Tecnologia
Funcionamento
Sendo aplicada na camada de enlace do modelo OSI (Open Systems Interconnection), a tecnologia Power Line Communications é compatível com tecnologias já desenvolvidas da mesma camada, podendo também ser utilizada em conjunto com protocolos TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) da camada de rede. A transmissão de dados por meio da fiação elétrica utiliza sinais de rádio (RF) enviados nas redes de corrente alternada de baixa e média tensão. Esse envio é feito através da modulação dos dados, em formato digital, com o sinal de rádio, transmitido, então, para as linhas elétricas em frequências próprias [MALATHI e VANATHI, 2007].
Uma das principais questões que se coloca sobre a finalidade da tecnologia PLC seria a de continuar transmitindo o sinal da energia elétrica, juntamente com o sinal de comunicação, sem interferências, através das redes de média e baixa tensão já disponibilizadas pela distribuição de energia. A solução para esse problema está em efetuar a superposição de um sinal de baixa energia sobre o sinal da energia elétrica [LITTLE, 2004]. Os sinais PLC para banda estreita utilizam frequências entre 3 e 148,5 kHz, enquanto que aplicações de banda larga fazem uso de frequências entre 1,6 e 30 MHz. Em ambos os casos, os sinais PLC usam intervalos de frequência bem distantes da frequência utilizada pelo sinal de energia elétrica, que é de 50 Hz em diversos países e 60 Hz nas Américas, incluindo o Brasil.
Por atuar em um meio cujo objetivo principal não é a transmissão de dados, os sistemas PLC estão sujeitos a problemas, como interferências e ruídos, o que exige métodos de modulação capazes de controlar tais obstáculos. As técnicas mais significativas são: Spread Spectrum, OFDM e GMSK.
- Spread Spectrum
- OFDM
- GMSK
A técnica de Spread Spectrum, também conhecida como espalhamento espectral, visa garantir que a densidade espectral de potência do sinal seja muito baixa, procedendo com a distribuição dessa potência através de uma grande faixa de frequências [TIBALDI e JUNIOR, 2000]. Apesar de reduzir o tempo necessário para a transmissão, exige uma largura de banda maior.
Figura 1. Distribuição Spread Spectrum.
A técnica de Multiplexação por Divisão de Frequência Ortogonal, cuja sigla OFDM deriva do inglês Orthogonal Frequency Division Multiplexing, representa uma abordagem envolvendo modulação com esquemas de múltiplo acesso, onde cada canal de comunicação pode ser compartilhado por vários usuários. A modulação ortogonal implementada por esta técnica supera alguns inconvenientes presentes em aplicações que utilizam outros métodos, como Acesso Múltiplo por Divisão de Código (CDMA) e Acesso Múltiplo por Divisão de Tempo (TDMA).
O esquema utilizado pela OFDM aplica uma modulação de blocos, onde cada bloco de informação é transmitido em paralelo em subportadoras. A largura de banda disponível é dividida em um grande número de subcanais paralelos, sendo que para cada subcanal são destinados bits e recursos, cujo carregamento varia de acordo com a relação sinal/ruído ou atenuação do enlace [MALATHI e VANATHI, 2007]. Com a propagação do ruído através de diferentes frequências, buscando-se a melhor condição para a transmissão dos sinais, estes são modulados em diversas frequências simultaneamente, variando-se também o carregamento dos bits.
A flexibilidade dessa técnica também pode ser destacada pela capacidade de desconsiderar subportadoras com interferência. O uso de amplificadores lineares torna-se necessário a fim de evitar interferências entre as harmônicas das subportadoras.
Em situações de muito ruído, utiliza-se uma técnica de maior robustez, com maior redundância. Tal técnica é conhecida como ROBO, de ROBust OFDM. Ela é utilizada quando estações iniciam comunicação, não havendo ainda estimado o canal, bem como os parâmetros de transmissão. Isso é realizado periodicamente nas redes PLC, verificando subportadoras sujeitas a interferências, candidatas a serem suprimidas. Em casos onde a transmissão falha ou quando não é possível determinar parâmetros ideais, como em multicast, a ROBO também é utilizada. Do mesmo modo, essa técnica é implementada quando há mais de dezesseis dispositivos conectados na rede PLC, cuja especificação suporta no máximo dezesseis equipamentos simultâneos em modo normal na rede [FERREIRA, 2005].
Figura 2. Distribuição OFDM.
A técnica GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying), conhecida como Chaveamento por Deslocamento Mínimo Gaussiano, é tido como um sistema OFDM banda larga. Ele realiza modulação de faixa estreita, transmitindo dados na fase da portadora, o que resulta em um envelope constante. O uso de amplificadores se torna menos complexo, sem resultar em distúrbio harmônicos. A origem do nome da técnica GMSK tem relação no fato de que o espectro do sinal tem um formato semelhante a uma Gaussiana [TIBALDI e JUNIOR, 2000].
Figura 3. Distribuição GMSK.