencia como es el caso de la tecnología G.hn, no sufran interferencias externas indeseadas que puedan afectar al análisis de su robustez.

Desde ITE se analiza los ruidos existentes en las redes de BT en la banda de los 100 Mhz y esto permite validar el escenario verificando que no existen estas interferencias, además de poder modelizar señales externas que simulen este fenómeno para inyectarlo de forma controlada y así estudiar su efecto en las comunicaciones. El set-up que se espera obtener para estas tecnologías contará con capacidad de ajuste permitiendo establecer el nivel de atenuación en la señal y la relación señal-ruido, permitiendo así establecer condiciones variadas para los ensayos de dispositivos BPL.

HINETCO (expediente IMAMCA/2022/9), cuenta con la financiación del Instituto Valenciano de Competitividad Empresarial (IVACE) mediante convenio de I+D con Generalitat Valenciana dentro de las ayudas dirigidas a centros tecnológicos de la Comunitat Valenciana.