Seção: Tutoriais Banda Larga

Atualmente, a comunicação de dados em alta velocidade através da rede elétrica vem, a cada dia, ganhando mais atenção, apesar de estarmos vivenciando o ápice do desenvolvimento das comunicações digitais via fibra ótica. A grande abrangência e capilaridade da estrutura já existente da rede elétrica, o alto custo de acesso a serviços agregados de telecomunicações (internet de banda larga, vídeo conferência, etc.) e a automação industrial são alguns dos fatores que impulsionam o desenvolvimento de aplicações para a tecnologia PLC de banda larga.

No Brasil como apenas 5% dos brasileiros acessam a rede de dados, sendo que destes somente 3,5% o faz dos seus domicílios, o primeiro alvo dos desenvolvedores de equipamentos PLC de banda larga é o público residencial, todavia o mercado corporativo também apresenta seu potencial de rentabilidade.

A tecnologia PLC pode ser a solução ideal para levar a internet e a telefonia para qualquer casa com uma conexão elétrica. É uma solução de acesso popular, que consome apenas 9 watts de energia e poderá suprir a falta de um meio de transmissão de dados de baixo custo, um dos grandes empecilhos que ainda existem para a ampla disseminação do acesso à rede para o público em geral.

A topologia da rede elétrica no Brasil atinge 93% da população do país, mas apresenta alguns fatores que podem comprometer a implementação da tecnologia, por exemplo, a rede elétrica não é subterrânea, assim sendo, alguns equipamentos atingem temperaturas de até 50 graus, prejudicando a qualidade dos serviços. As oscilações da rede elétrica, à medida que luzes ou aparelhos conectados à rede são ligados ou desligados também são fatores negativos, pois características como impedância, atenuação e resposta de freqüência podem variar drasticamente de um momento para o outro. Há também a questão comercial que esbarra na falta de escala industrial e a questão da própria rede, que capacita cerca de 60 a 70 domicílios em cada transformador, enquanto os transformadores das redes européias conectam até 250 residências. Apesar destes fatores a expectativa é de que a internet via rede elétrica se torne realidade para os usuários nos próximos anos e seja mais uma opção além dos pares de cobre, satélites, cabos coaxiais e sistemas wireless.

Empresas como CEMIG de Minas Gerais, COPEL do Paraná, a ELETROPAULO de São Paulo e a LIGHT do Rio de Janeiro, já implantaram projetos-piloto para avaliar a viabilidade da tecnologia PLC através de suas redes. Mesmo com a promessa de acesso em banda larga e automação da leitura do consumo de energia (telemetria), sem falar da aparente facilidade de instalação, as empresas enfrentam um grande desafio para que o mercado acredite na nova tecnologia, pois os benefícios são tão poderosos quanto os empecilhos.

Alguns Projetos no Brasil

Projeto Copel

Pioneira nesse experimento no país, a COPEL (Companhia Paranaense de Energia Elétrica) anunciou em abril de 2001 que instalaria a PLC em 50 domicílios selecionados na região de Curitiba, que já tinham computadores instalados, de modo que comparações pudessem ser feitas [21].

O contrato foi assinado na Alemanha, em 2001, época em que a empresa alemã RWE Plus apresentou sua linha de produtos RWEPowerNet, que conseguiam taxas de até 2 Mbit/s.

A COPEL investiu cerca de 1 milhão de dólares neste projeto e os resultados foram satisfatórios em conexões de curta distância – em torno de 300 metros entre a fonte de sinal e o receptor – alcançando taxas de transferências de até 1,7 Mbit/s.

Projeto Cemig

A CEMIG (Companhia Elétrica de Minas Gerais) foi a segunda distribuidora a anunciar um experimento semelhante em dezembro de 2001, na cidade de Belo Horizonte, utilizando a tecnologia da empresa ASCOM. A responsável pela infra-estrutura é a INFOVIAS, uma joint venture entre CEMIG e AES, que opera redes ópticas em Minas Gerais. A Internet chega ao usuário trafegando pela rede óptica da INFOVIAS e a CEMIG oferece a última milha pela rede elétrica, do poste à residência [22].

Os investimentos para o projeto chegaram a R$ 200 mil, e hoje ele funciona em 50 pontos da capital mineira, sendo 15 em um condomínio residencial, 20 em uma entidade de ensino profissionalizante para alunos carentes, e outros 15 pontos em um prédio de construção antiga em um bairro. O canal de acesso utilizado também é de 2 Mbit/s compartilhado.

A idéia de CEMIG de oferecer acesso à internet como valor agregado nasceu da necessidade de implantar telemetria de consumo e controle de carga em tempo real na rede de Belo Horizonte, que serão explorados comercialmente assim que a ANATEL definir uma regulamentação para o setor.

Projeto Eletropaulo

Em 2002, a concessionária de energia elétrica ELETROPAULO também iniciou testes práticos de viabilidade da tecnologia PLC na região metropolitana e no interior do estado de São Paulo. A empresa deve seguir os mesmos moldes do projeto da CEMIG, o projeto de oferta da PLC em alta velocidade segue a estratégia do grupo norte-americano AES, conglomerado de geração e distribuição de energia, que detém ações de ambas as distribuidoras de energia [23].

Projeto Light

Desde o ano passado a LIGHT começou a testar na cidade a internet através da rede elétrica. O projeto piloto está ocorrendo em oito edifícios, quatro residenciais e quatro comerciais, no Centro, na Zona Sul (Copacabana e Ipanema) e na Barra da Tijuca [24].

Este projeto trabalha em parceria com três grandes empresas da área de PLC. São elas, a ASCOM, MAIN.NET e DS2. Os modems da ASCOM e MAIN.NET, mais voltados para internet residencial, alcançam velocidades de até 4,5 Mbit/s. Já os modems DS2, podem chegar até 45 Mbit/s. A figura 12 [25] a seguir, ilustra a topologia do projeto piloto da LIGHT.

Neste projeto foram instalados 6 equipamentos concentradores para configurar 6 redes PLC com topologia LAN às quais foram interligados 10 clientes/assinantes em cada, totalizando 60 clientes/assinantes. Em cada rede PLC, foi conectado um circuito dedicado para provisionamento do acesso à internet através de um ISP. O gerenciamento da rede foi realizado por um centro instalado nas dependências da LIGHT. O objetivo da rede de gerência foi prover os serviços de operação, manutenção e provisionamento de conexão dos assinantes do sistema PLC ao acesso Internet.

Figura 12: Diagrama do projeto experimental da LIGHT para rede PLC

Projeto Cepel

Em experiências realizadas pelo CEPEL (Centro de Pesquisas da Eletrobrás) em 2001, utilizando equipamentos da empresa suíça ASCOM Powerline Communications, avaliou-se as redes internas de uma residência quanto às limitações do sistema [9].

Junto à entrada de energia da residência, após o medidor de consumo, foi instalada uma unidade concentradora, a qual tem o papel de interligar a rede elétrica interna com o backbone de dados fornecido pela provedora de acesso, podendo ser fibra óptica, TV a cabo ou ADSL. A partir deste ponto, o sinal é então recebido em diferentes pontos da residência por múltiplas unidades receptoras. Os equipamentos testados operaram com freqüências de 19 a 21 MHz e atingiram a taxa de transmissão de 1,25 Mbit/s, utilizando protocolo FTP. Segundo o fabricante, em condições ideais, o sistema pode oferecer taxas maiores que 3 Mbit/s. O grande desafio está em desenvolver equipamentos que operem com taxas de transmissão acima de 10 Mbit/s, como nas redes ethernet. Mesmo com equipamentos sofisticados, as limitações físicas da rede elétrica nacional ainda não nos permitiram esta façanha.

Em se tratando da rede de baixa tensão aérea, estudos também realizados pelo CEPEL verificaram que as freqüências entre 0,2 e 2 kHz apresentam melhor condição de propagação. Freqüências acima de 100 kHz são fortemente atenuadas pela distância e pela inserção de cargas na rede. Para verificar de foram prática, um equipamento concentrador foi montado, na rede de baixa tensão, logo após o transformador enquanto outros dois equipamentos receptores foram instalados a 30 e 150 m de distância do ponto inicial. Depois de realizadas as medições no sistema em funcionamento, concluiu-se [9]:

• O sistema ensaiado é sensível às variações de carregamento da rede, desaconselhando a utilização do sistema para aplicações em tempo real em determinados horários;
• A comunicação entre pontos distantes é fortemente prejudicada pela atenuação dos sinais, indicando a necessidade de unidades repetidoras que ocasionariam uma sensível redução na taxa efetiva de transmissão;
• O sistema encontra uma dificuldade prática que é o fato da iluminação pública estar diretamente ligada à rede de distribuição e em grande parte dos casos, utiliza- se capacitores para correção do fator de potência dos conjuntos lâmpada-reator.
• A atenuação dos sinais se agrava com o aumento da freqüência se forem considerados os fenômenos de perda por irradiação que ocorre quando o comprimento de onda do sinal de freqüência mais baixa se torna comparável às dimensões do afastamento entre os condutores.

Primeiros Testes Realizados no Brasil em Redes de Média Tensão

Neste tópico serão abordados os primeiros testes realizados pela ANATEL, feitos visando homologar os equipamentos PLC no Brasil [26].

Recomendações da UIT De Compatibilidade Eletromagnética

Segundo recomendação da UIT adotada nos Estados Unidos para Compatibilidade Eletromagnética entre Sistemas PLC e Sistemas Broadcasting operando nas faixas LF, MF, HF e VHF, em frequencias abaixo de 80 MHz, o nível de ruído total irradiado por um equipamento operando no Sistema PLC, sobre a infraestrutura da rede elétrica, deve respeitar os limites apresentados na figura 12 [27], onde “F” é o limite expresso em valores R.M.S., referenciado por atenuação em dB (µV/m), para interferência do campo elétrico e “G” é o valor limite de pico, referenciado pela atenuação em dB (µV/m), para interferência do campo elétrico.

Figura 12: Limites recomendados para interferências de campo elétrico

Nota-se na figura 12 que atenuação máxima recomendada pela UIT é de 35 dB (μV/m) para sinais de campo elétrico expressos em valores r.m.s. e atenuação máxima de 15 dB (μV/m) para sinais de pico de campo elétrico.

Compatibilidade dos Equipamentos PLC com os Demais Serviços de Broadcasting

Faixa de frequência de atuação da tecnologia PLC: 2 a 80 MHz.

Arquitetura dos Testes

A arquitetura disponível pela ANATEL aborda todas as faixas de tensão existentes. A figura 6-3 [26] mostra a arquitetura para todas as faixas de tensão. Porém, como o objetivo desse estudo são as médias tensões, só serão expressos neste trabalho os testes referentes às médias tensões.

Figura 13: Arquitetura dos testes

Testes

• Objetivo: avaliar o Impacto nos serviços de radiodifusão, radionavegação e radioamador na faixa de HF, entre outros [26];
• Data e local dos testes: 31/07/2006 a 11/08/2006, em Goiânia – GO;
• Rede de energia utilizada: rede da CELG (Companhia Energética de Goiás);
• Medições: média tensão (MT), baixa tensão (BT), rede compacta, rede subterrânea, ambientes outdoor e indoor;
• Participação dos fabricantes: Advanced Electronics (Indoor), Mitsubishi (Outdoor), Corinex (Indoor/Outdoor), Motorola (Indoor);
• Configuração das medidas: a figura 14 [27] mostra o esquema de configuração dos testes realizados.

Figura 14: Configuração das medidas

• Sinais registrados: não se considerou exatamente a distância de 200 metros expressada na figura 14. As figuras 15 e 16 [27] mostram o nível de interferência que o equipamento PLC pode causar nas freqüências de 23,75 MHz e 5,87 MHz, respectivamente.

Figura 15: Sinais registrados na freqüência de 23,75 MHz

Figura 16: Sinais registrados na freqüência de 5,87 MHz

Resultados dos Testes

1) Dentre os fabricantes que repassaram informações, alguns afirmaram possuir o mecanismo DFS. Entretanto, os testes mostraram que estes mecanismos não funcionam automaticamente, pelo menos nas condições testadas. Além disso, os representantes dos fabricantes não tinham informações de como estes mecanismos funcionam. O mesmo aconteceu com o filtro notch [27].

2) Nenhum dos equipamentos testados funcionaram em MT (Média Tensão), funcionaram apenas em BT (Baixa Tensão), 220V AC [27].

3) em todos os casos, apesar de os fabricantes anunciarem a operação em até 200 Mbit/s, no caso dos equipamentos de 2ª geração, nenhuma conexão PLC chegou a esta taxa de transmissão, e surpreendentemente, a taxa máxima ficou em torno de 1 Mbit/s [27].

4) Surpreendentemente, apesar de ter sido utilizada uma rede de energia elétrica praticamente sem nenhuma derivação e conexão entre equipamentos PLC exclusiva para dois equipamentos, além da baixa taxa de transmissão de dados verificada, a transmissão era interrompida constantemente, demonstrando alta sensibilidade do sistema PLC em relação ao meio físico e ao ambiente radioelétrico. Este aspecto ficou claramente evidenciado, quando se colocou em operação os equipamentos de comunicação de voz e dados do Exército. Os sinais de comunicação do sistema PLC apresentam grande degradação nestas circunstâncias [27].

5) Por outro lado, verificou-se que o sistema de comunicações de Exército não sofreu interferência dos sinais provenientes dos sistemas PLC em operação [27].

6) As medidas em ambientes Indoorapresentaram grande interferência proveniente do funcionamento de lâmpadas fluorescentes e reatores, no sistema PLC [27].

7) Com o auxílio da antena operando na faixa de HF (3 – 30 MHz), conseguiu- se realizar medidas com valores precisos de sinais PLC à distâncias de 0 a 140 metros, além da medida adicional à 200 metros [27].

8) Apesar de ter sido previsto o tráfego de dados, voz e imagem na operação do sistema PLC, os testes foram realizados somente com tráfegos de dados com transferência de arquivos cujo tamanho era de aproximadamente 600 MB [27].

9) Nos receptores de radiodifusão foi verificada a interferência onde os sinais PLC eram mais fortes [27].

10) O desempenho do sistema PLC, em todos os aspectos, foi semelhante nas redes aéreas de Média Tensão e Baixa Tensão, na rede compacta e na rede subterrânea. Entretanto, os sinais PLC são mais atenuados nas redes subterrâneas [27].

11) O desempenho dos equipamentos PLC ficou aquém do esperado [27].

12) Este estudo embasou a crítica à conclusão do FCC de que o PLC não causaria sérias ameaças de interferência aos canais de TV 2 a 6. A MSTV solicitou ao FCC que reveja a decisão anterior e restrinja oficialmente a operação de PLC à faixa abaixo de 50 MHz até o final da transição ou até que se prove que pode ser usada sem prejuízos aos serviços de TV [27].

Conclusão dos Testes

O PLC tem potencial para interferir significativamente nos sistemas e serviços de radiocomunicação que se encontram nas proximidades da rede de energia elétrica, onde o PLC está em operação. O sistema PLC pode ser afetado por transmissores de outros serviços ou sistemas nas proximidades. Para promover o uso de PLC é necessária a implantação de técnicas de mitigação (Filtros Notch, DFS, bloqueio remoto de freqüência, etc.).